最小二乘配置下的天山地區(qū)應(yīng)變場特征分布

（中國烏魯木齊 830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局）

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最小二乘配置下的天山地區(qū)應(yīng)變場特征分布

（中國烏魯木齊 830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局）

利用已有的GPS觀測數(shù)據(jù)， 借助球面最小二乘配置方法對(duì)天山地區(qū)的GPS速度場進(jìn)行研究， 得到了研究區(qū)域應(yīng)變場的空間分布特征． 其最大主壓應(yīng)變表明， 大地震多發(fā)生在主壓應(yīng)變快速交替變化的地帶， 主壓應(yīng)變最大值主要分布于西南天山與帕米爾弧及塔里木西北交匯的地區(qū)， 強(qiáng)地震（M7.0—8.0）基本發(fā)生在該區(qū)域． 面膨脹值表明天山地區(qū)應(yīng)變呈擠壓收縮的特征．

GPS 球面最小二乘配置 天山地區(qū) 應(yīng)變場特征 強(qiáng)震

引言

GPS對(duì)地觀測技術(shù)的飛速發(fā)展使得人們對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)越來越深入與透徹． 無論是從板塊運(yùn)動(dòng)研究的宏觀著手還是從區(qū)域斷層運(yùn)動(dòng)的微觀分析， 利用GPS資料在這些領(lǐng)域都獲得了許多重要的研究成果（馬宗晉等， 2003; 王琪， 2003； Zubovichetal, 2010； 李強(qiáng)等， 2012）．

GPS形變速度矢量用于分析地殼運(yùn)動(dòng)具有鮮明的特點(diǎn)， 它直觀展示了測站所在塊體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況. 但由于受不同參考框架選擇的影響， 使這種運(yùn)動(dòng)變化對(duì)于確定區(qū)域的形變分析產(chǎn)生了多樣性及不確定性（江在森， 劉經(jīng)南， 2010）. 為了更好地研究現(xiàn)今地殼形變的幾何-物理變化， 需要引入定量描述純變形的應(yīng)變場分析． 應(yīng)變場從空間分布上描述了區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變的特征與變形的強(qiáng)度， 反映的是相鄰測站之間的基線或速度梯度的變化， 不受參考框架的影響. 如果在空間中展布這種變化， 則地表水平應(yīng)變的確定可為地殼形變提供重要的有效信息， 如區(qū)域應(yīng)變積累變化和地震危險(xiǎn)性判斷（Ward, 1994）． 借助GPS速度場， 我們可以得到最直接的地殼運(yùn)動(dòng)特征與差異圖像， 而借助應(yīng)變場結(jié)果我們可以了解研究區(qū)域變形的特征與強(qiáng)度．

天山從構(gòu)造活動(dòng)上講， 是新生代時(shí)期印度板塊與歐亞大陸的碰撞而再生復(fù)活的產(chǎn)物， 其變形與構(gòu)造機(jī)理完全來源于印度塊體與歐亞大陸的碰撞（Avouacetal, 1993; 張培震等， 1996）. 在利用GPS進(jìn)行天山及鄰區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地殼形變研究時(shí)， 必須考慮到將剛性的哈薩克地臺(tái)及東部穩(wěn)定的西伯利亞地塊作為地殼運(yùn)動(dòng)的參考基準(zhǔn)（Koganetal, 2000）， 因此以歐亞板塊作為參考框架的GPS速度場結(jié)果可代表其相對(duì)的整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．

應(yīng)變場計(jì)算方法有很多種， 其中最小二乘配置解算應(yīng)變場的方法在解的抗差性和穩(wěn)定性等方面具有優(yōu)勢（Wuetal, 2011）， 而采用球面解算模型則精度更高（武艷強(qiáng)等， 2009）． 本文針對(duì)天山地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)特點(diǎn)， 利用相對(duì)歐亞大陸運(yùn)動(dòng)的GPS速度場， 借助與中亞國家開展多年的GPS聯(lián)合研究成果（牛之俊等， 2007； 王曉強(qiáng)等， 2007； 楊少敏等， 2008； 李杰等， 2010, 2012； Zubovichetal, 2010）（圖1）， 通過建立位移場與點(diǎn)位的函數(shù)關(guān)系， 應(yīng)用最小二乘配置球面解算模型整體解算天山地區(qū)的GPS應(yīng)變場分布．

