渭河盆地及鄰區(qū)現(xiàn)今地殼形變及構(gòu)造特征研究

張永奇, 韓美濤, 曹建平, 鄭增記, 宋普偉

(1. 陜西省地震局, 陜西 西安 710068; 2. 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029)

0 引言

渭河盆地西起陜西寶雞,東至潼關(guān);西部窄,東部寬,被青藏塊體、華北塊體、華南塊體等三大構(gòu)造單元所圍限,地理位置特殊。其北部是穩(wěn)定的鄂爾多斯地塊,南部是秦嶺造山帶,西緣是西秦嶺—六盤(pán)山構(gòu)造區(qū),東部與山西斷陷盆地相接。該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,區(qū)內(nèi)發(fā)育多條北西向、近東西向和北東向斷裂[1](圖1)。渭河盆地及鄰區(qū)受到印度板塊、太平洋板塊、菲律賓板塊以不同角度向歐亞板塊俯沖以及西伯利亞南向運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響,同時(shí)受到秦嶺造山帶和鄂爾多斯地塊構(gòu)造演化的綜合影響,表現(xiàn)出復(fù)雜的構(gòu)造特征和地震活動(dòng)性。作為我國(guó)東西部構(gòu)造單元的過(guò)渡地帶,渭河盆地及鄰區(qū)起到我國(guó)東、西部物質(zhì)通道的作用,此外該地區(qū)還處在我國(guó)著名的汾渭地震帶和南北地震帶的北段,歷史地震頻發(fā),尤以1556年華縣8級(jí)地震為最[2]。

圖1 渭河盆地及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及斷裂分布Fig.1 Geological structure and fault distribution in the Weihe Basin and adjacent areas

針對(duì)渭河盆地及鄰區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、斷裂活動(dòng)及地殼形變特征,眾多學(xué)者開(kāi)展了大量工作,基于不同學(xué)科從深、淺部不同角度進(jìn)行了研究,為認(rèn)識(shí)渭河盆地及鄰區(qū)的構(gòu)造特征及地殼形變特征奠定了良好的基礎(chǔ)[3-14]。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展,其在區(qū)域地殼形變、斷裂活動(dòng)性及地震孕育周期特征方面發(fā)揮了非常積極的作用[8-13,15-16]。渭河盆地及鄰區(qū)特殊的地理位置以及復(fù)雜的構(gòu)造背景,加之近些年常年處于5級(jí)地震平靜期,其區(qū)域動(dòng)力學(xué)環(huán)境及變形機(jī)制如何？現(xiàn)今地殼形變特征如何？地震危險(xiǎn)性程度如何？這些問(wèn)題亟需我們回答。因此,本文基于Zhao等[17]計(jì)算的2009—2014年GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù),利用Shen等[18]提出的連續(xù)形變場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算方法,開(kāi)展渭河盆地及鄰區(qū)連續(xù)形變場(chǎng)及應(yīng)變率場(chǎng)計(jì)算與分析,并結(jié)合地質(zhì)、地震資料對(duì)渭河盆地及鄰區(qū)現(xiàn)今地殼形變及構(gòu)造特征進(jìn)行研究,對(duì)于進(jìn)一步深化認(rèn)識(shí)渭河盆地的孕震環(huán)境具有重要意義,并可為該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性分析提供參考依據(jù)。

