GPS剖面變形與應(yīng)變積累分析

鄒娟茹，保長燕，李 昂

（1. 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.青海省第二測繪院，青海 西寧 810001；3.西安科技大學(xué)，陜西 西安710054）

近年來，我國南北地震帶地殼處于頻繁活躍期，尤其在中、北部更為明顯，2008-05-12汶川Ms8.0地震，2010-04青海玉樹Ms7.1地震，2013-04四川蘆山Ms7.0地震。以及2013-07-22 07:45:56臨潭-宕昌斷裂中東段發(fā)生岷縣-漳縣地震（104.2°E， 34.5°N），本次地震震級Ms6.6，震源深度約20 km，等震線長軸呈NWW向，長約40 km，共導(dǎo)致95人遇難，1 366人受傷，70余萬人受災(zāi)，造成了巨大的財產(chǎn)損失[1]。這次地震也正是發(fā)生在著名的南北地震帶中北段上。而在甘東南地區(qū)，自上世紀至今的115 a中，該地區(qū)發(fā)生3.0級以上地震約600余次，尤其在臨潭-宕昌斷裂的南北側(cè)各100 km范圍內(nèi)（如圖1）。選取南北地震帶中北段的臨潭-宕昌斷裂上一個剖面，利用2004～2007、2009～2011年及2011～2013年的三期GPS水平運動速度場觀測數(shù)據(jù)，通過高斯-克呂格投影，研究了近10 a來該斷裂兩側(cè)的相對水平運動機制及剖面變形特征與應(yīng)變積累的差異。

1 區(qū)域構(gòu)造特征與GPS剖面的選取

岷縣－漳縣Ms6.6地震震中位于構(gòu)造特征較為復(fù)雜的甘東南地區(qū)。在大地構(gòu)造上，該地區(qū)是我國南北與東西構(gòu)造分區(qū)的交匯位置[2-5]。甘東南地區(qū)位于兩條區(qū)域性大斷裂——東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂圍限中，由迭部－白龍江斷裂帶、光蓋山－迭山斷裂帶、臨潭－宕昌斷裂帶、成縣盆地北緣斷裂、塔藏斷裂、禮縣－羅家堡斷裂等多條大斷裂（帶）共同組成了該地區(qū)復(fù)雜的“V”型構(gòu)造體系（如圖1所示）。受青藏高原向北向東擠壓作用影響，甘東南地區(qū)新構(gòu)造運動和地震活動強烈，褶皺分布廣泛，強烈的構(gòu)造作用造就了復(fù)雜的地形地貌特征。而臨潭-宕昌斷裂帶由多條規(guī)模不等、相互平行或斜列的次級斷裂組合而成，該斷裂地震活動具有分段性，總體表現(xiàn)為東強西弱的特點[6,7]。

斷裂兩側(cè)的應(yīng)變積累特性與震前位移差異的變化可以通過分析斷裂區(qū)域內(nèi)的GPS剖面變形數(shù)據(jù)得到結(jié)論。馬海萍等（2013）對臨潭-宕昌斷裂帶GPS剖面（斷裂兩側(cè)區(qū)域內(nèi)選擇一定數(shù)量的觀測點構(gòu)成剖面）的變形分析，顯示了斷層兩側(cè)數(shù)10～100、200 km范圍內(nèi)有顯著的位移變化差異，距離斷裂越近，位移變化量隨之越弱，呈現(xiàn)一種類似“S”或反“S”型特征[8-11]。通過對比所研究斷裂兩側(cè)一定區(qū)域內(nèi)GPS觀測點多期水平運動矢量的差異變化，來判斷斷裂兩側(cè)的相對運動規(guī)律，可以判斷斷裂上、下盤擠壓、拉張、走滑及能量的積累與釋放等基本特性。GPS觀測點多選擇在斷裂兩側(cè)各100～200 km內(nèi)，選取范圍如圖2所示（臨潭至宕昌段）。

圖1 甘東南地區(qū)斷裂構(gòu)造

中國地殼運動網(wǎng)絡(luò)工程項目1999年以來對臨潭-宕昌斷裂及其附近進行了GPS觀測，后期利用GAMIT/GLOBK解算了相對歐亞板塊的水平運動速度場結(jié)果，均方根差均值均小于2.0 mm/a，如圖2所示。時間上選取 2004～2007年、2009～2011年及2011～2013年3個時間段；空間上，選取了臨潭-宕昌斷裂兩側(cè)各擴展100 km。本文所用方法屬于線性計算，計算前剔除了個別均方差偏大的站點，所獲得的跨斷裂剖面變化曲線的拉張、擠壓、走滑等趨勢特征在剖面的動態(tài)演化與應(yīng)變積累分析中是有意義的。

圖2 分時段相對歐亞板塊GPS水平運動矢量圖

2 GPS剖面的動態(tài)演化與應(yīng)變積累分析

如圖3所示，橫坐標“0”值代表斷裂位置，正值表示上盤，負值表示下盤。坐標縱軸為所有觀測站點投影后速率與下盤最遠點的速率之差即相對位移變化量，通過對比上盤和下盤的速率差異來分析臨潭-宕昌斷裂兩側(cè)的相對運動性質(zhì)。斷裂段長約100 km，斷裂兩側(cè)延伸約100 km。

圖3 臨潭-宕昌段剖面變化

平行于走向（圖a），2004～2007年上盤相對下盤運動差異不大，略微左傾，2009～2011年各監(jiān)測點較起算點變動較大，上盤較下盤整體呈現(xiàn)左傾運動，最高值達5.8 mm/a，2011～2013年曲線反向波動，雖顯示為負值，但上下盤間的相對運動差異不大。整體上可以看到，自2004～2013年近10 a來，臨潭-宕昌斷裂上盤較下盤呈現(xiàn)略微左傾的相對運動趨勢；垂直方向上（圖b），2004～2007年上、下盤相對運動速率差異明顯，上盤較下盤為正值，顯示為擠壓狀態(tài)，2009～2011年上、下盤間無明顯差異性運動，擠壓性質(zhì)微弱，2011～2013年上、下盤相對運動速率不明顯，略微表現(xiàn)為擠壓狀態(tài)。

3 結(jié) 語

本文對臨潭-宕昌斷裂帶于2004～2013年間3期GPS速度場數(shù)據(jù)進行了動態(tài)演化與應(yīng)變積累分析后得出如下結(jié)論：

1）平行于斷裂走向上，上盤較下盤顯示整體略微左旋走滑。

2）垂直方向上，上盤對下盤表現(xiàn)為持續(xù)擠壓狀態(tài)，尤其在2011～2013間，擠壓特性表現(xiàn)更為明顯。

3）從上世紀至今的115 a間，地震多發(fā)生于臨潭-宕昌斷裂南北側(cè)30～100 km范圍內(nèi)，而在臨潭-宕昌斷裂上形成一個未震空區(qū)。