利用GPS觀測(cè)研究山西斷陷帶現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與地震活動(dòng)

劉瑞春 , 張 錦, 郭文峰, 陳 慧, 陳永前

(1. 太原理工大學(xué),山西 太原 030024; 2. 太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 山西 太原 030021;3. 山西省地震局, 山西 太原 030021)

0 引言

地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是地球動(dòng)力學(xué)研究的核心問題之一[1]。地球表面變形和地殼內(nèi)部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生的各種地質(zhì)災(zāi)害都與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用密切相關(guān),構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用之下的現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)控制著地震的孕育、發(fā)展過程和發(fā)震力學(xué)機(jī)制[2]。因此,要了解地震的孕育、發(fā)生過程,最根本的途徑是研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布和演化規(guī)律[3]。由于地震多發(fā)生在地殼10～15 km范圍內(nèi),故研究地殼深部應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)及其變化,是地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究的關(guān)鍵[4]。受自然條件和技術(shù)手段制約,目前對(duì)地殼深部應(yīng)力場(chǎng)及其變化還難以進(jìn)行直接測(cè)量,傳統(tǒng)的地應(yīng)力測(cè)試方法獲取深部(>3 000 m)地應(yīng)力信息非常困難,且成本較高,難以大規(guī)模開展。

眾多學(xué)者利用地質(zhì)學(xué)和地震學(xué)等不同領(lǐng)域資料和方法對(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行研究,給出構(gòu)造應(yīng)力方向、地殼張壓狀態(tài)等參數(shù)。通過測(cè)量區(qū)域活動(dòng)斷層擦痕可以確定斷層滑動(dòng)矢量,從而反演構(gòu)造應(yīng)力張量[5],但構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演變所導(dǎo)致的多期擦痕數(shù)據(jù)處理是該方法所面臨的普遍性難題[6]。不同深度震源的地震波包含了巖石圈應(yīng)力狀態(tài)的信息,通過地震震源機(jī)制解、視應(yīng)力可以了解震源斷層的力學(xué)性質(zhì)以及單位位錯(cuò)輻射地震波的能量[7-8]。利用多個(gè)地震的震源機(jī)制解可以反演地震分布區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)[9-10],或通過計(jì)算地震視應(yīng)力的大小以間接估計(jì)區(qū)域應(yīng)力水平的下限[11-12]。然而,基于地震學(xué)方法的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究使用地震波形資料,在多震地區(qū)效果較好,對(duì)于少震弱震地區(qū)難以發(fā)揮作用。隨著空間大地測(cè)量技術(shù)尤其是GPS技術(shù)的不斷進(jìn)步,基于大地測(cè)量的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究彌補(bǔ)了其他方法的不足,成為定量研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的重要手段[13]。

山西斷陷帶是鄂爾多斯地塊和華北平原地塊兩個(gè)二級(jí)活動(dòng)塊體邊界帶,由新生代形成的一系列斷陷盆地及其間的橫向隆起組成?；顒?dòng)地塊邊界帶由于差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈使構(gòu)造變形非連續(xù)性最強(qiáng),最有利于應(yīng)力的高度積累而孕育強(qiáng)震[14]。本文基于山西斷陷帶1999—2007年的GPS位移速率,反演地殼深部最大主應(yīng)力和剪應(yīng)力變化分布,分析應(yīng)力場(chǎng)變化空間分布與區(qū)域中強(qiáng)地震活動(dòng)之間的關(guān)系,探索山西斷陷帶基于地殼應(yīng)力狀態(tài)變化的地震預(yù)測(cè)技術(shù)途徑。

1 理論與方法

1.1 應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算方法

在知道應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系的前提下,假設(shè)地殼為完全各向同性和線彈性,在不考慮深度的情況下,通過GPS地面觀測(cè)得到的位移或基線長(zhǎng)度等純幾何關(guān)系得出的視應(yīng)變可以間接推測(cè)地殼應(yīng)力場(chǎng)的變化。這類研究方法原理簡(jiǎn)單,但其假設(shè)難以成立,因?yàn)榈貧ぜ炔痪鶆蛞膊桓飨蛲?甚至不是完全彈性的,在較長(zhǎng)時(shí)間尺度上,塑性和脆性變形時(shí)有發(fā)生[15]。將應(yīng)力場(chǎng)變量表示成觀測(cè)值的函數(shù),通過各種智能優(yōu)化算法對(duì)應(yīng)力場(chǎng)變量進(jìn)行反演計(jì)算[16]。該類方法不需要建立復(fù)雜的物理模型,但計(jì)算量大,物理意義不明確。通過物理模型建立地面形變觀測(cè)值與地球內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)變量之間的關(guān)系[17],該類方法具有較為明確的物理意義,但需要綜合多學(xué)科資料,模型建立相對(duì)復(fù)雜,成果時(shí)效性不高。隨著空間大地測(cè)量資料時(shí)空分辨率的提高,迫切需要一種能夠基于地面位移觀測(cè)資料實(shí)現(xiàn)快速精確估算地殼應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)學(xué)工具。

