遼寧地區(qū)地殼垂直形變演化特征*

郭良遷 馬 青 杜雪松 陳聚忠 張俊青 鄭智江

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

遼寧地區(qū)地殼垂直形變演化特征*

郭良遷 馬 青 杜雪松 陳聚忠 張俊青 鄭智江

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

利用遼寧地區(qū)多期復(fù)測的水準(zhǔn)資料，得到1959—1979年、1979—1997年、1997—2010年和1959—2010年多個時間段的垂直形變速率。在此基礎(chǔ)上研究了遼寧地區(qū)50年的地殼垂直形變演化和構(gòu)造活動性，以及垂直形變場與地震活動的相關(guān)性。結(jié)果表明:1959—1979年的垂直形變速率差異變化量最大，地殼活動性較強(qiáng)烈，該時間段內(nèi)發(fā)生了海城7.3級地震。1979—1997年和1997—2010年兩個時間段垂直形變速率差異變化量減小，地殼活動性減弱，同時期本區(qū)無大震發(fā)生。垂直形變速率變化顯示出，遼寧地區(qū)地殼活動以北北東向和北西-北西西向構(gòu)造為主，不同時期的垂直形變分別受它們控制。

地殼垂直變化速率;垂直形變演化;構(gòu)造活動性;地震活動

1 引言

地殼垂直形變是地殼運(yùn)動的一個側(cè)面。一個地區(qū)的垂直形變速率、梯度大小和差異變化量反映了現(xiàn)今構(gòu)造活動強(qiáng)度。垂直形變的梯度帶分布一般與現(xiàn)在活動性顯著的構(gòu)造帶相一致。因此，可以利用垂直形變資料來研究地殼的現(xiàn)今構(gòu)造活動性。與其他方法相比，地形變用于地殼活動性研究，具有直觀這一顯著的優(yōu)點(diǎn)。早在1970年已開始利用大面積水準(zhǔn)資料研究地殼的垂直運(yùn)動，并發(fā)展成為研究大震孕育、發(fā)展、發(fā)生過程的重要手段［1-8］。

本文主要根據(jù)遼寧地區(qū)1956年以來多期水準(zhǔn)復(fù)測資料，計(jì)算 1959—1979、1979—1997、1997—2010和1959—2010年的地殼垂直變化速率，在此基礎(chǔ)上研究遼寧地區(qū)的現(xiàn)代地殼垂直運(yùn)動及其構(gòu)造活動。

遼寧地區(qū)是現(xiàn)代構(gòu)造活動相對強(qiáng)烈的地區(qū)，中國大陸東部規(guī)模最大且活動性顯著的斷裂帶——郯廬斷裂帶通過本區(qū)(即下遼河斷陷帶)，它控制著該區(qū)大震的孕育和發(fā)生。1975年海城7.3級地震就發(fā)生在下遼河斷陷帶東側(cè)的海城-營口斷裂帶與北西向海城河-大洋河斷裂的交匯部位［9］。根據(jù)新構(gòu)造活動特征，遼寧地區(qū)可分為遼西隆起、下遼河斷陷和遼東隆起三個地質(zhì)構(gòu)造單元，它們主要受北北東向斷裂控制(圖1)。遼西隆起主要發(fā)育有朱錄科-刀爾登斷裂帶、北票-朝陽斷裂帶和阜新-錦州斷裂帶;下遼河斷陷主要發(fā)育有張家街?jǐn)嗔褞?、臺安斷裂、遼中斷裂、牛居-油燕溝斷裂和海城-營口斷裂;遼東隆起主要有金州斷裂帶、莊河斷裂帶、鴨綠江斷裂帶和NW向海城河-大洋河斷裂帶［10］。

圖1 遼寧地區(qū)構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch of tectonics in Liaoning area

