陳長云，賀建明，李臘月，杜龍

（1.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳518000）

基于跨斷層和GPS資料綜合分析張渤帶運(yùn)動(dòng)特征

陳長云1，賀建明1，李臘月1，杜龍2

（1.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳518000）

基于傳統(tǒng)跨斷層測量監(jiān)測斷層活動(dòng)的計(jì)算公式、主成分分析法以及GPS跨斷層剖面方法分別計(jì)算了張渤帶及其鄰區(qū)主要斷裂的運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)果顯示跨斷層資料反映的斷層近場變形特征沿張渤帶各次級(jí)斷裂以壓性運(yùn)動(dòng)為主，與張渤帶斜交的NE走向斷裂以張性運(yùn)動(dòng)為主，部分測線不同時(shí)段會(huì)出現(xiàn)相反的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。GPS觀測資料表明NW走向的張渤帶次級(jí)斷裂以左旋走滑兼擠壓運(yùn)動(dòng)特征為主，與張渤帶斜交的NE走向的斷裂以正斷張性運(yùn)動(dòng)為主。各斷層反映的張/壓性質(zhì)與利用震源機(jī)制解獲得的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的主壓/張應(yīng)力方向較為一致。GPS資料結(jié)果顯示：張渤帶各次級(jí)斷裂的平行斷層的滑動(dòng)速率介于0.5~1.5mm/a之間，垂直斷層走向的擠壓速率，除廊坊-武清斷裂和薊運(yùn)河斷裂外，其它次級(jí)斷裂的速率<0.8 mm/a；基于跨斷層資料利用主成分分析獲取張渤帶及其鄰區(qū)斷裂運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)動(dòng)指標(biāo)表明區(qū)內(nèi)斷裂垂直運(yùn)動(dòng)速率<1.5 mm/a，與跨斷層資料逐條斷裂分析的結(jié)果基本一致。總體來看，整個(gè)張渤帶及其鄰區(qū)斷層活動(dòng)水平較低。

張渤帶；跨斷層觀測；斷層活動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)；垂直運(yùn)動(dòng)

0 引言

張渤帶（張家口-渤海斷裂帶）是華北平原活動(dòng)地塊和燕山活動(dòng)地塊的邊界，該帶西北起張北-尚義一帶，經(jīng)張家口向東南，穿過懷來、順義、三河、天津等地，再經(jīng)渤海向南東延伸到蓬萊以北的黃海海域，斷裂帶被北東向斷裂切割成不連續(xù)的幾段（圖1）。斷裂帶總體走向北西，長約，700 km，斷裂帶傾向不一，傾角較陡，具有正斷兼左旋走滑的運(yùn)動(dòng)方式，為新生代活動(dòng)斷裂[1]。張渤帶由西北向南東分別由張家口斷裂、新保安-沙城斷裂、施莊斷裂、孫河-南口斷裂、永定河斷裂、廊坊-武清斷裂、寶坻斷裂、薊運(yùn)河斷裂和海西斷裂等組成。張渤帶對應(yīng)著地殼厚度的變異帶，張渤帶以北地殼厚度大，以南地殼厚度小，穿過張渤帶的多條地震反射剖面和大地電磁剖面揭示該斷裂帶為一條切割巖石圈的深大斷裂[2]。張渤帶典型的構(gòu)造特征之一是在許多地段與北東或者北北東走向斷裂（表1）交錯(cuò)，這些地段常常是中強(qiáng)地震和大地震的發(fā)生地[3]。

圖1 張渤帶及鄰區(qū)地震構(gòu)造背景及跨斷層觀測場地分布圖Fig.1 Main active faults,historical strong earthquakes,and the distribution of cross-fault leveling observations in Zhangjiakou-Bohai fault zone and its adjacent regions