1 數(shù)據(jù)處理與模型

利用球面最小二乘配置球面整體解算GPS應(yīng)變場， 是根據(jù)最小二乘原理， 按一種特定的擬合法則， 對(duì)隨機(jī)和非隨機(jī)參數(shù)進(jìn)行推估的一種數(shù)據(jù)處理方法（武艷強(qiáng)等， 2009）． 其數(shù)學(xué)模型為

L=AX+CZ+Δ，

（1）

圖1 天山地區(qū)現(xiàn)今相對(duì)于歐亞板塊的GPS運(yùn)動(dòng)速度場

Fig.1 Present-day GPS velocity field relative to Eurasian Plate of Tianshan regionF1: Koktokay--Ertai fault;F2: Bolokenu--Aqikekuduke fault;F3: Junggar south edge fault;F4: Bogda arc fault;F5： Wusunshan fault;F6: North Luntai--Xingdi fault;F7: Qiultag fault;F8: Kalpintag thrust fault;F9: Pamir arc fault;F10: Talas--Ferghana fault;F11: Kindyktashi fault

F1: 可可托?！_(tái)斷裂;F2: 博羅科努-阿其克庫杜克斷裂;F3: 準(zhǔn)噶爾南緣斷裂;F4： 博格達(dá)弧形斷裂;F5: 烏孫山斷裂;F6: 北侖臺(tái)—興地?cái)嗔?F7： 秋里塔格斷裂;F8： 柯坪塔格逆沖斷裂;F9: 帕米爾弧形斷裂;F10： 塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂;F11： 肯迪克塔什斷裂

（2）

（3）

（4）

（5）

B=Boo+Bnn,

（6）

式中:Bss為觀測信號(hào)的協(xié)方差;Boo為GPS速度觀測向量L的協(xié)方差， 用于描述GPS點(diǎn)速度分布的關(guān)系;Bnn為觀測向量L的觀測誤差自協(xié)方差， 用于反映單一GPS點(diǎn)觀測速度的精度及不同站點(diǎn)間的誤差關(guān)系;Bou為待求信號(hào)與觀測信號(hào)的協(xié)方差矩陣．

GPS速度場結(jié)果只給出了速度場誤差協(xié)方差Bnn， 而Boo和Bou則需要用觀測資料進(jìn)行確定． 在假設(shè)地殼連續(xù)變形的基礎(chǔ)上， GPS站點(diǎn)速度值的相關(guān)性與相鄰距離有關(guān)， 而變形觀測信號(hào)的協(xié)方差分布與協(xié)方差函數(shù)模型相一致. 因此可利用高斯經(jīng)驗(yàn)協(xié)方差函數(shù)

f（d）=Ae-k2d2,

（7）

式中:d為點(diǎn)間距離（單位: km）， 在球面上可以表示為大地坐標(biāo)（λ,φ）函數(shù)，A和k為待定參數(shù)． 利用式（7）可擬合位移或位移速率的協(xié)方差， 即當(dāng)兩點(diǎn)間距離超過一定范圍時(shí)， 協(xié)方差函數(shù)幾乎收斂為零， 根據(jù)GPS速度場結(jié)果建立經(jīng)驗(yàn)型的協(xié)方差函數(shù)， 從而求得協(xié)方差矩陣Boo和Bou， 使得研究區(qū)域的位移場可以表達(dá)為點(diǎn)位（λ，φ）的函數(shù)． 圖2給出了天山及其鄰區(qū)計(jì)算得到的567個(gè)GPS觀測點(diǎn)速度場實(shí)測的L-AX作為信號(hào)計(jì)算的協(xié)方差與高斯型函數(shù)擬合結(jié)果． 這是直接由GPS實(shí)測速度場結(jié)果計(jì)算一定距離范圍內(nèi)的GPS點(diǎn)中各兩點(diǎn)之間的協(xié)方差C（d）， 由圖2給出的高斯型函數(shù)模型k=0.003727， 用于構(gòu)建速度場協(xié)方差矩陣及Boo和Bou． 利用已得到的GPS速度場結(jié)果構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)協(xié)方差模型時(shí)， 高斯函數(shù)的衰減除了與速度場空間展布有關(guān)外， 還受到研究區(qū)域大小的影響． 例如天山及其鄰區(qū)的范圍為67°—94°E， 36°—51°N區(qū)間， 相關(guān)性衰減到1%的范圍大致為500 km， 模型參數(shù)k=0.003727. 該結(jié)果與江在森和劉經(jīng)南（2010）的結(jié)果基本一致．