1 GPS速度場(chǎng)與應(yīng)變率場(chǎng)計(jì)算

1.1 GPS速度場(chǎng)計(jì)算

Zhao等[17]計(jì)算了全國(guó)陸態(tài)網(wǎng)1998—2014年連續(xù)GPS站和2009—2014年流動(dòng)GPS站數(shù)據(jù),本文選取渭河盆地及鄰區(qū)的2009—2014年流動(dòng)GPS站點(diǎn)數(shù)據(jù),具體范圍為:106°～111°E,33°～36°N。文獻(xiàn)[17]給出的是相對(duì)于穩(wěn)定歐亞板塊的GPS地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng),其東西向、南北向精度大部分在1 mm/a以內(nèi),極個(gè)別在1～2 mm/a(圖2)。為了突出區(qū)域構(gòu)造特征,我們對(duì)相對(duì)于歐亞參考框架的GPS速度場(chǎng)根據(jù)式(1)進(jìn)行整體無(wú)凈旋轉(zhuǎn)扣除[19],獲得相對(duì)于渭河盆地及鄰區(qū)的整體無(wú)凈旋轉(zhuǎn)速度場(chǎng),如圖3所示。

圖2 渭河盆地及鄰區(qū)GPS速度場(chǎng)(歐亞參考框架;95%置信度)Fig.2 The GPS velocity field of the Weihe Basin and adjacent areas (After the Eurasian reference frame; Confidence:95%)

(1)

式中:ve、vn分別表示測(cè)站的東西向和南北向速率;λ、φ分別表示測(cè)站的經(jīng)度和緯度;r表示地球半徑,本文取平均半徑6 374 km;wx、wy、wz分別表示歐拉運(yùn)動(dòng)矢量的三個(gè)分量,通常歐拉運(yùn)動(dòng)矢量以式(2)表示。

(2)

式中:Φ、Λ分別表示歐拉極的緯度和經(jīng)度;Ω表示歐拉旋轉(zhuǎn)量。

1.2 GPS應(yīng)變率場(chǎng)計(jì)算

目前已經(jīng)發(fā)展了多種基于GPS數(shù)據(jù)計(jì)算應(yīng)變率的方法[20-24],Shen等[18,25-26]提出了一種對(duì)于離散的空間大地測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插的最佳方法,該方法依賴于具有先驗(yàn)約束的權(quán)重平滑因子來(lái)獲得對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的最佳擬合。對(duì)于任一站點(diǎn),在它附近區(qū)域內(nèi)插點(diǎn)的水平位移場(chǎng)通過(guò)雙線性函數(shù)插值方法來(lái)實(shí)現(xiàn),在球面上需要反演的模型參數(shù)包括塊體平移、旋轉(zhuǎn)及應(yīng)變率。借助最小二乘方法,采用相鄰區(qū)域加權(quán)GPS速度場(chǎng)來(lái)估計(jì)待求站點(diǎn)模型參數(shù),并使得速度場(chǎng)擬合殘差最小。對(duì)于最佳權(quán)重的選擇,采用距離相關(guān)權(quán)重:

圖3 渭河盆地及鄰區(qū)整體無(wú)旋轉(zhuǎn)GPS速度場(chǎng)Fig.3 The entire non-rotating GPS velocity field in the Weihe Basin and adjacent areas

(3)

(4)

式中:Li是高斯函數(shù);Vi是依賴于Voronoi單元的面積;ΔRi為計(jì)算點(diǎn)與GPS站點(diǎn)的距離;D為空間距離參數(shù),對(duì)不同站點(diǎn)采用不同的數(shù)值[18],為了確定最佳平滑距離D,引入一個(gè)參數(shù)來(lái)表示重定權(quán)系數(shù)和的閾值,并設(shè)置W(D)=Wt,隨著Wt增大,更多的站點(diǎn)數(shù)據(jù)被包括進(jìn)來(lái);反之,Wt越小,所涉及的站點(diǎn)越少。參考已有的研究結(jié)果[18,27-29],以解算精度作為約束,經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算,最終確定Wt=12,獲得的研究區(qū)平滑距離的空間分布如圖4。從圖中可以看出,渭河盆地西部寶雞地區(qū)平滑距離約為40～50 km,渭河盆地中東部平滑距離約為60～70 km。秦嶺造山帶以南及鄂爾多斯地塊南緣平滑距離約為80～90 km。按照上述參數(shù)設(shè)置,采用形變場(chǎng)和應(yīng)變率場(chǎng)內(nèi)插程序的更新代碼,計(jì)算了研究區(qū)0.1°×0.1°連續(xù)的應(yīng)變率場(chǎng),如圖5所示。