2 水準(zhǔn)資料處理

整理的水準(zhǔn)資料時間跨度為1956—2011年，第一期資料施測時間為1956—1970年，第二期資料施測時間為1977—1982年，第三期資料施測時間為1997年，第四期資料施測時間為2009年至2011年。平差計(jì)算獲得 1959—1979、1979—1997、1997—2010年和1959—2010年的垂直形變速率。水準(zhǔn)平差使用的是黃立人教授編制的水準(zhǔn)網(wǎng)平差程序中的經(jīng)典動態(tài)平差方法，計(jì)算時以沈陽的水準(zhǔn)線路交匯點(diǎn)為基準(zhǔn)，平差結(jié)果的單位權(quán)中誤差為1.12 mm/a。為了研究本區(qū)的構(gòu)造活動性，最終將速率結(jié)果轉(zhuǎn)換為各期水準(zhǔn)點(diǎn)速率平均值作為參考基準(zhǔn)，得到不同時間段的垂直形變速率。

本次使用水準(zhǔn)資料線路西起凌源，東到丹東，北起內(nèi)蒙的庫倫旗，南到大連，基本上覆蓋了遼寧地區(qū)(圖2)。

圖2 平差水準(zhǔn)網(wǎng)Fig.2 Adjusted leveling network

3 垂直形變分析

遼寧地區(qū)1959—1979、1979—1997、1997—2010和1959—2010年各個時間段的垂直形變各具特點(diǎn)，不同階段的構(gòu)造活動存在差別。

3.1 1959—1979年

1959—1979年的垂直形變速率(圖3)顯示出遼西隆起和下遼河盆地為相對下降區(qū)，其中綏中-錦州-遼河口和海城地帶下降速率相對較大，為-2.5～-3.0 mm/a。遼東隆起主要表現(xiàn)為上升，而且由西向東上升速率增大，在莊河-丹東一帶上升速率為3.0～3.5 mm/a。從垂直形變速率等值線的走向和相對密集帶的展布可見，沿NNE向朝陽-北票斷裂帶、下遼河斷陷帶和莊河斷裂帶為形變梯度帶。朝陽-北票斷裂帶兩側(cè)垂直形變速率差異約2.0 mm/ a，整個下遼河斷陷帶的差異變化約4.0 mm/a，莊河斷裂帶的差異變化約2.0 mm/a。其他地段形變速率等值線相對稀疏。遼寧中北部地區(qū)的岫巖-海城-北票地帶形變速率等值線呈北西向延伸，以下降變化為主，形成北西向的下降形變活動帶。下降帶的東南段與北西向海城河-大洋河斷裂帶展布一致。該時間段本區(qū)發(fā)生過海城7.3級地震(1975-02-04)，震中位于下遼河斷陷帶東側(cè)海城-營口斷裂帶與海城河-大洋河斷裂帶交匯處。說明大震的孕育發(fā)生與北北東向和北西向兩組構(gòu)造活動相關(guān)。這一時間段的垂直形變突出反映了與大震有關(guān)的構(gòu)造變形。遼寧地區(qū)該階段垂直形變總體特征是東部上升，西部下降，北西向下降帶橫穿海城7.3級地震區(qū)。

圖3 1959—1979年遼寧地區(qū)垂直形變速率Fig.3 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1959—1979

3.2 1979—1997年

圖4 1979—1997年遼寧地區(qū)垂直形變速率Fig.4 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1979—1997

1979—1997年的垂直形變速率(圖4)表明，遼東隆起的北段和下遼河盆地、以及遼寧西部的凌源-赤峰地區(qū)為下降區(qū)，最大下降速率在遼河口地段，達(dá)-5.0 mm/a。遼西隆起的中、北部和遼東隆起南部為上升區(qū)，上升速率0.5～1.5 mm/a。該時期的形變速率等值線沿下遼河斷陷帶比較密集，形成梯度帶，下遼河斷陷的整體差異變化量5 mm/a。說明該時期下遼河斷陷帶活動性較強(qiáng)。其他地段垂直形變速率等值線相對稀疏。該時間段，海城7.3級地震后，地殼應(yīng)力松弛調(diào)整，處于海城7.3級震區(qū)的遼東隆起從上一時期以形變上升為主轉(zhuǎn)為本階段的以下降為主。1979—1997年遼寧地區(qū)總體垂直形變特征為西部上升，與前一期變化相反，東部北區(qū)反向下降，南區(qū)繼續(xù)上升。

