巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂現(xiàn)今活動性分析*

陳長云 任金衛(wèi) 孟國杰 楊攀新1， 張軍龍1， 蘇小寧

(1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2)中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036 3)中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180)

巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂現(xiàn)今活動性分析*

陳長云1，2，3)任金衛(wèi)2)孟國杰2)楊攀新1，2)張軍龍1，2)蘇小寧2)

(1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2)中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036 3)中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180)

利用GPS數(shù)據(jù)對巴顏喀拉塊體北東緣地殼形變特征及主要斷裂現(xiàn)今活動特性進行了研究。速度場結(jié)果揭示研究區(qū)整體向南東方向順時針轉(zhuǎn)動，速率自西向東呈逐漸減小趨勢。計算獲得了研究區(qū)主要活動斷裂現(xiàn)今活動水平，結(jié)果表明迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂以左旋走滑運動為主，而青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂、岷江斷裂以右旋走滑運動為主。

GPS;巴顏喀拉塊體;速度場;活動斷裂;走滑運動

1 引言

滑動速率是定量描述活動斷裂晚第四紀(jì)構(gòu)造變形的重要參數(shù)，是制約和研究現(xiàn)今大陸動力作用過程的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用地震地質(zhì)資料能夠給出活動斷裂的長期活動速率和平均運動水平，而利用跨活動斷裂的GPS觀測數(shù)據(jù)能夠獲得斷裂的現(xiàn)今滑動速率。由GPS復(fù)測數(shù)據(jù)獲得的速度場可以為認(rèn)識塊體內(nèi)部動力學(xué)驅(qū)動機制提供重要依據(jù)。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，GPS觀測結(jié)果能夠提供高精度、大范圍和準(zhǔn)實時的地殼運動的定量數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)實際上反映了構(gòu)造變形的現(xiàn)今活動水平。GPS測站點的復(fù)測則可以確定一段時間范圍內(nèi)地殼的水平運動狀態(tài)，取得地殼破裂和應(yīng)變的資料，對研究地殼構(gòu)造運動，研究斷層的運動學(xué)特征和破裂力學(xué)等性質(zhì)，對未來地震趨勢的判斷等具有重要意義［1］。

巴顏喀拉塊體北東緣位于青藏高原東北部的川甘交界地區(qū)，其在大的構(gòu)造單元上處于華南地塊、巴顏喀拉地塊和柴達木地塊的交匯地帶(圖1)，是青藏高原隆升發(fā)展的前緣地帶，也是我國南北地震帶的中段，構(gòu)造變形極其復(fù)雜，斷裂活動強烈，控制著一系列強震的發(fā)生，2008年的汶川地震就發(fā)生在巴顏喀拉地塊和華南地塊的接觸帶上。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育三組斷裂體系:走向北西西或近東西向以左旋走滑為主的迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂;走向北東的禮縣-羅家堡斷裂、青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂以及走向近南北的岷江斷裂和虎牙斷裂等。

本文通過對研究區(qū)內(nèi)GPS測站觀測數(shù)據(jù)的處理，獲得了相對于歐亞塊體框架下的各個站點的速度矢量，并利用這些GPS站點的速度矢量對研究區(qū)的地殼形變特征和主要斷裂的活動特性進行了分析。

2 GPS數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

研究使用的GPS數(shù)據(jù)主要來自973國家重點科技計劃新建的14個GPS站點以及“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)”的18個區(qū)域站(圖2)。分別在2009年第321～341天、2010年第090～146天、2010年第279～300天、2011年第046～066天和2011年第153～179天對上述32個GPS站點進行了五期觀測，每個站點在每次觀測中都連續(xù)觀測72個小時。觀測使用的儀器是帶有扼流圈天線的Trimble NetR8或者TPS NetG3。

圖1 研究區(qū)及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Tectonics of studied zone and its adjacent area

使用GAMIT/GLOBK軟件對數(shù)據(jù)進行處理?！爸袊貧み\動觀測網(wǎng)絡(luò)”的25個連續(xù)站及中國大陸周邊的16個IGS連續(xù)站的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)一并進行處理，以建立與ITRF2005框架的聯(lián)系;對由GAMIT軟件計算得到的單日松弛解，再利用GLOBK軟件進行處理，獲得測站的坐標(biāo)及測站的位移速率。通過對IGS測站坐標(biāo)和位移速率與ITRF框架差異最小化作為約束條件，通過三個平移參數(shù)、三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，和一個尺度參數(shù)把最終結(jié)果歸算到ITRF2005參考框架上［2］。為解釋方便，把ITRF框架中的速率轉(zhuǎn)換為相對歐亞板塊的運動速率。通過把ITRF中的速率與歐亞板塊的旋轉(zhuǎn)進行差分定義歐亞參考框架。通常人們通過反演一組測站的坐標(biāo)得到穩(wěn)定的歐亞板塊參考基準(zhǔn)，這組點要求是分布于歐亞板塊上，且是位于穩(wěn)定的大陸內(nèi)部的點。據(jù)此，本文在進行參考框架轉(zhuǎn)換時，利用Altamimi等［3］給出的由GPS、VLBI和SRL數(shù)據(jù)反演得到的歐亞板塊的歐拉矢量56.330±0.549°，-95.979±0.969°，旋轉(zhuǎn)速率為0.261±0.003°/Ma，從ITRF2005框架中的坐標(biāo)中去掉歐亞板塊的整體旋轉(zhuǎn)，得到相對歐亞板塊參考框架下的速度場(圖2)。

