南北地震帶北段近期地殼形變運(yùn)動(dòng)特征分析

朱 爽，周 偉

（1.中國(guó)地震局 第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180）

南北地震帶北段近期地殼形變運(yùn)動(dòng)特征分析

朱 爽1，周 偉1

（1.中國(guó)地震局 第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180）

利用2009～2011期和2012～2014期觀測(cè)的GPS連續(xù)和流動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一處理并扣除研究區(qū)域典型強(qiáng)震影響，獲取了穩(wěn)定、可靠的GPS時(shí)間序列及速度場(chǎng)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)GPS速度場(chǎng)分析、GPS剖面分析、基線(xiàn)時(shí)間序列分析來(lái)獲取南北地震帶北段地區(qū)地殼變形運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)果表明，莊浪河斷裂兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)差異逐漸變小，斷裂帶兩側(cè)的右旋減小；西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩(wěn)定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強(qiáng)。

GPS；速度場(chǎng)；速度剖面；基線(xiàn)時(shí)間序列；斷裂帶

南北地震帶作為我國(guó)強(qiáng)震密集帶和地震斷層交織帶[1,2]，發(fā)生的地震具有強(qiáng)度大、頻度高的特點(diǎn)（10 余 a來(lái)先后發(fā)生1996年麗江7.0級(jí)地震、2008年汶川8.0級(jí)地震、2010年玉樹(shù)7.1級(jí)地震、2013年蘆山7.0級(jí)地震等）[3,4]。

以GPS為代表的空間觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展為地殼變形研究提供了高精度、大尺度和統(tǒng)一參考框架的地表位移數(shù)據(jù)，為研究地球動(dòng)力學(xué)提供了數(shù)據(jù)支撐。隨著中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)CMONOC（crustal movement observation network of China）和中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境 監(jiān) 測(cè) 網(wǎng) 絡(luò)CMTEMN（China mainland tectonic environment monitoring network）等的建立，已獲得了多期GPS速度場(chǎng)和時(shí)間序列結(jié)果。由于GPS速度場(chǎng)可以清晰地展現(xiàn)地殼變形空間分布特征，因此被廣泛應(yīng)用于地學(xué)研究[5-8]。其中，關(guān)于南北帶地區(qū)的形變研究，也取得了豐富的成果。江在森[9]等通過(guò)研究南北地震帶及青藏塊體東部地區(qū)20多a來(lái)大地形變場(chǎng)演化特征及其與地震活動(dòng)的呼應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大地形變既具有時(shí)空分布的不均勻性，各分區(qū)形變場(chǎng)又具有同時(shí)段的宏觀相似性；車(chē)兆宏[10]等利用南北地震帶中南段流動(dòng)形變資料，得出紅河斷裂帶、楚雄-通海斷裂帶及鮮水河斷裂帶活動(dòng)水平最高,龍門(mén)山斷裂帶活動(dòng)最弱的結(jié)論；牛安福[11]等討論了汶川地震前震源附近與外圍地區(qū)潮汐形變變化及龍門(mén)山地震帶、鮮水河地震帶和祁連山地震帶斷層活動(dòng)的特點(diǎn)；邵志剛[12]等分析了南北地震帶北段近期強(qiáng)震趨勢(shì)，認(rèn)為需關(guān)注南北帶北段毛毛山斷裂和金強(qiáng)河斷裂、香山-天景山斷裂東段、黃河斷裂靈武段、西秦嶺北緣斷裂、六盤(pán)山-寶雞斷裂和東昆侖斷裂東段瑪沁-瑪曲段發(fā)生7 級(jí)地震的可能；武艷強(qiáng)[13]利用1999～2007期和2007～2009 期GPS速度場(chǎng)、應(yīng)變率場(chǎng)、斷層滑動(dòng)速率和GPS速度剖面等數(shù)據(jù)，識(shí)別出了南北地震帶北段主要斷裂帶及其鄰近地區(qū)的顯著變形差異。本文通過(guò)GPS速度場(chǎng)分析、GPS剖面分析、基線(xiàn)時(shí)間序列分析來(lái)獲取南北帶北段地區(qū)地殼變形運(yùn)動(dòng)特征，為研究區(qū)域強(qiáng)震地點(diǎn)判定提供支持。

