中國大陸地殼運動速度和塊體運動

韓美濤 閆俊義 蘇利娜 張永奇

摘要：本文利用陸態(tài)網(wǎng)2009-2014期1947個區(qū)域站GPS觀測結(jié)果，分析中國大陸地殼運動特征；利用GPS觀測結(jié)果結(jié)合地質(zhì)塊體劃分，給出了各塊體運動速度，最后對各點速度進行投影，分析了塊體內(nèi)部運動狀態(tài)。

關(guān)鍵字：中國大陸；GPS；速度；塊體運動

1.前言

大陸巖石圈構(gòu)造變形與演化的地球動力學(xué)理論一直是國際地球科學(xué)研究的前緣領(lǐng)域。完整、可靠的地殼運動速度場是對構(gòu)造變形的定量描述，是揭開中國大陸新生代地球動力學(xué)之謎的關(guān)鍵之一[1]。GPS觀測結(jié)果由于觀測精度高、覆蓋范圍大、幾何和物理意義明確，且與構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系密切，備受各國學(xué)者重視，使得在短時間內(nèi)獲取大范圍地殼運動成為可能。

中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（以下稱“陸態(tài)網(wǎng)”）最主體部分由260個GNSS連續(xù)觀測站和2000個GNSS區(qū)域站構(gòu)成。這些站點全面覆蓋中國大陸，在一系列主要活動構(gòu)造區(qū)、活動斷裂帶、地震重點危險區(qū)等進行了針對性的加密布設(shè)。高精度、高空間分辨率的GPS站為研究中國大陸現(xiàn)今地殼構(gòu)造運動及其動力學(xué)機制提供珍貴的基礎(chǔ)資料。王琪、張培震、黃立人等[1，3-6]采用了大量GPS 觀測站的原始資料，獲取了中國大陸地殼運動的速度圖像，并對其進行了解釋。本文結(jié)合中國大陸的活動地質(zhì)構(gòu)造，和陸態(tài)網(wǎng)GPS區(qū)域站速度研究中國大陸地殼運動及其內(nèi)部不同地塊的運動狀態(tài)。

2.GPS速度

中國大陸位于歐亞板塊的東南部，東部受西太平洋板塊和菲律賓板塊俯沖、消減的影響，形成一系列與弧后擴張有關(guān)的陸緣海伸展和斷陷盆地；西部和西南部受印度板塊與歐亞板塊碰撞的構(gòu)造影響，形成號稱“世界屋脊”的青藏高原、上千km的大陸內(nèi)部構(gòu)造變形帶和地震帶。北部為貝加爾裂谷帶張開影響及西伯利亞塊體的向南推擠。來自板塊邊界的作用力是中國大陸新生代和現(xiàn)今構(gòu)造變形的主要動力來源，強烈影響著中國大陸現(xiàn)今地形輪廓變化規(guī)律和趨勢[5]。

從歐亞參考框架下的陸態(tài)網(wǎng)GPS 速度圖像（2009-2014年）（圖1），可以看出：

（1）中國大陸整體向東運動，以南北地震帶將我國大陸分為東西部。東部地區(qū)的華南、華北地塊整體有向南東東運動趨勢，運動速率較小。東北地塊南東向運動，向東逐漸增大。西部地區(qū)運動速度大，運動形態(tài)復(fù)雜，川滇塊體南東向運動，新疆、西藏、甘青地塊北東向運動，塊體內(nèi)部速度變化大。

（2）中國大陸的西南邊界是印度板塊與歐亞板塊的碰撞帶，也是中國大陸及中亞新生代構(gòu)造變形的主要動力來源[6]，在印度板塊俯沖推擠下，青藏高原是巖石圈變形最強烈的地區(qū)，印度次大陸低角度擠入西藏下部，喜馬拉雅向南仰沖形成山前沉積、褶皺變形，地殼因此不斷增厚，高原分階段整體抬升。從速度圖可以看出，運動方向呈扇形散開，青藏高原主體在南北向縮短、東西向延伸。青藏高原的地殼縮短吸收了絕大部分印度和歐亞板塊之間的相對運動，剩余部分則被天山及以北的縮短所吸收[9]。

（3）西藏東部向北東方向運動，到川西一帶轉(zhuǎn)為向南東東方向，到云南中部一帶轉(zhuǎn)為向南南東方向，再到云南西部轉(zhuǎn)為向南西方向運動，這種旋轉(zhuǎn)可能是青藏高原內(nèi)部地殼物質(zhì)繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)流動[10]。

（4）速度場清晰地揭示了不同構(gòu)造單元的變形方式或運動速度的分區(qū)差異，不同的地塊具有不同的運動速度和變形特征，對塊體運動深入的分析將可以揭示更多的運動學(xué)信息。

3.塊體運動

參照大陸強震機理與預(yù)測等研究結(jié)果[2]，將中國大陸劃分為了東北、華北、華南、西藏、新疆、甘青、川滇7個塊體。計算數(shù)據(jù)為陸態(tài)網(wǎng)區(qū)域站1947個站點速度，選取各塊體內(nèi)所有站點（見圖2），通過加權(quán)平均獲得各個塊體的平均速度作為塊體的運動速度（圖3）， 平均運動方向作為塊體的運動方向（見表1）。

（點為區(qū)域GPS站，圓圈為選中參與計算塊體速度的點）

從各塊體運動速度和方向可以看出，西部的西藏塊體、甘青塊體、新疆塊體北東向運動，東北塊體南東東向運動，華北、華南塊體近東向運動，而川滇塊體向南東運動，其中西藏塊體運動速率最大，為22.14mm/yr，甘青塊體次之，華南塊體最小為7.8mm/yr。

