李 杰，王曉強，王 琪，方 偉，宋和平

（1．中國地質(zhì)大學（武漢）地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430070；2．新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆烏魯木齊 830011；3．中國地震局地震研究所，湖北武漢 430071）

2008年于田7．3級地震前西昆侖地形變的GPS初步研究①

李 杰1，2，王曉強2，王 琪1，3，方 偉2，宋和平2

（1．中國地質(zhì)大學（武漢）地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430070；2．新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆烏魯木齊 830011；3．中國地震局地震研究所，湖北武漢 430071）

利用GPS觀測資料計算并獲取了2008年新疆西昆侖地區(qū)于田7．3級地震發(fā)生前的現(xiàn)今地殼運動速度場，通過速度場分布研究了區(qū)域內(nèi)主要斷層的活動速率。結(jié)果表明：震中以南的龍木錯斷裂呈左旋走滑性質(zhì)的運動特征，走滑速率為1．2～2．5mm／a；震中以北的阿爾金左旋走滑斷裂滑動速率為5mm／a；震中北西面的康西瓦斷裂的左旋走滑平均速率約為3～7mm／a。區(qū)域應變場分布一定程度上受斷裂帶分布的影響。7．3級地震就位于斷裂活動交匯的部位和最大剪應變率高值區(qū)的邊緣。

于田7．3級地震；GPS測量；西昆侖構(gòu)造帶；水平運動；滑動速率；最大剪應變

Abstract：Using the data of GPS measurements，the velocity field of present crustal movement before the Yutian MS7．3earthquake in 2008in the Western Kunlun tectonic zone，Xinjiang region，is calculated，and the active rates of regional maijor faults are estimated by analyzing the velocity field．The result shows that the active feature of Longmucuo fault at south of the earthquake epicenter is left－lateral strick sliping with rate of 1．2～2．5mm／a，the sliping rate of Altyntagh left－lateral fault at north of the epicenter is about 5mm／a，and the sliping rate of Kangxiwa left－lateral fault at northweast of the epicenter is 3～7mm／a．The distribution of regional strain field is affected in some extent by the distribution of faults in the region．Yutian MS7．3earthquake occurred at faults intersection zone and also the maximum shear strain rate zone．

Key words：Yutian MS7．3earthquake；GPS measurement；The west Kunlun tectonics zone；Horizontal movement；Sliping rate；Maximum shear strain rate

0 前言

新生代以來受印度板塊對歐亞板塊持續(xù)向北的碰撞與擠壓楔入的作用，形成從青藏高原到西伯利亞長達數(shù)千公里的廣闊形變帶［1］，不僅造成了喜馬拉雅和中亞內(nèi)部的古生代造山帶的再度復活，還導致青藏高原快速隆升與地殼增厚，在形變帶內(nèi)部發(fā)生了南北向壓縮變形同時也沿著邊界走滑構(gòu)造發(fā)生橫向運動，形成了一系列規(guī)模巨大的活動走滑斷裂。尤其在塔里木盆地南緣形成左旋走滑的阿爾金斷裂帶與左旋走滑的康西瓦斷裂帶，共同影響著這一地區(qū)的地貌格局與環(huán)境演化［2］。

2008年3月21日在新疆和田地區(qū)于田與策勒縣交界處發(fā)生7．3級地震。地震發(fā)生在青藏高原北緣，塔里木盆地的南邊的西昆侖構(gòu)造帶內(nèi)，靠近阿爾金斷裂帶與康西瓦斷裂帶的交匯部位，地質(zhì)構(gòu)造較為復雜。于田地震發(fā)生區(qū)域由北部的康西瓦左旋走滑斷裂、西南部的喀喇昆侖右旋斷裂、東部的阿爾金左旋走滑斷裂、以及東南部的龍木錯－郭扎錯斷裂所圍。通過由哈佛大學給出的矩張量目錄參數(shù)所繪制的震源機制解我們可以看出，于田7．3級地震的發(fā)震斷層為略帶走滑的正斷層機制。