圖2 GPS站點分布和相對歐亞板塊的速度場Fig.2 Distribution of GPS sites and movement velocities relative to Eurasia plate

3 結(jié)果與討論

表1 研究區(qū)主要斷裂的活動特征(單位：mm/a)Tab.1 Activities of the main faults in the studied zone(unit：mm/a)

從GPS速度場來看，除個別測站的誤差接近水平速率的大小，GPS測站速度總體上能夠反映研究區(qū)的地殼形變特征。GPS測站的速度方向明顯地由北西方向向南東做順時針旋轉(zhuǎn)，與研究區(qū)域所在整個青藏高原的運動趨勢一致。從GPS測站速率大小來看，越靠近高原內(nèi)部，GPS測站的位移速率越大，越向北向東，其速率有逐漸減小的趨勢。除了EP01、EP02、EP05和H005的測站速率較小外，大多數(shù)測站向南東方向運動的速率為6～10 mm/a。其中EP01、EP02橫跨龍門山斷裂北東段茶壩-林庵寺斷裂，平行斷裂與垂直斷裂的運動速率都僅為0.5 mm/a，較低的運動速率可能說明該斷裂目前仍然處于閉鎖階段。

利用橫跨活動斷裂的GPS觀測數(shù)據(jù)能夠獲得斷裂的現(xiàn)今滑動速率。本文利用2009、2010和2011年五期觀測數(shù)據(jù)，計算得到了32個測站的位移速率及相應(yīng)的方差和協(xié)方差及研究區(qū)的GPS速度場(圖2)。利用最鄰近斷層兩側(cè)的測站位移速率計算方法［4］，得到巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂的現(xiàn)今滑動速率及運動特征。其中迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂和虎牙斷裂為左旋走滑運動兼有擠壓的特征，走滑速率分別為1.1、1.4、2.9 mm/a，垂直于斷層方面表現(xiàn)為擠壓特征，擠壓速率分別為2.0、3.7、2.8 mm/a;西秦嶺北緣斷裂和禮縣-羅家堡斷裂具有左旋走滑運動兼有張性特征，左旋速率分別為3.3、0.3 mm/a，斷層的拉張速率分別為2.2、1.5 mm/a;青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂和岷江斷裂表現(xiàn)為右旋兼有擠壓特征，走滑的速率分別為4.2、0.3、3.5 mm/a，垂直于斷裂走向的擠壓速率分別為1.5、0.5、0.5 mm/a(表1)。從結(jié)果來看，迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂無論在運動性質(zhì)還是運動量上與前人的結(jié)果比較一致。岷江斷裂的運動特性存在爭議，文獻［5，6］認(rèn)為岷江斷裂作為岷山隆起的西邊界以右旋逆沖為主，杜方等［7，8］根據(jù)GPS結(jié)果研究表明岷江斷裂的右旋走滑速度約為2 mm/a，許志琴等［9］根據(jù)野外觀察到的斷裂與擦痕切割關(guān)系，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征，利用應(yīng)力場分析解釋岷江斷裂的活動性質(zhì)為早期擠壓兼有逆沖特征，后期為右旋平移運動，以上論述與本文計算結(jié)果基本一致;趙小麟等［10，11］利用地質(zhì)、地貌資料分析認(rèn)為岷江斷裂為左旋運動。地震地質(zhì)資料反映的是活動斷裂的長期運動特征，GPS資料分析結(jié)果與地質(zhì)資料結(jié)果的不同可能說明除具有壓性特征外，左旋與右旋扭動兼有，斷裂自形成以來經(jīng)歷了多期運動。

4 結(jié)論

1)GPS測站的速度場揭示GPS速度方向明顯由北西方向指向南東做順時針旋轉(zhuǎn)，與研究區(qū)域所在整個青藏高原的運動趨勢一致。從GPS測站速率大小來看，越靠近高原內(nèi)部，GPS測站的位移速率越大，越向北向東，其速率有逐漸減小的趨勢。

2)計算結(jié)果表明迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂以左旋走滑運動為主，走滑速率分別為1.1、1.4、3.3、0.3和2.5 mm/a;青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂、岷江斷裂以右旋走滑運動為主，走滑速率分別為4.2、0.5和2.9 mm/a。從結(jié)果來看，迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂無論在運動性質(zhì)還是運動量上與已有研究結(jié)果比較一致。岷江斷裂的運動特性存在爭議，對于該斷裂運動特征存在不同的認(rèn)識的主要原因可能是因為該斷裂自形成以來經(jīng)歷了多期運動，斷裂除具有壓性特征外，左旋與右旋運動兼有，以至于構(gòu)造地貌特征比較復(fù)雜，GPS結(jié)果顯示該斷裂最新運動特征為右旋走滑。

致謝 感謝四川地震局測繪工程院與中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心提供觀測數(shù)據(jù)!