為深入研究各塊體內(nèi)部運動狀態(tài)，將各個塊體內(nèi)所有站點投影到平均速度方向，得到各塊體內(nèi)速度投影圖。西部各塊體速度投影明顯大于東部各塊體，且運動狀態(tài)較東部復(fù)雜。新疆塊體內(nèi)西部的塔里木盆地速度大，東部的阿拉善地區(qū)速度較小，南北方向來看塔里木盆地-天山-準格爾盆地速度減小，塔里木盆地、準格爾盆地較穩(wěn)定，兩盆地中的天山（B42-45。）速度明顯減小。甘青塊體來看，中西部速度較大，東部速度小，表明甘青塊體受到阻擋東緣受擠壓，南北向速度逐漸減小，也呈現(xiàn)擠壓態(tài)勢。從西藏速度投影來看，西藏西部（B80。以西）較小，向東逐漸增大，中部速度最大，向東后繼續(xù)減小，這個西藏逐漸向東滑移有關(guān)，在平均速度方向投影逐漸減小，南北向來看，扣除東部投影較小的速度后，速度逐漸減小，表現(xiàn)為南北向擠壓。川滇塊體來看，從西到東速度逐漸減小，從北向南逐漸減小，塊體內(nèi)呈擠壓狀態(tài)，主要因為西邊的西藏塊體擠壓、東邊華南塊體的阻擋。東北塊體是一個構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的地區(qū)，從速度剖面來看，向東速度逐漸增大，膠遼地塊運動速度明顯增大。從華北地塊速度投影來看，速度較一致，與地質(zhì)結(jié)論不符，可能由于華北地塊各GPS站本身運動速度不大，地塊內(nèi)各次級塊體運動不一致，沿平均速度方向投影后，不同站點速度融合一起難以分辨。華南地塊一致認為是一個沒有內(nèi)部構(gòu)造變形的剛性地塊，內(nèi)部不發(fā)育明顯的活動斷裂和褶皺，地震活動性與華北和西部對比相對較弱，從速度投影來看，塊體內(nèi)速度穩(wěn)定均勻。

4.小結(jié)

（1）中國大陸整體向東運動，其中西藏塊體、甘青塊體、新疆塊體北東向運動，東北塊體南東東向運動，華北、華南塊體近東向運動，而川滇塊體向南東運動。就運動速度而言，西部整體大于東部，西藏塊體運動速率最大，為22.14mm/yr，甘青塊體次之，為22.14mm/yr，華南塊體最小為7.8 mm/yr。

（2）中國大陸的西南邊界是印度板塊與歐亞板塊的碰撞帶，也是中國大陸及中亞新生代構(gòu)造變形的主要動力來源，在印度板塊俯沖推擠下，青藏塊體向北東向運動受到鄂爾多斯塊體、華南塊體的阻擋在青藏東北緣呈擠壓態(tài)勢，且速度逐漸轉(zhuǎn)向東，表明物質(zhì)向東滑移，川西到云南地區(qū)尤為明顯。

（3）由于印度板塊的俯沖，青藏高原南北向縮短、東西向延伸。青藏高原的地殼縮短吸收了絕大部分印度和歐亞板塊之間的相對運動，剩余部分則被天山及以北的縮短所吸收。

本文計算塊體速度投影時，將塊體內(nèi)GPS點投影到塊體平均速度方向，與塊體內(nèi)構(gòu)造結(jié)合不緊密，后期將根據(jù)塊體內(nèi)次級塊體及活動斷裂方向進行投影，可以更直觀看到斷裂相對速度和滑動速度。此外，本文采用的數(shù)據(jù)為2期觀測結(jié)果，今后研究使用多期數(shù)據(jù)分析，結(jié)果會更可靠些。

致謝：感謝中國地震局地震研究所提供的陸態(tài)網(wǎng)GPS區(qū)域站2009-2011期速度結(jié)果。

參考文獻：

1.張培震，王琪，馬宗晉，等.中國大陸現(xiàn)今構(gòu)造運動的GPS 速度場與活動地塊[J]. 地學(xué)前緣，2002，9（2）：430-441

2.丁國瑜主編. 中國巖石圈動力學(xué)概論[M ]. 北京： 地震出版社， 1991.

3.張培震， 鄧啟東， 張國民， 等. 中國大陸的強震活動與活動地塊[J] . 中國科學(xué)（ D輯）， 2003， 33（增刊）： 12- 20.

4.黃立人，符養(yǎng)，段五杏，等. 由GPS 觀測結(jié)果推斷中國大陸主要活動構(gòu)造邊界及其活動方式[J] . 地球物理學(xué)報， 2003 ， 46 （5） ，874～882.

5.王琪，張培震，馬宗晉. 中國大陸現(xiàn)今構(gòu)造變形GPS 觀測數(shù)據(jù)與速度場[J] . 地學(xué)前緣，2002 ，9 （ 2） ： 4152428.

6.馬宗晉，陳鑫連，葉叔華，等. 中國大陸現(xiàn)今地殼運動的GPS 研究[J] . 科學(xué)通報，2001 ，46 （13） ： 111821120.

7.王敏， 沈正康， 牛之俊， 等. 現(xiàn)今中國大陸地殼運動與活動塊體模型[J]. 中國科學(xué)， D 輯， 2003， 33（增刊）： 21～32

8.張躍剛，張晶，王敏，等. 中國大陸塊體的相對運動與強震的關(guān)系[J].大地測量與地球動力學(xué)，2009，29（4）：15-20

9.丁國瑜，喬學(xué)軍，等. 天山現(xiàn)今地殼快速縮短與南北地塊的相對運動[J] . 科學(xué)通報， 2000 ，45 （14） ：153821542.

10.牛之俊.用全球定位系統(tǒng)（GPS）研究中國大陸現(xiàn)今地殼運動模式[D].華中科技大學(xué)，2006.