康四林,李語強(qiáng),熊耀恒
(中國科學(xué)院國家天文臺(tái)云南天文臺(tái),云南 昆明 650011)
隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展,高精度GPS定位技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于地殼運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測研究。自20世紀(jì)80年代初以來,國內(nèi)外許多學(xué)者致力于GPS技術(shù)監(jiān)測板塊運(yùn)動(dòng)與地殼形變的研究,世界各地相繼建立了各種規(guī)模的GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)。中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)是世界上規(guī)模較大,影響力較廣的地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)之一。中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)是中國“九五”期間國家級(jí)重大科學(xué)工程。工程以GPS觀測技術(shù)為主,輔之已有的甚長基線射電干涉(VLBI)和人衛(wèi)測距(SLR)等空間技術(shù),結(jié)合精密重力和精密水準(zhǔn)測量對(duì)中國大陸地殼運(yùn)動(dòng)進(jìn)行大范圍、高精度、高時(shí)空分辨率的觀測。中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)由基準(zhǔn)網(wǎng)、基本網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)4大部分組成。基準(zhǔn)網(wǎng)由27個(gè)GPS連續(xù)觀測站組成?;揪W(wǎng)由56個(gè)定期復(fù)測的GPS站組成。區(qū)域網(wǎng)由1000個(gè)不定期復(fù)測的GPS站組成,其中300個(gè)左右均勻布設(shè),700個(gè)左右密集布設(shè)于斷裂帶及地震危險(xiǎn)監(jiān)視區(qū)。中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)于1999年正式開始觀測。
川滇地塊位于青藏高原的東南隅,通常稱為川滇菱形塊體。川滇地塊具有復(fù)雜的邊界條件,由現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的鮮水河斷裂、安寧河斷裂、則木河斷裂、小江斷裂、紅河斷裂、金沙江斷裂等深大斷裂圍成,被甘青地塊、華南地塊、印支地塊所包圍。在持續(xù)的板塊碰撞、陸內(nèi)匯聚作用下,川滇地塊深部物質(zhì)塑性流動(dòng)引起上部地殼大規(guī)模、高強(qiáng)度變形。川滇地塊所在區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、地震活動(dòng)頻繁[1-2]。獨(dú)特的自然條件和地質(zhì)背景條件導(dǎo)致川滇地塊所在區(qū)域地形高差懸殊、地貌類型多樣、斷裂發(fā)育,成為突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)[3]。川滇地塊及鄰近地區(qū)位于中國南北地震帶的中南段。該地區(qū)地震強(qiáng)度大、地震頻次高,是大震或強(qiáng)震分布區(qū)。本文選擇川滇地塊進(jìn)行研究,通過研究川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)中的GPS監(jiān)測站的監(jiān)測結(jié)果,探討川滇地塊及其鄰區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)、變形特征。
現(xiàn)今研究地殼運(yùn)動(dòng)及測站速度場,一般是在國際大地參考框架ITRF2000下研究。ITRF2000框架主要是基于最近20多年VLBI,SLR,GPS,DORIS等空間技術(shù)的實(shí)測資料建立起來的,代表了近20年跨度的全球地殼運(yùn)動(dòng)的特征,適用于現(xiàn)今全球板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變的研究。在ITRF2000框架下研究區(qū)域性地殼運(yùn)動(dòng)、形變,由于測站的位移和速率包含了首級(jí)大板塊本身的運(yùn)動(dòng),而首級(jí)大板塊運(yùn)動(dòng)速率一般都比較大,因此,很容易掩蓋次級(jí)板塊內(nèi)各測站的局部相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了突出次級(jí)板塊內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及局部相對(duì)變形,需要選擇合適的區(qū)域參考框架。
