基于多種形變觀測資料分析福建地區形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

基于多種形變觀測資料分析福建地區形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

利用福建區域 GPS連續觀測資料計算出應變場,由跨斷層垂直形變資料計算出形變速率強度累積率,并根據跨斷層、體應變等多種形變資料得到各測點壓張特性的空間分布。在此基礎上,研究了福建區域 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時期的形變特征。研究結果表明：龍巖-廈門-東山、政海帶與沙縣南日島斷裂帶交界處這兩個區域是能量累積區域,構造活動性較強,形變速率強度較高,以壓性測點為主,發生中強地震的可能性比較大。

GPS;跨斷層;形變觀測;形變特征;福建地區

1 引言

為了有效監測本區域地殼運動與地震活動,福建省沿主要的構造斷裂帶布設了 GPS觀測站以及多種形變觀測儀器,包括跨斷層短水準、體應變、洞體應變、重力、垂直擺、傾斜儀、深井觀測、砂層應力儀等,組成了有效的形變觀測網絡。一些學者利用這些數據對福建地區地殼運動與形變進行了研究,取得了許多成果[1-8]。本文將基于福建區域 GPS連續觀測資料、跨斷層形變測量數據,以及體應變等多種形變觀測結果,結合有關地質構造背景,定量研究 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時期的應變場、跨斷層形變強度空間分布、測點受力壓張性空間分布動態變化特征,進而分析該區域的形變基本特征。

2 構造概況

福建內陸主要斷裂帶大致呈北東走向,由內陸至沿海依次為：邵武-河源斷裂帶,政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶。歷史上發生的多次中強地震均位于這些斷裂帶上。北西向斷裂分布范圍和規模僅次于北東向斷裂,由北往南依次為：閩江下游斷裂,沙縣-南日島斷裂,永安-晉江斷裂,九龍江下游斷裂,上杭-詔安斷裂(圖 1)。這些北西向斷裂和北東向斷裂將福建地區分割成不同的差異活動地塊。

自 2007年 3月 13日發生順昌 4.9與 4.7級雙震后,福建省中等強度的地震活動顯著增強,之后依次發生了華安 4.0、永春 4.6、古田 4.8、長泰 4.7、平潭 4.3級等多次中強地震(圖 1)。

為了有效監測該區地殼運動與地震活動,福建省沿主要的構造斷裂帶布設了 8個 GPS連續觀測站、5個體應變觀測場地、2個伸縮儀觀測場地、5個垂直擺觀測場地、2個水管觀測場地、2個傾斜觀測場地、1個重力觀測場地及多個跨斷層形變測量場地,組成了有效的形變觀測網絡。福建GPS臺網現有 8個 GPS連續觀測站,目前正在擴充和加密 30個 GPS連續觀測站,并在 GPS連續觀測站上配套精密水準和精密重力測量,形成有效監測福建地區主要斷裂帶的大跨度、大尺度、高精度觀測臺網 (圖2)?？鐢鄬訙y量場地的分布為：長詔斷裂帶 9個,政海斷裂帶 4個,河邵斷裂帶 2個,跨北西向斷裂的4個,以及水口庫區 1個形變監測網。其他定點形變觀測場地分布見圖 2,廈門、漳州等臺站配有多套形變觀測儀器。

圖1 福建地區主要斷裂帶及中強地震分布Fig.1 Distribution of the faults and medium earthquakes in Fujian area

圖2 福建省形變觀測臺站分布Fig.2 Distribution of the deformation monitoring points in Fujian area

3 資料處理與分析

3.1 GPS應變場

假定局部小范圍內地殼為連續的均質體,在ITRF2000框架下求出各期位移速率的南北分量和東西分量,根據描述塊體整體旋轉和內部均勻應變的彈性運動方程[9],可以求出由相鄰點組成的點組的應變張量[9]。

在計算得到地塊的應變張量之后,可以由應變參數εe、εen、εn計算獲得福建地區的主壓應變ε1、主張應變ε2、第一剪應變 r1、第二剪應變 r2,面應變εm、主壓應變的方位角φ[10]。其計算公式為：

本文采用三角形三邊盡量相近原則,將福建地區 GPS臺站劃分為 6個三角形,每個三角形的 3個頂點組成一組,計算出各個點組的應變解 (泉州臺由于接收機和天線都有更換,因此沒有參與應變計算,東山、永春、莆田臺 2007年才開始正常運行,所以只計算了 2007—2008年、2008—2009年、2009—2010年 3期的應變場),計算結果見圖 3～5。福建地區各塊體的最大主應變率為 0.127×10-9～4.43 ×10-9,最小主應變率為 -4.996×10-9～-3.34× 10-10/a,面應變率為 -3.55×10-9～3.04×10-9/a,第一剪應變率為 -2.90×10-9～4.08×10-9/a,第二剪應變率為 -5.90×10-9～5.79×10-9/a。福建地區各塊體的主應變率、面應變率、剪應變率都在10-9量級變化。