3.3 1997—2010年

遼寧地區(qū)1997—2010年的垂直形變速率(圖5)顯示，形變下降區(qū)和上升區(qū)呈北西向延伸，東北部為庫倫旗-沈陽-丹東上升區(qū)，上升速率較大地段在沈陽及其以西，為1.5 mm/a。中部為北票-盤錦-岫巖下降區(qū)，其中北票、阜新和遼河口地帶下降速率相對較大，為-3.0～-2.0 mm/a。遼寧的南部地區(qū)為上升區(qū)，最大上升速率為2.5 mm/a。1997—2010年的垂直形變升降區(qū)與活動構(gòu)造單元不一致，形變下降區(qū)切穿構(gòu)造單元，沿?cái)嗔褞б参葱纬娠@著的梯度帶，斷裂活動性相對較弱。

該階段的垂直形變態(tài)勢與前兩個階段明顯不同，形變升降帶由北東向變?yōu)楸蔽飨颉?/p>

圖5 1997—2010年遼寧地區(qū)垂直形變速率Fig.5 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1997—2010

3.4 1959—2010年

1959—2010年遼寧地區(qū)的長期垂直形變速率(圖6)變化顯示，北部和南部地區(qū)為上升帶，最大上升速率位于北部上升區(qū)的阜新東部一帶，為2.5 mm/a，北部上升區(qū)主要發(fā)育在遼西隆起上。中部凌源-錦州-海城-岫巖為下降帶，最大下降速率位于下遼河，為-3.0 mm/a。它橫穿遼西隆起、下遼河斷陷帶和遼東隆起。南部上升區(qū)主要位于遼東隆起南段。

遼寧北部的垂直形變上升區(qū)的上升中心和下降中心呈北西西向相間分布。敖漢旗-沈陽-寬甸上升帶，自西向東有敖漢旗-建平上升區(qū)、庫倫旗-義縣下降區(qū)、黑山上升區(qū)、燈塔下降區(qū)和本溪上升區(qū)。這些次級升降區(qū)中心分布受斷裂帶控制，敖漢旗-建平上升區(qū)西側(cè)為朱錄科-刀爾登斷裂，東側(cè)為北票-朝陽斷裂，黑山上升區(qū)西側(cè)為阜新-錦州斷裂，東側(cè)為鐵嶺-遼中斷裂，本溪上升區(qū)西側(cè)為本溪斷裂，東側(cè)為鴨綠江斷裂。斷裂帶僅在垂直形變上升帶或者下降帶中的更小區(qū)域的上升及下降變化上有所顯示。

圖6 1959—2010年遼寧地區(qū)垂直形變速率Fig.6 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1959—2010

3.5 各時段形變差異

遼寧地區(qū) 1959—1979年、1979—1997年和1997—2010年3個時間段的垂直形變速率圖變化顯示出，遼東隆起的演進(jìn)過程為整體上升→北部下降南部上升→中部下降南北兩端上升，整個垂直形變過程顯示出從構(gòu)造單元一致的上升變?yōu)榉墙y(tǒng)一的局部升降變化。下遼河斷陷帶的演進(jìn)過程為北部和南部上升，中部下降→下降為主→北部上升南部下降。不同時間段的變化均無整體性。遼西隆起的演進(jìn)過程為整體下降→上升為主→下降為主。不同時間段的變化整體性亦不顯著。1959—2010年長期垂直形變也顯示出各塊體構(gòu)造無整體性活動，與1979—1997年和1997—2010年兩個階段的變化相似。

1959—1979年，塊體形變的整體性與海城7.3級地震有關(guān)，遼東構(gòu)造塊體整體性上升和遼西整體性下降可能是地殼應(yīng)力的強(qiáng)積累強(qiáng)釋放的表現(xiàn)，非整體性形變可能是應(yīng)力較弱，或者松弛的表現(xiàn)。

不同時間段的區(qū)域垂直形變的差異變化量大小反映了地殼活動性的強(qiáng)弱。從表1可見，遼寧地區(qū)1959—1979年的差異變化最大，活動性增強(qiáng)，隨后兩個時間段差異變化減小，活動性相對較弱。而長期垂直形變反映了地殼的相對穩(wěn)態(tài)變化，所以1959—2010年的差異變化小于各時間段。

