基于GPS速度場(chǎng)的青藏塊體東北緣應(yīng)變場(chǎng)分析

武永彩 保長(zhǎng)燕 唐紅濤

1 西安思源學(xué)院，西安市水安路28號(hào)，710038 2 青海省測(cè)繪地理信息局，西寧市黃河路13號(hào)，810001 3 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安市西影路316號(hào)，710054

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基于GPS速度場(chǎng)的青藏塊體東北緣應(yīng)變場(chǎng)分析

武永彩1保長(zhǎng)燕2唐紅濤3

1 西安思源學(xué)院，西安市水安路28號(hào)，710038 2 青海省測(cè)繪地理信息局，西寧市黃河路13號(hào)，810001 3 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安市西影路316號(hào)，710054

利用2004～2013年GPS速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，分析青藏塊體東北緣的應(yīng)變場(chǎng)和剖面應(yīng)變積累特征。結(jié)果顯示：1)穩(wěn)定的阿拉善地塊及鄂爾多斯地塊分別阻擋了祁連山斷裂帶與賀蘭山構(gòu)造區(qū)分別向NE、E方向的物質(zhì)遷移；2)主壓應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率高值區(qū)均分布在祁連山構(gòu)造帶東段、海原斷裂東段至六盤山斷裂西段，面膨脹率壓性高值區(qū)主要在祁連山構(gòu)造帶東段，3)祁連山斷裂東段顯示為以壓性為主、兼具左旋走滑，海原斷裂東段至六盤山斷裂西段則表現(xiàn)為以左旋走滑為主、壓性為輔的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征。

GPS速度場(chǎng)；應(yīng)變場(chǎng)；應(yīng)變積累

通過(guò)對(duì)地殼應(yīng)變場(chǎng)的分析可以判斷中強(qiáng)地震的危險(xiǎn)性[1-2]。本文利用2011～2013年的GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取了青藏塊體東北緣網(wǎng)格點(diǎn)速度場(chǎng)函數(shù)，借助“位移-應(yīng)變”偏導(dǎo)關(guān)系解算了該區(qū)域地殼視應(yīng)變場(chǎng)，從而得到反映站點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)差異的最大剪應(yīng)變率、面膨脹應(yīng)變率及主應(yīng)變率，并討論了研究區(qū)近年來(lái)構(gòu)造應(yīng)力及應(yīng)變場(chǎng)的分布特征，最后利用2004～2007年、2009～2011年及2011～2013年3個(gè)周期的GPS速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，在祁連山構(gòu)造帶東段、海原斷裂東段至六盤山斷裂西段選取兩個(gè)GPS剖面，解算、分析了該構(gòu)造區(qū)域地震頻發(fā)段的應(yīng)變積累特性。

1 區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征

青藏塊體東北緣內(nèi)部自北向南發(fā)育著NWW-NW 向的祁連山-海原-六盤山斷裂帶、西秦嶺北緣斷裂帶等新構(gòu)造時(shí)期以來(lái)的活動(dòng)斷裂帶(圖1)，可將其分為3個(gè)重要構(gòu)造區(qū)：走廊北側(cè)斷裂、祁連山北緣斷裂與皇城-塔爾莊斷裂、昌馬-俄博斷裂、門源-陶萊山斷裂均屬祁連山斷裂帶；西秦嶺北緣斷裂、臨潭-宕昌斷裂、禮縣-羅家堡斷裂組成西秦嶺構(gòu)造區(qū)；磴口-本井?dāng)嗔?、賀蘭山東麓斷裂、黃河-靈武斷裂、煙筒山斷裂屬于賀蘭山構(gòu)造區(qū)。受印度板塊北推碰撞歐亞大陸的主動(dòng)力驅(qū)使，以及受相對(duì)穩(wěn)定的阿拉善地塊、鄂爾多斯地塊一定程度的阻擋，青藏塊體東北緣活動(dòng)斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)以NE向擠壓-逆沖和走滑-旋轉(zhuǎn)(左旋走滑)為主要特征[3]。

F1磴口-本井?dāng)嗔眩籉2賀蘭山東麓斷裂；F3黃河-靈武斷裂；F4煙筒山斷裂；F5香山-天景山斷裂；F6固關(guān)-功縣斷裂；F7西秦嶺北緣斷裂；F8臨潭-宕昌斷裂；F9禮縣-羅家堡斷裂；F10光蓋山-迭山北麓斷裂；F11光蓋山-迭山南麓斷裂；F12迭部-白龍江斷裂；F13日月山斷裂；F14拉脊山斷裂；F15莊浪河斷裂；F16中祁連北緣斷裂；F17門源-陶萊山斷裂；F18祁連山北緣斷裂；F19阿爾金斷裂圖1 青藏高原東北緣主要活動(dòng)構(gòu)造與地震[4-6]Fig.1 Active tectonics and earthquakes in the northeastern margin of Tibet plateau

