楊　博，朱　爽，樓關壽，周海濤

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

2014年新疆于田MS7.3地震的地殼構造變形背景*

楊博，朱爽，樓關壽，周海濤

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

摘要：利用2011～2013年的流動GNSS觀測資料及處理結果，獲得了2014年于田MS7.3地震區(qū)域水平形變場。結果顯示：(1)于田MS7.3地震發(fā)生在構造活動較強烈的阿爾金斷裂帶西端，其兩側的形變差異運動為8～9 mm/a，左旋運動是差異運動的主要成份；(2)發(fā)震區(qū)域的主應變是全區(qū)最突出的區(qū)域，張壓大小相對均等，主張方向為南東東—北西西；(3)該地震發(fā)生在左旋形變的高梯度帶上，其北部的塔里木盆地為較弱的右旋形變，其南部約150 km以外幾乎無旋形變；(4)地震發(fā)生的部位為面應變性質轉變的過渡帶，其西為面膨脹區(qū)，其東為面收縮區(qū)。

關鍵詞：GNSS觀測資料；于田MS7.3地震；構造形變

0引言

2008年3月21日在新疆于田(35.6°N，81.6°E)發(fā)生了MS7.3地震(震源深度13 km)。2014年2月12日同樣在新疆于田(36.1°N，82.5°E)發(fā)生了MS7.3地震(震源深度12 km)，前一天幾乎在相同的地域(36.1°N，82.4°E)發(fā)生了一次5.4級地震(震源深度11 km)，并被視為MS7.3地震的前震(程佳等，2014)。6年內于田地區(qū)連續(xù)發(fā)生了2次7級以上地震，不僅表明了該區(qū)域中強地震出現(xiàn)了空前活躍，同時該區(qū)域構造活動得到進一步關注。萬永革等(2010)給出了2008年于田MS7.3地震正斷層機制的構造區(qū)域解釋，認為是青藏高原沿阿爾金斷裂的整體東向運動與興都什塊體的西北向運動共同作用的結果；王凡等(2011)得到了破裂斷層北側100 km附近的同震位移及震后形變信息，認為該地震在原有的基礎上導致了北側斷裂帶的左旋位移；冀戰(zhàn)波等(2014)反演了該地震的破裂過程，指出破裂區(qū)以正斷左旋走滑為主的雙側破裂，最大破裂為151 cm，為以東西向拉張為主并與左旋張扭作用的結果。程佳等(2014)指出2014年于田MS7.3地震為左旋走滑的破裂模式，與前次地震相比震源機制完全不同(王曉欣等，2014)，為一次典型的盲斷層地震。這可能說明區(qū)域構造活動在空間上存在著差異。本文利用2011～2013年區(qū)域流動GNSS復測資料以及多核函數(shù)法對該區(qū)域形變進行描述，以便較清晰地了解于田地區(qū)強震發(fā)生的地殼形變場背景。

1數(shù)據(jù)處理方法

原始觀測數(shù)據(jù)采用GMAIT/GLOBK/QOCA軟件包計算獲得ITRF框架下運動結果，之后可利用多核函數(shù)法在球面上進行運動場的數(shù)值解析：

(1)

式中，dj為球面上兩點間的大地線長度(以km為單位)，(λj,φj)為核點位置坐標，ST=(s1,s2,…，snx)為核函數(shù)陣(該式側重線性性)，CT=(c1,c2,…,cnx為系數(shù)陣。

在獲得解析式的基礎上分別對東向和北向進行網格化數(shù)值計算，然后對它們進行濾波處理以獲得水平運動的解析式：

(2)

式中，ST=(s1,…,snx)為核函數(shù)陣(該式側高度重光滑性)、AT=(a1,…,anx)、BT=(b1,…,bnx)、CT=(c1,…,cnx) 均為待定系數(shù)， (λi,φi)為核點位置坐標，di為兩點間的大地線長度；在此基礎上依據(jù)下式便可獲得相關的應變與旋轉量結果等：

(3)

式中，R為地球的平均半徑，Sλ和Sφ分別為經向和緯向的弧長，εe(λ,φ)為東西向應變，εn(λ,φ)為南北向應變，γen(λ,φ)為它們之間的剪應變，ω(λ,φ)為旋轉量。在(3)式的基礎上便可得到：

(4)

式中，d、γmax、εmax、εmin、θ分別為面應變、最大剪切應變、最大主應變、最小主應變及最大主應變方位角。其中，εe、εn分別為時刻東向和北向位置變化值。在獲得有關數(shù)值結果后生成圖像結果(圖1)。

