基于精密水準的鄂爾多斯西北緣現今垂直運動分析1

郭寶震 塔 拉 周海濤 蘇廣利

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基于精密水準的鄂爾多斯西北緣現今垂直運動分析1

郭寶震 塔 拉 周海濤 蘇廣利

（中國地震局第一監測中心，天津 300180）

鄂爾多斯塊體受青藏塊體和華北塊體的擠壓，在其周緣形成一系列褶皺和壓性斷層，構造較為復雜。本文利用1980、1990和2014這3期精密水準資料計算了鄂爾多斯塊體西北緣的垂直運動速率，分析結果表明：①位于陰山斷塊隆起與鄂爾多斯斷塊隆起之間的河套盆地相對下沉，其中臨河盆地最為明顯，下沉速率為2—4mm/a，位于鄂爾多斯塊體西緣的吉蘭泰-銀川斷陷帶沉降速率有所減緩，目前沉降速率約為2mm/a；②整個測區表現為明顯的山區上升、盆地下沉的繼承性運動；③穿過烏拉山北緣斷裂和磴口-本井斷裂的2條水準剖面顯示斷裂兩側的垂直運動速率差異小于0.5mm/a。

精密水準 鄂爾多斯 斷裂 垂直運動速率

引言

鄂爾多斯地塊及周緣地區大致位于105°—115°E，34°—42°N，東西邊界為呂梁山和桌子山，南界為渭北山地，北至黃河一線（范俊喜，2002）。地塊四周除西南角為弧形斷裂束外，四周被河套斷陷帶、山西斷陷帶、渭河斷陷帶和吉蘭泰-銀川斷陷帶環繞。鄂爾多斯塊體與周緣的分異構造作用十分明顯，在其周緣形成一系列褶皺和壓型斷層，構造較為復雜。目前隨著大地形變資料的積累，多位學者曾分析過該區域的活動特征。胡惠民（1996）分析了鄂爾多斯及其周圍地區地殼垂直形變與構造應力場；張四新等（2000，2012）利用跨斷層的水準資料分析了渭河斷陷帶附近的垂直運動差異，認為塊體周緣近期小震活躍與汶川震后青藏亞板塊擠壓應力減弱、華北亞板塊擠壓應力相對增強造成的“暫態失穩”有關；鄧明鏡（2003）通過對鄂爾多斯西南緣近十年的水準資料分析表明該區域主要以山區上升、盆地下沉的繼承性運動為主；張占陽等（2016）同樣利用精密水準資料發現近期鄂爾多斯塊體東北緣處于下沉期，并出現了V型沉降漏斗。

受觀測環境和經濟發展的制約，鄂爾多斯西北緣的大地觀測資料甚少，關于該區域的垂直形變特征多從地質考察資料中獲取。鄂爾多斯北緣分布狼山山前斷裂、色爾騰山山前斷裂、烏拉山山前斷裂、烏拉山北緣斷裂和大青山斷裂，控制著河套斷陷帶（李建華，2005）。鄂爾多斯西緣的賀蘭山東麓斷裂、黃河靈武斷裂和磴口-本井斷裂控制著吉蘭泰-銀川斷陷帶（圖1）。20世紀70年代以來，該區域曾發生過1979年五原6.0、1996年包頭6.4及2015年巴音木仁5.8級地震，其中五原地震和包頭地震發生在鄂爾多斯北緣斷陷盆地，該區域地震活動受斷陷盆地及活動斷裂所控制，震源深度不大，一般位于地殼上部。本文根據該區域80年代、90年代、10年代（2014年）3期精密水準觀測資料，分析該區域的垂直形變特征。

1 資料概況與數據處理

用于獲取垂直形變場的精密水準資料共3期，施測時間分別為1976—1980年、1990—1997年和2014年，路線長度分別為2682km、2709km和2898km，數據范圍為105.5°—111°E，37°—41.5°N。平差時采用分段動態線性速率模型，獲取區域內以位于鄂爾多斯內部的棋東49基為參考基準的垂直形變場，平差基本情況見表1。平差結果中單位權中誤差均小于1mm，說明本區域的數據內附精度滿足要求。平差后刪除速率量級過大的或與相鄰點差異過大的突變點，采用多面函數法對結果進行格網化，得到該區域的2期垂直形變矢量圖、等值線圖，如圖2、3所示。