圖2 天山及其鄰區(qū)GPS水平運(yùn)動(dòng)速度協(xié)方差與距離的關(guān)系

根據(jù)球面位移場與應(yīng)變場微分表達(dá)公式得到的應(yīng)變結(jié)果及誤差分布為

（8）

式中,R為地球半徑，φ為緯度,λ為經(jīng)度,Uφ和Uλ分別為觀測速度的緯向分量和經(jīng)向分量. 根據(jù)求解的經(jīng)向應(yīng)變?chǔ)纽恕?緯向應(yīng)變?chǔ)纽占唉纽甩湛梢杂?jì)算以下應(yīng)變參數(shù)：

（9）

式中，ε1為最大主應(yīng)變，ε2為最小主應(yīng)變，rmax為最大剪應(yīng)變,εarea為面膨脹．

2 應(yīng)變場分析

塔里木盆地被北面的邁丹—喀拉鐵克逆沖斷裂、 秋里塔格逆沖斷裂， 南面的康西瓦左旋走滑斷裂、 阿爾金左旋走滑斷裂， 西面的帕米爾北緣—西昆侖逆沖斷裂帶所環(huán)繞, 其內(nèi)部主壓應(yīng)變分布較為均勻． 劉紹文等（2006）通過巖石圈熱流變研究認(rèn)為， 塔里木作為相對(duì)冷的塊體， 其變形較弱、 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 體現(xiàn)出整體變形的剛性特點(diǎn)． 張國民等（2002）通過地震震源深度的研究， 指出正是由于塔里木盆地的整體結(jié)構(gòu)單一， 才使得其內(nèi)部地震活動(dòng)性弱、 邊界地震活動(dòng)性強(qiáng)， 并且震源深度較深． 由于盆地內(nèi)部少有地震發(fā)生， 塊體內(nèi)部表現(xiàn)出完整的剛性特征． 因此塔里木盆地中心地帶的主壓應(yīng)變相對(duì)盆地周緣都要小， 體現(xiàn)了新生代期間， 在印歐板塊碰撞及其隨后的持續(xù)匯聚作用的遠(yuǎn)程影響下， 塔里木盆地起到了一個(gè)剛性傳遞作用力的媒介． 利用地震層析成像的結(jié)果， 魏素花等（2000）對(duì)天山南北的準(zhǔn)噶爾盆地與塔里木塊體進(jìn)行了地震波速度分析， 指出準(zhǔn)噶爾塊體作為一個(gè)剛性塊體， 其內(nèi)部巖石圈密度較大， 整體性好． 準(zhǔn)噶爾盆地的剛性結(jié)晶基底對(duì)其在四周擠壓隆起之中保持變形相對(duì)較小起到了重要作用． 準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部除1991年8月19日發(fā)生的和布克賽爾M5.6地震外， 前后幾十年基本無地震發(fā)生． 由圖3可以看出， 準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部主應(yīng)變分布較為均勻一致， 與中天山相比在量值上相對(duì)較?。?其主壓應(yīng)變方向基本由南向北逆時(shí)針變化， 在北天山山前應(yīng)變方向?yàn)楸北睎|， 在盆地內(nèi)部應(yīng)變方向變?yōu)楸北蔽鳎?/p>