近年來(lái),部分學(xué)者提出了基于地面位移觀測(cè)資料反演應(yīng)力場(chǎng)分布的方法,可在不完全了解介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的情況下,建立地面位移場(chǎng)與地球內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)變化的關(guān)系[18]。

(1)

以位移場(chǎng)為邊界條件,建立邊界元素之間的線性代數(shù)方程組,即將研究區(qū)域的邊界面分成N個(gè)單元,這樣在整個(gè)邊界上的積分可以近視地等于N個(gè)邊界單元的積分之和[19]。在位移變化已知的情況下,計(jì)算出P點(diǎn)在坐標(biāo)軸方向上的應(yīng)力變化,再由坐標(biāo)軸方向的應(yīng)力變化計(jì)算最大主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力變化。該方法將地面位移(場(chǎng))和地球內(nèi)部應(yīng)力(源)通過兩點(diǎn)間的積分核函數(shù)相聯(lián)系,場(chǎng)源之間的距離越遠(yuǎn),兩者之間的相互影響越小。此外,地面位移場(chǎng)與地球內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)之間的關(guān)系還與介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。

1.2 數(shù)據(jù)選取與處理

基于1999、2002、2004和2007年的4期“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”觀測(cè)資料。首先利用GAMIT軟件獲得GPS測(cè)站坐標(biāo)、衛(wèi)星軌道及臺(tái)站對(duì)流層天頂延遲等參數(shù)及其方差-協(xié)方差矩陣的單日松弛解,解算時(shí)采用SOPAC數(shù)據(jù)中心提供的精密星歷文件,并將中國(guó)大陸及周邊的IGS站觀測(cè)數(shù)據(jù)加入?yún)^(qū)域網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中。其次,利用GLOBK軟件進(jìn)行多時(shí)段綜合解算,獲得網(wǎng)平差結(jié)果。將區(qū)域站單日松弛解和全球多個(gè)IGS站單日松弛解捆綁在一起,并選取全球均勻分布的90多個(gè)穩(wěn)定站(GAMIT/GLOBK軟件提供)為基準(zhǔn)點(diǎn),將區(qū)域站速度場(chǎng)固定到ITRF2008框架下[20]。在獲得的數(shù)據(jù)中,剔除由于點(diǎn)位不穩(wěn)或其它不明原因造成的速度奇異值、運(yùn)動(dòng)方向與周邊觀測(cè)點(diǎn)整體運(yùn)動(dòng)方向不協(xié)調(diào)或是運(yùn)動(dòng)量相比周邊點(diǎn)位偏大若干倍的值[21]。最后,扣除了區(qū)域自身的平移與旋轉(zhuǎn)分量,獲取區(qū)域無(wú)整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的水平運(yùn)動(dòng)速率場(chǎng)[22]。

圖1為基于1999—2007年4期觀測(cè)值得出的山西斷陷帶GPS測(cè)點(diǎn)位移年變化率,箭頭長(zhǎng)度表示速率大小,箭頭指向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向。從山西斷陷帶近十年(1999—2007)的GPS站點(diǎn)速率變化看,在扣除整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后,山西斷陷帶整體朝南運(yùn)動(dòng),平均運(yùn)動(dòng)速率約為2 mm/a。不同構(gòu)造區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)差異顯著,一是以太原盆地為界,斷陷帶南段和北段地殼運(yùn)動(dòng)方向不相同,表現(xiàn)為大同、忻定盆地及其以北區(qū)域地殼整體向SSW方向運(yùn)動(dòng),從太原盆地開始運(yùn)動(dòng)方向逐漸向東偏轉(zhuǎn),到臨汾、運(yùn)城盆地及其以南地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)已轉(zhuǎn)為SSE方向。太原盆地為地殼運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的過渡地帶,站點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向一致性較差;二是以斷陷帶為界,東部太行山和西部呂梁山的地殼運(yùn)動(dòng)速率大小存在差異,東部太行山區(qū)大部分測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率大于或等于2 mm/a,而西部呂梁山區(qū)的測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率均小于2 mm/a。

圖1 山西斷陷帶GPS位移速率及主要斷裂 分布(1999—2007年)Fig.1 Distribution of GPS velocity rates and main faults along the Shanxi rift zone (1999—2007)