表1 平差統計

2 區域垂直形變特征

從2期垂直形變圖（圖2、3）看，圖中所顯示的區域形變特征基本一致，即各盆地相對下沉，而大部分山區隆起，表現為明顯的繼承性運動。其中位于賀蘭山東麓斷裂和黃河靈武斷裂之間的銀川盆地下沉速率有所減緩，1980—1990期得到的該區域下沉速率為－2—－4mm/a，1990—2014期為－2—－3mm/a。2期垂直形變圖均顯示位于陰山斷塊隆起與鄂爾多斯斷塊隆起之間的河套盆地相對下沉，其中以臨河盆地最為明顯，下沉速率約為2—3mm/a，這與地質考察認識的河套三大沉降中心中臨河盆地沉降最為強烈的認識基本一致。鄂爾多斯內部表現為相對上升的態勢，1990—2014期所計算的隆升速率與1980—1990期基本一致，為0—1mm/a，塊體內部相對穩定。

圖1 水準觀測路線及主要斷裂分布

1980—1990的垂直形變圖（圖2）顯示位于河套斷陷盆地的監測點處于快速下沉的狀態，沉降中心速率達到3mm/a，形成了明顯的速率梯度帶，意味著該區域處于快速的應變積累時期。這一結果與郭良遷等（2002）利用1992—1995年跨斷層垂直形變和GPS觀測資料計算結果顯示的“包頭以西，陰山塊體、鄂爾多斯塊體和河套斷陷帶形成了統一的高應變體”相同。鄂爾多斯北緣地區處于鄂爾多斯地臺與陰山-燕山褶皺帶交接地帶，形成了斷陷盆地與高山峽谷反差極為強烈的地貌景觀，構造活動強烈。位于該地區的走向近EW、傾向S的色爾騰山山前斷裂于1979年發生正斷，導致五原6.0地震（聞學澤，2014）；1996年在由烏拉山北緣斷裂和色爾騰山斷裂控制的銳角構造地段發生了包頭6.4級地震。位于鄂爾多斯西緣的吉蘭泰-銀川斷陷帶同樣處于快速下沉的階段，其中位于賀蘭山東麓斷裂和黃河靈武斷裂之間的銀川盆地處于沉降中心地帶，速率達到－4mm/a。鄂爾多斯塊體內部處于穩態，垂直運動速率在零等值線處徘徊。

圖3為1990—2014的垂直形變圖。由于監測路線布設有所不同，同名測點較少，所以在烏海附近有一塊監測空白區。但從整個測區來看，位于銀川盆地、吉蘭泰盆地、臨河盆地、白彥花盆地和呼包盆地內的監測點仍處于快速下沉的狀態，位于鄂爾多斯塊體內部的監測點顯示，整個塊體表現較為穩定，速率在0—1mm/a，淹沒在誤差之中。

圖2 1980—1990區域垂直形變矢量圖和等值線圖

圖3 1990—2014區域垂直形變矢量圖和等值線圖

3 跨斷層水準數據分析

本文所用的水準數據多是用于國家基礎建設而布置的一等水準網，大部分水準路線避開了構造活動強烈的活動斷層，因此這里僅列出了穿過烏拉山北緣斷裂和磴口-本井斷裂的2條水準剖面（圖4），水準路線與烏拉山山前斷裂小角度交匯，正交于烏拉山北緣斷裂，剖面從西向東延伸至斷層兩側50km左右。1980—1990期、1990—2014期水準剖面觀測值均顯示，烏拉山北緣斷裂和烏拉山山前斷裂兩側塊體的垂直速率無明顯不同，速率差異小于0.5mm/a，斷層垂向運動不明顯。蹬口-本井斷裂是一條依據航磁資料推測的隱伏斷裂，僅在東北段的磴口附近出露地表，形成高達20—50m的斷崖，推測在晚更新世有活動。目前搜集到的水準資料中，1980、1990年施測的水準路線恰好在登口縣附近穿過磴口-本井斷裂，而2014年施測路線有所改變，所以這里只繪制了1980—1990年的水準剖面觀測值曲線（圖5），剖面由北向南，在斷層兩側延伸約60km。剖面顯示磴口-本井斷裂兩側塊體的速率差異不明顯，斷層的垂向運動速率小于0.5mm/a。