歐亞參考框架是一個(gè)重要的區(qū)域性研究參考框架。在2000年,S McClusky等人在用GPS研究東地中海和高加索地區(qū)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)時(shí),首次使用了歐亞參考框架。歐亞參考框架是在國際大地參考框架ITRF的基礎(chǔ)上去除了歐亞板塊整體運(yùn)動(dòng)的參考框架,歐亞板塊整體運(yùn)動(dòng)是利用國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)發(fā)布的歐亞板塊內(nèi)穩(wěn)定區(qū)域的IGS站的ITRF速度場,根據(jù)板塊運(yùn)動(dòng)原理建立起來的。用歐亞參考框架作為研究歐洲、亞洲等地區(qū)區(qū)域性地殼形變和板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的區(qū)域參考框架,可以很好地消除歐亞板塊整體性運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的影響,因而,其結(jié)果更能準(zhǔn)確地反映歐洲、亞洲等地區(qū)區(qū)域性地殼運(yùn)動(dòng)、形變特征。因此,為了更好地研究川滇地塊及周邊地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)、形變特征,文中采用歐亞參考框架。
本文共選擇中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)中處于川滇地塊及其鄰區(qū)的151個(gè)GPS監(jiān)測站進(jìn)行研究。其中基準(zhǔn)站2個(gè)(昆明和下關(guān)),基本站8個(gè)(馬爾康、乾寧、馬邊、鹽源、麗江、思茅、理塘、騰沖),區(qū)域站141個(gè)(阿壩、紅原、翁達(dá)等)。這151個(gè)GPS監(jiān)測站在川滇地塊及其鄰區(qū)中的分布情況如圖1。
圖1 川滇地塊及其鄰區(qū)中GPS監(jiān)測站的分布情況Fig.1 Distribution of the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas(①鮮水河斷裂;②安寧河斷裂;③則木河斷裂;④小江斷裂;⑤紅河斷裂;⑥金沙江斷裂;⑦麗江—小金河。)
所選基準(zhǔn)站從1999年開始,都有連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)。基本站每年觀測1次,連續(xù)觀測8天。區(qū)域站在1999~2006年期間共觀測3次,觀測方式為每站至少連續(xù)觀測4天,首期觀測于1999年3~8月完成,2001年3~8月間完成了第2次觀測,2004年3~8月完成第3次觀測。利用中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)1999~2006年的觀測數(shù)據(jù),采用高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件CAMIT/CLOBK對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。最終計(jì)算出上述151個(gè)監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度。水平速度精度在1 mm/a左右。由于篇幅所限,在此沒有詳細(xì)列出上述151個(gè)監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度。由川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)上述151個(gè)監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度可以繪制出川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的速度場。川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)GPS監(jiān)測站在歐亞參考框架下的速度場如圖2。
圖2 川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)GPS監(jiān)測站在歐亞參考框架下的速度場Fig.2 Velocity field sampled by the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas
川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的水平運(yùn)動(dòng)速度大小在3.44~19.74 mm/a之間,平均為11.68 mm/a,測站東向運(yùn)動(dòng)速度大小在-5.33~16.97 mm/a之間,平均為4.71 mm/a,北向運(yùn)動(dòng)速度大小在-16.35~0.27 mm/a之間,平均為-9.41 mm/a,說明川滇地塊及其鄰區(qū)現(xiàn)今活動(dòng)性較大??傮w來說,在鮮水河斷裂帶的東北地區(qū)(屬于甘青地塊),測站運(yùn)動(dòng)速度較大;在川滇地塊內(nèi)部的測站,運(yùn)動(dòng)速度也較大;在川滇地塊的東部地區(qū)(屬于華南地塊),測站運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)有所減小;在川滇地塊的西南部地區(qū)(屬于印之地塊),測站運(yùn)動(dòng)速度也較小。
川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)測站運(yùn)動(dòng)方向變化較大,在鮮水河斷裂帶的東北地區(qū),測站運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闁|向或東南向;在川滇地塊及川滇地塊的東部地區(qū),測站運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闁|南向;在紅河斷裂帶的南部地區(qū),測站運(yùn)動(dòng)方向則表現(xiàn)為南向;在紅河斷裂帶的西部地區(qū),測站運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)槟舷蚣澳衔飨颉S蓤D2及以上分析可以得出,川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點(diǎn)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn),且明顯存在著南北向的擠壓及東西向的延伸,這與陳智良等人[4]及王琪等人[5]的研究結(jié)果基本一致。