張渤帶是華北地震構(gòu)造區(qū)一條主要的活動(dòng)構(gòu)造帶，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，歷史上曾發(fā)生1679年三河-平谷8.0級(jí)大地震、1976年唐山7.8級(jí)大地震、1998年張北6.2級(jí)地震和2006年文安5.1級(jí)等地震，具有強(qiáng)震危險(xiǎn)性。張渤帶穿過京、津、唐等大城市，區(qū)內(nèi)人口眾多，強(qiáng)震會(huì)造成極其嚴(yán)重的損失，急需完整、可靠的與強(qiáng)震危險(xiǎn)性評價(jià)相關(guān)的資料?？鐢鄬有巫儨y量能夠提供地殼運(yùn)動(dòng)的定量化結(jié)果，是監(jiān)測斷層活動(dòng)最直接、最有效的方法之一，作為地震前兆觀測的一種重要手段，多年來在我國地震監(jiān)測預(yù)報(bào)方面發(fā)揮著重要的作用。國內(nèi)多次震例表明地震前觀測到了明顯的斷層形變異常，如1975年海城地震前金縣跨斷層水準(zhǔn)形變異常、1976年唐山地震前寧河跨斷層水準(zhǔn)異常、1996年麗江地震前永勝跨斷層異常、2013年蘆山地震前寶興跨斷層水準(zhǔn)異常等[4-6]。本文基于對張渤帶及其鄰區(qū)跨斷層短水準(zhǔn)/短基線和GPS等大地測量資料的分析，結(jié)合地震地質(zhì)資料、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征等對比討論北西走向的張渤帶以及與其相交的北東走向斷裂帶的現(xiàn)今水平和垂直運(yùn)動(dòng)特征，以期為區(qū)域強(qiáng)震/大地震危險(xiǎn)背景的判定提供依據(jù)。

表1 張渤帶及鄰區(qū)跨斷層形變測點(diǎn)概況Table 1 Synopsis of cross-fault leveling observation in and around Zhangjiakou-Bohai fault zone

1 資料概況

1.1 跨斷層資料

跨斷層形變測量的測線長通常在幾十到百余米，基線測量精度在0.01~0.1 mm，水準(zhǔn)測量的精度為0.1 mm/km[7]，對斷層活動(dòng)和地震活動(dòng)反映較好。作為地震重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)，張渤帶所在的首都圈地區(qū)自20世紀(jì)60年代以來布設(shè)了相對較為密集的形變監(jiān)測臺(tái)和跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測網(wǎng)。目前有24處（圖1）跨斷層流動(dòng)形變觀測點(diǎn)，其中13個(gè)水準(zhǔn)觀測點(diǎn)，10個(gè)基線、水準(zhǔn)同樁觀測點(diǎn)，1個(gè)基線、水準(zhǔn)不同樁觀測點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)較密，且大多數(shù)為基巖點(diǎn)，觀測精度較高，對斷層活動(dòng)和地震活動(dòng)具有較好的反映[8]。上述24個(gè)觀測場地除寧河、南孟和土木場地的觀測周期為2個(gè)月外，其他21個(gè)場地的觀測周期均為1個(gè)月。自20世紀(jì)70年代起至今已經(jīng)積累了40多年的觀測資料。本文重點(diǎn)對其中跨張渤帶及其鄰區(qū)的14個(gè)觀測場地的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，所跨斷層包括張渤帶次級(jí)斷裂以及與張渤帶斜交的北東走向的活動(dòng)斷裂（表1）。

1.2 GPS資料

研究使用的GPS數(shù)據(jù)主要來自“中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)”位于張渤帶所在首都圈地區(qū)的163個(gè)GPS連續(xù)站和流動(dòng)站（圖2）。流動(dòng)站點(diǎn)共觀測4個(gè)期次（1999、2001、2004、2007），每次觀測中至少連續(xù)觀測72 h。

使用GAMIT/GLOBK/QOCA軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體處理流程參見文獻(xiàn)[9-10]。為解釋方便，把ITRF框架中的速率轉(zhuǎn)換為相對歐亞板塊的運(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[11]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)，得到相對歐亞板塊參考框架下的速度場，如圖2所示。本文利用GPS水平速度場資料（1999—2007年）對張渤帶及其鄰區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)變形特征進(jìn)行研究。數(shù)據(jù)觀測期間發(fā)生2001年MS8.1級(jí)昆侖山口西地震，地震后，利用GPS開展的相對密集的地殼形變觀測獲得的同震位移和震后斷層蠕動(dòng)變形表明，地震地殼形變的影響范圍大致為88°~97°E[12]，距離本文研究區(qū)域較遠(yuǎn)，可見昆侖山口西地震的同震位移和震后變形對研究區(qū)地殼形變的影響可以忽略。

圖2 張渤帶及鄰區(qū)相對于歐亞框架的GPS速度場Fig.2 The GPS velocities in and around Zhangjiakou-Bohai fault zone compared with to Eurasia frame

