陳長(zhǎng)云 任金衛(wèi) 孟國杰 楊攀新1， 張軍龍1， 蘇小寧

(1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2)中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036 3)中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津300180)

巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂現(xiàn)今活動(dòng)性分析*

陳長(zhǎng)云1，2，3)任金衛(wèi)2)孟國杰2)楊攀新1，2)張軍龍1，2)蘇小寧2)

(1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2)中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036 3)中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津300180)

利用GPS數(shù)據(jù)對(duì)巴顏喀拉塊體北東緣地殼形變特征及主要斷裂現(xiàn)今活動(dòng)特性進(jìn)行了研究。速度場(chǎng)結(jié)果揭示研究區(qū)整體向南東方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，速率自西向東呈逐漸減小趨勢(shì)。計(jì)算獲得了研究區(qū)主要活動(dòng)斷裂現(xiàn)今活動(dòng)水平，結(jié)果表明迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，而青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂、岷江斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。

GPS;巴顏喀拉塊體;速度場(chǎng);活動(dòng)斷裂;走滑運(yùn)動(dòng)

1 引言

滑動(dòng)速率是定量描述活動(dòng)斷裂晚第四紀(jì)構(gòu)造變形的重要參數(shù)，是制約和研究現(xiàn)今大陸動(dòng)力作用過程的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用地震地質(zhì)資料能夠給出活動(dòng)斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)速率和平均運(yùn)動(dòng)水平，而利用跨活動(dòng)斷裂的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠獲得斷裂的現(xiàn)今滑動(dòng)速率。由GPS復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)獲得的速度場(chǎng)可以為認(rèn)識(shí)塊體內(nèi)部動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供重要依據(jù)。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，GPS觀測(cè)結(jié)果能夠提供高精度、大范圍和準(zhǔn)實(shí)時(shí)的地殼運(yùn)動(dòng)的定量數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)實(shí)際上反映了構(gòu)造變形的現(xiàn)今活動(dòng)水平。GPS測(cè)站點(diǎn)的復(fù)測(cè)則可以確定一段時(shí)間范圍內(nèi)地殼的水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，取得地殼破裂和應(yīng)變的資料，對(duì)研究地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，研究斷層的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和破裂力學(xué)等性質(zhì)，對(duì)未來地震趨勢(shì)的判斷等具有重要意義［1］。

巴顏喀拉塊體北東緣位于青藏高原東北部的川甘交界地區(qū)，其在大的構(gòu)造單元上處于華南地塊、巴顏喀拉地塊和柴達(dá)木地塊的交匯地帶(圖1)，是青藏高原隆升發(fā)展的前緣地帶，也是我國南北地震帶的中段，構(gòu)造變形極其復(fù)雜，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，控制著一系列強(qiáng)震的發(fā)生，2008年的汶川地震就發(fā)生在巴顏喀拉地塊和華南地塊的接觸帶上。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育三組斷裂體系:走向北西西或近東西向以左旋走滑為主的迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂;走向北東的禮縣-羅家堡斷裂、青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂以及走向近南北的岷江斷裂和虎牙斷裂等。

本文通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)GPS測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理，獲得了相對(duì)于歐亞塊體框架下的各個(gè)站點(diǎn)的速度矢量，并利用這些GPS站點(diǎn)的速度矢量對(duì)研究區(qū)的地殼形變特征和主要斷裂的活動(dòng)特性進(jìn)行了分析。

2 GPS數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

研究使用的GPS數(shù)據(jù)主要來自973國家重點(diǎn)科技計(jì)劃新建的14個(gè)GPS站點(diǎn)以及“中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”的18個(gè)區(qū)域站(圖2)。分別在2009年第321～341天、2010年第090～146天、2010年第279～300天、2011年第046～066天和2011年第153～179天對(duì)上述32個(gè)GPS站點(diǎn)進(jìn)行了五期觀測(cè)，每個(gè)站點(diǎn)在每次觀測(cè)中都連續(xù)觀測(cè)72個(gè)小時(shí)。觀測(cè)使用的儀器是帶有扼流圈天線的Trimble NetR8或者TPS NetG3。

圖1 研究區(qū)及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonics of studied zone and its adjacent area

