李 強(qiáng)，袁麗文，王紫燕

（福建省地震局，福建 福州 350003）

隨著空間大地測(cè)量GPS 定位精度的提高，其觀測(cè)結(jié)果已得到了廣泛應(yīng)用（如板塊運(yùn)動(dòng)、地面沉降、火山活動(dòng)、冰后回彈等），同時(shí)也為從地殼形變來研究地震提供了廣闊的空間[1]。我國(guó)在“九五”和“十一五”期間，以地震監(jiān)測(cè)為主要目標(biāo)先后實(shí)施了重大科學(xué)工程“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”和“中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”，揭示了中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)的一些基本特征，如印度板塊與亞歐板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的90%以上由青藏高原及周邊斷裂帶所吸收，川滇地塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)等[2]。各省也逐漸建立區(qū)域GPS 觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，極大地推動(dòng)了各區(qū)域地殼形變及地震科學(xué)的相關(guān)研究工作。

閩臺(tái)地區(qū)（含福建、臺(tái)灣海峽和臺(tái)灣地區(qū)）地處亞歐板塊與菲律賓海板塊擠壓碰撞的前沿地帶，區(qū)域動(dòng)力背景復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)地殼運(yùn)動(dòng)與變形差異較大，福建地區(qū)地殼形變相對(duì)穩(wěn)定，而臺(tái)灣地區(qū)地殼變形劇烈。以往，相關(guān)學(xué)者在閩臺(tái)地區(qū)利用各自區(qū)域的GPS 觀測(cè)資料，進(jìn)行地殼運(yùn)動(dòng)及變形研究。如林樹等[3]研究福建地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與變形，結(jié)果顯示：福建沿海地區(qū)以北西向擠壓變形為主，在福建東南沿海應(yīng)變率量值最大，向內(nèi)陸地區(qū)量值逐漸減小。Yu 等[4]表明了在我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，菲律賓海板塊以約80mm/a 的高速率向亞歐板塊運(yùn)動(dòng)，其中花東縱谷斷裂帶處地殼運(yùn)動(dòng)發(fā)生劇烈變化，吸收了三分之一以上的板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)量。

由于目前福建地區(qū)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)沒有共同開展GPS 聯(lián)測(cè)工作，兩地GPS 數(shù)據(jù)處于各自觀測(cè)，各自應(yīng)用的現(xiàn)狀，同時(shí)，由于臺(tái)灣海峽內(nèi)被海水覆蓋，除澎湖群島上有個(gè)別GPS 觀測(cè)點(diǎn)外，臺(tái)灣海峽大部分地區(qū)沒有觀測(cè)點(diǎn)。這使得無法從整體上認(rèn)識(shí)地殼運(yùn)動(dòng)是如何從形變劇烈的臺(tái)灣地區(qū)，逐漸過渡到形變較為穩(wěn)定的福建地區(qū)。針對(duì)這一問題，本文同時(shí)利用我國(guó)臺(tái)灣省和福建省兩地的GPS 速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，推估出臺(tái)灣海峽地殼運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，形成福建-臺(tái)灣海峽-臺(tái)灣的連續(xù)地殼運(yùn)動(dòng)及應(yīng)變場(chǎng)，該結(jié)果對(duì)于研究該區(qū)域的地震及其他地球動(dòng)力學(xué)問題具有重要意義。

1 閩臺(tái)兩地GPS 速度場(chǎng)融合

福建地區(qū)GPS 數(shù)據(jù)由福建地震局GPS 數(shù)據(jù)中心獲取，臺(tái)灣地區(qū)GPS 數(shù)據(jù)由臺(tái)灣地震科學(xué)中心網(wǎng)站獲取，數(shù)據(jù)選取時(shí)段為2013 年，速度場(chǎng)如圖1 所示。由于閩臺(tái)兩地GPS 數(shù)據(jù)速度場(chǎng)采用的框架不同（福建為ITRF2005框架，臺(tái)灣為ITRF2000 框架），要融合這兩區(qū)域速度場(chǎng)，先要將參考框架統(tǒng)一。

圖1 閩臺(tái)地區(qū)GPS 速度場(chǎng)

圖2 閩臺(tái)地區(qū)連續(xù)地殼速度場(chǎng)與最大剪應(yīng)變場(chǎng)