圖4 烏拉山北緣、烏拉山山前斷裂水準剖面觀測值曲線

圖5 磴口-本井斷裂水準剖面觀測值曲線

4 總結與討論

鄂爾多斯塊體與周緣的分異構造作用十分明顯，且構造運動多發生在塊體周緣斷陷盆地和斷裂帶上。鄂爾多斯西緣，在吉蘭泰-銀川斷陷帶及其鄰區形成北北東—北東向的擠壓構造帶，其構造格局對新生代構造的形成、演化具有重要的控制作用。鄂爾多斯北緣受陰山斷塊隆起、河套斷陷帶、鄂爾多斯斷塊隆控制，構造活動強烈。綜合水準資料分析可以看出鄂爾多斯周緣斷陷盆地帶現今垂直形變受區域地質構造控制，差異運動以繼承性運動為主。各盆地相對下沉，而大部分山區隆起。其中鄂爾多斯塊體、阿拉善塊體、陰山及賀蘭山和桌子山以上升為主，銀川-河套斷陷區內的臨河、白彥花盆地、呼包盆地、吉蘭泰和銀川盆地則有相對沉降，形變梯度明顯。

鄧明鏡，2003. 青藏塊體東北緣地殼運動監測及動力機制研究. 西安：長安大學.

范俊喜，2002. 鄂爾多斯地塊運動特征研究. 北京：中國地震局地質研究所.

郭良遷，薄萬舉，胡新康等，2002. 1996年包頭6.4級地震的地殼應變特征. 地震學報，24（4）：348—356.

胡惠民，1996. 鄂爾多斯及其周圍地區地殼垂直形變與構造應力場. 見: 中國地震學會第六次學術大會論文摘要集. 北京：中國地震學會.

李建華，2005. 鄂爾多斯北緣斷陷盆地區強震孕育的衛星遙感影像研究. 地震地質，27（3）：374—381.

聞學澤，2014. 內蒙古1979年五原6.0級和1996年包頭6.4級地震的震源區構造. 地震地質，36（3）：586—597.

張四新，張希，陳兵等，2000. 西-海-固地區垂直形變分析及地震趨勢研究. 地震，20（3）：48—52.

張四新，張希，2012. 汾渭斷陷帶現今垂直形變與近期地震活動性. 地震，32（4）：123—130.

張占陽，許明元，何慶龍等，2016. 鄂爾多斯塊體東北緣近期地殼垂直形變監測. 測繪工程，25（5）：69—73.

郭寶震，塔拉，周海濤，蘇廣利，2017．基于精密水準的鄂爾多斯西北緣現今垂直運動分析．震災防御技術，12（3）：523—528．

Current Vertical Motion Analysis of Northwestern Margin of Ordos Based on Precise Leveling

Guo Baozhen, Ta La, Zhou Haitao and Su Guangli

(First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China)

Ordos block was squeezed by the Qinghai-Tibet an block and North China block, and the tectonic activity was intense. In the periphery of Ordos block, there was a series of wrinkles and compressive faults with complex constructure. This paper used three-phase data of 1980, 1990 and 2014 to calculate vertical velocity of northwestern margin of Ordos and the analytical results indicated that ①the Hetao basin between the rise of Yinshan fault block and Ordos fault block relatively sank, in which Linhe basin was the most evident and the sink rate was about 2—4mm/a. The sink rate of Jartai - Yinchuan rift zone on the western margin of Ordos block slowed and the sink rate was about 2mm/a; ② the whole testing zone exhibited the evident inherited movement characterized by mountain rise and basin sinking; ③the two leveling section through the northern margin fault and Dengkou-Benjing fault showed that the difference between vertical velocities flanking fault was less than 0.5mm/a.

Precise leveling; Ordos; Fault; Vertical velocity

10.11899/zzfy20170308

中國地震局第一監測中心主任基金（FMC2014001）和中國綜合地球物理場觀測—大華北項目（201508009）

2017-02-10

郭寶震，男，生于1976年。工程師。主要從事大地形變測量與工程形變監測技術與應用。E-mail：13302117792 @163.com