從萬(wàn)年尺度的地質(zhì)研究結(jié)果來(lái),山西斷陷帶是一個(gè)右旋剪切拉張帶,表現(xiàn)為NNE—SSW向擠壓、NNW—SSE向拉張。太原盆地位于忻定、臨汾南北兩個(gè)剪切單元相鄰部位,介質(zhì)較為破碎,易于釋放能量,中小地震活動(dòng)頻繁[23]。從十年尺度的GPS大地測(cè)量結(jié)果來(lái)看,仍符合這種特征,斷陷帶兩側(cè)地殼運(yùn)動(dòng)速率表現(xiàn)為東大西小,表明斷陷帶仍在右旋剪切。斷陷帶南部地殼SEE向運(yùn)動(dòng)而北部地殼SSW向運(yùn)動(dòng),表明斷陷帶仍維持NNE-SSW向擠壓、NNW-SSE向拉張的構(gòu)造格局。太原盆地為地殼運(yùn)動(dòng)方向變化的過渡地帶,站點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向一致性較差,與區(qū)域地殼介質(zhì)整體性差相符。地質(zhì)研究結(jié)果和大地測(cè)量觀測(cè)結(jié)果的互洽也說(shuō)明高精度GPS觀測(cè)可以用于山西斷陷帶地殼運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)和進(jìn)一步深入研究。

2 計(jì)算過程及結(jié)果

將圖1中所示研究區(qū)域的113個(gè)GPS觀測(cè)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)劃分成208個(gè)三角形單元(圖2),然后將公式(1)的積分方程變成數(shù)值積分形式,計(jì)算出地殼深處點(diǎn)位在坐標(biāo)軸方向上的應(yīng)力變化,再由坐標(biāo)軸方向的應(yīng)力變化計(jì)算最大主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力變化。在應(yīng)力計(jì)算的過程中,考慮到不同介質(zhì)對(duì)應(yīng)力的傳遞作用不同,參考已有研究成果,取彈性模量E=7.5×104MPa、泊松比v=0.3[24]。

圖2 計(jì)算單元?jiǎng)澐諪ig.2 Mesh of computed elements

山西斷陷帶已有地震精定位研究結(jié)果表明,多震層震源深度接近于正態(tài)分布,96%的地震分布在20 km以上,優(yōu)勢(shì)分布為10 km[25]。本研究參照地震精定位研究結(jié)果,反演地殼10 km深處的應(yīng)力場(chǎng)用于后續(xù)分析。圖3和圖4分別為反演獲得的1999—2007年山西斷陷帶地殼10 km深處最大主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力分布圖像。為了進(jìn)一步分析區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與地震活動(dòng)的關(guān)系,我們將近年來(lái)的中強(qiáng)地震和研究時(shí)段內(nèi)所發(fā)生地震的震源機(jī)制解同時(shí)標(biāo)注在圖上。

圖3 山西地區(qū)深部最大主應(yīng)力分布Fig.3 Distribution of the maximum principal stress in deep Shanxi area

圖4 山西地區(qū)深部最大剪應(yīng)力分布Fig.4 Distribution of the maximum shear stress in deep Shanxi area

3 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化分析與討論

3.1 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化受長(zhǎng)期構(gòu)造應(yīng)力加載和強(qiáng)震兩方面因素的影響[26-27]。在強(qiáng)震活動(dòng)相對(duì)平靜的時(shí)段內(nèi),長(zhǎng)期構(gòu)造應(yīng)力加載在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化中起決定作用。地質(zhì)研究結(jié)果表明,山西斷陷帶是由一條NNE向的大型剪切帶發(fā)生順時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)而形成,從力學(xué)機(jī)制來(lái)看,大同、太原和運(yùn)城盆地是地塹系的拉張擴(kuò)展部位,忻定盆地和臨汾盆地是地塹內(nèi)的剪切段,山西斷陷帶有歷史記錄以來(lái)的5次7級(jí)以上地震和1次8級(jí)地震均發(fā)生在這兩個(gè)區(qū)域,是易于積累應(yīng)變能的區(qū)域[23,28]。從本次研究給出的構(gòu)造應(yīng)力變化空間分布圖來(lái)看,變化較為顯著的區(qū)域分布在忻定盆地、臨汾盆地及其臨近的橫向隆起區(qū),與易于積累應(yīng)變能的剪切地質(zhì)構(gòu)造單元基本重合,這表明通過現(xiàn)今高精度GPS觀測(cè)能夠獲得山西斷陷帶較為可靠的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化,同時(shí)也說(shuō)明,在長(zhǎng)期構(gòu)造應(yīng)力加載作用下,山西斷陷帶應(yīng)力場(chǎng)變化空間分布與區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造特征密切相關(guān)。

