基于GPS速度場的關(guān)中地區(qū)應(yīng)變場分析

保長燕，路兆慶，唐紅濤

（1.青海省第二測繪院，青海 西寧 810001；2.河南省豫北水利勘測設(shè)計院，河南 安陽 455000；3.中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西 西安 710054）

基于GPS速度場的關(guān)中地區(qū)應(yīng)變場分析

保長燕1，路兆慶2，唐紅濤3

（1.青海省第二測繪院，青海 西寧 810001；2.河南省豫北水利勘測設(shè)計院，河南 安陽 455000；3.中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西 西安 710054）

利用2009～2013年GPS速度場數(shù)據(jù)，計算了關(guān)中盆地面膨脹率、主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率，選取并解算了岐山-馬召斷裂、渭河斷裂GPS剖面的應(yīng)變積累。結(jié)果顯示：①應(yīng)變場上看，2009～2011周期在關(guān)中盆地均以張性運動為主；2011～2013周期發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)為壓性。②GPS剖面計算結(jié)果顯示了2011～2013較2009～2011周期，岐山-馬召斷裂上盤相對下盤以右旋走滑為主，兼顧拉張運動；渭河斷裂則在兩期數(shù)據(jù)中走滑與張壓特性不明顯，呈微弱的張性變化特征。

GPS；關(guān)中；應(yīng)變場；斷裂；速度場

陜西關(guān)中地區(qū)由秦嶺北麓、渭河、口鎮(zhèn)-關(guān)山、隴縣-寶雞、韓城、乾縣-蒲城等一系列近EW向正斷或正走滑斷層構(gòu)成，統(tǒng)稱為渭河構(gòu)造區(qū)。西端偏NWW向與六盤山斷裂相鄰，與甘、寧交界；東端偏NEE向與山西斷陷帶構(gòu)造關(guān)聯(lián)，是陜西最主要的構(gòu)造斷裂帶，更是青藏塊體東北部與華北兩大地塊的交界地帶，外圍動力環(huán)境復(fù)雜、大震頻發(fā)。同時，關(guān)中盆地位于鄂爾多斯地塊南緣，而鄂爾多斯地塊橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，在地理上它包含鄂爾多斯高原，在地質(zhì)上包含陜甘寧盆地，其周緣有擠壓與斷陷帶，較破碎，為新生代斷陷盆地或深大活動斷裂帶環(huán)繞[1]。除西南緣西南邊界為擠壓性邊界外，四周被剪切拉張帶所圍限，東西、南北兩側(cè)分別為右旋、左旋拉張帶[2]，鄂爾多斯西緣的銀川-吉蘭泰斷陷帶及東緣的山西斷陷帶為NNE向的右旋剪切拉張帶，而南緣的渭河盆地為近東西向的左旋剪切拉張帶[3-6]。

我國史載8級以上地震有17次，在鄂爾多斯塊體周緣就發(fā)生了5次，圖1分布了1970年以來4．0級以上地震，其時空分布是不均勻的，主要分布于鄂爾多斯地塊西緣、北緣及東緣，而關(guān)中盆地近50 a基本形成一個地震空區(qū)[7-8]，本文通過運用2009～2011、2011～2013周期的GPS水平運動速度場觀測數(shù)據(jù)，計算了關(guān)中地區(qū)的面膨脹、主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變，以及針對岐山-馬召、渭河等兩個斷裂解算、分析了GPS剖面，探討了該地區(qū)的應(yīng)力變化特征。

1 研究范圍與數(shù)據(jù)的選取

如圖1所示，本文主要研究區(qū)域為鄂爾多斯地塊南部，即西側(cè)固原、東側(cè)臨汾以及南面的關(guān)中盆地，該區(qū)域近些年地質(zhì)構(gòu)造活動微弱。通過2009～2011、2011～2013周期的GPS水平運動速度場觀測數(shù)據(jù)，分別解算了兩期數(shù)據(jù)的面膨脹、主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變；其次，在關(guān)中盆地中西部的地震空區(qū)，分別在岐山-馬召斷裂與渭河斷裂選取了兩個長為80 km與100 km的GPS剖面，計算并分析了兩處斷裂上、下盤的拉張、擠壓與走滑等相對運動特征。圖1中F1為龍門山山前斷裂，F(xiàn)2為竹山斷裂，F(xiàn)3為略陽-洋縣斷裂，F(xiàn)4為秦嶺北麓斷裂，F(xiàn)5為渭河斷裂，F(xiàn)6為乾縣-蒲城斷裂，F(xiàn)7為六盤山斷裂，F(xiàn)8為海原斷裂，F(xiàn)9為香山-天景山斷裂，F(xiàn)10為牛首山-大小羅山斷裂，F(xiàn)11為賀蘭山東麓斷裂，F(xiàn)12為黃河-靈武斷裂，F(xiàn)13為磴口-本井?dāng)嗔眩現(xiàn)14為狼山-色爾騰山山前斷裂，F(xiàn)15為大青山山前斷裂，F(xiàn)16為口泉斷裂，F(xiàn)17為系舟山北麓斷裂，F(xiàn)18為太谷斷裂，F(xiàn)19為羅云山斷裂，F(xiàn)20韓城斷裂。