圖3 最小二乘配置下的天山及其鄰區(qū)（1°×1°）最大主壓應(yīng)變率分布圖

遠(yuǎn)離碰撞帶的天山北側(cè)的哈薩克地臺(tái)由于自身構(gòu)造演化歷史長， 塊體堅(jiān)硬， 阻擋了來自印歐大陸的碰撞， 使得天山在南北向夾持的作用力下隆升與垂直增厚． 通過分布在哈薩克地盾上的主壓應(yīng)變特征可以清晰地看出： 北緯44°以北的廣大地區(qū)， 主壓應(yīng)變率的量值范圍僅為0—2×10-8/a， 其內(nèi)部在應(yīng)變擠壓力的作用下構(gòu)造活動(dòng)極其微弱， 同時(shí)也無大型構(gòu)造活動(dòng)斷裂產(chǎn)生； 主要斷裂基本分布在西天山北側(cè)與哈薩克地臺(tái)交界的邊緣部分； 其最大主壓應(yīng)變分布在伊塞克湖附近， 由南向北突然從5×10-8/a下降到0—1×10-8/a， 大量的應(yīng)變擠壓應(yīng)力在此處被吸收． 雖然GPS速度場得出的應(yīng)變場分布只是在其觀測時(shí)間段內(nèi)的一種均勻性展布， 但也可以反映長期以來天山地區(qū)的受力狀況； 天山南北兩側(cè)盆山結(jié)合帶形成了多個(gè)褶皺帶， 這些褶皺帶上吸收了大部分的變形能量從而造成地震多發(fā)生在盆山結(jié)合部位． 統(tǒng)計(jì)天山地區(qū)歷史上發(fā)生的M8左右的大震地點(diǎn)， 可以發(fā)現(xiàn)這樣一種規(guī)律， 即大地震多發(fā)生在主壓應(yīng)變快速交替變化的地帶． 例如： 20世紀(jì)前后哈薩克斯坦南部發(fā)生的兩次M8.0地震（1889年7月11日M8.3地震和1911年1月3日M8.4地震）即發(fā)生在伊塞克湖北面的阿拉木圖附近主壓應(yīng)變快速遞減的地區(qū)； 新疆北部地區(qū)2003年9月27日發(fā)生在中、 俄、 蒙等3國交界的MS7.9地震（88.01°E、 55.09°N）， 其發(fā)震構(gòu)造在阿爾泰—西蒙古地區(qū)的阿爾泰—戈壁阿爾泰褶皺帶與蒙古地塊交接的烏列蓋斷裂帶北側(cè)． 受印歐板塊碰撞效應(yīng)的遠(yuǎn)程推擠影響， 準(zhǔn)噶爾塊體以左旋活動(dòng)向北逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（楊少敏等， 2008）， 同時(shí)由于西伯利亞地塊的阻擋及南北向的擠壓變形， 使得此處形成了主壓應(yīng)變由南向北再次快速增大的趨勢． 1931年8月11日的富蘊(yùn)MS8.0地震（震中89.90°E、 46.74°N）在主壓應(yīng)力北北東向作用下， 發(fā)震斷裂可可托?！_(tái)斷裂產(chǎn)生強(qiáng)烈右旋扭動(dòng)而發(fā)生地震（楊章， 戈澎謨， 1980）． 從圖3可以看出， 在可可托?！_(tái)斷裂東西兩側(cè)的主壓應(yīng)變值有著明顯的增減變化． 該斷裂以西在完整的準(zhǔn)噶爾塊體的影響下， 其內(nèi)部較少有構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生， 即內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變積累不強(qiáng)； 斷裂以東為著名的阿爾泰山脈， 受準(zhǔn)噶爾左旋活動(dòng)與蒙古-西伯利亞的動(dòng)力作用， 此處發(fā)育著大型的以右旋剪切為主的北西西向走滑斷裂， 內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變積累較強(qiáng)； 該斷裂東西兩側(cè)在主壓應(yīng)變量值轉(zhuǎn)換的過程中容易發(fā)生強(qiáng)震．

