天山地區近期地殼形變研究

陳 浩

（1.天津航天中為數據系統科技有限公司，天津 300301）

新生代期間印度板塊和歐亞板塊碰撞的遠程效應，導致天山造山帶重新活動，發生陸內造山運動，并再次 強烈隆升，形成典型的板內新生代復活型造山帶[1-2]。天山山脈位于遠離板塊邊界的歐亞大陸內部，南以塔里木盆地為界，北側則為準噶爾盆地和哈薩克地塊，東西綿延近 2 500 km，南北寬度達 250～350 km，最高峰海拔高度超過 7 000 m，劇烈隆升的地貌形態以及強烈多發的地震活動表明天山現今構造變形依然強烈[3]。天山地震帶一直是全球地震多發區之一，發生了百余次6級以上地震，其中包括多次8級左右強震，如1906年瑪納斯7.7級強震、1902年阿圖什8級強震、1931年富蘊8.0級地震和2001年昆侖山8.1級 強震。

很多專家利用GPS手段對天山地區進行了卓有成效的研究：從水平速度的分析來看，許多學者利用GPS數據分析了多年來天山地區的運動速率。Abdrakhmatov[4]基于GPS資料得到天山地區的運動速率約為20mm/a， 同時表明天山地區現今構造運動的最重要特征之一就是南北向地殼快速縮短。Larson等[5-6]通過數據分析得到了相應的結論。王曉強等[7-8]對天山地區GPS 測量成果進行了系統處理，獲得了天山相對于歐亞大陸的212個GPS站速度場結果，表明天山地殼縮短由南向北、由西向東遞減，表明板塊的推擠作用力隨著天山的褶皺變形相應減弱。王治民[9]獲得了天山地區的現今地殼形變速率圖、基線變化圖、應變圖及主要地質構造帶的斷裂位移，表明南天山地震斷裂帶以每年5～10mm 的速度吸收來自帕米爾高原向北推擠的運動速率。Mohadjer等[10]利用13個GPS站的觀測資料，在帕米爾-興都庫什地區研究了印度-歐亞板塊的匯聚狀況。這些研究可以表明，天山地區的運動背景速度大約為20mm/a，地殼運動主要表現為地殼縮短，并且縮短的程度不一致，體現出由西向東遞減的態勢。本文通過GPS 速度場分析、GPS剖面、應變時間序列分析來獲取天山地區地殼變形運動特征，可以為天山地區的地震危險性判定提供技術 支持。

1 GPS數據及解算

收集了全國GPS測站數據，以及全球均勻分析的70個IGS站數據，GAMIT/GLOBK解算單日松弛解（得到h文件），QOCA進行整體平差得到各GPS連續站的時間序列。

單天解算的參數設置大致如下：數據采樣間隔為30s，Choice of Observable=LC_AUTCLN，Choice of Experiment=RELAX，Type of Analysis=1-ITER，Etide model=IERS03，Tides applied=31，全球海潮模型：otl_FES2004.grid，Elevation Cutoff=10，Interval zen=2，Antenna Model=AZEL，Inertial frame=J2000，DMap=GMF，WMap=GMF。

單天解算的結果（松弛解）是無基準的，在使用QOCA軟件單天松弛解進行整網平差時，分別選擇解算數據的時間段內較為穩定、全球均勻分布的70個IGS站為框架點，各框架點采用的先驗坐標為ITRF2008 框架下坐標，得到各測站的時間序列及速度場。

2 地殼形變分析

強震孕育、發生和震后調整過程始終伴隨著地殼形變現象，特別是震間期斷層上積累的彈性應變分布直接與地震頻度和震級相關。GPS觀測為定性、定量識別地震斷層震間期應變積累量值、同震應變釋放過程和震后變形調整過程提供了可靠的技術手段。本文擬從速度場、GPS剖面、應變時間序列3個方面進行分析。

2.1 速度場分析

本文利用GPS數據得到了2009－2013年、2013－2018年基于區域無旋轉的兩期速度場結果，如圖1所示。其中，紅色的是1318期速度場，黑色的是0913期速度場。從圖中可以看出兩期速度場變化不大，天山北部地區表現為速率值的變小，天山南部地區顯示出速率方向有向北的細微變化。兩期的速度場都是以南北方向的擠壓為主，這與前人的研究結論相一致。

圖1 兩期速度場對比圖

2.2 GPS剖面分析

為了研究天山地區主要地震帶的活動特征，本文采用最小二乘配置方法計算了主要斷裂的GPS剖面，南北天山各兩個，剖面的分布圖如圖2中黑色方框所示，其中，剖面1和2是跨越南天山的斷裂帶，剖面3和4是跨越北天山的斷裂帶，剖面結果如圖3所示，其中，a、c、e、g為垂直于剖面的結果，b、d、f、h是平行于剖面的結果。

圖3 4個剖面結果圖

從剖面的結果可以看出，天山地區的斷層主要以擠壓為主，這和地質上的背景是一致的，前人的研究也證實天山地區的主要斷層以擠壓為主。此外，南天山的擠壓速率明顯大于北天山的擠壓速率，說明板塊的推擠作用力隨著天山的褶皺變形相應減弱。

2.3 應變時間序列分析

為了分析近期的地殼運動變化，本文計算分析了截止到2019年6月的跨越天山斷裂帶的應變時間序列，其中，應變由連續站的時間序列計算得到，應變的分布如圖2中紅色閉合曲線。本文一共計算了3個塊體的連續應變結果，如圖4所示。

圖2 剖面及應變分布圖

圖4 3個應變時序結果

從應變的結果可以看出，天山地區的應變主要以擠壓為主，這和GPS剖面的結果相對應，其中，南天山地區的應變時序XJZS_XJBY_XJKC_XJBC_WUSH 速率為（2.58±0.007）×10-8mm/a；北天山地區的兩個應變時序XJKL_XJSH_XJBY_XJYN、XJSH_XJML_XJSS_XJWL分別為（1.08±0.009）×10-8mm/a、（1.41±0.007）×10-8mm/a，明顯可以看出南天山地區的擠壓應變明顯較強，可能會有應變的積累導致地震的發生，值得進一步注意。

3 結 語

本文利用1999－2019年GPS連續站及流動站觀測資料，計算了天山地區的時間序列及速度場結果。在此基礎上，通過GPS速度場分析、GPS剖面分析、應變時間序列分析來獲取天山地區地殼變形運動特征。結果表明兩期速度場變化不大，天山北部地區表現為速率值的變小，天山南部地區顯示出速率方向有向北的細微變化；南天山的擠壓速率明顯大于北天山的擠壓速率，說明板塊的推擠作用力隨著天山的褶皺變形相應減弱；南天山地區的擠壓應變明顯加強，可能會因應變的積累導致地震發生，值得進一步注意。