2水平運動與形變場

中國地殼運動觀測網絡于1998年在中國大陸范圍內布設了GPS流動測站，用于監(jiān)測地殼形變及其動態(tài)變化，但是新疆地區(qū)測站密度非常稀疏，2008年又進行了加密布設，使該區(qū)流動觀測站的數(shù)量有了一定程度的增加，接近50個。到目前為止已進行了3次觀測，分別為2009、2011和2013年?？紤]到2008年于田MS7.3地震對周圍地區(qū)可能產生的影響，本文只取用2011和2013年兩期觀測資料來獲取該研究區(qū)的基本運動與形變狀態(tài)，此時間段內該區(qū)域未發(fā)生過強震。根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理流程首先利用GAMIT/GLOBK/QOCA軟件獲得該時段ITRF參考框架下的運動結果；然后以此獲得相對于區(qū)域無旋轉基準的運動結果(楊國華等，2005)，接下來再對研究區(qū)相對運動速度及誤差結果進行數(shù)值逼近；在此基礎上，結合以經、緯步長均為30 km計算網格點上的運動結果，在核點經、緯步長為150 km等間隔的條件下，進行水平運動的濾波計算和形變場的有關參數(shù)計算等。

圖1a為2011～2013年相對于區(qū)域整體無旋轉基準的水平運動場。由此不難看出，差異運動不但非常明顯而且有序，清晰地凸顯了于田及周圍地區(qū)的水平向構造活動狀態(tài)。從運動的有序性來看，大體以阿爾金斷裂帶為界，南、北兩側塊體均呈順時針運動，但兩側旋轉中心有所不同，北塊在其北，南塊則在其南，因此形成了兩塊(體)交匯地域的差異運動，大約在150 km的寬度內由西向東存在著4～8 mm/a的左旋運動(東大西小)；然而，垂直于該形變帶的張壓性活動在空間上則存在性質上的差別，表現(xiàn)為西段為張性活動，中段與東段為壓性活動，量級約2 mm/a。北塊(塔里木盆地的南邊緣)的運動整體性相對較好，南塊運動則不同，有較大的差異性，主要表現(xiàn)在東向分量上，最大可達5 mm/a，為拉張性質。研究區(qū)這種運動狀態(tài)充分說明了該區(qū)構造活動的強烈性與復雜性。這兩次強震的震中位置或位于構造活動強烈的部位，或位于活動性質出現(xiàn)轉變的過渡部位，因此有著深刻的構造活動含義。

圖1b為以應變張量形式展現(xiàn)主應變方向和大小的空間分布狀態(tài)。區(qū)域主壓方向在空間上有一定程度的變化，研究區(qū)南部(35°N以南)由西向東表現(xiàn)為北東—南西向、近南北向的變化過程，研究區(qū)中部(35°N以北，塔里木盆地以南)由西向東表現(xiàn)為北東—南西向、北北東—南南西向、近南北向的變化過程。就大小而言，研究區(qū)南部壓應變相對較弱，一般在1×10-8/a之內，空間上的變化也不明顯；張性應變相對較大些，基本上在2×10-8/a之內，但空間上的變化是可見的，其東區(qū)幾乎為零，中區(qū)和西區(qū)較大，表現(xiàn)為明顯的東西向拉張。研究區(qū)中部的應變在全區(qū)最為突出，最大可達4×10-8/a，基本上位于阿爾金斷裂帶及附近的南部區(qū)帶。所有這些表明，應力的方向在空間上雖存在一些變化，但較為有序平穩(wěn)，而應變則主要集中在斷裂帶上。除此之外，在震中以南也存在著張性應變較大的地域，且向東則很快就消失了，這一結果似乎有某種特定的地球物理含義。

由圖1c可知，最大剪切應變率大小的空間分布具有帶狀特征，其值最大近3×10-8/a，強震就發(fā)生在最大值的附近地域。這一分布特征表明高值剪切應變主要發(fā)生在阿爾金斷裂帶及附近區(qū)域，其他區(qū)域則相對較小。研究區(qū)西側的斷層剪切應變較小，這預示著這些斷層的走滑活動較弱，相應發(fā)生走滑型強震的幾率也會相對較低。其南部區(qū)域也是如此，張性錯斷型地震可能是這一區(qū)域主要的地震錯斷方式。

圖1d為水平旋轉率的空間分布結果，其差異變化所反映的是旋剪形變，其值大于0時表示為左旋旋剪形變(綠色區(qū)域)，反之表示為右旋旋剪形變(紅色區(qū)域)，它可清晰地刻畫旋剪形變的大小與性質。由圖可知，西北地區(qū)(塔里木盆地)為右旋活動區(qū)，其右旋活動最大值為25×10-9/a，但由于區(qū)內的梯度較小，表明該區(qū)域以整體旋轉活動為主，旋剪變形較弱。阿爾金斷裂帶及附近地區(qū)為左旋活動區(qū)段，最大值也為25×10-9/a，但空間變化梯度較大，因此主要表現(xiàn)的是旋剪變形而不是整體旋轉活動。南部地區(qū)旋轉量最小，且左、右旋的優(yōu)勢均不突出。兩次于田強震不僅發(fā)生在左旋旋剪形變帶內，同時也位于高梯度帶上，表明它們與剪切形變有一定的關系。

