中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)速度和塊體運(yùn)動(dòng)

韓美濤 閆俊義 蘇利娜 張永奇

摘要：本文利用陸態(tài)網(wǎng)2009-2014期1947個(gè)區(qū)域站GPS觀測(cè)結(jié)果，分析中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)特征；利用GPS觀測(cè)結(jié)果結(jié)合地質(zhì)塊體劃分，給出了各塊體運(yùn)動(dòng)速度，最后對(duì)各點(diǎn)速度進(jìn)行投影，分析了塊體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

關(guān)鍵字：中國(guó)大陸；GPS；速度；塊體運(yùn)動(dòng)

1.前言

大陸巖石圈構(gòu)造變形與演化的地球動(dòng)力學(xué)理論一直是國(guó)際地球科學(xué)研究的前緣領(lǐng)域。完整、可靠的地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)是對(duì)構(gòu)造變形的定量描述，是揭開中國(guó)大陸新生代地球動(dòng)力學(xué)之謎的關(guān)鍵之一[1]。GPS觀測(cè)結(jié)果由于觀測(cè)精度高、覆蓋范圍大、幾何和物理意義明確，且與構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系密切，備受各國(guó)學(xué)者重視，使得在短時(shí)間內(nèi)獲取大范圍地殼運(yùn)動(dòng)成為可能。

中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（以下稱“陸態(tài)網(wǎng)”）最主體部分由260個(gè)GNSS連續(xù)觀測(cè)站和2000個(gè)GNSS區(qū)域站構(gòu)成。這些站點(diǎn)全面覆蓋中國(guó)大陸，在一系列主要活動(dòng)構(gòu)造區(qū)、活動(dòng)斷裂帶、地震重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)等進(jìn)行了針對(duì)性的加密布設(shè)。高精度、高空間分辨率的GPS站為研究中國(guó)大陸現(xiàn)今地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供珍貴的基礎(chǔ)資料。王琪、張培震、黃立人等[1，3-6]采用了大量GPS 觀測(cè)站的原始資料，獲取了中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)的速度圖像，并對(duì)其進(jìn)行了解釋。本文結(jié)合中國(guó)大陸的活動(dòng)地質(zhì)構(gòu)造，和陸態(tài)網(wǎng)GPS區(qū)域站速度研究中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)及其內(nèi)部不同地塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2.GPS速度

中國(guó)大陸位于歐亞板塊的東南部，東部受西太平洋板塊和菲律賓板塊俯沖、消減的影響，形成一系列與弧后擴(kuò)張有關(guān)的陸緣海伸展和斷陷盆地；西部和西南部受印度板塊與歐亞板塊碰撞的構(gòu)造影響，形成號(hào)稱“世界屋脊”的青藏高原、上千km的大陸內(nèi)部構(gòu)造變形帶和地震帶。北部為貝加爾裂谷帶張開影響及西伯利亞塊體的向南推擠。來(lái)自板塊邊界的作用力是中國(guó)大陸新生代和現(xiàn)今構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿?lái)源，強(qiáng)烈影響著中國(guó)大陸現(xiàn)今地形輪廓變化規(guī)律和趨勢(shì)[5]。

從歐亞參考框架下的陸態(tài)網(wǎng)GPS 速度圖像（2009-2014年）（圖1），可以看出：

（1）中國(guó)大陸整體向東運(yùn)動(dòng)，以南北地震帶將我國(guó)大陸分為東西部。東部地區(qū)的華南、華北地塊整體有向南東東運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)速率較小。東北地塊南東向運(yùn)動(dòng)，向東逐漸增大。西部地區(qū)運(yùn)動(dòng)速度大，運(yùn)動(dòng)形態(tài)復(fù)雜，川滇塊體南東向運(yùn)動(dòng)，新疆、西藏、甘青地塊北東向運(yùn)動(dòng)，塊體內(nèi)部速度變化大。

（2）中國(guó)大陸的西南邊界是印度板塊與歐亞板塊的碰撞帶，也是中國(guó)大陸及中亞新生代構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿?lái)源[6]，在印度板塊俯沖推擠下，青藏高原是巖石圈變形最強(qiáng)烈的地區(qū)，印度次大陸低角度擠入西藏下部，喜馬拉雅向南仰沖形成山前沉積、褶皺變形，地殼因此不斷增厚，高原分階段整體抬升。從速度圖可以看出，運(yùn)動(dòng)方向呈扇形散開，青藏高原主體在南北向縮短、東西向延伸。青藏高原的地殼縮短吸收了絕大部分印度和歐亞板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，剩余部分則被天山及以北的縮短所吸收[9]。

（3）西藏東部向北東方向運(yùn)動(dòng)，到川西一帶轉(zhuǎn)為向南東東方向，到云南中部一帶轉(zhuǎn)為向南南東方向，再到云南西部轉(zhuǎn)為向南西方向運(yùn)動(dòng)，這種旋轉(zhuǎn)可能是青藏高原內(nèi)部地殼物質(zhì)繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)流動(dòng)[10]。

（4）速度場(chǎng)清晰地揭示了不同構(gòu)造單元的變形方式或運(yùn)動(dòng)速度的分區(qū)差異，不同的地塊具有不同的運(yùn)動(dòng)速度和變形特征，對(duì)塊體運(yùn)動(dòng)深入的分析將可以揭示更多的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息。

3.塊體運(yùn)動(dòng)