2 渭河盆地及鄰區(qū)水平形變場(chǎng)分析

渭河盆地及鄰區(qū)的GPS速度場(chǎng)(圖2,相對(duì)于歐亞參考框架)整體上以SE或SEE向運(yùn)動(dòng),差異運(yùn)動(dòng)不明顯,運(yùn)動(dòng)速率基本在5～8 mm/a之間變動(dòng)?？傮w來(lái)看,渭河盆地西部及六盤(pán)山構(gòu)造區(qū)運(yùn)動(dòng)速率相比渭河盆地中東部稍大,渭河盆地中部運(yùn)動(dòng)速率變化差異較明顯,尤其是以近東西向展布的渭河斷裂為界,其南北兩側(cè)的GPS速度場(chǎng)不論從運(yùn)動(dòng)速率還是方向都有較大差異。為了更加凸顯渭河盆地及鄰區(qū)的運(yùn)動(dòng)特征,對(duì)圖2獲取的速度場(chǎng)進(jìn)行0.1°×0.1°插值,在此基礎(chǔ)上計(jì)算了研究區(qū)的歐拉矢量,歐拉極的經(jīng)度和緯度分別為-45.806°、68.414°,歐拉旋轉(zhuǎn)量為0.102 2°·Ma-1,扣除歐拉旋轉(zhuǎn)之后,渭河盆地及鄰區(qū)GPS速度場(chǎng)量值很小,基本在0 ～1 mm·a-1之間,說(shuō)明渭河盆地及鄰區(qū)相對(duì)比較穩(wěn)定,如圖3所示。

由圖3可以更加明顯地看出渭河盆地及鄰區(qū)內(nèi)部的差異運(yùn)動(dòng),具體表現(xiàn)出以下幾個(gè)特征:(1)鄂爾多斯地塊南緣以銅川—黃陵一線(子午嶺)為界,東、西側(cè)差異運(yùn)動(dòng)明顯:西段以涇川為中心GPS速度場(chǎng)有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的特征,在六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶附近呈現(xiàn)明顯的擠壓變形特征,研究區(qū)西北端的運(yùn)動(dòng)速率沿SE向逐漸減小,表明能量在六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶附近集聚。東段以黃龍為中心GPS速度場(chǎng)有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的特征,在韓城斷裂東北段運(yùn)動(dòng)速率突然增大,然而在韓城斷裂與峨眉臺(tái)地北緣斷裂之間運(yùn)動(dòng)速率快速衰減為零。渭河盆地東、西部GPS速度場(chǎng)呈現(xiàn)相反的運(yùn)動(dòng)特征,西部寶雞地區(qū)GPS速度場(chǎng)以近E向運(yùn)動(dòng)為主,東部渭南地區(qū)GPS速度場(chǎng)以近W向運(yùn)動(dòng)為主,在中部咸陽(yáng)—西安地區(qū)運(yùn)動(dòng)速率幾乎為零,表現(xiàn)為明顯的東西向擠壓、南北向拉張?zhí)卣?。秦嶺造山帶基本以108.5°為界,西秦嶺GPS速度場(chǎng)由西往東呈現(xiàn)近N向-NE向-近E向運(yùn)動(dòng)特征;東秦嶺速度場(chǎng)呈現(xiàn)SW向運(yùn)動(dòng)特征,且自東往西運(yùn)動(dòng)速率逐漸減小;沿長(zhǎng)安—臨潼斷裂以SW向延伸與略陽(yáng)斷裂、山陽(yáng)斷裂交接部位形成右旋擠壓變形狀態(tài)。

圖4 渭河盆地及鄰區(qū)平滑距離分布圖Fig.4 Smooth distance distribution of Weihe Basin and adjacent areas