2 張渤帶及鄰區(qū)主要斷層運(yùn)動(dòng)特征

2.1 跨斷層資料反映的張渤帶及鄰區(qū)斷層運(yùn)動(dòng)特征

跨斷層測點(diǎn)的分布不同使得計(jì)算不同斷層水平滑動(dòng)兩的方法也存在差異?？鐢鄬訙y量的目的在于了解斷層的活動(dòng)方式。斷層附近一定范圍內(nèi)，其跨斷層點(diǎn)位間的相對位移，主要是斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)造成的，介質(zhì)應(yīng)變在這一局部區(qū)域的影響可以忽略不計(jì)[13]。假定斷層兩盤為剛體，則跨斷層點(diǎn)位的相對運(yùn)動(dòng)可以反映斷層兩盤沿?cái)鄬用娴南鄬瑒?dòng)（表2）。具體的計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[14]，在此不再贅述。

2.1.1 斷層水平運(yùn)動(dòng)特征

小水峪跨場地測線跨懷涿盆地北緣斷裂，自2010年以來開始有觀測資料，觀測期內(nèi)斷層基本表現(xiàn)為左旋滑動(dòng)，水平滑動(dòng)量很小，小于1 mm/a（圖3a）。張山營場地自1969年以來進(jìn)行跨斷層基線和水準(zhǔn)的同樁測量，盡管大西山斷裂一直表現(xiàn)為右旋滑動(dòng)（圖3b），但是其具有明顯的分時(shí)段運(yùn)動(dòng)特征，1969—1978年右旋滑動(dòng)有一加速過程；1979—2007年，右旋滑動(dòng)量維持在1 mm左右；2008年右旋滑動(dòng)明顯增加，從2007年的0.9 mm增加到2008年的2.5 mm，可能與汶川地震的影響有關(guān)，2009滑動(dòng)量進(jìn)一步增加至3.1 mm，2010—2014年滑動(dòng)速率減小，維持在2.0 mm左右。施莊場地同樣自1969年開始進(jìn)行跨斷層基線和水準(zhǔn)的同樁測量，在觀測期內(nèi)施莊斷裂一致表現(xiàn)為左旋滑動(dòng)，1970—1973年水平滑動(dòng)量在1～1.5 mm范圍內(nèi)變化；1974年滑動(dòng)速率減小；1974—1979年水平滑動(dòng)量在0～0.5 mm范圍內(nèi)變化；1980—1992年滑動(dòng)量基本在0.5～1.5 mm的范圍內(nèi)變化；1992年至今，左旋滑動(dòng)量大致呈線性特征（圖3c）。德勝口場地測線橫跨南口山前斷裂，自1982年起進(jìn)行基線和水準(zhǔn)的同樁觀測，在觀測期內(nèi)右旋滑動(dòng)量隨時(shí)間變化較為復(fù)雜（圖3d），1983—1991年和1994—2010年右旋滑動(dòng)量大致呈線性增加，但是在1992—1994年和2010—2012年出現(xiàn)2次快速的反向快速滑動(dòng)，2012—2014年右旋滑動(dòng)量區(qū)域穩(wěn)定在2 mm左右變化。

表2 張渤帶及鄰區(qū)跨斷層場地反映的斷層近場最新運(yùn)動(dòng)特征Table 2 The latest motion characteristics reflected by cross-fault leveling observation in and around Zhangjiakou-Bohai fault zone

圖3 跨斷層觀測資料去年變后反映的斷裂水平滑動(dòng)特征Fig.3 The horizontal motion characteristics after diminish annual variations

燕家臺(tái)場地跨沿河城斷裂，2008年以來，沿河城斷裂表現(xiàn)為明顯的左旋走滑運(yùn)動(dòng)，2008—2010年左旋滑動(dòng)量呈線性增加趨勢，2010—2014左旋滑動(dòng)量維持在2 mm/a左右（圖3e）。在八寶山斷裂上有八寶山和大灰廠兩個(gè)場地，其中大灰廠的觀測時(shí)間較長，自1967年開始有觀測記錄，其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和滑動(dòng)量均變化較大，可能與該場地受降水影響嚴(yán)重有關(guān)[15]。八寶山場地觀測期內(nèi)反映的八寶山斷裂段多數(shù)時(shí)段表現(xiàn)為右旋走滑，但在1970—1979年、985—1992年和2004—2006年出現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng)（圖3g），除1985—1992年期間滑動(dòng)量變化較大外，其平均滑動(dòng)量維持在1～3 mm/a。上萬場地跨黃莊-高麗營斷裂，觀測期內(nèi)，斷層整體表現(xiàn)為右旋走滑特征，2008—2011年線性變化特征明顯，2011—2012年右旋有加速的特征，2013—2014年出現(xiàn)反向變化特征，總體上看，右旋滑動(dòng)量較小，在0～3 mm/a范圍沒變化（圖3h）。2.1.2斷層垂直運(yùn)動(dòng)特征