3.2 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與區(qū)域地震活動(dòng)

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化控制地震的孕育和發(fā)生,應(yīng)力的不斷聚集,使已有斷裂突然失穩(wěn),從而發(fā)生地震。1970年有現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)記錄以來(lái),山西斷陷帶共發(fā)生M≥4.0地震45次,年均0.9次(圖5)。在本文研究所涉及的8年觀測(cè)時(shí)段內(nèi),山西斷陷帶發(fā)生了6次M≥4.0地震,頻次與背景平均活動(dòng)水平接近,但空間分布很不均勻,有3次發(fā)生在大同盆地、2次發(fā)生在臨汾盆地、1次發(fā)生在太原盆地北段,這三個(gè)區(qū)域均為研究時(shí)段內(nèi)GPS應(yīng)力場(chǎng)變化相對(duì)較大的區(qū)域,主要表現(xiàn)為壓性或右旋剪切應(yīng)力的增強(qiáng),說(shuō)明現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)變化強(qiáng)烈且與構(gòu)造背景應(yīng)力場(chǎng)一致的區(qū)域,地震活動(dòng)水平也相對(duì)較高。

(方框?yàn)樾枚ㄅ璧卦蕉沃潦瘞X關(guān)隆起區(qū))圖5 山西斷陷帶1970年以來(lái)M≥4.0地震空間分布Fig.5 Spatial distribution of M≥4.0 earthquakes in Shanxi rift zone since 1970

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化除了受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的控制外,還受到構(gòu)造相關(guān)區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)的影響。一次強(qiáng)震的發(fā)生往往會(huì)引起構(gòu)造相關(guān)區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的變化,從而改變區(qū)域地震活動(dòng)狀態(tài)[29-30]。鄂爾多斯塊體西南緣與青藏高原東北邊緣相連,汶川地震發(fā)生時(shí),龍門山斷裂帶的右旋剪切運(yùn)動(dòng)使鄂爾多斯塊體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)增強(qiáng),鄂爾多斯塊體周緣斷裂系應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變。2003年洪洞M4.6地震后,山西斷陷帶M≥4.0地震持續(xù)平靜超過5年,為1970年有地震臺(tái)網(wǎng)以來(lái)的最長(zhǎng)平靜時(shí)間,2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)生時(shí)山西地區(qū)震感強(qiáng)烈,根據(jù)強(qiáng)震臺(tái)記錄所得到的烈度為Ⅳ～Ⅴ度[31],在地震發(fā)生后的兩年內(nèi),山西斷陷帶密集發(fā)生4次M≥4.0地震,遠(yuǎn)超有現(xiàn)代臺(tái)網(wǎng)記錄以來(lái)的背景活動(dòng)水平,這種活動(dòng)狀態(tài)可能與汶川地震對(duì)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的影響有關(guān)[30]。

從山西斷陷帶1970年有現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)記錄以來(lái)的M≥4.0地震空間分布來(lái)看,忻定盆地原平段至石嶺關(guān)隆起共發(fā)生4次M≥4.0地震(圖5),其中汶川8.0級(jí)地震后的十年內(nèi)發(fā)生3次,為有現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)記錄以來(lái)最為突出的現(xiàn)象(圖6),大同、太原、臨汾和運(yùn)城盆地各發(fā)生1次4級(jí)以上地震,與區(qū)域背景地震活動(dòng)水平相當(dāng)。圖3的GPS構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果顯示,忻定盆地至太原盆地北段應(yīng)力變化顯著,張性(正值)和右旋剪切(負(fù)值)應(yīng)力增強(qiáng)明顯。張性應(yīng)力增加使區(qū)域斷層面之間的摩擦應(yīng)力減小,使斷層面在剪應(yīng)力增加的情況下更易于發(fā)生剪切滑動(dòng),汶川地震作用于鄂爾多斯塊體使該區(qū)域的右旋剪切進(jìn)一步增強(qiáng),這可能是近十年忻定盆地原平段至石嶺關(guān)隆起中等地震活躍的原因。

圖6 忻定盆地原平段至石嶺關(guān)隆起區(qū)M≥4.0 地震M-t圖Fig.6 M-t map of M≥4.0 earthquakes from Yuanping section in Xinding basin to Shilingguan uplift