面應變率的空間分布如圖1e所示，從圖中可以看出，北部地區(qū)(塔里木盆地)整體上最弱，究其原因為該區(qū)的剛性強度較高(胥頤等，2001)，因此是一個弱形變地域。事實上，描述形變的各個物理參數(shù)都表明了這一點。研究區(qū)南部雖是一個形變強度較高的地區(qū)，但在形變性質上并非一致，東部為面收縮應變區(qū)，西部為面膨脹應變區(qū)，這樣的區(qū)域性狀態(tài)反映了形變的不均衡特征，或許更有利于能量以不同形變方式的積累。2014年于田地震位于面膨脹與收縮的過渡區(qū)。

新疆地區(qū)布設了30余個GNSS連續(xù)觀測站，XJYT站是距2014年于田MS7.3強震震中最近的測站，相距約60 km，位于其西北部，其它測站距震中都超過了300 km。數(shù)據(jù)處理表明，除XJYT站外，其它測站均未發(fā)現(xiàn)可識別的同震變化。

圖2為XJYT站自觀測以來E、N、U三分量的時間序列結果。圖中可以看出，地震前在測站位置上并沒有出現(xiàn)通常意義下的形變前兆或異動，各個分量均保持在各自原有的線性狀態(tài)下。震時存在著同震位移，東向約-20 mm，北向約10 mm，法向0 mm。由于其他站無變化，從空間域的角度看似乎顯現(xiàn)為張性的左旋錯動跡象，這還有待于進一步觀察，因為這與震源機制解的左旋錯動并非完全一致。由于震源區(qū)及周圍地域震后尚未進行復測，所以目前還無法給出本次地震同震位移的空間范圍、大小和確切的性質。

3討論

綜上所述，6年內于田地區(qū)發(fā)生了兩次7級以上地震，表明了該區(qū)域構造活動是非?；钴S的。本文所得出的GNSS結果較詳細地勾畫了該區(qū)域構造形變的基本形態(tài)，進一步證明了該區(qū)的構造活動是較為強烈的。除此之外，也揭示了研究區(qū)的變形并非是單一性質的，而是比較復雜的。即存在運動模式的分群性(以阿爾金斷裂帶為界南區(qū)與北區(qū)的運動)，又存在同一運動模式下的不同步性(南區(qū)東部與西部的運動)。不論是剪切應變還是旋剪形變都說明了具有剪切性質的變形只發(fā)生在阿爾金斷裂帶及附近的區(qū)域上，其他區(qū)域相對較小。此外，研究區(qū)南部形變的非協(xié)調性也比較突出，存在著形變比較明顯的西部膨脹區(qū)(東西向的較大拉張所致)和東部收縮區(qū)(北北東與南南西較大的擠壓所致)。所有這些都表明了研究區(qū)地震的活動及其性質均有深刻的構造活動背景。

Shen等(2001)曾給出阿爾金斷裂帶的相對運動，與本文的結果基本一致，似乎表明2014年于田地震之前并沒有發(fā)現(xiàn)形變的閉鎖或虧損，至少不太顯著，如汶川地震(楊國華等，2015)。一方面，這可能與該地震為盲地震有關(孟令媛等，2014)，因此在地表上顯現(xiàn)的不夠明顯；另一方面，本文的結果只是一個時間段的結果，早期的結果測站有限，故而不能發(fā)現(xiàn)較小的差異變化。除此之外，XJYT站的同震位移結果與震源機制解的差異也讓我們有所疑問。因此，目前還不能給出非?？隙ǖ目捶?，需要通過今后的對測站的復測與分析來獲得較全面的認知。

感謝楊國華研究員的指導與幫助，感謝審稿專家的辛勤付出。

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Using the flow GNSS observation data and its processing results from 2011 to 2013，we obtained the result of the horizontal deformation field of YutianMS7.3 earthquake in 2014 as follows：(1)The YutianMS7.3 earthquake occurred in the west end of Arkin fracture zone where the active structure is strong，the differential movement on both sides of Arkin fracture zone is about 8 mm/a and its main component is the left-lateral movement.(2)The principal strain in the epicenter area is the most prominent in the study area，the tensile strain is relatively equal to the compressive strain and the direction of main tensile strain is SEE-NWW.(3)The YutianMS7.3 earthquake occurred in the high gradient belt of the left-lateral deformation，the Tarim Basin in the north of it has weak right-lateral deformation and the area about 150 km away from the Basin in the south of it has little rotary deformation.(4)The epicenter was located at a transition zone of the property transition of plane strain，that is，the surface expansion area is gradually varied to the surface contraction area from the west to the east of the epicenter.

Key words：GNSS observation data；YutianMS7.3 earthquake；tectonic deformation

*收稿日期：2014-07-18. 基金項目：地震行業(yè)科研專項(201308009，201208006)和科技支撐項目(2012BAK19B01-2)聯(lián)合資助.

中圖分類號：P315.72

文獻標識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)03-0384-05

Research on Crustal Tectonic Deformation Background of Xinjiang YutianMS7.3 Earthquake in 2014

YANG Bo，ZHU Shuang，LOU Guan-shou，ZHOU Hai-tao

(The First Monitoring and Application Center，Tianjin 300180，China)

Abstract