以斷層上盤的測點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算各測段的垂直形變速率，速率為正時(shí)表示逆斷壓性，為負(fù)時(shí)表示正斷張性；以斷層下盤的測點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)則運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相反。張渤帶及鄰區(qū)14個(gè)跨斷層場地中，土木、狼山、南口、百善、沿河城和京西6個(gè)場地僅有水準(zhǔn)觀測。

圖4 跨斷層水準(zhǔn)觀測資料反映的斷層垂直變形特征Fig.4 The vertical deformation reflected by cross-fault leveling observation

百善跨斷層測線橫跨北西走向的南口-孫河斷裂，觀測期內(nèi)反映出斷層的正斷特征，其中2009—2012年正斷活動(dòng)明顯增強(qiáng)，2008—2009年和2012—2014年活動(dòng)相對較弱（圖4a）。狼山跨斷層測線跨方家沖-狼山斷裂，由圖4（b）可見，跨斷層水準(zhǔn)測量反映的斷層逆/正活動(dòng)特征不明顯。南口場地，測線S8-6跨南口-孫河斷裂，測線6～4跨南口山前斷裂，其中測點(diǎn)8和6分別位于斷層的上盤，由圖4（c、d）可見，南口場地反映的南口-孫河斷裂和南口山前斷裂的張壓特征均不明顯，不能判斷斷層的正/逆性質(zhì)。土木場地跨孔澗-大石河斷裂，測線S4-3和S6-7近平行，其中測點(diǎn)4和7位于斷層的上盤，由圖4（e、f）可知，觀測期內(nèi)，斷裂總體表現(xiàn)為正斷性質(zhì)，其中在1999—2005年有一正斷活動(dòng)增強(qiáng)的時(shí)段，其他時(shí)間段內(nèi)斷層的兩盤相對活動(dòng)不明顯。圖4（g）中沿河城測線S2-1中的測點(diǎn)2為斷層上盤，下盤測點(diǎn)1相對上盤做上升運(yùn)動(dòng)，反映出斷層的正斷張性特征。京西跨斷層場地測線S1-10跨黃莊-高麗營斷裂，測點(diǎn)1位于斷層上盤，下盤測點(diǎn)10相對上盤向下運(yùn)動(dòng)，反映出斷層的逆斷性質(zhì)，從圖4（h）可知，盡管斷層表現(xiàn)出逆斷性質(zhì)，但其運(yùn)動(dòng)量級(jí)較小。

小水峪場地兩條跨斷層水準(zhǔn)測線CSE-N和SE-W，其中測點(diǎn)E位于斷層上盤，由圖5（a、b）可見測線位于斷層下盤的測點(diǎn)N和W均相對于上盤測點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，反映所跨懷涿盆地北緣斷裂的正斷性質(zhì)。張山營SE-W測線中測線E位于斷層上盤，由位于下盤W測點(diǎn)相對上盤的運(yùn)動(dòng)（圖5c）可知，大西山斷裂總體以正斷張性運(yùn)動(dòng)為主，但在1975—1986年和1996—1998年出現(xiàn)兩次反向運(yùn)動(dòng)。由圖5（d）反映的施莊斷裂的張壓特征不明顯，其運(yùn)動(dòng)幅度在0.5～0.5 mm之間變化。德勝口XSE-W測線兩側(cè)高差變化（圖5e）整體反映南口山前斷裂的張性運(yùn)動(dòng)，其在1982—1988年和2002—2004年存在兩次反向運(yùn)動(dòng)。燕家臺(tái)測線的高差變化所反映的沿河城斷裂的張壓運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不明顯（圖5f）。八寶山跨斷層水準(zhǔn)測線所反映的八寶山斷裂的張壓運(yùn)動(dòng)性質(zhì)較為復(fù)雜（圖5g），水準(zhǔn)觀測資料顯示觀測期內(nèi)斷裂出現(xiàn)多次張/壓性質(zhì)的轉(zhuǎn)換。大灰廠兩條水準(zhǔn)測線中測點(diǎn)N位于八寶山斷裂下盤，圖5（h、i）1990—2014年均顯示位于斷層上盤的測點(diǎn)相對于下盤的測點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，反映出斷層的壓性運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，1990年以前資料顯示斷裂的張壓性質(zhì)不明顯。上萬測線CSE-W中測點(diǎn)E位于斷層上盤，2008年以前，位于下盤的測點(diǎn)W相對于E點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，反映斷層的張性特征，2008年以后，上、下盤相對運(yùn)動(dòng)性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，下盤相對上盤向下運(yùn)動(dòng)，測線所跨黃莊-高麗營斷裂表現(xiàn)出壓性特征。