青藏塊體東北緣自上世紀(jì)70年代至今共發(fā)生700余次MS4.0以上地震(圖1中實(shí)線框?yàn)樗x祁連山北緣斷裂東段GPS剖面范圍，虛線框?yàn)樗x海原斷裂東段GPS剖面范圍)，主要分布于祁連山構(gòu)造帶東段、海原斷裂東段至六盤山斷裂西段。針對(duì)該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景，本文選取了兩處GPS剖面(圖1實(shí)線與虛線矩形區(qū)域)計(jì)算、分析其應(yīng)變積累特性，對(duì)整個(gè)青藏塊體東北緣地區(qū)解算并探討其主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率、面膨脹率等地殼應(yīng)變場(chǎng)特征(圖1小圖虛線范圍)。

2 地殼應(yīng)變場(chǎng)特征分析

利用2011～2013年GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲取了該周期的GPS網(wǎng)格化水平運(yùn)動(dòng)速率、主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率及面膨脹率(圖2)。

圖2 青藏塊體東北緣2011～2013年應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算結(jié)果Fig.2 The results of strain field in the northeastern margin of Tibet plateau from 2011 to 2013

圖2(a)在計(jì)算區(qū)域內(nèi)插、擬合了1 599個(gè)GPS水平運(yùn)動(dòng)速率值，祁連山構(gòu)造帶運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镹E，其中瑪曲至德令哈段運(yùn)動(dòng)速率較大，約10 mm/a，西秦嶺及賀蘭山構(gòu)造區(qū)整體接近于正E方向運(yùn)動(dòng)，表明其遇到阿拉善剛性地塊的阻擋，物質(zhì)流發(fā)生了方向轉(zhuǎn)變。

圖2(b)主應(yīng)變率最大壓應(yīng)力分布于祁連山構(gòu)造帶東段的莊浪河斷裂、門源-陶萊山斷裂、拉脊山斷裂以及海原斷裂東段至六盤山斷裂西段，最大可達(dá)12.0×10-8，方向自NE轉(zhuǎn)至NEE，六盤山斷裂東南段表現(xiàn)正E方向的擠壓；賀蘭山構(gòu)造區(qū)北部以NW方向的拉張為主，南部為NNE向擠壓，NWW向拉張；西秦嶺構(gòu)造區(qū)表現(xiàn)為近E向的擠壓，N方向的拉張，整體上應(yīng)力擠壓高值區(qū)與以往地震頻發(fā)區(qū)(圖1)重合較好。

圖2(c)反映了青藏塊體東北緣地區(qū)2011～2013年最大剪應(yīng)變率的分布特征，其高值區(qū)主要分布于祁連山構(gòu)造帶東段的門源-陶萊山斷裂、拉脊山斷裂、海原斷裂東段，以及西秦嶺構(gòu)造區(qū)的禮縣-羅家堡斷裂、光蓋山-迭山北麓斷裂與成縣盆地北緣斷裂，量值約10.0×10-8，這與其主應(yīng)變率的高值分布一致。

圖2(d)為面膨脹率等值線圖，其高值區(qū)主要在祁連山構(gòu)造帶東段，為擠壓特性，其值達(dá)-8.0×10-8；擴(kuò)張區(qū)分布于西秦嶺構(gòu)造區(qū)的光蓋山-迭山北麓斷裂及其以南，最大值約為10.0×10-8。整個(gè)祁連山構(gòu)造帶基本顯示以擠壓為主，只在中祁連北緣斷裂西段、民勤及日月山斷裂出現(xiàn)拉張變化；賀蘭山斷裂帶主要為壓縮特性，北段較南段顯著，約-4.0×10-8。揭示了穩(wěn)定的阿拉善地塊及鄂爾多斯地塊分別阻擋了祁連山斷裂帶與賀蘭山構(gòu)造區(qū)分別向NE、E方向的物質(zhì)遷移。

3 GPS剖面應(yīng)變積累分析

針對(duì)上述應(yīng)變場(chǎng)高值區(qū)及圖1地震活動(dòng)集中區(qū)，選取兩個(gè)GPS剖面(祁連山斷裂帶東段、海原斷裂東段至六盤山斷裂西段)，計(jì)算、分析其應(yīng)變積累特征。

3.1 祁連山斷裂東段

在平行斷裂走向上(圖3(a))，3期GPS數(shù)據(jù)均顯示上盤對(duì)下盤的左旋趨勢(shì)運(yùn)動(dòng)(正值0～200 km為上盤，負(fù)值為下盤；曲線正值代表左旋走滑，負(fù)值為右旋走滑，均相對(duì)于下盤最遠(yuǎn)點(diǎn)計(jì)算)，2009～2011年左旋走滑微弱，2011～2013年變化明顯，最高相對(duì)走滑量達(dá)5.1 mm/a；在垂直斷裂走向上(圖3(b))，3期GPS數(shù)據(jù)均顯示了上盤相對(duì)下盤的擠壓特性(正值為壓，負(fù)值為拉)，2004～2007年擠壓較強(qiáng)，最高達(dá)8.8 mm/a，2011～2013年擠壓相對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度次之，約7.0 mm/a。從平行斷裂走向與垂直走向上看，上下兩盤相對(duì)位移差異性明顯，顯示了祁連山斷裂東段以壓性變化為主，兼具左旋走滑的應(yīng)變積累特征。