圖5 渭河盆地及鄰區(qū)主應(yīng)變率場(chǎng)圖Fig.5 The principal strain rate field of Weihe Basin and adjacent areas

3 渭河盆地及鄰區(qū)水平應(yīng)變率場(chǎng)分析

對(duì)比鄂爾多斯地塊南緣、渭河盆地及秦嶺造山帶的主應(yīng)變率場(chǎng)特征,不同區(qū)域呈現(xiàn)出明顯差異變化(圖5)。整體而言,研究區(qū)的主張應(yīng)變和主壓應(yīng)變率變化幅度不大,基本在15×10-9·a-1以內(nèi)。鄂爾多斯地塊西南緣的六盤(pán)山斷裂帶附近應(yīng)變率場(chǎng)以擠壓為主,方向?yàn)镹E-SW,與六盤(pán)山斷裂幾乎垂直,主壓應(yīng)變率量值最大約為15×10-9·a-1,主張應(yīng)變率最大約為10×10-9·a-1,方向?yàn)镹W-SE。六盤(pán)山斷裂帶往東進(jìn)入鄂爾多斯地塊西南緣的平?jīng)觥艽ǖ貐^(qū),主要以擠壓應(yīng)變率為主,幾乎沒(méi)有主張應(yīng)變率分量。鄂爾多斯地塊南部的中段地區(qū)以主張應(yīng)變率為主,方向由NE-SW轉(zhuǎn)為近EW向;鄂爾多斯地塊東南緣以主壓應(yīng)變率為主,方向?yàn)镹WW-SEE,量值最大約為20×10-9·a-1。隴縣—寶雞斷裂帶應(yīng)變率場(chǎng)以擠壓為主,只是方向由六盤(pán)山斷裂帶附近的NE-SW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹W-SE向,量值相比六盤(pán)山斷裂帶附近略微減小,變化在(5～10)×10-9·a-1之間。西秦嶺北緣斷裂南、北兩側(cè)應(yīng)變率幾乎為零,而在岐山—馬召斷裂和北山山前斷裂圍限的北側(cè)局部地區(qū)主張、主壓應(yīng)變率相對(duì)較大。渭河盆地西部的寶雞地區(qū)和東部的渭南地區(qū)應(yīng)變率相對(duì)較小,量值在5×10-9·a-1左右變化,中部的咸陽(yáng)—西安地區(qū)應(yīng)變率相對(duì)較大,基本在10×10-9·a-1左右變化,主壓應(yīng)變率和主張應(yīng)變率的方向分別為NE-SW和NW-SE。對(duì)圖5進(jìn)行細(xì)致觀察還可發(fā)現(xiàn),不同斷裂圍限的應(yīng)變率特征具有明顯差異,以渭河斷裂為界,北側(cè)、南側(cè)的應(yīng)變率變化分別與鄂爾多斯南緣地區(qū)和秦嶺造山帶以及往南延伸地區(qū)的應(yīng)變率變化具有比較一致的特征。秦嶺造山帶及其南延地區(qū)應(yīng)變率相對(duì)平緩,其中兩個(gè)地區(qū)擠壓應(yīng)變率偏大,一個(gè)是長(zhǎng)安—臨潼斷裂向南延伸與略陽(yáng)斷裂匯聚地區(qū);另一個(gè)是山陽(yáng)斷裂、商縣—丹鳳斷裂、鐵爐子—欒川—南召斷裂圍限的地區(qū),方向?yàn)镹W-SW,量值在10×10-9·a-1左右變化。