圖1 鄂爾多斯地塊周緣斷裂、地震分布圖

2 區(qū)域應(yīng)變特征分析

2.1 應(yīng)變場分析

如圖2所示，2011～2013周期GPS速度場較2009～2011周期相比，其速度發(fā)生E向偏轉(zhuǎn)，量值有所增大，尤其在六盤山斷裂附近與渭河斷裂北側(cè)最為顯著。從面膨脹上看（圖2c、d，紅色虛線表示擠壓，黑色實線表示拉張），2009～2011周期，六盤山斷裂北段與南段呈壓性，中段為拉張，岐山-馬召斷裂附近均顯示為壓性運動，關(guān)中面膨脹壓性高值區(qū)位于西安東南方向的秦嶺地區(qū)，而關(guān)中盆地基本呈張性運動態(tài)勢；2011～2013周期，西部六盤山斷裂運動性質(zhì)維持2009～2011周期，但量值明顯增大，達12×10-8，岐山-馬召斷裂附近區(qū)域轉(zhuǎn)為張性運動，關(guān)中盆地改為壓性運動，與上期運動相反，壓性高值區(qū)為東部的運城地區(qū)，達-28×10-8，與上周期相反的還有西安東南方向的秦嶺一帶，由負轉(zhuǎn)正，張性量值較高。

圖2 GPS速度場與面膨脹等值線圖

圖3 主應(yīng)變與最大剪應(yīng)變等值線圖

如圖3a所示，主應(yīng)變壓應(yīng)力分布于岐山-馬召斷裂、西安東部，張應(yīng)力為關(guān)中盆地；圖3b，最大壓應(yīng)力為運城西部地區(qū)，其他表現(xiàn)為壓應(yīng)力的地區(qū)還有關(guān)中盆地、蒲城一帶以及六盤山斷裂帶，張應(yīng)力地區(qū)有咸陽、乾縣、銅川南部、西安東側(cè)以及韓城西南部。從最大剪應(yīng)變看（圖3c、d），2009～2011周期，高值區(qū)分別位于六盤山斷裂帶南段、岐山馬召斷裂及西安周邊，最高約20×10-8，2011～2013周期，高值區(qū)位于蒲城西北、西安東南、韓城至運城地區(qū)。

2.2 GPS剖面分析

由2009～2011、2011～2013周期GPS速度場計算的剖面結(jié)果如圖4、5所示。岐山-馬召斷裂（圖4），平行斷裂走向中（圖4a），2009～2011顯示該斷裂上盤較下盤為左旋走滑（負為右旋走滑，正為左旋走滑），量值約為2．0 mm/a，2011～2013周期則為相反，為右旋走滑；在垂直斷裂方向中（圖4b），2009～2011上盤相對下盤為壓性運動（負為拉，正為壓），2011～2013轉(zhuǎn)為相對張性運動。

圖4 岐山-馬召斷裂GPS剖面計算結(jié)果

圖5 渭河斷裂GPS剖面計算結(jié)果

渭河斷裂在平行斷裂走向（圖5a）上，兩期GPS數(shù)據(jù)在走滑量上均較為微弱，表現(xiàn)平穩(wěn)，在垂直斷裂走向上（圖5b），2009～2011上盤相對下盤變化不大，2011～2013周期顯示了微弱的拉張變化。該GPS剖面計算與上述地殼應(yīng)力場結(jié)果一致。

3 結(jié) 語

本文基于GPS水平運動速度場數(shù)據(jù)，探討了關(guān)中地區(qū)近些年來地殼應(yīng)力場的變化特征，此外，針對岐山-馬召斷裂、渭河斷裂計算并分析了GPS剖面應(yīng)力積累特性。初步獲得了以下兩點結(jié)論：

1）應(yīng)變場上看，面膨脹率、主應(yīng)變率在2009～2011周期在關(guān)中盆地均以張性運動為主，2011～2013周期發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)為壓性。可能說明了后期來自印度板塊北東向的擠壓，關(guān)中地區(qū)北受鄂爾多斯堅硬塊體的阻隔，地殼物質(zhì)發(fā)生東移，形成由張轉(zhuǎn)壓的應(yīng)力場轉(zhuǎn)變過程（與文獻[9]分析結(jié)果一致）。

2）由地震空區(qū)岐山-馬召、渭河斷裂的GPS剖面計算結(jié)果顯示，2011～2013較2009～2011周期岐山-馬召斷裂上盤相對下盤以右旋走滑為主，兼顧拉張運動；渭河斷裂則在兩期數(shù)據(jù)中走滑與張壓特性表現(xiàn)不明顯，呈微弱的張性變化特征。

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P227

B文章編號：1672-4623（2017）06-0076-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.023

2016-11-24。

項目來源：中國地震局震情跟蹤青年課題資助項目（2017010233）。

保長燕，工程師，研究方向為攝影測量與遙感。