參照大陸強(qiáng)震機(jī)理與預(yù)測(cè)等研究結(jié)果[2]，將中國(guó)大陸劃分為了東北、華北、華南、西藏、新疆、甘青、川滇7個(gè)塊體。計(jì)算數(shù)據(jù)為陸態(tài)網(wǎng)區(qū)域站1947個(gè)站點(diǎn)速度，選取各塊體內(nèi)所有站點(diǎn)（見(jiàn)圖2），通過(guò)加權(quán)平均獲得各個(gè)塊體的平均速度作為塊體的運(yùn)動(dòng)速度（圖3）， 平均運(yùn)動(dòng)方向作為塊體的運(yùn)動(dòng)方向（見(jiàn)表1）。

（點(diǎn)為區(qū)域GPS站，圓圈為選中參與計(jì)算塊體速度的點(diǎn)）

從各塊體運(yùn)動(dòng)速度和方向可以看出，西部的西藏塊體、甘青塊體、新疆塊體北東向運(yùn)動(dòng)，東北塊體南東東向運(yùn)動(dòng)，華北、華南塊體近東向運(yùn)動(dòng)，而川滇塊體向南東運(yùn)動(dòng)，其中西藏塊體運(yùn)動(dòng)速率最大，為22.14mm/yr，甘青塊體次之，華南塊體最小為7.8mm/yr。

為深入研究各塊體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將各個(gè)塊體內(nèi)所有站點(diǎn)投影到平均速度方向，得到各塊體內(nèi)速度投影圖。西部各塊體速度投影明顯大于東部各塊體，且運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較東部復(fù)雜。新疆塊體內(nèi)西部的塔里木盆地速度大，東部的阿拉善地區(qū)速度較小，南北方向來(lái)看塔里木盆地-天山-準(zhǔn)格爾盆地速度減小，塔里木盆地、準(zhǔn)格爾盆地較穩(wěn)定，兩盆地中的天山（B42-45。）速度明顯減小。甘青塊體來(lái)看，中西部速度較大，東部速度小，表明甘青塊體受到阻擋東緣受擠壓，南北向速度逐漸減小，也呈現(xiàn)擠壓態(tài)勢(shì)。從西藏速度投影來(lái)看，西藏西部（B80。以西）較小，向東逐漸增大，中部速度最大，向東后繼續(xù)減小，這個(gè)西藏逐漸向東滑移有關(guān)，在平均速度方向投影逐漸減小，南北向來(lái)看，扣除東部投影較小的速度后，速度逐漸減小，表現(xiàn)為南北向擠壓。川滇塊體來(lái)看，從西到東速度逐漸減小，從北向南逐漸減小，塊體內(nèi)呈擠壓狀態(tài)，主要因?yàn)槲鬟叺奈鞑貕K體擠壓、東邊華南塊體的阻擋。東北塊體是一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)，從速度剖面來(lái)看，向東速度逐漸增大，膠遼地塊運(yùn)動(dòng)速度明顯增大。從華北地塊速度投影來(lái)看，速度較一致，與地質(zhì)結(jié)論不符，可能由于華北地塊各GPS站本身運(yùn)動(dòng)速度不大，地塊內(nèi)各次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)不一致，沿平均速度方向投影后，不同站點(diǎn)速度融合一起難以分辨。華南地塊一致認(rèn)為是一個(gè)沒(méi)有內(nèi)部構(gòu)造變形的剛性地塊，內(nèi)部不發(fā)育明顯的活動(dòng)斷裂和褶皺，地震活動(dòng)性與華北和西部對(duì)比相對(duì)較弱，從速度投影來(lái)看，塊體內(nèi)速度穩(wěn)定均勻。

4.小結(jié)

（1）中國(guó)大陸整體向東運(yùn)動(dòng)，其中西藏塊體、甘青塊體、新疆塊體北東向運(yùn)動(dòng)，東北塊體南東東向運(yùn)動(dòng)，華北、華南塊體近東向運(yùn)動(dòng)，而川滇塊體向南東運(yùn)動(dòng)。就運(yùn)動(dòng)速度而言，西部整體大于東部，西藏塊體運(yùn)動(dòng)速率最大，為22.14mm/yr，甘青塊體次之，為22.14mm/yr，華南塊體最小為7.8 mm/yr。

（2）中國(guó)大陸的西南邊界是印度板塊與歐亞板塊的碰撞帶，也是中國(guó)大陸及中亞新生代構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿?lái)源，在印度板塊俯沖推擠下，青藏塊體向北東向運(yùn)動(dòng)受到鄂爾多斯塊體、華南塊體的阻擋在青藏東北緣呈擠壓態(tài)勢(shì)，且速度逐漸轉(zhuǎn)向東，表明物質(zhì)向東滑移，川西到云南地區(qū)尤為明顯。

（3）由于印度板塊的俯沖，青藏高原南北向縮短、東西向延伸。青藏高原的地殼縮短吸收了絕大部分印度和歐亞板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，剩余部分則被天山及以北的縮短所吸收。

本文計(jì)算塊體速度投影時(shí)，將塊體內(nèi)GPS點(diǎn)投影到塊體平均速度方向，與塊體內(nèi)構(gòu)造結(jié)合不緊密，后期將根據(jù)塊體內(nèi)次級(jí)塊體及活動(dòng)斷裂方向進(jìn)行投影，可以更直觀看到斷裂相對(duì)速度和滑動(dòng)速度。此外，本文采用的數(shù)據(jù)為2期觀測(cè)結(jié)果，今后研究使用多期數(shù)據(jù)分析，結(jié)果會(huì)更可靠些。

致謝：感謝中國(guó)地震局地震研究所提供的陸態(tài)網(wǎng)GPS區(qū)域站2009-2011期速度結(jié)果。

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