對于該地區(qū)的研究認識基本來自第四紀活動斷層的地質(zhì)學分析及地震矩張量反演工作［3－4］，較少有空間大地測量方面資料的研究。雖然前人在青藏高原，阿爾金地區(qū)有著大量的GPS研究與分析成果［5－6］，但大部分研究都集中在阿爾金斷裂東部地區(qū)，對于西昆侖地區(qū)的研究還處于初步階段。空間大地測量技術的飛速發(fā)展為大區(qū)域構(gòu)造運動和動力學研究及斷裂滑動幅度研究提供了重要支撐［7－10］。本文在對布設在西昆侖構(gòu)造帶上現(xiàn)有的GPS觀測資料重新處理的基礎上，對發(fā)震地區(qū)的構(gòu)造活動進行研究，重點是通過GPS點位速度場來定量研究斷裂帶的滑動幅度與分布，并且探討7．3級地震發(fā)生前該區(qū)域的應變分布狀況。

1 GPS觀測資料

西昆侖地區(qū)的GPS觀測資料主要來源于重大科學工程“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡”項目，同時還有部分國家測繪局在南天山地區(qū)的觀測以及新疆地震局承擔的部分南天山地區(qū)的GPS觀測的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)起始時間自1998開始，截止到2007年下半年。每點觀測平均期數(shù)3期。在研究區(qū)我們共收集到36個GPS觀測點的數(shù)據(jù)。觀測儀器為Trimble4000SST／SSE、Ashtech Z12型儀器，數(shù)據(jù)采樣率30s，高度截止角15°，以單日為一個觀測計算時段。數(shù)據(jù)處理采用MIT的GAMIT／GLOBK10．40版本軟件進行計算，數(shù)據(jù)處理方法參見文獻［11］。對流層映射函數(shù)采用GMF模型，天線模型采用最新的絕對天線相位中心進行改正。計算得到的水平位移場的平均精度除其中幾個土層觀測點的南北向誤差大于3mm／a，東西向大于3mm／a以外，其余各點結(jié)果均優(yōu)于1mm／a。以現(xiàn)有觀測精度來講，GPS速度場結(jié)果可以準確反映研究區(qū)的構(gòu)造運動基本特征（圖1）。

圖1 西昆侖地區(qū)GPS運動速度場和主要斷裂、GPS觀測點分布（參考歐亞板塊）Fig．1 Distribution of GPS velocity filed，main fault and GPS observation stations in the West Kunlun area（reference to Euroasia plate）．

2 構(gòu)造活動速度場分析

由于地處無人區(qū)，因此在圖1可以看到在震中附近200km范圍內(nèi)無GPS監(jiān)測點存在。但根據(jù)前人大量的工作我們依舊可以對該地區(qū)構(gòu)造活動進行構(gòu)造運動學分析。以（E80．6°，N32．0°）－（E80．6°，N38．8°）為中軸線，東西兩側(cè)各取1度的寬度，繪制南北方向的速度剖面（圖2）?？梢钥吹秸麄€西昆侖內(nèi)部南北方向上基本無擠壓變形產(chǎn)生。青藏高原西部的獅泉河（SQHE），J044點以18mm／a的速度向北運動，穿過距離400km的甜水海地體（THAI），該地區(qū)的地殼縮短只有近2～3mm，繼續(xù)向北穿過西昆侖山前地帶，到達和田地區(qū)的運動速率基本沒有變化，為15～16mm／a，反映出該地區(qū)為整體變形地帶，構(gòu)造活動以近東西向的滑移為主，基本無逆沖活動。根據(jù)速度剖面顯示，昆侖山山前地帶的GPS運動速率甚至比其南部地區(qū)的GPS點位運動速率要高出1～2mm，表現(xiàn)出微弱的拉張趨勢。東西向運動由南向北速率值變化不大，但方向上則由東向西逐漸變化，反映出在幾條左旋走滑斷裂的影響下該地區(qū)的變形特征。

圖2 東經(jīng)80．6°方向投影橫跨西昆侖的GPS速度剖面（從北緯32°到北緯38．8°）Fig．2 The GPS velocity profile along E80．6°from N32°to N38．8°across the West Kunlun zone．

針對震中附近三條典型的構(gòu)造帶：龍木錯左旋走滑斷裂（剖面（a））、阿爾金左旋走滑斷裂（剖面（b））、康西瓦左旋走滑斷裂（剖面（c）），通過繪制GPS速度與斷層剖面圖（圖3），對這些斷裂的運動情況進行分析。每個區(qū)域內(nèi)的GPS測站位移通過旋轉(zhuǎn)，投影，分解為垂直與平行斷層走向的2個分量，直觀反映出沿斷層跡線上下兩盤走滑和逆沖活動引起的變形特征。為便于分析，將剖面圖的運動速率都加入了常數(shù)整合成一張圖，其中A剖面加入80mm，B剖面加入50mm，C剖面加入30mm。