表1 差異變化量Tab.1 Differential change

4 垂直形變演化與地震活動

圖7 遼寧及周邊地區(qū)震中分布與M-T圖(ML≥5.0)Fig.7 Epicentral distribution and M-T diagram in Liaoning and its surrounding area(ML≥5.0)

遼寧及鄰近地區(qū)1956—2011年，大部分ML≥5.0地震分布在1975年海城7.3級地震震中地區(qū)，其他地區(qū)只有7次，其中3次分布在遼西隆起上，震級都小于6級;4次分布在遼東隆起，其中有一次6級地震(在鴨綠江斷裂帶附近)，下遼河斷陷帶除7.3級地震的余震外無大于5級的地震(圖7(a))。遼寧地區(qū)地震分布總體上為北西向，呈寬闊的帶狀，震中具體位置受北北東向斷裂切割的塊體控制。現(xiàn)今垂直形變速率的升降區(qū)分布也呈現(xiàn)出北北東向和北西西向。地震與垂直形變揭示的現(xiàn)今構(gòu)造活動是一致的。不同階段的垂直形變速率差異變化大小也與地震活動序列在時間上呈現(xiàn)相關(guān)性。1959—1979年的垂直形變速率差異變化量最大，地震活動也最強(qiáng)烈。1979—1997年和1997—2010年垂直形變速率差異變化量相對較小，地震活動也相對較弱(圖7 (b))。

5 結(jié)論

1959—1979年遼寧地區(qū)的垂直形變速率揭示出大致以下遼河斷陷帶為界，分為遼東上升區(qū)和遼西下降區(qū)兩大形變單元，同時下遼河斷陷帶也是形變速率梯度帶，活動性顯著。1959—1979年的形變升降區(qū)受構(gòu)造塊體控制，是其顯著特點(diǎn)，它反映了地殼應(yīng)力作用較強(qiáng)。

1979—1997年遼寧地區(qū)垂直形變形態(tài)與1959—1979年不同，遼西地區(qū)和前期變化相反，以上升為主;遼東地區(qū)和前期變化不同，上升解體，變?yōu)椤澳仙苯怠薄?997—2010年垂直形變在遼寧地區(qū)中部形成顯著的北西向下降區(qū)，縱貫東南-西北，而其南北兩側(cè)表現(xiàn)為上升變化。1979—1997年和1997—2010年形變升降區(qū)受構(gòu)造塊體控制明顯減弱，反映了地殼應(yīng)力相對較弱或者松弛。1959—2010年，不同階段的垂直形變顯示遼寧地區(qū)的地殼運(yùn)動由強(qiáng)向弱發(fā)展，由強(qiáng)變化狀態(tài)趨向于穩(wěn)態(tài)(或常態(tài))。

垂直形變差異變化量在1959—1979年最大，1979—1997年和 1997—2010年明顯減小，說明1959—1979年本區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，1979—1997年和1997—2010年活動性減弱。海城7.3級大震發(fā)生在構(gòu)造活動性較強(qiáng)時段。

1959—2010年的長期垂直形變反映了遼寧地區(qū)的穩(wěn)態(tài)變化，形變差異量相對較小，垂直形變圖形形態(tài)受構(gòu)造控制不顯著。

地震的孕育和發(fā)生與地殼形變密切相關(guān)，形變?nèi)醯碾A段地震少，震級小;反之形變顯著，地震強(qiáng)度大，頻度高。地殼垂直形變與地震活動強(qiáng)弱具有一致性。

致謝 感謝黃立人教授提供計(jì)算方面的幫助!

