南北地震帶北段近期地殼形變運動特征分析

朱 爽，周 偉

（1.中國地震局 第一監測中心，天津 300180）

南北地震帶北段近期地殼形變運動特征分析

朱 爽1，周 偉1

（1.中國地震局 第一監測中心，天津 300180）

利用2009～2011期和2012～2014期觀測的GPS連續和流動觀測數據，經過統一處理并扣除研究區域典型強震影響，獲取了穩定、可靠的GPS時間序列及速度場結果。在此基礎上，通過GPS速度場分析、GPS剖面分析、基線時間序列分析來獲取南北地震帶北段地區地殼變形運動特征。結果表明，莊浪河斷裂兩側的運動差異逐漸變小，斷裂帶兩側的右旋減小；西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強。

GPS；速度場；速度剖面；基線時間序列；斷裂帶

南北地震帶作為我國強震密集帶和地震斷層交織帶[1,2]，發生的地震具有強度大、頻度高的特點（10 余 a來先后發生1996年麗江7.0級地震、2008年汶川8.0級地震、2010年玉樹7.1級地震、2013年蘆山7.0級地震等）[3,4]。

以GPS為代表的空間觀測技術的發展為地殼變形研究提供了高精度、大尺度和統一參考框架的地表位移數據，為研究地球動力學提供了數據支撐。隨著中國地殼運動觀測網絡CMONOC（crustal movement observation network of China）和中國大陸構造環境 監 測 網 絡CMTEMN（China mainland tectonic environment monitoring network）等的建立，已獲得了多期GPS速度場和時間序列結果。由于GPS速度場可以清晰地展現地殼變形空間分布特征，因此被廣泛應用于地學研究[5-8]。其中，關于南北帶地區的形變研究，也取得了豐富的成果。江在森[9]等通過研究南北地震帶及青藏塊體東部地區20多a來大地形變場演化特征及其與地震活動的呼應關系，發現大地形變既具有時空分布的不均勻性，各分區形變場又具有同時段的宏觀相似性；車兆宏[10]等利用南北地震帶中南段流動形變資料，得出紅河斷裂帶、楚雄-通海斷裂帶及鮮水河斷裂帶活動水平最高,龍門山斷裂帶活動最弱的結論；牛安福[11]等討論了汶川地震前震源附近與外圍地區潮汐形變變化及龍門山地震帶、鮮水河地震帶和祁連山地震帶斷層活動的特點；邵志剛[12]等分析了南北地震帶北段近期強震趨勢，認為需關注南北帶北段毛毛山斷裂和金強河斷裂、香山-天景山斷裂東段、黃河斷裂靈武段、西秦嶺北緣斷裂、六盤山-寶雞斷裂和東昆侖斷裂東段瑪沁-瑪曲段發生7 級地震的可能；武艷強[13]利用1999～2007期和2007～2009 期GPS速度場、應變率場、斷層滑動速率和GPS速度剖面等數據，識別出了南北地震帶北段主要斷裂帶及其鄰近地區的顯著變形差異。本文通過GPS速度場分析、GPS剖面分析、基線時間序列分析來獲取南北帶北段地區地殼變形運動特征，為研究區域強震地點判定提供支持。

1 數據解算

收集全球77個IGS站數據，利用GAMIT/ GLOBK軟件進行解算，得到測站坐標及衛星軌道的單日松弛解。解算策略為：截止衛星高度角為15°；基線處理模式為RELAX（松馳解）；衛星鐘差模型為精密星歷誤差的鐘差參數；接收機鐘差改正模型為偽距計算出的鐘差；電離層延遲模型為LC-HELP；對流層模型為Saastamoinen模型；光壓模型為Berne；固體潮改正為IERS03；測站坐標約束為（0.010 m，0.010 m，0.010 m）；對流層參數設置為13[14,15]。然后，利用QOCA軟件對上述多個單日松弛解進行整體平差，選取分布于全球的47個GPS測站作為框架點，經過平差計算得到ITRF2005框架下的速度場。在解算過程中為了減小2013-04-20蘆山7.0級地震的影響，先利用GPS連續觀測數據計算得到了該地震引起的同震位移，在求解速度場時去除上述同震影響。

2 速度場對比

本文利用得到的2009～2011期、2012～2014期兩期速度場，通過基準轉換，獲得基于穩定的華南塊體的速度場[16,17]。兩期速度場在南北帶北段的對比如圖1所示。