在印度板塊向北推擠歐亞大陸的動(dòng)力學(xué)背景下， 受南北地塊的夾持， 天山作為一個(gè)相對(duì)兩盆地地震波速度較低、 殼幔密度較小的塊體， 在新生代以來發(fā)育著強(qiáng)烈的隆起與地殼縮短． 天山及其鄰區(qū)的主壓應(yīng)變都體現(xiàn)出南北向擠壓的分布特征， 但其量值在各個(gè)區(qū)域有所不同． 西天山南北兩側(cè)主壓應(yīng)變量值最大， 主壓方位為北北西， 自西向東主應(yīng)變量值逐漸減小， 方向也逐漸由北北西轉(zhuǎn)向北北東． 這與GPS速度場得出的天山地殼縮短在東西向上不同所反映出的天山地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)表現(xiàn)一致． 在塔拉斯—費(fèi)爾干納右旋走滑斷裂兩側(cè)主壓應(yīng)變量值發(fā)生了明顯的變化， 東側(cè)量值相對(duì)西側(cè)超出許多． 在該斷裂東側(cè)于1992年8月19日發(fā)生了蘇薩梅爾MS7.3地震． 其主壓應(yīng)變最大值分布在西南天山與帕米爾弧及塔里木西北交匯的地區(qū)， 強(qiáng)震基本上發(fā)生在此區(qū)域． 帕米爾弧的快速向北推擠在受到哈薩克地臺(tái)的阻擋后在天山地區(qū)產(chǎn)生了大量的應(yīng)力應(yīng)變積累， 使軟弱的天山山體成為能量蓄積的“蓄水池”. 尤其是位于塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂西側(cè)的塔拉斯盆地內(nèi)部應(yīng)變值突然減小到（1—2）×10-8， 使得該地區(qū)的天山山體變形尤為劇烈．

應(yīng)用球面最小二乘配置方法， 本文得到了天山及其鄰區(qū)最大剪應(yīng)變率分布圖（圖4）． 從數(shù)量級(jí)上看， 整個(gè)天山地區(qū)的年最大剪應(yīng)變率為10-8/a， 量值在5左右． 最大剪應(yīng)變率分布總體上塔里木盆地明顯比天山等地低， 遠(yuǎn)離板塊動(dòng)力邊界的北部比南部低． 其高值集中分布在喀什西北的南天山、 帕米爾高原與塔里木盆地西北的交匯處， 位于塔拉斯—費(fèi)爾干納右旋走滑斷裂西南與帕米爾主弧形斷裂之間． 帕米爾弧構(gòu)造以接近20 mm/a的速率向哈薩克地臺(tái)推擠旋轉(zhuǎn)， 巨大的剪切應(yīng)變能傳遞到天山腹地， 在其北東方向被北西向縱深切割天山的費(fèi)爾干納斷裂所阻擋， 圍繞著剛性的費(fèi)爾干納谷地作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的剪切運(yùn)動(dòng)（Zubovichetal, 2010）． 根據(jù)現(xiàn)今GPS測定的費(fèi)爾干納右旋走滑速率在其北西段僅為1—2 mm/a， 東南段為4 mm/a左右（楊少敏等， 2008）， 在帕米爾主逆斷層?xùn)|側(cè)與塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂最接近的喀什西北、 烏恰地區(qū)成為天山地區(qū)的最大剪應(yīng)變集中地． 從天山地區(qū)地震目錄統(tǒng)計(jì)可以看出， 該地區(qū)為M6以上地震集中發(fā)生地區(qū)． 沿天山山脈走向最大剪應(yīng)變率峰值同時(shí)分布在伊塞克湖南岸至南天山與塔里木盆地結(jié)合的柯坪塔格推覆構(gòu)造及庫車坳陷以北地區(qū)， 但量值沒有喀什坳陷大． 沿天山山脈向東剪應(yīng)變率逐漸降低至2×10-8/a左右． 從剪應(yīng)變分布來看， 西南天山由于直接受距離印歐板塊碰撞邊界最近的帕米爾高原的北向旋轉(zhuǎn)推擠影響而剪切應(yīng)變能最大． 向東隨著遠(yuǎn)離帕米爾俯沖推擠天山的影響范圍， 天山地區(qū)的剪切應(yīng)變逐步減?。?雖然塔里木盆地作為剛性塊體從巖石圈內(nèi)部傳遞了來自印度板塊碰撞歐亞板塊的北向推擠作用力， 但與距離碰撞邊界400 km的帕米爾的直接作用相比（牛之俊等， 2007）， 從塔里木與天山山盆結(jié)合部位到碰撞邊界的上千千米來說， 如此遠(yuǎn)程距離早已將塔里木北向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)推擠的作用力削減， 使剪切形變作用削弱， 尤其隨著經(jīng)度增加這種影響作用就更小. 從天山東西走向的山體地形來看也是如此： 西部多高山峻嶺， 東部相對(duì)海拔較低、 褶皺盆地較多; 山體兩側(cè)的塔里木盆地內(nèi)部、 準(zhǔn)噶爾地塊和哈薩克地臺(tái)的剪應(yīng)變率分布保持在最低量值．

