六盤山構造帶應變積累特征及其變形機制研究

蘇小寧

1. 蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州 730070； 2. 同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092

六盤山構造帶位于青藏高原向中國大陸內部擠壓擴展的最前緣部位，其東部是構造穩定的鄂爾多斯塊體，西部是新生代強烈隆升與快速生長的青藏高原東北隅。論文在六盤山地區進行GNSS加密觀測，結合已有觀測數據，給出青藏高原東北隅高空間分辨率的三維GNSS速度場，并分析形變場空間分布特征；研究GNSS應變率場計算方法，對方法的有效性和穩健性進行驗證，解算不同空間尺度的應變率場；基于GNSS形變場聚類分析結果，結合研究區地震活動性和深淺地球物理資料，提出該區域改進的塊體模型，探討區域變形機制。論文研究內容與成果如下：

(1) 提出一種探測GNSS坐標時序中突跳的方法。該方法以ARMA模型預測為基礎，結合局部坐標均值差平方時序，能準確探測出在真實GNSS坐標時序中加入的突跳。

(2) 基于位錯模型方法的模擬研究，驗證了多尺度球面小波方法解算應變率場的有效性和穩健性。該方法的優點是通過建立空間不規則分布的小波基函數體現出GNSS測站不均勻分布的特點，從而給出不同空間尺度的應變率場。

(3) 給出了青藏高原東北隅高空間分辨率的三維速度場。相對于鄂爾多斯參考基準的GNSS水平向速度場顯示，青藏高原東北隅的擴張運動受到穩定的鄂爾多斯塊體阻擋之后呈現出大范圍的擠壓運動。新增加的測站更加精細地刻畫了六盤山構造帶西側的地殼縮短變形，但在六盤山構造帶兩側不存在顯著的地殼形變。六盤山構造帶作為青藏高原東北隅與鄂爾多斯塊體的分界構造，其并不是GNSS速率變化的分界線，而該分界線位于六盤山構造帶的西側，且穿過了西秦嶺北緣斷裂。該分界線與近南北向分布的7級以上歷史地震條帶在空間上基本重合。

(4) 利用GNSS連續觀測站資料解算的垂直向速度場顯示，隴西塊體內部的隆升速率從北西至南東逐漸增加，其平均的隆升速率比鄂爾多斯塊體小1.0 mm/a。結合該區域地震反射剖面和華東克拉通的整體隆升特征，論文推測鄂爾多斯塊體的垂向隆升與華北卡拉通的整體隆升耦合，與青藏高原東北隅的擴張運動解耦。

(5) 提出青藏高原東北隅改進的塊體模型。新的塊體模型以聚類分析方法對高空間分辨率GNSS速度場的分簇結果為基礎，結合地震活動性與深淺地球物理資料，其最重要的改變是在六盤山構造帶西側新增了穿過西秦嶺北緣斷裂走向為北北東向的斷裂。該斷裂是GNSS連續變形圖像、地震各向異性、莫霍面深度變化和布格重力異常的分界線，與7級以上歷史地震的分布條帶重合。基于新的塊體模型反演的六盤山構造帶的擠壓速率為1.0 mm/a，該值與地質資料給出的0.9 mm/a的長期速率一致，表明以往大地測量反演的3.0 mm/a的擠壓速率是對其存在明顯的高估。

(6) 青藏高原東北隅的變形模式為北向逃逸運動、隴西塊體內部變形和斷層滑動3種方式的共同作用。其中，祁連山構造帶東段的海原斷裂和深部的右旋剪切帶是該區域的主要控制斷裂，而位于右旋剪切帶東側的六盤山構造帶現今并沒直接承接青藏高原東北隅的推擠作用。論文推測北北東向的右旋剪切帶發育較晚，它的出現改變了該區域原有的構造格局，也分擔了六盤山構造帶原有的應變積累，使得六盤山構造帶現今應變積累較弱。