圖3 祁連山斷裂東段剖面變化Fig.3 Section variation at the eastern of Qilianshan fault

3.2 海原斷裂東段至六盤山斷裂西段

在平行于斷裂走向上，從圖4(a)中2004～2007年、2009～2011年及2011～2013年3期數(shù)據(jù)可知，無(wú)論從上盤相對(duì)下盤最遠(yuǎn)點(diǎn)還是相對(duì)下盤整體，都顯示了其左旋運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，且非常明顯，體現(xiàn)了近10 a時(shí)間尺度海原斷裂東段至六盤山斷裂呈左旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向上，上盤較下盤左旋走滑運(yùn)動(dòng)速率達(dá)2.0～5.5 mm/a，與文獻(xiàn)[10-11]研究結(jié)果一致；垂直方向上(圖4(b)，下盤各點(diǎn)較最遠(yuǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)不如平行于斷裂走向穩(wěn)定性強(qiáng)，但3期GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù)年變趨勢(shì)一致性強(qiáng)。從上盤對(duì)下盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)上看，3期點(diǎn)位在斷裂垂直運(yùn)動(dòng)方向上具有較好的一致性，即上盤相對(duì)下盤表現(xiàn)為整體壓性運(yùn)動(dòng)，其變化幅度與趨勢(shì)表現(xiàn)一致，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率微弱，約0.5～3.0 mm/a。無(wú)論在上盤較下盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一致性上或是在運(yùn)動(dòng)速率的差異性上，斷裂兩側(cè)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)特征都不如其在走滑方向表現(xiàn)顯著，因此，在近10 a時(shí)間尺度上，海原斷裂東段至六盤山斷裂西段，均表現(xiàn)為以左旋走滑為主，兼具壓性變化的運(yùn)動(dòng)特征。

圖4 海原斷裂東段至六盤山斷裂西段剖面變化Fig.4 Section variation at the eastern of Haiyuan fault and the western of Liupanshan fault

4 結(jié) 語(yǔ)

1)2011～2013年的最大剪應(yīng)變率、面膨脹率、主應(yīng)變率及以往地震目錄，均揭示了青藏塊體東北緣在祁連山斷裂東段、海原斷裂、六盤山斷裂及部分西秦嶺構(gòu)造區(qū)存在顯著的應(yīng)變場(chǎng)變化，地殼物質(zhì)流向由祁連山構(gòu)造區(qū)的NE向轉(zhuǎn)為賀蘭山、西秦嶺構(gòu)造區(qū)的正E向。

2)利用2011～2013年GPS速度場(chǎng)計(jì)算的應(yīng)變場(chǎng)獲知，主壓應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率高值區(qū)均分布于祁連山構(gòu)造帶東段、海原斷裂東段至六盤山斷裂西段，分別為12.0×10-8和10.0×10-8；面膨脹率壓性高值區(qū)在祁連山構(gòu)造帶東段，約-8.0×10-8，擴(kuò)張區(qū)在西秦嶺構(gòu)造區(qū)的光蓋山-迭山北麓斷裂及其以南，最大約10.0×10-8。

3)從3個(gè)周期GPS速度場(chǎng)的應(yīng)變積累上分析，祁連山斷裂東段顯示為以壓性為主、兼具左旋走滑，而海原斷裂東段至六盤山斷裂西段則表現(xiàn)為以左旋走滑為主、壓性為輔的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征。

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About the first author:WU Yongcai, lecturer,majors in engineering mechanics, structural mechanics, E-mail:921231003@qq.com.

Strain Field Analysis of Northeast Margin of Qinghai-Tibet Block Based on GPS Velocity Fields

WUYongcai1BAOChangyan2TANGHongtao3

1 Xi’an Siyuan University, 28 Shuian Road, Xi’an 710038, China 2 Qinghai Administration of Surveying，Mapping and Geoinformation，13 Huanghe Road, Xining 810001, China 3 Second Crust Monitoring and Application Center, CEA, 316 Xiying Road, Xi’an 710054, China

This article analyzed the strain field and sectional strain accumulation characteristics about Qinghai-Tibet block with the 2004-2013 GPS velocity field data. The results show that: 1)The stable Alashan and Ordos blocks stop the migration for northeast on the Qilian and Helan faults for east; 2)The high value areas of principal compressive strain rate and the maximum shear strain rate distribute the eastern of Qilianshan faults and from the eastern of Haiyuan fault to the western of Liupanshan fault, the high value areas of compressibility surface expansion distributes at the eastern of Qilianshan faults; 3)The relative movement features are mainly compression and both left-lateral strike-slip of the eastern of Qilianshan faults, mainly left-lateral strike-slip and both compreesion from the eastern of Haiyuan fault to the western of Liupanshan fault.

GPS velocity fields; strain field; strain accumulation

2015-12-31

武永彩，講師，主要從事工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的研究,E-mail:921231003@qq.com。

10.14075/j.jgg.2016.11.009

1671-5942(2016)011-0981-04

P315

A