由于臺(tái)灣地區(qū)處于板塊邊界處，閩臺(tái)兩地地殼變形程度差別懸殊，若采用全球框架轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行這兩個(gè)局部地區(qū)的速度場(chǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)使參考框架框動(dòng)影響帶到轉(zhuǎn)換后的速度場(chǎng)中，本文不采用這種方式?？紤]到我國(guó)臺(tái)灣省的金門島GPS 速度站點(diǎn)距離福建省的漳州和廈門地區(qū)的站點(diǎn)較近，將金門島的4 個(gè)GPS點(diǎn)速度取均值，用來代表金門及鄰近小區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)速度。將福建漳州及廈門靠近金門的3 個(gè)GPS 點(diǎn)速度取均值，也用來代表該小區(qū)域的地殼運(yùn)動(dòng)速度。將福建和臺(tái)灣地區(qū)速度場(chǎng)分別各自扣除上述2 個(gè)均值后，都表示相對(duì)于這2 個(gè)小區(qū)域的運(yùn)動(dòng)速度。上述2 個(gè)小區(qū)域十分接近，區(qū)域跨度也很小，可看出同一區(qū)域（以下將該小區(qū)域范圍稱為金廈地區(qū)）?？鄢岛蟮母＝ê团_(tái)灣地區(qū)速度場(chǎng)，都是相對(duì)于金廈地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，可視為同基準(zhǔn)，此處稱為金廈基準(zhǔn)，而這時(shí)得到的速度場(chǎng)可視為相同基準(zhǔn)。

2 閩臺(tái)地殼運(yùn)動(dòng)連續(xù)速度場(chǎng)推估

金廈地區(qū)基準(zhǔn)下的GPS 速度場(chǎng)包含了福建及臺(tái)灣地區(qū)，但缺少臺(tái)灣海峽地區(qū)速度場(chǎng)，因此，需要對(duì)臺(tái)灣海峽地區(qū)速度場(chǎng)進(jìn)行推估。本文采用最小二乘配置推估臺(tái)灣海峽地區(qū)速度場(chǎng)[5]。其原理如下：

式中，Vo為GPS 站水平運(yùn)動(dòng)觀測(cè)速度向量；Ω 為歐拉剛性運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)向量（非隨機(jī)參數(shù)）；A 是其經(jīng)典平差中系數(shù)矩陣（由GPS 觀測(cè)站坐標(biāo)信息組成），Vs表示有效信號(hào)部分（從Vo中扣除剛性運(yùn)動(dòng)后的殘余部分），為隨機(jī)參數(shù)，其在空間域連續(xù)分布的；n 為GPS 觀測(cè)速度中包含的隨機(jī)誤差。

利用公式（1）即可推估出臺(tái)灣海峽地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，然后融合金廈地區(qū)基準(zhǔn)下的福建和臺(tái)灣地區(qū)GPS速度場(chǎng)，構(gòu)建了福建-臺(tái)灣海峽-臺(tái)灣連續(xù)地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，結(jié)果如圖2（a）所示。在得到上述連續(xù)地殼運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，采用球面應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算方法[6]，計(jì)算區(qū)域最大剪應(yīng)變場(chǎng)，結(jié)果如圖2（b）所示。

在全球框架下不利于識(shí)別局部變形，而采用局部基準(zhǔn)更有利于分析，圖2 顯示，在金廈地區(qū)基準(zhǔn)下，可以看出閩臺(tái)地區(qū)整體地殼運(yùn)動(dòng)的一些顯著基本特征：（1）閩臺(tái)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)由臺(tái)灣東部沿海較大量值開始，向西逐步減弱，進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，臺(tái)灣海峽北部地殼運(yùn)動(dòng)依然是北西向，而臺(tái)灣海峽南部和中部的地殼運(yùn)動(dòng)量值非常小，且沒有優(yōu)勢(shì)方向。而在福建近海，地殼運(yùn)動(dòng)量值依然較小，方向性不明顯。進(jìn)入福建中西部，地殼運(yùn)動(dòng)量值雖小，方向存在一定的東向優(yōu)勢(shì)。上述特征說明，雖然海峽東部區(qū)域?qū)儆趤啔W板塊，但其在地殼運(yùn)動(dòng)上，更多受到菲律賓海板塊的影響，而該影響在臺(tái)灣海峽西部至福建沿海已經(jīng)不明顯。由此可知，菲律賓海板塊北西向與亞歐板塊在臺(tái)灣花東縱谷碰撞后，其對(duì)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)影響從臺(tái)灣東部地區(qū)開始，一直到臺(tái)灣海峽東部地區(qū)，而臺(tái)灣海峽西部及福建近海地區(qū)，正是菲律賓海板塊與亞歐板塊對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)影響強(qiáng)弱的分界區(qū)。在該分界區(qū)東部，菲律賓海板塊起主導(dǎo)作用，而分界區(qū)西部，亞歐板塊起主導(dǎo)作用。（2）臺(tái)灣海峽地區(qū)北部地殼運(yùn)動(dòng)速度強(qiáng)于中部和南部，且大于福建地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度，略小于臺(tái)灣西部平原地區(qū)，但量值差別不大。（3）臺(tái)灣地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度與福建地區(qū)差別巨大，量值相差可達(dá)數(shù)十倍。而這種巨大差別主要并不是通過臺(tái)灣海峽地區(qū)逐漸過渡完成的，而是由花東縱谷斷裂帶吸收了超三分之一的地殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)量，在經(jīng)過臺(tái)灣島中部逐漸衰減，至臺(tái)灣西部平原時(shí)，速度場(chǎng)量值僅為原來的10%左右。