總的來說,川滇地塊內(nèi)的測站具有比較相似的運(yùn)動(dòng)特征。但由于川滇地塊構(gòu)造活動(dòng)并非均一,為了準(zhǔn)確地反映川滇地塊的整體運(yùn)動(dòng)特征,在本文計(jì)算中,對(duì)川滇地塊內(nèi)的測站進(jìn)行選擇使用,以減弱川滇地塊內(nèi)部各種斷層對(duì)整個(gè)地塊的運(yùn)動(dòng)的影響。因?yàn)槭茄芯看ǖ岬貕K的整體活動(dòng)性,這里假定川滇地塊為剛性塊體,以川滇地塊內(nèi)所選測站的重心速度代表川滇地塊的整體運(yùn)動(dòng)速度。
選取 H057、H063、H066、H067、H068、H069、H074、H075、H079、H083、H080、H107、H184、H189、 H190、 H192、 H195、 JB40、 H096、 H097、 H103、 H104、 H106、 H113、 H114、H109、H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、 H128、 H129、 H130、 H131、H134、H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、 H151、 H155、 H156、 H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共56個(gè)測站代表川滇地塊。以上述所選測站在歐亞參考框架下的運(yùn)動(dòng)速度為基礎(chǔ),首先用最小二乘法求出川滇地塊的重心東、北方向的速度,再由川滇地塊重心東、北方向的速度,求解川滇地塊的整體運(yùn)動(dòng)速度。最終的計(jì)算結(jié)果顯示,川滇地塊整體運(yùn)動(dòng)速度的大小13.36 mm/a,川滇地塊的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闁|偏南64.9°。
從地質(zhì)動(dòng)力學(xué)分析:印度板塊與歐亞板塊的碰撞、擠壓是川滇地塊巖石層水平形變的主要驅(qū)動(dòng)力[6],青藏高原物質(zhì)的東向擠壓造成了川滇地塊的東移[7],再在甘青地塊向南的擠壓力及相對(duì)穩(wěn)定的華南地塊的阻擋下,川滇地塊總體向東南方向運(yùn)動(dòng)。由上述所選川滇地塊內(nèi)GPS監(jiān)測站計(jì)算得到的川滇地塊整體運(yùn)動(dòng)結(jié)果與地質(zhì)動(dòng)力學(xué)分析的運(yùn)動(dòng)結(jié)果完全相符。
在上述處理川滇地塊的整體運(yùn)動(dòng)時(shí),將川滇地塊看作是一個(gè)內(nèi)部不發(fā)生形變的剛體。然而,實(shí)事并非如此,川滇地塊并不是完整不變的剛體,由于川滇地塊地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性,川滇塊體運(yùn)動(dòng)具有不均勻性,川滇地塊被次級(jí)活動(dòng)斷裂分割成不同的區(qū)域,不同部位局部變形各不相同。因而,為了更好地探討川滇地塊現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)特征,需要對(duì)川滇地塊進(jìn)行進(jìn)一步分區(qū),并對(duì)不同區(qū)域運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析。
麗江—小金河斷裂是云南西北高原上的一條北東向活動(dòng)構(gòu)造帶,它西南始于劍川,向東北經(jīng)麗江、寧蒗西北的寶地、天生橋、鹽源木里后在石棉一帶與安寧河斷裂相交匯。麗江—小金河斷裂總體走向?yàn)楸逼珫|40°,全長約360 km[8]。麗江—小金河斷裂位于川滇菱形塊體中部,將川滇菱形塊體分為川西北和滇中兩個(gè)次級(jí)塊體。
川滇地塊內(nèi)部兩個(gè)次級(jí)塊體整體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算過程與川滇地塊整體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算過程相似。采用H057、H063、 H066、 H067、 H068、 H069、 H074、 H075、 H079、 H083、 H080、 H107、 H184、H189、H190、H192、H195、JB40共18個(gè)測站代表川西北次級(jí)塊體;采用 H096、H097、H103、H104、H106、 H113、 H114、 H109、 H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、H128、H129、 H130、 H131、 H134、 H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、H151、H155、H156、H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共38測站代表滇中次級(jí)塊體。以上述測站在歐亞參考框架下的運(yùn)動(dòng)速度為基礎(chǔ),采用剛性假設(shè)下的最小二乘法求出川滇地塊內(nèi)兩次級(jí)塊體的重心的東、北方向速度,再由川滇地塊內(nèi)兩次級(jí)塊體的重心的東,北方向速度,求解川滇地塊內(nèi)兩次級(jí)塊體的整體運(yùn)動(dòng)速度。計(jì)算結(jié)果如表1。