剪切應(yīng)變率的大小反映了地殼水平形變的程度,該值的大小表征了局部區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)弱?？傮w上研究區(qū)剪應(yīng)變率分布特征規(guī)律性明顯(圖6),基本與研究區(qū)的主要斷裂展布具有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。具體而言,在鄂爾多斯地塊西南緣以六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶為界,北東側(cè)地區(qū)剪切應(yīng)變率量值相對(duì)較大,西南側(cè)地區(qū)剪切應(yīng)變率變化明顯減弱,最大、最小量值分別為20×10-9·a-1、6×10-9·a-1。鄂爾多斯地塊南緣中段地區(qū)剪切應(yīng)變率變化相對(duì)較弱,基本在5×10-9·a-1之內(nèi)變化。鄂爾多斯地塊東南緣的韓城斷裂附近存在剪切應(yīng)變率的局部高值區(qū),最大量值約25×10-9·a-1。渭河盆地西部寶雞地區(qū)和中部的西安—咸陽(yáng)地區(qū)最大剪應(yīng)變率相比東部渭南地區(qū)稍大,其中西安—咸陽(yáng)地區(qū)的剪切應(yīng)變最大變化量值約15×10-9·a-1。以秦嶺北緣斷裂為界,秦嶺造山帶剪切應(yīng)變率與渭河盆地相比明顯減弱,但也存在兩個(gè)比較明顯的剪切應(yīng)變率局部高值區(qū),一個(gè)是長(zhǎng)安—臨潼斷裂南向延伸與略陽(yáng)斷裂相交地區(qū);另一個(gè)局部剪切應(yīng)變率高值區(qū)位于山陽(yáng)斷裂、商縣—丹鳳斷裂、鐵爐子—欒川—南召斷裂圍限匯集的地區(qū),最大量值分別為7×10-9·a-1、10×10-9·a-1。值得注意的是,從圖6還可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)明顯的剪切應(yīng)變率梯度帶,一個(gè)位于秦嶺北緣斷裂西段,另一個(gè)與華山—西麓斷裂及韓城斷裂走向基本一致。

圖6 渭河盆地及鄰區(qū)最大剪切應(yīng)變率場(chǎng)圖Fig.6 The maximum shear strain rate field of Weihe Basin and adjacent areas

面應(yīng)變率的大小反映了地殼中應(yīng)變能的狀態(tài)及大小,在區(qū)域變形機(jī)制分析中具有重要的作用。渭河盆地及鄰區(qū)面應(yīng)變率特征相對(duì)比較復(fù)雜(圖7),具體而言,鄂爾多斯地塊西南緣的六盤(pán)山斷裂帶附近以壓縮應(yīng)變?yōu)橹?最大變化量值約-20×10-9·a-1,鄂爾多斯地塊南緣中段以膨脹應(yīng)變?yōu)橹?最大變化量值約為20×10-9·a-1,鄂爾多斯地塊東南緣的韓城斷裂附近同樣以壓縮應(yīng)變?yōu)橹?最大量值約為-25×10-9·a-1。渭河盆地面應(yīng)變率整體變化不大,基本在(-5～5)×10-9·a-1之間變化,沿渭河斷裂一線展布面應(yīng)變率基本為零,渭河斷裂的周至—咸陽(yáng)段與秦嶺北緣斷裂之間出現(xiàn)局部壓縮應(yīng)變高值區(qū),最大變化量值約-12×10-9·a-1;秦嶺造山帶及其以南地區(qū),從西往東呈現(xiàn)膨脹應(yīng)變與壓縮應(yīng)變交替出現(xiàn)的變化特征,尤其是以秦嶺造山帶109°為界,西部、東部各150 km范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)壓縮應(yīng)變高值區(qū)和膨脹應(yīng)變高值區(qū),最大變化值分別為-12×10-9·a-1和10×10-9·a-1。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),研究區(qū)西部六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶與西秦嶺北緣斷裂之間形成面應(yīng)變正負(fù)變化梯度帶,差異變化約為30×10-9·a-1;渭河盆地中部以長(zhǎng)安—臨潼斷裂、渭南塬前斷裂為界,形成NE、SW向負(fù)值變化,NW、SE向正值變化的四象限分布格局;在研究區(qū)東部的韓城斷裂、雙泉—臨猗斷裂附近同樣出現(xiàn)一個(gè)面應(yīng)變正負(fù)變化梯度帶,差異變化約為35×10-9·a-1。結(jié)合渭河盆地及鄰區(qū)近年來(lái)中小地震分布特征(圖8),發(fā)現(xiàn)地震分布與應(yīng)變率高值區(qū)及差異變化梯度帶有比較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖7 渭河盆地及鄰區(qū)面應(yīng)變率場(chǎng)圖Fig.7 Surface strain rate field of the Weihe Basin and its adjacent areas