（1）根據(jù)GPS運動速度場結(jié)果顯示，整個研究區(qū)GPS點位運動相對歐亞塊體均呈南北向運動，但根據(jù)所在的塊體不同，運動的方向在方位上有所區(qū)別。剖面A顯示出震中以南位于龍木錯斷裂（N34°）南部的GPS點位（J049）運動，平行于斷層的東西向運動速率約為＋5．5mm／a（加號表示東方向），垂直于斷層的運動速率在15．4mm／a，斷裂以北GPS點（G198、THAI（甜水海））等點的東西向運動速率約為4．0～4．2mm／a，垂直于斷層的運動速率15～16mm／a。文獻［5］指出在同一參考框架之下，斷裂帶的活動情況就是斷層兩側(cè)GPS點位運動變化。因此計算得到龍木錯－邦達錯斷裂呈左旋走滑兼有正斷拉張性質(zhì)的運動特征，走滑速率在80°E附近的數(shù)值為1．5±0．5mm／a左右，拉張速率在0．5～1．2mm／a。

圖3 沿斷層投影后的GPS速度剖面）Fig．3 GPS velocity profiles projecting along the fault．

（2）位于震中東部的作為青藏高原與塔里木盆地的邊界帶的NE走向的阿爾金斷裂經(jīng)歷了巨大的左旋走滑運動［12－13］。對中國大陸新構(gòu)造運動、第四紀地質(zhì)、地震活動、氣候演變等具有重要影響［14］。對于阿爾金斷裂的活動特征的研究，除地質(zhì)學和地震學方法外，大地測量學的應用研究對滑移速率的確定也起到了重要的作用。最近10年在阿爾金地區(qū)已經(jīng)進行了一些GPS觀測：Bendick［15］根據(jù)穿越阿爾金斷裂（90°E）的GPS測線估算其左旋走滑速率小于10mm／a；尹光華等［16］在阿爾金斷裂中部烏尊硝段測得的最大滑移速率為（9±5）mm／a。Shen等［13］等根據(jù)1993－1997年在阿爾金斷裂鄰近地區(qū)的GPS觀測以及1998中美合作的聯(lián)合考察結(jié)果，給出了斷裂周邊地區(qū)25個測點的GPS速度，根據(jù)速度場得出了其滑動速率9±2mm／a。Wallace等［17］針對這些GPS觀測主要集中阿爾金斷裂的中東部地區(qū)，因此于2002年在Bendick等測線以西300km處布設了一條長約60km的GPS測線，他們的觀測數(shù)據(jù)驗證了Bendick的結(jié)果，重新修正的結(jié)果為9±4mm／a。這一結(jié)果與Yin等［18］估算的阿爾金斷裂新生代（49個百萬年）平均滑動速率9 ±2mm／a幾乎一致。剖面B截取的是阿爾金走滑斷裂靠近新疆的一部分。我們根據(jù)獲得的GPS站點速度矢量在85°E附近，斷裂以北的塔里木地塊上的站點平行于斷層的東西向分量為＋1．4～4．5 mm／a之間變換（G348、QUIS），斷裂以南的站點GRUB、SBWM、ATUB各點平行于斷層速度矢量的東西向分量為＋5．0～8．7mm／a，斷裂兩盤的運動狀態(tài)呈現(xiàn)出明顯的左旋走滑，東西向速度差達5．0 ±1mm／a，這一數(shù)值代表了現(xiàn)今阿爾金斷裂的左旋走滑速率，與Bendick等［15］和Wallace等［17］的實測結(jié)果差異不大（9±4mm／a），與國內(nèi)地質(zhì)學家獲得的全新世活動速率4～5mm／a基本接近（國家地震局阿爾金活動斷裂課題組，1993），支持了國內(nèi)學者對于阿爾金斷裂處于低速滑動的論點。而與Peltzer等給出的20～30mm／a的結(jié)果相去甚遠。Peltzer的結(jié)果在地質(zhì)學上仍然有爭論，因為他是以末次冰期作為地貌面錯動的年代而進行位移估算，因此給出的結(jié)論偏大，更多研究傾向于低速滑動觀點，因此更需要空間大地測量技術對其滑動幅度進行論證。由于GPS觀測量為現(xiàn)今地表形變變化，盡管通過只有近10年觀測歷史的GPS測量結(jié)果去反推具有40個百萬年的構(gòu)造活動歷史的青藏高原與阿爾金斷裂的運動特征，其對應的時間及空間尺度差異很大，但所得結(jié)果與大多數(shù)地質(zhì)學結(jié)論支持的低速滑動基本吻合，進一步說明晚第四紀以來，阿爾金走滑斷層的滑移速率基本上也就是4～10mm／a左右的幅度。從目前利用GPS觀測資料推斷出的斷層滑動速率與地質(zhì)學方法得到的滑動速率比較來看，基本上可以對應。如GPS測定的鮮水河斷裂，其左旋走滑運動速率為10±2mm／a，與活動斷裂研究得出的結(jié)論基本一致［5］。