表1 川滇地塊內(nèi)部次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向Table 1 The moving velocities of subblblocks in the Chuan-Dian block
川滇地塊內(nèi)川西北次級(jí)塊體與滇中次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)速度的大小及方向相差較大。川西北次級(jí)塊體的運(yùn)動(dòng)速度的大小為15.66 mm/a,而滇中次級(jí)塊體的運(yùn)動(dòng)速度的大小為12.57 mm/a,說明川滇地塊內(nèi)部運(yùn)動(dòng)是不均勻的;川西北次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)闁|偏南52.1°,滇中次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闁|偏南72.4°,這與上面分析得出川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點(diǎn)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的結(jié)論相符。
川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的水平運(yùn)動(dòng)速度大小在3.44~19.74 mm/a之間,平均為11.68 mm/a,測站東向運(yùn)動(dòng)速度大小在-5.33~16.97 mm/a之間,平均為4.71 mm/a,北向運(yùn)動(dòng)速度大小在-16.35~0.27 mm/a之間,平均為-9.41 mm/a,說明川滇地塊及其鄰區(qū)現(xiàn)今活動(dòng)性較大。從川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)測站運(yùn)動(dòng)方向的變化可以得出,川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點(diǎn)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn),川滇地塊南北方向上存在明顯的擠壓,東西方向上存在延伸現(xiàn)象。川滇地塊整體運(yùn)動(dòng)速度的大小為13.36 mm/a,運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闁|偏南64.9°,這與地質(zhì)動(dòng)力學(xué)分析的運(yùn)動(dòng)結(jié)果完全相符。麗江—小金河斷裂將川滇菱形塊體分為川西北和滇中兩個(gè)次級(jí)塊體。川西北次級(jí)塊體與滇中次級(jí)塊體運(yùn)動(dòng)速度的大小及方向相差較大說明川滇地塊內(nèi)部運(yùn)動(dòng)是不均勻的。
致謝:本文所采用的數(shù)據(jù)來源于中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)。在此,對(duì)中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的相關(guān)工作人員表示感謝。
[1]國家地震局震害防御司.中國歷史強(qiáng)震目錄 [M].北京:地震出版社,1995.
[2]國家地震局震害防御司.中國近代強(qiáng)震目錄 [M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1999.
[3]唐榮昌,韓渭賓,黃祖智,等.四川活動(dòng)斷裂與地震 [M].北京:地震出版社,1993.
[4]陳智良,張選陽,沈鳳,等.中國西南地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)的GPS監(jiān)測[J].科學(xué)通報(bào),1999,44(8):851-854.Chen Zhiliang,Zhang Xianyang,Shen Feng,et al.Chinese Science Bulletin,1999,44(8):851-854.
[5]王琪,張培震,牛之俊,等.中國大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造變形 [J].中國科學(xué),D輯,2001,31(7):529-536.
[6]李延興,楊國華,李智,等.中國大陸活動(dòng)地塊的運(yùn)動(dòng)與應(yīng)變狀態(tài) [J].中國科學(xué),D輯,2003,33(增刊):65-81.
[7]徐錫偉,聞學(xué)澤,鄭榮章,等.川滇地區(qū)活動(dòng)塊體最新構(gòu)造變動(dòng)樣式及其動(dòng)力來源 [J].中國科學(xué),D輯,2003,33(增刊):151~162.
[8]向宏發(fā),徐錫偉,虢順民,等.麗江—小金河斷裂第四紀(jì)以來的左旋逆推運(yùn)動(dòng)及其構(gòu)造地質(zhì)意義 [J].地震地質(zhì),2002,24(2):188-198.Xiang Hongfa,Xu Xiwei,Guo Shunmin,et al.Sinistral Thrusting Along the Lijiang-Xiaojinhe Fault since Quaternary and its Geologic-Tectonic Significance [J].Seismology and Geology,2002,24(2):188-198.