速度場(chǎng)給出的是地殼運(yùn)動(dòng)特征，其特征樣式與選取的參考基準(zhǔn)有關(guān)，而應(yīng)變場(chǎng)與基準(zhǔn)無關(guān)，反映的是地殼純變形特征。圖2（b）給出了閩臺(tái)地區(qū)整體區(qū)域最大剪應(yīng)變場(chǎng)。結(jié)果顯示，閩臺(tái)地區(qū)最大剪應(yīng)變場(chǎng)呈現(xiàn)由臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)臺(tái)灣海峽向福建地區(qū)減弱的特征，臺(tái)灣地區(qū)最大剪應(yīng)變量值與福建地區(qū)相差1 個(gè)數(shù)量級(jí)。其中，臺(tái)灣西南部地殼剪切變形最大，臺(tái)灣海峽東部剪切變形程度顯著高于西部地區(qū)，而臺(tái)灣海峽西部至福建地區(qū)量值均較小，特別是福建近海及陸域，其最大剪應(yīng)變非常微弱，表明福建及其近海地殼比較穩(wěn)定。在臺(tái)灣海峽西部地區(qū)，坐標(biāo)（119°E，24°N）附近，存在一個(gè)長(zhǎng)軸北東向，長(zhǎng)軸長(zhǎng)度近180km 的橢圓型區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)最大剪應(yīng)變高于海峽西部的其他區(qū)域?？傮w來看，臺(tái)灣海峽地區(qū)最大剪應(yīng)變分布具有明顯的不均勻性，且整體高于福建地區(qū)，首次可以直觀上從場(chǎng)分布角度展示臺(tái)灣海峽區(qū)域的地殼變形特征，這是以往僅僅使用跨臺(tái)灣海峽基線研究海峽地區(qū)地殼變形無法揭示的。

地震的發(fā)生與區(qū)域地殼變形程度密切相關(guān)，臺(tái)灣地區(qū)地殼變形劇烈，強(qiáng)震頻發(fā)，根據(jù)《中國(guó)強(qiáng)震目錄》，1900年以來，該區(qū)發(fā)生了52 次7 級(jí)以上強(qiáng)震，成為我國(guó)強(qiáng)震發(fā)生最為頻繁的區(qū)域。與其形成鮮明對(duì)比的是，在福建地區(qū)，5 級(jí)以上地震都少有發(fā)生，而臺(tái)灣海峽地區(qū)地震活動(dòng)性弱于臺(tái)灣地區(qū)強(qiáng)于福建地區(qū)，這與圖2（b）給出的地殼變形程度由臺(tái)灣地區(qū)向福建地區(qū)遞減的特征相一致。通常從地殼形變與地震關(guān)系角度認(rèn)為，走滑型強(qiáng)震多發(fā)生在最大剪應(yīng)變高值區(qū)內(nèi)或其邊界處，2018 年臺(tái)灣海峽南部發(fā)生6.2 級(jí)走滑型地震，該地震震中正是位于圖2（b）描述的臺(tái)灣海峽最大剪應(yīng)變高值區(qū)邊界處。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過金廈地區(qū)參考基準(zhǔn)，將福建地區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)GPS 速度場(chǎng)融合，并推估了臺(tái)灣海峽地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，形成了閩臺(tái)地區(qū)連續(xù)地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)，進(jìn)而可以直觀顯示出從臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)臺(tái)灣海峽到福建的地殼運(yùn)動(dòng)變化特征。閩臺(tái)地區(qū)最大剪應(yīng)變場(chǎng)顯示，區(qū)域地殼形變由強(qiáng)烈的臺(tái)灣地區(qū)，經(jīng)臺(tái)灣海峽地區(qū)過渡，再到福建減弱到極小。其中臺(tái)灣海峽地區(qū)地殼變形特征首次被揭示。在進(jìn)行速度場(chǎng)推估時(shí)，會(huì)存在邊界效應(yīng)，對(duì)結(jié)果會(huì)有一定影響，但閩臺(tái)地區(qū)總體地殼運(yùn)動(dòng)與應(yīng)變場(chǎng)所顯示的分布特征是可靠的。通過閩臺(tái)地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與應(yīng)變場(chǎng)圖像，對(duì)該區(qū)域變形特征，特別是從臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)過臺(tái)灣海峽，再到福建地區(qū)地殼形變的變化樣式有了新的認(rèn)識(shí)，更有助于理解菲律賓海板塊在該區(qū)域的動(dòng)力作用的強(qiáng)弱分布。