地震孕育和發(fā)生受控于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),通過地震震源機(jī)制解也可以了解區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征。分析基于GPS獲得的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與區(qū)域中強(qiáng)地震震源機(jī)制解的關(guān)系,可以進(jìn)一步分析GPS構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化的可靠程度,深化中強(qiáng)地震與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化關(guān)系的認(rèn)識(shí)。在GPS觀測(cè)時(shí)段內(nèi),山西斷陷帶共發(fā)生M≥4.0地震5次,最大為1999年11月1日大同—陽(yáng)高M(jìn)5.6地震。分析這幾次地震的震源機(jī)制解可以發(fā)現(xiàn),發(fā)生于不同構(gòu)造位置的地震震源機(jī)制各不相同,斷陷帶北部的大同—陽(yáng)高M(jìn)5.6、應(yīng)縣M4.1和太原M4.7地震均為走滑型,而發(fā)生在臨汾盆地北部的洪洞M4.9和臨汾M4.1地震均具有較強(qiáng)的逆沖分量。這與研究時(shí)段內(nèi)GPS構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化主要表現(xiàn)為斷陷帶北部右旋剪切應(yīng)力和臨汾盆地北部壓性應(yīng)力顯著增強(qiáng)的特征非常一致。這說(shuō)明基于山西斷陷帶十年尺度的高精度GPS地殼運(yùn)動(dòng)速率可以反演出較為可靠的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化,同時(shí)也說(shuō)明區(qū)域地震活動(dòng)受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制,其震源機(jī)制與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化密切相關(guān)。

3.3 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與區(qū)域地震危險(xiǎn)性

區(qū)域地震危險(xiǎn)性受區(qū)域背景應(yīng)力水平和各種因素引起的附加應(yīng)力場(chǎng)變化影響。其中,區(qū)域背景應(yīng)力水平是決定因素,附加應(yīng)力場(chǎng)變化是誘發(fā)因素。當(dāng)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力達(dá)到較高水平,此時(shí)斷裂已經(jīng)處于強(qiáng)閉鎖狀態(tài),其附加應(yīng)力場(chǎng)變化雖小,但中強(qiáng)以上地震發(fā)生的危險(xiǎn)性可能更高。從計(jì)算結(jié)果也可以看到,中強(qiáng)地震并不都發(fā)生在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化顯著的區(qū)域,尤其是2010年河津4.8級(jí)地震,GPS計(jì)算得到的震中附近區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化接近于零,而與區(qū)域絕對(duì)應(yīng)力水平相關(guān)的深鉆孔應(yīng)力測(cè)量和地震視應(yīng)力研究結(jié)果表明,山西斷陷帶的運(yùn)城盆地最大主應(yīng)力已達(dá)到逆斷層活動(dòng)的臨界值,山西南部的河津M4.8地震余震視應(yīng)力水平、最大余震震級(jí)也明顯高于山西北部的陽(yáng)曲和大同M4.6地震[32-33]。從這個(gè)角度來(lái)看,我們更應(yīng)該關(guān)注山西南部尤其是運(yùn)城盆地的強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

4 結(jié)論

本文采用山西斷陷帶1999—2007年的GPS地殼運(yùn)動(dòng)速率數(shù)據(jù)反演了地殼深部10 km的應(yīng)力場(chǎng)變化,結(jié)合區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)以及地震危險(xiǎn)性進(jìn)行分析,得出了如下結(jié)論:

(1) 山西斷陷帶GPS地殼運(yùn)動(dòng)速率、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化與區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造特征、中強(qiáng)地震震源機(jī)制解一致,表明高精度GPS監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理結(jié)果可靠,可以用于山西斷陷帶地殼動(dòng)力學(xué)與地震活動(dòng)的研究。

(2) 山西斷陷帶中強(qiáng)地震活動(dòng)受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的控制,現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)變化強(qiáng)烈的區(qū)域,地震活動(dòng)水平相對(duì)較高,地震震源機(jī)制與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化特征一致性較強(qiáng)。

(3) 山西斷陷帶構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化和中強(qiáng)地震活動(dòng)受區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造和構(gòu)造相關(guān)區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)的雙重影響。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)和汶川8.0級(jí)地震的影響使忻定盆地原平段至石嶺關(guān)隆起區(qū)張性剪切應(yīng)力增強(qiáng),斷層面摩擦應(yīng)力減小,更易于發(fā)生滑動(dòng),這可能是該區(qū)域在汶川地震后密集發(fā)生3次M≥4.0地震的原因。

(4) 區(qū)域背景應(yīng)力水平是區(qū)域地震危險(xiǎn)性的決定因素,深鉆孔應(yīng)力測(cè)量和地震視應(yīng)力研究結(jié)果均表明山西南部尤其是運(yùn)城盆地具有較高的背景應(yīng)力水平,應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注該區(qū)域的地震危險(xiǎn)性。