圖5 跨斷層水準(zhǔn)觀測資料反映的斷層垂直變形特征Fig.5 The vertical deformation reflected by cross-fault leveling observation

2.2 GPS資料反映的張渤帶運(yùn)動(dòng)特征

基于1999—2007年的區(qū)域GPS速度場資料（圖2），分別繪制橫跨張渤帶各分段斷裂的GPS測站速度剖面（圖6）。對斷裂帶兩側(cè)站點(diǎn)速度分別進(jìn)行沿剖面方向投影和垂直剖面方向的投影，由剖面兩側(cè)站點(diǎn)速度平均值之差估算斷層的滑動(dòng)或張/壓速率，并且利用誤差傳播定律計(jì)算速率誤差。由平行斷層的GPS速度（圖6）可見，張渤帶次級(jí)斷裂張家口斷裂、新保安-沙城斷裂、施莊斷裂、孫河-南口斷裂、永定河斷裂、廊坊-武清斷裂、薊運(yùn)河斷裂和海西斷裂均表現(xiàn)出左旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征，滑動(dòng)速率分別為1.0±0.6 mm/a、1.2±0.4 mm/a、1.2±0.4mm/a、0.8±0.6mm/a、0.5±0.5mm/a、0.7±0.8mm/a、1.4±0.8 mm/a和0.8±0.6 mm/a；垂直斷層的GPS速度（圖6）表明張渤帶各次級(jí)斷裂中除永定河斷裂具有拉張?zhí)匦酝?，其余次?jí)斷裂均表現(xiàn)為擠壓運(yùn)動(dòng)特征，各次級(jí)斷裂的張壓運(yùn)動(dòng)速率見表3。Shen等[16]利用華北地區(qū)GPS觀測資料揭示張渤帶具有1.8±1.0的左旋滑動(dòng)速率；金紅林等[17]利用GPS數(shù)據(jù)基于Savage一維位錯(cuò)模型認(rèn)為張渤帶具有2.0 mm/a左右的左旋走滑速率；上述針對張渤帶的整體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的研究與本文對其各分段運(yùn)動(dòng)特征的研究結(jié)果基本一致。

圖6 橫跨張家口-渤海斷裂帶次級(jí)斷裂的GPS速度剖面Fig.6 GPS velocity profiles across secondary faults belonging to Zhangjiakou-Bohai fault zone

表3 基于GPS的張渤帶主要次級(jí)斷裂活動(dòng)特征Table 3 Activities of the secondary faults belonging to Zhangjiakou-Bohai fault

3 分析討論

圖7 張渤帶及其鄰區(qū)跨斷層垂直形變速率綜合指標(biāo)隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Synthesize index of vertical deformation of cross-fault leveling observation varying with time in and around Zhangjiakou-Bohai fault zone

主成分分析方法是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，可以把原來的多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，能夠在最大限度地保留原有信息的基礎(chǔ)上，提取若干個(gè)主成分，這些主成分可以盡可能地反映原來指標(biāo)的信息，同時(shí)彼此間相互獨(dú)立[18]。為了反映研究區(qū)斷層活動(dòng)的總體水平，我們對研究區(qū)內(nèi)所有場地的斷層垂直形變速率進(jìn)行合成，得到了斷層垂直形變速率的綜合指標(biāo)，它可以更加客觀地反映一個(gè)地區(qū)斷層總體活動(dòng)水平（圖7）。由圖7可知，張渤帶及其鄰區(qū)跨斷層水準(zhǔn)觀測資料反映的區(qū)域斷層垂向運(yùn)動(dòng)速率在扣除1998年張北6.2級(jí)地震同震變形的影響后，總體上<1mm/ a，個(gè)別時(shí)段介于1～1.5 mm/a之間，與本文中利用跨斷層資料逐條斷裂計(jì)算以及已有地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果等（表4）基本一致。