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

(1) 傳統(tǒng)觀念認(rèn)為鄂爾多斯地塊是具有剛性基底的穩(wěn)定克拉通地塊,李煜航等[30]研究發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯地塊南部子午嶺小震叢集現(xiàn)象是青藏高原東北部沿鄂爾多斯地塊南部及渭河盆地發(fā)生橫向擴(kuò)展的地震活動(dòng)響應(yīng),說(shuō)明青藏高原東北部的橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)已經(jīng)影響到鄂爾多斯地塊南部并使其內(nèi)部出現(xiàn)差異變形,說(shuō)明完整的鄂爾多斯地塊存在“活化”的特征。GPS研究揭示的渭河盆地和鄂爾多斯地塊南部現(xiàn)今沿子午嶺方向存在的左旋剪切運(yùn)動(dòng),有利于應(yīng)變能的積累,因此沿子午嶺出現(xiàn)的小震叢集現(xiàn)象就是構(gòu)造薄弱帶在地殼左旋剪切作用下,使得應(yīng)變能積累而形成彌散型的小震群[30]。本文研究獲得的速度場(chǎng)(圖2～3)在鄂爾多斯地塊南部呈現(xiàn)的東、西段運(yùn)動(dòng)差異,同時(shí)在子午嶺區(qū)域存在左旋剪切運(yùn)動(dòng),與上述研究結(jié)果有較好的一致性。韓忠東等[31]研究發(fā)現(xiàn)在鄂爾多斯地臺(tái)南部邊緣存在一個(gè)環(huán)形構(gòu)造,進(jìn)一步表明處于穩(wěn)定克拉通構(gòu)造中的鄂爾多斯地臺(tái)存在相對(duì)活躍的部分,本文圖3顯示在鄂爾多斯地塊南緣西段確實(shí)存在一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。海原—六盤(pán)山斷裂帶作為青藏塊體和鄂爾多斯地塊的重要邊界帶,在鄂爾多斯西南緣構(gòu)造變形轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用,這個(gè)區(qū)域的變形特征以NE-SW向擠壓左旋走滑為主[30,32],與本文圖3揭示的運(yùn)動(dòng)特征基本一致。渭河盆地中部渭河斷裂以南區(qū)域的運(yùn)動(dòng)特征與秦嶺造山帶的運(yùn)動(dòng)特征基本一致,這和渭河斷裂是秦嶺造山帶及鄂爾多斯地塊的分界線有關(guān)[1,33-34]。從區(qū)域動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看,渭河盆地西段受青藏高原北東向運(yùn)動(dòng)與鄂爾多斯塊體阻擋的綜合效應(yīng)影響,東段受到太平洋板塊及菲律賓板塊與華北和華南地塊的綜合效應(yīng)影響,因此渭河盆地現(xiàn)今內(nèi)部變形及構(gòu)造特征相對(duì)復(fù)雜。

圖8 渭河盆地及鄰區(qū)中小地震分布圖Fig.8 Distribution of small and medium earthquakes in the Weihe Basin and adjacent areas