圖4 最小二乘配置下的天山及其鄰區(qū)（1°×1°）最大剪應(yīng)變率分布圖

通過大量的地質(zhì)、 地球物理資料研究表明， 塔里木盆地作為一個(gè)結(jié)構(gòu)單一、 巖石圈密度大、 內(nèi)部完整的剛性塊體， 其內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)南側(cè)的昆侖山、 西側(cè)的喀喇昆侖山、 北側(cè)的天山都要?。?北側(cè)的準(zhǔn)噶爾塊體中央地層平緩， 由于其穩(wěn)定的結(jié)晶基底的存在（楊宗仁等， 1986）， 使得準(zhǔn)噶爾地塊長期處在周圍隆起擠壓的造山帶之間． 根據(jù)地震三維層析成像研究結(jié)果， 哈薩克地臺(tái)的巖石圈層深度達(dá)到200—250 km， 進(jìn)入軟流圈， 其P波速度相對(duì)于南側(cè)的天山山體及帕米爾存在高速異常區(qū)， 軟流圈內(nèi)與上地殼覆蓋層波速接近一致. 哈薩克地臺(tái)內(nèi)部軟流圈發(fā)育不明顯， 從地表到軟流圈層結(jié)構(gòu)完整， 具有剛性地塊特征． 因此天山南北兩側(cè)的剛性地塊在印度板塊向北推擠過程中， 起到了傳遞與阻擋推擠力的作用， 其內(nèi)部少有剪切形變產(chǎn)生， 而對(duì)夾在三大塊體之間的天山的隆升與擠壓均起到了重要作用．

由球面最小二乘配置得出的面膨脹率分布同樣反映出天山地區(qū)呈現(xiàn)擠壓收縮的特征（圖5）． 在新疆西北與吉爾吉斯斯坦、 塔吉克斯坦交界的帕米爾主弧形逆推斷裂處其面收縮率達(dá)到峰值（-5×10-8/a）． 沿南天山北東走向， 在山體內(nèi)部向東呈現(xiàn)出收縮隆升逐漸降低的趨勢． 穿過塔拉斯—費(fèi)爾干納右旋深切走滑斷裂， 在柯坪塔格逆推構(gòu)造系北側(cè)直至伊塞克湖南部地區(qū)的天山中部面收縮率達(dá)到第二峰值（-3×10-8/a）． 向東在天山分支那拉提山、 阿吾拉勒山及哈爾克山南側(cè)庫車坳陷的秋里塔格斷裂附近存在強(qiáng)烈擠壓收縮變形． 在科古琴山及婆羅科努山以北的喀什河斷裂附近的伊犁盆地則存在微弱的膨脹拉張變形， 反映出山間盆地內(nèi)部的剛性特征． 向東在塔里木盆地與南天山的分割斷裂北輪臺(tái)—興地?cái)嗔岩员敝翜?zhǔn)噶爾盆地及北天山的分割斷裂準(zhǔn)噶爾南緣斷裂之間存在微弱的收縮擠壓變形， 反映出該地區(qū)受板塊構(gòu)造影響比西天山地區(qū)要小得多． 天山南北兩側(cè)的剛性塊體面膨脹值基本保持為零的變形狀態(tài)， 使得在印度板塊向北推擠過程中由帕米爾高原和塔里木盆地向天山山脈遠(yuǎn)程傳遞的推擠作用力不受影響． 由于帕米爾本身作為距離板塊碰撞邊界最近的地區(qū)， 其構(gòu)造活動(dòng)最為劇烈， 形成規(guī)模巨大的褶皺和逆斷層活動(dòng). 地質(zhì)研究表明， 自漸新世以來帕米爾已向天山方向推覆距離超過200 km， 造成大規(guī)模的隆升和震源深度超過70 km的強(qiáng)烈地震活動(dòng)． 因此從現(xiàn)今面膨脹收縮率來看， 這一地區(qū)本身就是擠壓變形強(qiáng)烈的區(qū)域之一． 而其東側(cè)的塔里木地塊由于結(jié)晶基地深厚， 結(jié)構(gòu)完整， 在向北推擠的過程中在自身不變形的情況下俯沖擠壓天山， 造成天山地殼南北向縮短， 垂直向隆升．