（3）震中以北的康西瓦斷裂附近GPS點位稀少，根據(jù)Shen等［16］的研究，康西瓦斷裂的走滑速率為7±3mm／a，而根據(jù)付碧宏［20］的研究，康西瓦斷裂晚第四紀以來的平均左旋走滑速率為8～12 mm／a，接近于阿爾金斷裂系中段、東段的長期平均左旋走滑速率。通過我們的GPS運動速度剖面判斷，平行于斷層以北的GPS站點東西運動分量為－11．5～－7．1mm／a（MAZA、AKME），平行于斷層以南的GPS站點東西向分量為－4．8～－4．2mm／a（G0BK、G0BL），斷層兩盤呈現(xiàn)出明顯的左旋走滑運動狀態(tài)，斷層滑動分量為3～7mm／a。和前人研究的結(jié)果相比我們的結(jié)果偏小一些，但總量差距不大。分析原因可能是由于該地區(qū)的GPS點位分布稀少，只能代表康西瓦斷裂西段部分地區(qū)現(xiàn)今滑動速率。震中以西的喀喇昆侖斷裂位于青藏高原西南邊緣，長約1 200km，從新疆的布倫口、塔什庫爾干、紅其拉甫斜向東南插入西藏，根據(jù)李海兵等［3］的研究，斷裂的累積位移量至少為280km，第四紀以來最小累積位移量120km以上，其長期平均滑移速率約為11mm／a，表明興都庫什塊體相對于青藏西北緣向NW方向運動。

3 研究區(qū)應變場特征分析

由地形變觀測資料求解地殼應變場的方法是建立鄰近點間相對形變量與地殼應變張量的線性關系

式中U是鄰近點相對形變量（位移增量）向量；T是應變張量；A為轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣。

從無限小應變理論出發(fā)可將位移分成三部分：剛性平移、應變和旋轉(zhuǎn)，用于模擬特定區(qū)域內(nèi)的應變積累和旋轉(zhuǎn)速率。在一個二維平面坐標下，上式（GPS測站位移速率）可以展開為近似公式［21］：

這里（ux，uy）是任意點上速率；（Δx，Δy）該測站相對于區(qū)域中心的坐標差；（εx，εxy，εy）是應變率分量；ω是旋轉(zhuǎn)率分量（順時針為正或稱旋轉(zhuǎn)參數(shù)）；（ux0，uy0）是區(qū)域中心的運動速率，代表了形變體參考點的位移分量。在實際解算中，如果只考慮兩監(jiān)測點的位移增量，則上式可簡化為

式中dux、duy為變形體內(nèi)兩測點間的位移增量；Δxij和Δyij分別為兩測點間的坐標增量；εx，εy，εxy為應變狀態(tài)分量；ω為變形體的轉(zhuǎn)動量。在具體計算中，可以利用測點運動速率的方差－協(xié)方差以及測點離開所求區(qū)域的中心點距離進行定權。在上述應變參數(shù)被確定后，就可以求出研究區(qū)域的最大主應變、最大剪應變等值（圖4，5）。