使用GAMIT/GLOBK軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?！爸袊貧み\(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”的25個(gè)連續(xù)站及中國大陸周邊的16個(gè)IGS連續(xù)站的數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)一并進(jìn)行處理，以建立與ITRF2005框架的聯(lián)系;對(duì)由GAMIT軟件計(jì)算得到的單日松弛解，再利用GLOBK軟件進(jìn)行處理，獲得測(cè)站的坐標(biāo)及測(cè)站的位移速率。通過對(duì)IGS測(cè)站坐標(biāo)和位移速率與ITRF框架差異最小化作為約束條件，通過三個(gè)平移參數(shù)、三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，和一個(gè)尺度參數(shù)把最終結(jié)果歸算到ITRF2005參考框架上［2］。為解釋方便，把ITRF框架中的速率轉(zhuǎn)換為相對(duì)歐亞板塊的運(yùn)動(dòng)速率。通過把ITRF中的速率與歐亞板塊的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行差分定義歐亞參考框架。通常人們通過反演一組測(cè)站的坐標(biāo)得到穩(wěn)定的歐亞板塊參考基準(zhǔn)，這組點(diǎn)要求是分布于歐亞板塊上，且是位于穩(wěn)定的大陸內(nèi)部的點(diǎn)。據(jù)此，本文在進(jìn)行參考框架轉(zhuǎn)換時(shí)，利用Altamimi等［3］給出的由GPS、VLBI和SRL數(shù)據(jù)反演得到的歐亞板塊的歐拉矢量56.330±0.549°，-95.979±0.969°，旋轉(zhuǎn)速率為0.261±0.003°/Ma，從ITRF2005框架中的坐標(biāo)中去掉歐亞板塊的整體旋轉(zhuǎn)，得到相對(duì)歐亞板塊參考框架下的速度場(chǎng)(圖2)。

圖2 GPS站點(diǎn)分布和相對(duì)歐亞板塊的速度場(chǎng)Fig.2 Distribution of GPS sites and movement velocities relative to Eurasia plate

3 結(jié)果與討論

表1 研究區(qū)主要斷裂的活動(dòng)特征(單位：mm/a)Tab.1 Activities of the main faults in the studied zone(unit：mm/a)

從GPS速度場(chǎng)來看，除個(gè)別測(cè)站的誤差接近水平速率的大小，GPS測(cè)站速度總體上能夠反映研究區(qū)的地殼形變特征。GPS測(cè)站的速度方向明顯地由北西方向向南東做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與研究區(qū)域所在整個(gè)青藏高原的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)一致。從GPS測(cè)站速率大小來看，越靠近高原內(nèi)部，GPS測(cè)站的位移速率越大，越向北向東，其速率有逐漸減小的趨勢(shì)。除了EP01、EP02、EP05和H005的測(cè)站速率較小外，大多數(shù)測(cè)站向南東方向運(yùn)動(dòng)的速率為6～10 mm/a。其中EP01、EP02橫跨龍門山斷裂北東段茶壩-林庵寺斷裂，平行斷裂與垂直斷裂的運(yùn)動(dòng)速率都僅為0.5 mm/a，較低的運(yùn)動(dòng)速率可能說明該斷裂目前仍然處于閉鎖階段。

利用橫跨活動(dòng)斷裂的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠獲得斷裂的現(xiàn)今滑動(dòng)速率。本文利用2009、2010和2011年五期觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了32個(gè)測(cè)站的位移速率及相應(yīng)的方差和協(xié)方差及研究區(qū)的GPS速度場(chǎng)(圖2)。利用最鄰近斷層兩側(cè)的測(cè)站位移速率計(jì)算方法［4］，得到巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂的現(xiàn)今滑動(dòng)速率及運(yùn)動(dòng)特征。其中迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂和虎牙斷裂為左旋走滑運(yùn)動(dòng)兼有擠壓的特征，走滑速率分別為1.1、1.4、2.9 mm/a，垂直于斷層方面表現(xiàn)為擠壓特征，擠壓速率分別為2.0、3.7、2.8 mm/a;西秦嶺北緣斷裂和禮縣-羅家堡斷裂具有左旋走滑運(yùn)動(dòng)兼有張性特征，左旋速率分別為3.3、0.3 mm/a，斷層的拉張速率分別為2.2、1.5 mm/a;青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂和岷江斷裂表現(xiàn)為右旋兼有擠壓特征，走滑的速率分別為4.2、0.3、3.5 mm/a，垂直于斷裂走向的擠壓速率分別為1.5、0.5、0.5 mm/a(表1)。從結(jié)果來看，迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂無論在運(yùn)動(dòng)性質(zhì)還是運(yùn)動(dòng)量上與前人的結(jié)果比較一致。岷江斷裂的運(yùn)動(dòng)特性存在爭(zhēng)議，文獻(xiàn)［5，6］認(rèn)為岷江斷裂作為岷山隆起的西邊界以右旋逆沖為主，杜方等［7，8］根據(jù)GPS結(jié)果研究表明岷江斷裂的右旋走滑速度約為2 mm/a，許志琴等［9］根據(jù)野外觀察到的斷裂與擦痕切割關(guān)系，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征，利用應(yīng)力場(chǎng)分析解釋岷江斷裂的活動(dòng)性質(zhì)為早期擠壓兼有逆沖特征，后期為右旋平移運(yùn)動(dòng)，以上論述與本文計(jì)算結(jié)果基本一致;趙小麟等［10，11］利用地質(zhì)、地貌資料分析認(rèn)為岷江斷裂為左旋運(yùn)動(dòng)。地震地質(zhì)資料反映的是活動(dòng)斷裂的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)特征，GPS資料分析結(jié)果與地質(zhì)資料結(jié)果的不同可能說明除具有壓性特征外，左旋與右旋扭動(dòng)兼有，斷裂自形成以來經(jīng)歷了多期運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)論