(2) 鄂爾多斯地塊在不同時(shí)期表現(xiàn)出不同的構(gòu)造應(yīng)力特征,燕山期主要呈NW-SE向,地塊西南緣呈NE-SW向;喜馬拉雅期呈NNE-SSW向,主要與太平洋板塊和印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞有關(guān)[35]。在始新世時(shí)期,印度板塊向北漂移并與歐亞大陸發(fā)生碰撞,造成青藏高原大規(guī)模隆起及地殼加厚,并對(duì)鄂爾多斯塊體產(chǎn)生一定的影響,主要表現(xiàn)為青藏高原對(duì)鄂爾多斯塊體NE-NNE方向的推擠,在其南北兩側(cè)和東西兩側(cè)形成以拉張為主的斷陷帶和右旋剪切拉張帶[36]。石衛(wèi)[32]研究發(fā)現(xiàn)渭河盆地西段的隴縣—寶雞斷裂帶深部處于擠壓環(huán)境、淺部處于伸展環(huán)境,深部以NE向擠壓、SSE向拉張的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征為主,淺部與此剛好相反。此外崔篤信等[9]對(duì)鄂爾多斯周緣地殼形變及應(yīng)變特征進(jìn)行研究,在六盤(pán)山斷裂帶的東部區(qū)域應(yīng)變率為-20.0×10-9·a-1,反映了該區(qū)域存在較強(qiáng)的擠壓形變,渭南以西的關(guān)中盆地整體應(yīng)變較小,面膨脹率為0～10×10-9,主壓應(yīng)變?yōu)榻麰W向,主張應(yīng)變?yōu)镾N向,本文得到的研究結(jié)果與崔篤信等[9]基本一致,只是在一些細(xì)節(jié)上還存在差別。鄂爾多斯地塊中新世以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)仍然活躍,地塊南部發(fā)育有慶陽(yáng)—富縣—宜川等東西向斷裂帶,北東向基底大斷裂主要位于盆地的中南部區(qū)域,如慶陽(yáng)—大同斷裂帶和銅川—宜川—文水?dāng)嗔褞37],這對(duì)于鄂爾多斯地塊南緣應(yīng)變率場(chǎng)的分布特征具有較強(qiáng)的控制作用。寧陜—柞水之間地區(qū)作為秦嶺造山帶的商丹縫合帶最強(qiáng)的變形區(qū),發(fā)育多條深層次不同級(jí)別的逆沖韌性剪切帶,巖層和地殼收縮幅度最大,本文研究結(jié)果表明在上述地區(qū)的確存在較強(qiáng)的剪切應(yīng)變率和面應(yīng)變率(圖6～7)。張國(guó)偉等[33-34]以108°E 為界,將秦嶺造山帶分為東秦嶺和西秦嶺,中秦嶺的范圍為108°～109°E,作為東秦嶺、西秦嶺造山帶中間銜接過(guò)渡的中秦嶺造山帶,其地殼結(jié)構(gòu)的特征、斷裂構(gòu)造的分布與東秦嶺、西秦嶺造山帶迥異[38],這也造成了秦嶺造山帶不同地區(qū)的應(yīng)變率特征存在明顯差異(圖5～7)。