1 任金衛(wèi)，王敏.GPS觀測的2001年昆侖山口西Ms8.1地震地殼變形［J］.第四紀(jì)研究，2005，25(1):34-44.(Ren Jinwei and Wang Min.GPS measured crustal deformation of the Ms8.1 Kunlun earthquake on November 14th 2001 in Qinhai-Tibet plateau［J］.Quaternary Sciences，2005，25 (1):34-44)

2 孟國杰，等.東北地區(qū)現(xiàn)今地殼形變特征研究［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2007，(1):19-23.(Meng Guojie，et al.Present-day crustal movement in northwest China with GPS data［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2007，(1): 19-23)

3 Altamimi Z，et al.ITRF2005:A new release of the international terrestrial reference frame based on time series of station positions and earth orientation parameters［J］.Journal of Geophysical Research，2007，112，B09401.doi:10.1029/2007JB004949

4 Smalley Jr R，et al.Space geodetic evidence for rapid strain rates in the New Madrid seismic zone of central USA［J］.Nature Letters，2005，435:doi:10.1038/nature03642.

5 Chen Shefa，et al.Active faulting and block movement associated with large earthquakes in the Minshan and Longmenshan mountains，northeastern Tibetan Plateau［J］.Journal of Geophysical Research，1994，90(B12):24 025-24 038.

6 唐榮昌，等.四川活動斷裂與地震［M］.北京:地震出版社，1993.(Tang Rongchang，et al.Active faults and earthquakes in Sichuan Province［M］.Beijing:Earthquake Press， 1993)

7 杜方，等.2008年汶川8.0級地震前橫跨龍門山斷裂帶的震間形變［J］.地球物理學(xué)報，2009，52(11):2 729-2 738.(Du Fang，et al.Interseismic deformation across the Longmenshan fault zone before the 2008 Ms8.0 Wenchuan earthquake［J］.Chinese Journal of Geophysics，2009，52 (11):2 729-2 738)

8 唐文清，等.岷山隆起邊界斷裂構(gòu)造活動初步研究［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2004，24(4):31-34.(Tang Wenqing，et al.The preliminary study of the tectonic activities along the boundary faults around the Minshan uplift，western Sichuan［J］.Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2004，24(4):31-34)

9 許志琴，等.中國松潘-甘孜造山帶的造山過程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1992.(Xu Zhiqin，et al.The orogency process of Songpan-Ganzi orogenic belt［M］.Beijing:Geology Press，1992)

10 趙小麟，鄧起東，陳社發(fā).岷山隆起的構(gòu)造地貌學(xué)研究［J］.地震地質(zhì)，1994，16(4):429-439.(Zhao Xiaoling，Deng Qidong and Chen Shefa.Tectonic geomorphology of the Minshan uplift in western Sichuan，Southwestern China［J］.Seismology and Geology，1994，16(4):429-439)

11 周榮軍，等.青藏高原東緣活動構(gòu)造［J］.礦物巖石，2006，26(2):40-51.(Zhou Rongjun，et al.Active tectonics of the eastern margin of the Tibet Plateau［J］.Mineral Petrol，2006，26(2):40-51)

ANALYSIS OF MODERN ACTIVITY OF MAJOR FAULTS IN NORTHEAST MARGIN OF BARYAN-HAR BLOCK

Chen Changyun1，2，3)，Ren Jinwei2)，Meng Guojie2)，Yang Panxin1，2)，Zhang Junlong1，2)and Su Xiaoning2)

(1)Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029 2)Institute of Earthquake Science，China Earthquake Administration，Beijing 100036 3)First Crustal Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin300180)

From the GPS data，we calculated and derived the modern activity characteristics of major faults in the northeast segment of the Baryan Har block.The calculated velocity filed shows that the studied zone rotation clockwise from northwest to southeast，and the rates of the GPS sites decreased from west to east.Besides，we studied the activities of major faults in the studied zone from GPS data，the results show that Diebu-Bailongjiang fault，Guanggaitou-Dieshan fault，Xiqinling northern edge fault，Huya fault and Lixian-Luojiabao fault are of left lateral motion basically and the Qingchuan-Pingwu fault，Chabalinansi fault，and Minjiang fault show an right lateral strike-slip motion characteristic respectively.

GPS;Baryan Har block;velocity field;active fault;strike-slip motion

1671-5942(2012)03-0027-04

2011-11-28

國家973計劃項目(2008CB425701);岷江斷裂北部活動性及危險性評價(02092437)

陳長云，男，1981年生，博士研究生，主要從事地震地質(zhì)與地殼形變研究.E-mail:ccy_666@163.com

P315.72+5

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