1 應(yīng)紹奮，等.中國大陸垂直向現(xiàn)代運(yùn)動基本特征［J］.中國地震，1986，14(1):1-8.(Ying Shaofen，et al.Basic characteristcs of recent vertical movement of China mainland［J］.Earthquake Research in China，1986，14(1):1-8)

2 黃立人，楊國華，劉天奎.用速率面擬合法研究華北部分地區(qū)的現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動［J］.地殼形變與地震，1989，(3):26-35.(Huang Liren，Yang Guohua and Liu Tiankui.Study of present vertical crustal movements in part of north China with the fitting method of velocity surface［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1989，(3):26-35)

3 張祖勝.應(yīng)用大地形變資料估計(jì)我國大陸地區(qū)近幾十年的地震趨勢［A］.見:國家地震局分析預(yù)報(bào)中心編.中國地震大形勢預(yù)測研究［C］.北京:地震出版社，1990，50-65.(Zhang Zusheng.Earthquake trend estimation in Mainland China in next decades with geodetic data［A］.In:Centter for Analysis and Prediction，State Seistnological Bureau，ed.Predicfion and researches on earthquake situation in China［C］.Beijing:Seismological Press，1990，50-65)

4 賴錫安，等.中國大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動［M］.北京:地震出版社，2004.(Lai Xian，et al.Present-day crustal movement in China comstrained［M］.Beijing:Seismological Press，2004)

5 謝覺民，黃立人.唐山地震前后的地殼垂直運(yùn)動［J］.地震地質(zhì)，1987，9(3):1-19.(Xie Juemin and Huang Liren.Crustal vertical movement before and after the Tangshan earthquake［J］.Seismology and Geology，1987，9(3):1-19)

6 王若柏，等.華北地區(qū)地殼垂直形變場及動態(tài)演化特征［J］.地震學(xué)報(bào)，1995，17(2):148-155.(Wang Ruobai，et al.Vertical crustal deformation in North China and dynamic evolution characteristics［J］.Acta Seismologica Sinica，1995，17(2):148-155)

7 王雙緒.川西地區(qū)近期大地垂直形變場演化與地殼運(yùn)動特征［J］.地殼形變與地震，1992，(2):17-22(Wang Shuangxu.Characteristics of the evolution of recent vertical deformation field and the crustal motion in west Sichuan［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1992，(2):17-22)

8 郭良遷，黃立人.蘇魯皖地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造活動性研究［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2008，(4):17-24.(Guo Liangqian and Huang Liren.On current tectonic activity in Jiangsu-Shandong-Anhui area［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2008，(4):17-24)

9 朱鳳鳴，吳 戈.一九七五年海城地震［M］.北京:地震出版社，1982.(Zhu Fengming and Wu Ge.Haicheng earthquake in 1975［M］.Beijing:Seismological Press，1982)

10 馬杏垣.中國巖石圈動力學(xué)地圖集［M］.北京:中國地圖出版社，1989.(Ma Xingyuan.Atlas of the lithospheric dynamics in China［M］.Beijing:China Cartographic Publication Press，1989)

EVOLUTIONAL CHARACTERISTICS OF VERTICAL CRUSTAL DEFORMATION IN LIAONING AREA

Guo Liangqian，Ma Qing，Du Xuesong，Chen Juzhong，Zhang Junqing and Zheng Zhijiang
(First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180)

The repetitive leveling data in Liaoning area was sorted out to obtain the vertical deformation rate during 1959—1979，1979—1997 and 1997—2010.On the basis of the results，the author studied the evolution of vertical crustal deformation，tectonic activity of Liaoning area in 50 years，and the correlation of vertical deformation field with seismic activities.The results show that during 1959 to 1979，the differential change of the vertical deformation rate is the biggest，that reflects the crustal activity is intense，and a Ms7.3 earthquake occurred in Haicheng in this period.During 1979 to 1997 and 1997 to 2010，the differential change of the vertical deformation rate decreased，the crustal activity weakened，and there was no big earthquake occurred in this period.In the period，the differential change of the vertical deformation rate shows that the predominant direction of crust activity of Liaoning area was NNE and NW-NWW，and the vertical deformation in different periods was respectively under the control along these directions.

rate of vertical crust change;evolution of vertical deformation;tectonic activity;seismic activities

1671-5942(2012)03-0017-05

2011-12-30

中國地震局“全國地震區(qū)劃圖編制項(xiàng)目”;天津市應(yīng)用基礎(chǔ)研究(08JCZDJC18900)項(xiàng)目;“十一五”國家科技支撐課題(2006BAC01B02-02-03)

郭良遷，研究員，主要從事地形變、構(gòu)造活動和地震預(yù)測研究.E-mail:guoliangqian@163.com

P315.72+5

A