1 數(shù)據(jù)解算

收集全球77個(gè)IGS站數(shù)據(jù)，利用GAMIT/ GLOBK軟件進(jìn)行解算，得到測(cè)站坐標(biāo)及衛(wèi)星軌道的單日松弛解。解算策略為：截止衛(wèi)星高度角為15°；基線(xiàn)處理模式為RELAX（松馳解）；衛(wèi)星鐘差模型為精密星歷誤差的鐘差參數(shù)；接收機(jī)鐘差改正模型為偽距計(jì)算出的鐘差；電離層延遲模型為L(zhǎng)C-HELP；對(duì)流層模型為Saastamoinen模型；光壓模型為Berne；固體潮改正為IERS03；測(cè)站坐標(biāo)約束為（0.010 m，0.010 m，0.010 m）；對(duì)流層參數(shù)設(shè)置為13[14,15]。然后，利用QOCA軟件對(duì)上述多個(gè)單日松弛解進(jìn)行整體平差，選取分布于全球的47個(gè)GPS測(cè)站作為框架點(diǎn)，經(jīng)過(guò)平差計(jì)算得到ITRF2005框架下的速度場(chǎng)。在解算過(guò)程中為了減小2013-04-20蘆山7.0級(jí)地震的影響，先利用GPS連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到了該地震引起的同震位移，在求解速度場(chǎng)時(shí)去除上述同震影響。

2 速度場(chǎng)對(duì)比

本文利用得到的2009～2011期、2012～2014期兩期速度場(chǎng)，通過(guò)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，獲得基于穩(wěn)定的華南塊體的速度場(chǎng)[16,17]。兩期速度場(chǎng)在南北帶北段的對(duì)比如圖1所示。

圖1 南北帶北段速度場(chǎng)對(duì)比

由圖1可以看出，兩期速度場(chǎng)在數(shù)值大小上存在明顯的差異。較2009～2011期速度場(chǎng)來(lái)看，2012～2014 期速度場(chǎng)主要表現(xiàn)在祁連地塊整體運(yùn)動(dòng)的東向轉(zhuǎn)移，但速度的數(shù)值變小，體現(xiàn)在莊浪河斷裂兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)差異逐漸變小；鄂爾多斯地塊西邊界-祁連地塊東邊界地區(qū)GPS北東向運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，表現(xiàn)在六盤(pán)山斷裂帶和海原斷裂擠壓變形有所減弱；祁連地塊北邊界由于受到阿拉善地塊的阻擋，速度明顯有減小的趨勢(shì)。

3 GPS剖面分析

為了研究跨越斷層的GPS速度場(chǎng)所表現(xiàn)出的空間變形特性，本文在該研究區(qū)域進(jìn)行了3個(gè)剖面的分析，剖面的分布如圖2所示。其中，剖面1主要跨越祁連地塊北邊界；剖面2跨越了莊浪河斷裂和六盤(pán)山斷裂兩條近似平行的斷裂帶；剖面3跨越了西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂等兩條近似平行的斷裂。圖3給出了3 個(gè)剖面的結(jié)果，每條剖面包括平行于斷層結(jié)果和垂直于斷層結(jié)果。

圖2 剖面分布圖

從圖3a可以看出，祁連地塊北邊界南北兩側(cè)存在變形差異，表現(xiàn)為左旋剪切變形的增強(qiáng)，該增強(qiáng)以斷裂帶附近最為明顯；從圖3b可以看出，斷裂帶兩側(cè)的擠壓情況沒(méi)有出現(xiàn)太大的變化；從圖3c可以看出，莊浪河斷裂帶右旋減小，六盤(pán)山斷裂帶的變化較小；從圖3d可以看出，斷裂帶一直處于擠壓狀態(tài)，莊浪河擠壓變形有所加強(qiáng)，六盤(pán)山斷裂帶的擠壓變形有所減弱；從圖3e可以看出，西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩(wěn)定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強(qiáng)，表現(xiàn)在平行于斷層的速度分布較2009～2011期集中；從圖3f可以看出，兩條斷裂帶附近均表現(xiàn)出穩(wěn)定的擠壓變形特征，其中，海原斷裂兩側(cè)在2012～2014期的擠壓變形有所減弱。