從反映的變形尺度上來看，GPS結(jié)果從較大尺度反映地殼形變特征，而跨斷層觀測則是所跨斷裂帶局部運(yùn)動(dòng)變形的反映，盡管尺度不同，但張渤帶及鄰區(qū)GPS和跨斷層資料所反映的斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)基本一致，其中NW走向的斷裂帶表現(xiàn)出左旋走滑兼有擠壓特征，NE走向的斷裂帶主要為右旋走滑兼有拉張?zhí)卣鳎▓D7）。利用GPS資料進(jìn)行應(yīng)變分析，可以監(jiān)測研究區(qū)應(yīng)變場隨著時(shí)間的變化過程[19]，進(jìn)而可以利用應(yīng)變場資料分析區(qū)域的構(gòu)造力作用方向。金紅林等[17]利用最小二乘配置方法研究了張渤帶及鄰區(qū)GPS資料所反映的水平形變速度場和應(yīng)變場分布特征，應(yīng)變場結(jié)果顯示，研究區(qū)壓應(yīng)變方向主要為NE向、張應(yīng)變方向NW，與本文利用跨斷層和GPS資料獲得的區(qū)內(nèi)主要斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)基本一致。通過對區(qū)內(nèi)已有地震震源機(jī)制解的分析，張紅艷等[20]認(rèn)為張渤帶應(yīng)力主軸方向由西北段的NEE向南東段近WE向轉(zhuǎn)變，反映出NE向的拉張作用，這與跨斷層資料反映的張渤帶次級(jí)斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相一致。

張渤帶及其鄰區(qū)最典型的構(gòu)造特征之一是沿北西走向在多處與北東走向斷裂相交匯，造成張渤帶的構(gòu)造新活動(dòng)具有顯著分段活動(dòng)特征，交匯地段往往是中強(qiáng)震和大地震發(fā)生區(qū)域[3]。已有研究[3、21]認(rèn)為區(qū)內(nèi)NE走向斷裂與NW走向斷裂相互切錯(cuò)，伴生活動(dòng)。有地震史料記載以來，華北北部地區(qū)的破壞性地震與NW向張渤帶以及與之相交的NE向斷裂密切相關(guān)，它們共同構(gòu)成區(qū)內(nèi)的主要孕震構(gòu)造[3]。與張渤帶斜交的NE走向的斷裂中自北西向南東主要有懷安-萬全盆地北緣斷裂、懷涿盆地北緣斷裂、延慶-礬山盆地北緣斷裂、沿河城斷裂、黃莊-高麗營斷裂、順義-良鄉(xiāng)斷裂、大興-通縣斷裂、夏墊斷裂、寶坻斷裂、香河斷裂、滄東斷裂、河西務(wù)斷裂、潘莊西斷裂、豐臺(tái)-野雞坨斷裂、唐山斷裂和寧河-昌黎斷裂等[22]（表4、圖8）。已有研究表明，上述斷裂均以正斷運(yùn)動(dòng)為主，部分?jǐn)嗔鸭嬗杏倚\(yùn)動(dòng)性質(zhì)，滑動(dòng)速率<1mm/a。由張渤帶及鄰區(qū)主要斷裂的運(yùn)動(dòng)速率來看，整個(gè)首都圈張渤帶地區(qū)的斷層活動(dòng)性質(zhì)較弱，這與GPS速度場結(jié)果較為一致。

表4 與張渤帶相交NE走向斷裂活動(dòng)特征Fig.4 Activities of faults trending NE direction which intersect with Zhangjiakou-Bohai fault zone

4 結(jié)語

GPS反映較大尺度反映地殼形變特征，跨斷層觀測則是所跨斷裂帶近場運(yùn)動(dòng)變形的反映。通過對張渤帶及其鄰區(qū)跨斷層資料和GPS資料的綜合分析結(jié)，取得如下結(jié)論：