1)GPS測(cè)站的速度場(chǎng)揭示GPS速度方向明顯由北西方向指向南東做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與研究區(qū)域所在整個(gè)青藏高原的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)一致。從GPS測(cè)站速率大小來看，越靠近高原內(nèi)部，GPS測(cè)站的位移速率越大，越向北向東，其速率有逐漸減小的趨勢(shì)。

2)計(jì)算結(jié)果表明迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，走滑速率分別為1.1、1.4、3.3、0.3和2.5 mm/a;青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂、岷江斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，走滑速率分別為4.2、0.5和2.9 mm/a。從結(jié)果來看，迭部-白龍江斷裂、光蓋頭-迭山斷裂、西秦嶺北緣斷裂、虎牙斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和青川-平武斷裂、茶壩-林庵寺斷裂無論在運(yùn)動(dòng)性質(zhì)還是運(yùn)動(dòng)量上與已有研究結(jié)果比較一致。岷江斷裂的運(yùn)動(dòng)特性存在爭(zhēng)議，對(duì)于該斷裂運(yùn)動(dòng)特征存在不同的認(rèn)識(shí)的主要原因可能是因?yàn)樵摂嗔炎孕纬梢詠斫?jīng)歷了多期運(yùn)動(dòng)，斷裂除具有壓性特征外，左旋與右旋運(yùn)動(dòng)兼有，以至于構(gòu)造地貌特征比較復(fù)雜，GPS結(jié)果顯示該斷裂最新運(yùn)動(dòng)特征為右旋走滑。

致謝 感謝四川地震局測(cè)繪工程院與中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心提供觀測(cè)數(shù)據(jù)!

1 任金衛(wèi)，王敏.GPS觀測(cè)的2001年昆侖山口西Ms8.1地震地殼變形［J］.第四紀(jì)研究，2005，25(1):34-44.(Ren Jinwei and Wang Min.GPS measured crustal deformation of the Ms8.1 Kunlun earthquake on November 14th 2001 in Qinhai-Tibet plateau［J］.Quaternary Sciences，2005，25 (1):34-44)

2 孟國杰，等.東北地區(qū)現(xiàn)今地殼形變特征研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2007，(1):19-23.(Meng Guojie，et al.Present-day crustal movement in northwest China with GPS data［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2007，(1): 19-23)

3 Altamimi Z，et al.ITRF2005:A new release of the international terrestrial reference frame based on time series of station positions and earth orientation parameters［J］.Journal of Geophysical Research，2007，112，B09401.doi:10.1029/2007JB004949

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5 Chen Shefa，et al.Active faulting and block movement associated with large earthquakes in the Minshan and Longmenshan mountains，northeastern Tibetan Plateau［J］.Journal of Geophysical Research，1994，90(B12):24 025-24 038.

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ANALYSIS OF MODERN ACTIVITY OF MAJOR FAULTS IN NORTHEAST MARGIN OF BARYAN-HAR BLOCK

Chen Changyun1，2，3)，Ren Jinwei2)，Meng Guojie2)，Yang Panxin1，2)，Zhang Junlong1，2)and Su Xiaoning2)

(1)Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029 2)Institute of Earthquake Science，China Earthquake Administration，Beijing 100036 3)First Crustal Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin300180)

From the GPS data，we calculated and derived the modern activity characteristics of major faults in the northeast segment of the Baryan Har block.The calculated velocity filed shows that the studied zone rotation clockwise from northwest to southeast，and the rates of the GPS sites decreased from west to east.Besides，we studied the activities of major faults in the studied zone from GPS data，the results show that Diebu-Bailongjiang fault，Guanggaitou-Dieshan fault，Xiqinling northern edge fault，Huya fault and Lixian-Luojiabao fault are of left lateral motion basically and the Qingchuan-Pingwu fault，Chabalinansi fault，and Minjiang fault show an right lateral strike-slip motion characteristic respectively.

GPS;Baryan Har block;velocity field;active fault;strike-slip motion

1671-5942(2012)03-0027-04

2011-11-28

國家973計(jì)劃項(xiàng)目(2008CB425701);岷江斷裂北部活動(dòng)性及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(02092437)

陳長(zhǎng)云，男，1981年生，博士研究生，主要從事地震地質(zhì)與地殼形變研究.E-mail:ccy_666@163.com

P315.72+5

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