圖1 南北帶北段速度場對比

由圖1可以看出，兩期速度場在數值大小上存在明顯的差異。較2009～2011期速度場來看，2012～2014 期速度場主要表現在祁連地塊整體運動的東向轉移，但速度的數值變小，體現在莊浪河斷裂兩側的運動差異逐漸變小；鄂爾多斯地塊西邊界-祁連地塊東邊界地區GPS北東向運動逐漸減弱，表現在六盤山斷裂帶和海原斷裂擠壓變形有所減弱；祁連地塊北邊界由于受到阿拉善地塊的阻擋，速度明顯有減小的趨勢。

3 GPS剖面分析

為了研究跨越斷層的GPS速度場所表現出的空間變形特性，本文在該研究區域進行了3個剖面的分析，剖面的分布如圖2所示。其中，剖面1主要跨越祁連地塊北邊界；剖面2跨越了莊浪河斷裂和六盤山斷裂兩條近似平行的斷裂帶；剖面3跨越了西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂等兩條近似平行的斷裂。圖3給出了3 個剖面的結果，每條剖面包括平行于斷層結果和垂直于斷層結果。

圖2 剖面分布圖

從圖3a可以看出，祁連地塊北邊界南北兩側存在變形差異，表現為左旋剪切變形的增強，該增強以斷裂帶附近最為明顯；從圖3b可以看出，斷裂帶兩側的擠壓情況沒有出現太大的變化；從圖3c可以看出，莊浪河斷裂帶右旋減小，六盤山斷裂帶的變化較小；從圖3d可以看出，斷裂帶一直處于擠壓狀態，莊浪河擠壓變形有所加強，六盤山斷裂帶的擠壓變形有所減弱；從圖3e可以看出，西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強，表現在平行于斷層的速度分布較2009～2011期集中；從圖3f可以看出，兩條斷裂帶附近均表現出穩定的擠壓變形特征，其中，海原斷裂兩側在2012～2014期的擠壓變形有所減弱。

4 GPS基線分析

為了進一步分析南北帶北段的地殼形變特征，本文利用連續站時間序列進行了南北帶跨斷層基線的解算，時間截至2014年，年積日310日。選擇跨越祁連地塊北邊界西段的基線GSMQ-QHGC（甘肅民勤-青海剛察）及跨越祁連地塊北邊界東段的基線GSGLXNIN（甘肅古浪-青海西寧）進行分析，如圖4所示。GSMQ-QHGC基線在2014年4月有一個階躍，產生此階躍是由于GSMQ站測站自身原因，去掉這一階躍，基線則呈穩定的縮短狀態；GSGL-XNIN基線同樣呈穩定的縮短狀態，兩條基線的變化與前文的GPS剖面分析相對應。

跨越西秦嶺斷裂帶的基線GSDX-GSMX（甘肅定西-甘肅岷縣）時間序列圖如圖5所示。其中，2013 年7月有一個明顯階躍，是由于GSMX站受到岷縣漳縣地震的影響，因同震位移而產生的時間序列的階躍，去除階躍，可以看出，基線呈穩定的擠壓狀態，這與GPS剖面分析的結果相對應。跨越莊浪河斷裂帶的基線GSJT-XNIN（甘肅景泰-青海西寧）時間序列圖如圖6所示。基線整體呈擠壓狀態，2011年末及2013年8月的階躍是由于測站原因導致，整體的變化與剖面的結果相對應。

圖3 3個剖面結果（紅色圓點是2009～2011期結果，黑色十字是2012～2014期結果）

圖4 基線GSMQ-QHGC、GSGL-XNIN時間序列圖

圖5 基線GSDX-GSMX時間序列圖

圖6 基線GSJT-XNIN時間序列圖

5 結 語

結合速度場剖面及基線時間序列分析結果可以得出以下結論：

1）南北帶北段2012～2014期的速度場相對2009～2011期的速度場結果，在數值及方向上存在一些變化，說明祁連地塊在運動過程中仍受到阿拉善地塊及鄂爾多斯地塊的阻擋作用，汶川地震后南北帶北段仍存在地殼變形調整。

2）祁連地塊北邊界南北兩側的左旋剪切變形有一定增強，但總體變化不大，主要表現在莊浪河斷裂兩側的運動差異逐漸變小，斷裂帶兩側的右旋減小；跨越祁連地塊北邊界的基線維持原來的擠壓狀態；六盤山斷裂帶附近區域表現出較好的繼承性，變化較小；西秦嶺北緣斷裂和海原斷裂維持較穩定的左旋剪切變形特征，其中，海原斷裂帶在2012～2014期的左旋剪切變形有所增強。

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P228.4

B

1672-4623（2016）03-0060-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.019

朱爽，碩士，研究方向為GPS精密解算及分析。

2015-05-06。

項目來源：地震科技星火計劃資助項目（XH15061Y）；公益性地震行業科研專項資助項目（201308009）；震情跟蹤青年課題資助項目（2015010205）。