從圖 3～6可以看出：

1)各期應變場整體變化不顯著,只有個別塊體有微弱的變化。

2)龍巖-廈門-東山一線以主壓應變為主,而南平-福州-永春一帶為第一、第二剪應變高值區域。

3.2 跨斷層形變速率強度分析

跨斷層形變速率強度計算公式為[11]：

圖3 福建地區最大、最小主應變率Fig.3 Maximum and minimum strain rates of Fujian area

圖4 福建地區面應變率(10-9)Fig.4 Surface strain of Fujian area

圖5 福建地區第一剪應變率(10-9)Fig.5 The first shear strain of Fujian area

圖6 福建地區第二剪應變率(10-9)Fig.6 The second shear strain of Fujian area

其中：Vi=Hi-Hi-1,Vi斷層形變速率;Hi為第 i期跨斷層觀測值,Hi-1為上一年同月份跨斷層觀測值; n為每個時間段內的速率總個數,i=1,2,3,…,n;Qi為斷層形變速率累積強度 (即形變趨勢累積率),變化范圍為0～1。

用福建地區跨斷層形變測點計算得到 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的 Qi值,并用雙三次三角曲面光滑插值方法進行處理,得到的跨斷層形變速率強度空間分布動態圖像如圖 7所示。

圖7 跨斷層形變速率強度空間分布Fig.7 Distribution of the strain rate accumulation intensity calculated from across-fault vertical deformation

對比圖 7中 3個時段的跨斷層形變速率強度空間分布,可以看出：

1)2005—2006年,政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處屬于形變速率強度高值區域,并以該區域為中心向四周減小;2007—2008年,長樂-詔安斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,為形變速率強度高值區域,并以此為中心,向東西兩個方向遞減; 2009—2010年,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,上杭-詔安斷裂帶與政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶交界處為形變速率強度高值區。

2)2005—2006年和 2007—2008年,形變速率強度高值區在空間分布上與 2007—2008年福建地區幾次中強地震有一定的對應關系。

3)政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處一直是形變速率強度較高的區域。

4)龍巖-廈門-東山區域、福建與廣東交界區域,2009—2010年形變速率強度明顯比前兩期增大,且形變速率強度非常高。

3.3 多種形變資料分析測點受力性質

利用福建地區流動跨斷層短水準、體應變和伸縮儀觀測資料得到的福建地區各測點 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的張壓特性如圖8所示。

從圖 8可以看出：

1)壓性測點主要分布區域 2005—2006年為：政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,以及長樂-詔安斷裂帶的中段;2007—2008年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界,以及長樂-詔安斷裂帶南段;2009—2010年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界及長樂-詔安斷裂帶中段。

2)政和-海豐斷裂北段及水口庫區近兩期計算結果均以壓性為主。

4 總結與討論

1)龍巖-廈門-東山以主壓應變為主,面應變率、剪應變率都為負值高值區域,構造活動性較強,為能量積累區域。南平-福州-永春為面應變率、剪應變率高值區域。

圖8 各測點受力狀態分布圖Fig.8 Tensile or compression of each point based on deformation observations

2)2005—2006年、2007—2008年形變速率強度高值區為福建地區幾次中強地震的發生區域。最近一期資料顯示,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處、福建地區南部區域及福建與廣東交界區域為形變速率強度高值區。

3)政和-海豐斷裂帶北段近兩期資料顯示以壓性為主。

通過以上討論可以看出,龍巖-廈門-東山、政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處的構造活動性較強,形變速率強度較高,且以壓性測點為主,所以我們認為在這些區域發生中強地震的可能性較大,應引起關注。

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11 郭良遷,等.1996年包頭 6.4級地震的地殼應變特征[J].地震學報,2002,24(4)：348-356.(Guo Liangqian,et al.Characteristics of crustal strain associated with M=6.4 Baotou earthquake in 1996[J].Acta Seismologica Sinica,2002,24(4)：348-356)

STUDY OF DEFORMATI ON CHARACTERISTICS IN FUJIAN AREA BASED ON A VARIETY OF DEFORMATI ON DATA

Wang Ziyan,Li Zuning,Liu Xuyan,Guan Yumei,Chen Chaoxian,Zhong Ji mao and Chen Guang
(Earthquake Adm inistration of Fujian Province,Fuzhou 350003)

Crustal strain field derived from the data from GPS observation net work of Fujian area,the intensity accumulation rate of deformation velocity calculated from across-fault vertical deformation and tensile or compression of each station based on across-fault vertical defor mation and other defor mation observations are calculated,and then,based on these,the defor mation characteristics in the periods：2005—2006,2007—2008 and 2009—2010 in Fujian area are studied.It shows that there are two areas,Xiamen-Longyan-Dongshan and the junction of Zhenghai and Shaxian Nanri island,with stronger tectonic activity,tendency accumulation,higher accumulation intensity, dominated mainly by compressive points,might be the zone with high risk ofmedium-strong earthquakes.

GPS;across-fault vertical defor mation;deformation observation;defor mation character;Fujian aera

1671-5942(2011)04-0032-05

2010-09-01

2010年度震情跟蹤合同制定向工作任務(2010020704)

王紫燕,女,1983年出生,助理工程師,主要從事 GPS數據處理與地殼形變研究工作.E-mail：ziyanw@163.com

P315.72+5

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