4 GPS基線(xiàn)分析

為了進(jìn)一步分析南北帶北段的地殼形變特征，本文利用連續(xù)站時(shí)間序列進(jìn)行了南北帶跨斷層基線(xiàn)的解算，時(shí)間截至2014年，年積日310日。選擇跨越祁連地塊北邊界西段的基線(xiàn)GSMQ-QHGC（甘肅民勤-青海剛察）及跨越祁連地塊北邊界東段的基線(xiàn)GSGLXNIN（甘肅古浪-青海西寧）進(jìn)行分析，如圖4所示。GSMQ-QHGC基線(xiàn)在2014年4月有一個(gè)階躍，產(chǎn)生此階躍是由于GSMQ站測(cè)站自身原因，去掉這一階躍，基線(xiàn)則呈穩(wěn)定的縮短狀態(tài)；GSGL-XNIN基線(xiàn)同樣呈穩(wěn)定的縮短狀態(tài)，兩條基線(xiàn)的變化與前文的GPS剖面分析相對(duì)應(yīng)。

跨越西秦嶺斷裂帶的基線(xiàn)GSDX-GSMX（甘肅定西-甘肅岷縣）時(shí)間序列圖如圖5所示。其中，2013 年7月有一個(gè)明顯階躍，是由于GSMX站受到岷縣漳縣地震的影響，因同震位移而產(chǎn)生的時(shí)間序列的階躍，去除階躍，可以看出，基線(xiàn)呈穩(wěn)定的擠壓狀態(tài)，這與GPS剖面分析的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。跨越莊浪河斷裂帶的基線(xiàn)GSJT-XNIN（甘肅景泰-青海西寧）時(shí)間序列圖如圖6所示。基線(xiàn)整體呈擠壓狀態(tài)，2011年末及2013年8月的階躍是由于測(cè)站原因?qū)е拢w的變化與剖面的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

圖3 3個(gè)剖面結(jié)果（紅色圓點(diǎn)是2009～2011期結(jié)果，黑色十字是2012～2014期結(jié)果）

圖4 基線(xiàn)GSMQ-QHGC、GSGL-XNIN時(shí)間序列圖

圖5 基線(xiàn)GSDX-GSMX時(shí)間序列圖

圖6 基線(xiàn)GSJT-XNIN時(shí)間序列圖

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合速度場(chǎng)剖面及基線(xiàn)時(shí)間序列分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1）南北帶北段2012～2014期的速度場(chǎng)相對(duì)2009～2011期的速度場(chǎng)結(jié)果，在數(shù)值及方向上存在一些變化，說(shuō)明祁連地塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中仍受到阿拉善地塊及鄂爾多斯地塊的阻擋作用，汶川地震后南北帶北段仍存在地殼變形調(diào)整。

2）祁連地塊北邊界南北兩側(cè)的左旋剪切變形有一定增強(qiáng)，但總體變化不大，主要表現(xiàn)在莊浪河斷裂兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)差異逐漸變小，斷裂帶兩側(cè)的右旋減小；跨越祁連地塊北邊界的基線(xiàn)維持原來(lái)的擠壓狀態(tài)；六盤(pán)山斷裂帶附近區(qū)域表現(xiàn)出較好的繼承性，變化較小；西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩(wěn)定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強(qiáng)。

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P228.4

B

1672-4623（2016）03-0060-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.019

朱爽，碩士，研究方向?yàn)镚PS精密解算及分析。

2015-05-06。

項(xiàng)目來(lái)源：地震科技星火計(jì)劃資助項(xiàng)目（XH15061Y）；公益性地震行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（201308009）；震情跟蹤青年課題資助項(xiàng)目（2015010205）。