（1）從運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來看，張渤帶及其鄰區(qū)GPS觀測資料表明NW走向的張渤帶次級(jí)斷裂表現(xiàn)出左旋走滑兼有擠壓的運(yùn)動(dòng)特征，與張渤帶斜交的NE走向的斷裂以正斷運(yùn)動(dòng)為主。跨斷層資料反映的斷層近場變形特征整體與GPS結(jié)果較為一致，但在部分時(shí)段出現(xiàn)相反的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。各斷層反映的張/壓性質(zhì)與利用震源機(jī)制解獲得的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的主壓/張應(yīng)力方向較為一致。

（2）從滑動(dòng)速率來看，GPS資料結(jié)果顯示張渤帶各次級(jí)斷裂的平行斷層的滑動(dòng)速率為0.5~1.5 mm/a，水平垂直斷層方向的擠壓速率，除廊坊-武清斷裂和薊運(yùn)河斷裂外，其它次級(jí)斷裂的速率<0.8 mm/a；基于主成分分析獲取的跨斷層資料反映的張渤帶及其鄰區(qū)斷裂運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)動(dòng)指標(biāo)顯示區(qū)內(nèi)斷裂滑動(dòng)速率<1.5 mm/a，與跨斷層資料逐條斷裂分析結(jié)果以及GPS資料分析結(jié)果基本一致?？傮w來看，整個(gè)首都圈張渤帶地區(qū)的斷層活動(dòng)水平較低。

圖8 張渤帶及鄰區(qū)主要斷裂的運(yùn)動(dòng)特征Fig.8 The motion characteristics in Zhangjiakou-Bohai fault zone and its adjacent regions

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Analysis of the Deformation Characteristics of Zhangjiakoubohai Fault Zone and Its Adjacent Regions Based on Crossfault Observation Data and GPS Data

CHEN Changyun1，HE Jianming1，LI Layue1，DU Long2
（1.First Crustal Monitoring and Application Center，CEA.Tianjin 300180，China；2.China Nuclear Power Engireering Company，Shenzhen 518000，China）

Based on analysis of the cross-fault deformation observation data by regular methods,principal component analysis method and the GPS data by cross-fault observation along the Zhangjiakou-Bohai fault zone and its adjacent regions，this paper calculates the slip rate in and around the Zhangjiakou-Bohai fault zone.The results show that the secondary faults along the Zhangjiakou-Bohai fault zone are left-lateral strike slip and have compression characteristics，and the faults which intersect with the Zhangjiakou-bohai fault have an NE directionbased on the cross-fault observation data.The GPS data show that Zhangjiakou-Bohai fault are active left-laterally with compression component.Compared with the research on GPS strain rate field and earthquake mechanism data, this paper points out that the direction of the tectonic stress of the NW trending fault are consistent with the results obtained from the GPS strain rate field and the mechanism of the earthquake happened in and around the research zone.The strike-slip rate of the secondary faults along the Zhangjiakou-Bohai fault is between 0.5 and 1.5 mm/a，in normal fault direction,except the Langfang-Wuqing fault and the Jiyunhe fault，the compression rate is less than 0.8 mm/a.The slip rate calculated by the principal component analysis method based on cross-fault leveling data are less than 1.5 mm/a，in according with the results of fault calculated based on cross-fault data one by one. In totally,the faulting activities in and around the Zhangjiakou-Bohai fault zone is lower.

Zhangjiakou-Bohai fault；Cross-fault observation；Fault activity；Horizontal motion；Vrtical motion

P315.73

A

1001-8662（2016）03-0017-12

10.13512/j.hndz.2016.03.003

2016-05-23

科技部基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（2015FY210400）；中國地震局科技星火計(jì)劃項(xiàng)目（XH15062）

陳長云（1981-），工程師，主要從事活動(dòng)構(gòu)造與地殼形變研究.

E-mail：ccy_666@163.com.

陳長云，賀建明，李臘月，等.基于跨斷層和GPS資料綜合分析張渤帶運(yùn)動(dòng)特征[J].華南地震，2016，36（3）：17-28.[CHEN Changyun，HE Jianming，LI Layue，et al.Analysis of the Deformation Characteristics of Zhangjiakou-bohai Fault Zone and Its Adjacent Regions Based on Crossfault Observation Data and GPS Data[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：17-28.]