六盤山構(gòu)造帶應(yīng)變積累特征及其變形機(jī)制研究

蘇小寧

1. 蘭州交通大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2. 同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

六盤山構(gòu)造帶位于青藏高原向中國(guó)大陸內(nèi)部擠壓擴(kuò)展的最前緣部位，其東部是構(gòu)造穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體，西部是新生代強(qiáng)烈隆升與快速生長(zhǎng)的青藏高原東北隅。論文在六盤山地區(qū)進(jìn)行GNSS加密觀測(cè)，結(jié)合已有觀測(cè)數(shù)據(jù)，給出青藏高原東北隅高空間分辨率的三維GNSS速度場(chǎng)，并分析形變場(chǎng)空間分布特征；研究GNSS應(yīng)變率場(chǎng)計(jì)算方法，對(duì)方法的有效性和穩(wěn)健性進(jìn)行驗(yàn)證，解算不同空間尺度的應(yīng)變率場(chǎng)；基于GNSS形變場(chǎng)聚類分析結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)地震活動(dòng)性和深淺地球物理資料，提出該區(qū)域改進(jìn)的塊體模型，探討區(qū)域變形機(jī)制。論文研究?jī)?nèi)容與成果如下：

(1) 提出一種探測(cè)GNSS坐標(biāo)時(shí)序中突跳的方法。該方法以ARMA模型預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，結(jié)合局部坐標(biāo)均值差平方時(shí)序，能準(zhǔn)確探測(cè)出在真實(shí)GNSS坐標(biāo)時(shí)序中加入的突跳。

(2) 基于位錯(cuò)模型方法的模擬研究，驗(yàn)證了多尺度球面小波方法解算應(yīng)變率場(chǎng)的有效性和穩(wěn)健性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)建立空間不規(guī)則分布的小波基函數(shù)體現(xiàn)出GNSS測(cè)站不均勻分布的特點(diǎn)，從而給出不同空間尺度的應(yīng)變率場(chǎng)。

(3) 給出了青藏高原東北隅高空間分辨率的三維速度場(chǎng)。相對(duì)于鄂爾多斯參考基準(zhǔn)的GNSS水平向速度場(chǎng)顯示，青藏高原東北隅的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)受到穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體阻擋之后呈現(xiàn)出大范圍的擠壓運(yùn)動(dòng)。新增加的測(cè)站更加精細(xì)地刻畫了六盤山構(gòu)造帶西側(cè)的地殼縮短變形，但在六盤山構(gòu)造帶兩側(cè)不存在顯著的地殼形變。六盤山構(gòu)造帶作為青藏高原東北隅與鄂爾多斯塊體的分界構(gòu)造，其并不是GNSS速率變化的分界線，而該分界線位于六盤山構(gòu)造帶的西側(cè)，且穿過(guò)了西秦嶺北緣斷裂。該分界線與近南北向分布的7級(jí)以上歷史地震條帶在空間上基本重合。

(4) 利用GNSS連續(xù)觀測(cè)站資料解算的垂直向速度場(chǎng)顯示，隴西塊體內(nèi)部的隆升速率從北西至南東逐漸增加，其平均的隆升速率比鄂爾多斯塊體小1.0 mm/a。結(jié)合該區(qū)域地震反射剖面和華東克拉通的整體隆升特征，論文推測(cè)鄂爾多斯塊體的垂向隆升與華北卡拉通的整體隆升耦合，與青藏高原東北隅的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)解耦。

(5) 提出青藏高原東北隅改進(jìn)的塊體模型。新的塊體模型以聚類分析方法對(duì)高空間分辨率GNSS速度場(chǎng)的分簇結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合地震活動(dòng)性與深淺地球物理資料，其最重要的改變是在六盤山構(gòu)造帶西側(cè)新增了穿過(guò)西秦嶺北緣斷裂走向?yàn)楸北睎|向的斷裂。該斷裂是GNSS連續(xù)變形圖像、地震各向異性、莫霍面深度變化和布格重力異常的分界線，與7級(jí)以上歷史地震的分布條帶重合。基于新的塊體模型反演的六盤山構(gòu)造帶的擠壓速率為1.0 mm/a，該值與地質(zhì)資料給出的0.9 mm/a的長(zhǎng)期速率一致，表明以往大地測(cè)量反演的3.0 mm/a的擠壓速率是對(duì)其存在明顯的高估。

(6) 青藏高原東北隅的變形模式為北向逃逸運(yùn)動(dòng)、隴西塊體內(nèi)部變形和斷層滑動(dòng)3種方式的共同作用。其中，祁連山構(gòu)造帶東段的海原斷裂和深部的右旋剪切帶是該區(qū)域的主要控制斷裂，而位于右旋剪切帶東側(cè)的六盤山構(gòu)造帶現(xiàn)今并沒(méi)直接承接青藏高原東北隅的推擠作用。論文推測(cè)北北東向的右旋剪切帶發(fā)育較晚，它的出現(xiàn)改變了該區(qū)域原有的構(gòu)造格局，也分擔(dān)了六盤山構(gòu)造帶原有的應(yīng)變積累，使得六盤山構(gòu)造帶現(xiàn)今應(yīng)變積累較弱。