圖5 最小二乘配置下的天山及其鄰區(qū)（1°×1°）面膨脹分布

3 討論與結(jié)論

本文利用最小二乘配置方法對(duì)天山地區(qū)的GPS觀測運(yùn)動(dòng)速率進(jìn)行研究， 得到了天山地區(qū)的應(yīng)變場空間分布特征． 結(jié)果表明中亞地區(qū)主壓應(yīng)變分布與天山山體走向基本垂直， 其最大主壓應(yīng)變集中在南天山西側(cè)變形最為強(qiáng)烈的地區(qū)； 山體兩側(cè)的盆地內(nèi)部主壓應(yīng)變趨于平穩(wěn)， 量值不大； 山體內(nèi)部主壓應(yīng)變則介于兩者之間， 顯示出天山在受到距離印歐板塊碰撞邊界距離最近的帕米爾高原的北向推擠， 在西南天山地區(qū)受力最大， 而向東伸延， 帕米爾的直接推擠作用力趨緩， 受力主要來自于塔里木塊體的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)． 最大剪應(yīng)變值集中分布在帕米爾高原與西南天山交匯處， 相應(yīng)的哈薩克地盾、 塔里木盆地、 準(zhǔn)噶爾塊體由于具有的剛性特征， 其值變化最?。?代表天山地區(qū)收縮與拉張的面膨脹則清晰地反映了現(xiàn)今研究區(qū)域內(nèi)的地殼總體變形指標(biāo)， 天山在幾大剛性塊體的圍攏下， 正發(fā)生著收縮隆升的變形， 而其它區(qū)域則基本保持自身不變形．

本文大部分插圖采用GMT軟件包（Wessel， Smith， 1991）繪制； 本文應(yīng)用的計(jì)算軟件及相關(guān)程序得到中國地震局地震預(yù)測研究所江在森研究員與武艷強(qiáng)博士的熱情支持與幫助. 在此一并表示衷心感謝！

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Distribution characteristic of strain rate field in Tianshan region by least squares collocation

（EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion, ürümqi830011,China）

This paper obtains the spatial distribution characteristics of strain rate field at the Tianshan region based on the available GPS velocity field by using the least squares collocations method in sphere surface. The maximum principal compressive strain result shows that strong earthquakes often occur at the zones where principal compressive strain always has been rapidly alternating from high value to low value. The maximum strain rate is located in the junction of southwestern Tianshan, Pamir arc and northwestern Tarim basin where severalM7.0—8.0 earthquakes occurred in the past century. The surface dilation rate of the Tianshan region reveals that the Tianshan as a whole is uplifting due to compressive deformation.

GPS; least squares collocation; Tianshan region; characteristics of strain rate field; strong earthquake

10.11939/jass.2015.01.009.Li J, Wang X Q, Liu D Q, Paerhati·Z, Chen S J. 2015. Distribution characteristic of strain rate field in Tianshan region by least squares collocation.ActaSeismologicaSinica, 37（1）: 103--112. doi:10.11939/jass.2015.01.009.

國家自然科學(xué)基金（41374030）、 中國地震局地震預(yù)測研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（2012IES0308）、 地震科技星火計(jì)劃（XH11030, XH14054Y）及新疆自治區(qū)自然科學(xué)基金（2012211856）共同資助.

2014-03-07收到初稿， 2014-07-24決定采用修改稿.

e-mail: lijiexj@sohu.com

10.11939/jass.2015.01.009

P315.72+7

A

李杰, 王曉強(qiáng), 劉代芹, 帕爾哈提·再努拉, 陳述江. 2015. 最小二乘配置下的天山地區(qū)應(yīng)變場特征分布. 地震學(xué)報(bào), 37（1）: 103--112.