(3) 基于區(qū)域GPS形變場(chǎng)及應(yīng)變率場(chǎng)對(duì)未來(lái)潛在地震危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行研判,是非常重要的技術(shù)途徑[9-13,15-16]。本文研究發(fā)現(xiàn)GPS形變場(chǎng)及應(yīng)變率場(chǎng)變化相對(duì)劇烈的區(qū)域與中小地震的分布具有非常好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖8),研究表明剪切應(yīng)變率高值區(qū)及面應(yīng)變率差異變化較大的區(qū)域往往是地震易發(fā)多發(fā)的地區(qū),本文研究結(jié)果顯示在六盤(pán)山—寶雞斷裂帶、長(zhǎng)安—臨潼斷裂和渭南塬前斷裂以及韓城斷裂這幾個(gè)區(qū)域應(yīng)變率變化相對(duì)復(fù)雜,不僅剪切應(yīng)變率出現(xiàn)高值,而且還存在面應(yīng)變正負(fù)差異變化,表明這些區(qū)域地震潛在危險(xiǎn)性較高。陳立春等[39]研究認(rèn)為隴縣—岐山—馬召斷裂已發(fā)展成為隴縣—寶雞斷裂帶的最新活動(dòng)斷裂,是青藏高原與華北塊體主邊界的重要組成之一,具有發(fā)生7 級(jí)以上地表強(qiáng)烈破壞型大震的構(gòu)造條件,結(jié)合其剪切尾端拉張的區(qū)域構(gòu)造屬性,隴縣—岐山—馬召斷裂的潛在震級(jí)為7.5級(jí)左右,杜方等[40]研究發(fā)現(xiàn)六盤(pán)山斷裂帶中—南段和隴縣寶雞斷裂帶最北段存在異常低b值區(qū),表明已有相當(dāng)高的應(yīng)力積累,未來(lái)潛在震級(jí)為7級(jí)左右。郭秋娜[41]對(duì)汾渭地震帶的地震活動(dòng)性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)運(yùn)城盆地西南部和渭河盆地東北部有顯著地震空區(qū),未來(lái)強(qiáng)震發(fā)生概率較大,此外在渭河盆地中部的渭南塬前斷裂附近也存在一定的地震危險(xiǎn)性,上述這些研究結(jié)果與本文研究得到的結(jié)果基本一致。

4.2 結(jié)論

本文基于2009—2014年渭河盆地及鄰區(qū)GPS資料,采用Shen[18]提出的連續(xù)形變場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算方法,開(kāi)展了渭河盆地及鄰區(qū)現(xiàn)今地殼形變及構(gòu)造特征研究。為了更加清晰地研究渭河盆地及鄰區(qū)形變場(chǎng)特征,扣除了研究區(qū)整體旋轉(zhuǎn)量得到區(qū)域無(wú)旋轉(zhuǎn)形變場(chǎng),并進(jìn)一步研究了渭河盆地及鄰區(qū)的應(yīng)變率場(chǎng),并結(jié)合研究區(qū)近年來(lái)的中小地震目錄及構(gòu)造地質(zhì)資料,對(duì)渭河盆地及鄰區(qū)進(jìn)行綜合性研究分析,得到如下結(jié)論:

(1) 鄂爾多斯南緣以子午嶺為界,GPS形變場(chǎng)在西段表現(xiàn)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),東段表現(xiàn)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),子午嶺附近存在右旋剪切變形特征;在渭河盆地西安—咸陽(yáng)附近GPS形變場(chǎng)呈現(xiàn)擠壓變形特征;秦嶺造山帶東段、中段、西段GPS形變特征存在明顯差異。

(2) 鄂爾多斯西南緣六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶以NE-SW向主壓應(yīng)變?yōu)橹?渭河盆地中部的西安—咸陽(yáng)地區(qū)以NW-SE向主張、NE-SW向主壓應(yīng)變?yōu)橹?韓城斷裂附近存在NW-SE向主壓應(yīng)變;剪應(yīng)變率高值區(qū)位于鄂爾多斯西南緣的六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶附近、渭河盆地中部的咸陽(yáng)—西安附近以及韓城斷裂;面應(yīng)變率差異變化顯著的地區(qū)位于六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶、長(zhǎng)安—臨潼斷裂與渭南塬前斷裂及韓城斷裂及雙泉臨猗斷裂附近。

(3) GPS形變場(chǎng)與應(yīng)變率場(chǎng)的高值區(qū)及差異變化區(qū)與中小地震分布具有高度一致性,未來(lái)潛在地震危險(xiǎn)區(qū)域可能位于六盤(pán)山—隴縣—寶雞斷裂帶、長(zhǎng)安—臨潼斷裂與渭南塬前斷裂、韓城斷裂與雙泉—臨猗斷裂附近。