計算結(jié)果表明，西昆侖地區(qū)在阿爾金斷裂附近以呈南北向的擠壓應變?yōu)橹鳎▓D4），小部分地區(qū)（E82°、N36．7°）南北向拉張，反應了在該地區(qū)的強烈錯動的運動趨勢。在郭扎錯斷裂附近，應變方向呈現(xiàn)近NW向拉張?zhí)卣?，結(jié)合Harvard大學給出的地震震源機制解的結(jié)果，主壓應力軸方位南偏西9°，主張應力軸走向北偏西70°，這與我們在震前測得的該地區(qū)主壓應變方向基本一致［22］?？梢哉J為在于田7．3地震孕震期間，該地區(qū)一直受到近南北向的擠壓應力作用導致郭扎錯斷裂發(fā)生了略帶走滑的拉張破裂。而根據(jù)萬永革等［23］研究表明于田7．3級地震震中東部的阿爾金左旋走滑斷裂與NNW向的右旋走滑喀喇昆侖斷裂的2個運動方向的合成使得發(fā)震地區(qū)的構(gòu)造呈現(xiàn)為左旋張扭的運動模式，使發(fā)震區(qū)域呈現(xiàn)出東西向拉張的應力狀態(tài)。在隨著印度板塊向北推擠青藏高原的同時，西部帕米爾地區(qū)以43mm／a的速度向歐亞大陸持續(xù)運動，因此在帕米爾南部的紅其拉甫附近主壓應變值為最大。另外在研究區(qū)的東部地區(qū)（85°E）昆侖—巴顏喀拉塊體與塔里木塊體交匯處，也存在著較大的主壓應變。阿爾金斷裂與康西瓦斷裂以北的塔里木塊體內(nèi)部主壓應變方向與量值都為最小且基本均勻，進一步支持說明作為內(nèi)部為剛性特征的塔里木盆地在受到印度板塊頂角向北推擠歐亞板塊的過程中分解了推擠過程中青藏高原向北的擴展變形，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造演化布局。從圖中可以看出，斷裂帶的分布在一定程度上影響著應變場的空間分布。相對完整的塊體內(nèi)部應變場較為均勻量值很小，而南北受力的區(qū)域如西昆侖—帕米爾弧形構(gòu)造帶上則集中體現(xiàn)了應變受力劇烈的特征。

圖4 西昆侖地區(qū)最大主壓應變率分布圖Fig．4 Distribution of maximum horizontal principal strain rate in West Kunlun region．

圖5 西昆侖地區(qū)最大剪應變率分布圖Fig．5 Distribution of maximum shear strain rate in West Kunlun region．

西昆侖地區(qū)最大剪應變率值集中分布在（83°E， 37°N）附近的阿爾金斷裂與康西瓦斷裂的交匯處（圖5），其值約為16×10－8／a。量值以近NE40°的方位向兩側(cè)呈階梯狀下降，并在郭扎錯斷裂附近和于田地區(qū)的普魯附近有一個突起，反映了該地區(qū)構(gòu)造活動相對復雜，剪應變率變化起伏較大的特征。塔里木塊體內(nèi)部運動平穩(wěn)，量值均勻，體現(xiàn)出剛性特征。另外在帕米爾－西昆侖北緣地區(qū)也存在一個最大剪應變高值區(qū)。江在森等［24］指出與主斷裂的構(gòu)造活動背景相一致的剪應變率高值區(qū)或邊緣區(qū)容易引發(fā)大地震。例如昆侖山口西8．1級地震發(fā)生在最顯著的東西向左旋剪切應變率高值區(qū)。2003年巴楚—伽師6．8級地震的發(fā)生就反映出能量迅速積累需要破裂釋放的現(xiàn)象，這進一步說明了剪應變高度集中的地區(qū)與強震確實存在密切的關系。因此利用GPS復測資料進行的區(qū)域水平運動應變場分布的分析看出在2008年3月21日發(fā)生的于田7．3級地震恰好發(fā)生在構(gòu)造活動集中、并且為剪應變率的邊緣區(qū)。這為地震的發(fā)生地點的預測起到了一定的作用。

4 結(jié)論

通過對位于西昆侖及帕米爾地區(qū)的GPS點位速度場的分析，研究了該地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造活動的運動狀況及滑動速率。研究結(jié)果表明：于田7．3級地震震前附近各條斷裂活動對于地震的孕育存在影響。從最新的地質(zhì)學研究上得知，龍木錯－郭扎錯斷裂與阿爾金斷裂同屬同一斷裂系統(tǒng)，是阿爾金斷裂向西南延伸的部位［25］。GPS測定的龍木錯－郭扎錯滑動速率在阿爾金與康西瓦斷裂相交的地方，由7～8mm／a遞減至1～2mm／a，大量的能量在此處積累，被上地殼所吸收，造成了潛在地震的危險。GPS在該地區(qū)的拉張應變方向與斷層走向垂直，接近NW方向，隨著能量的積累，該地區(qū)應力也在不斷增大，因此容易在走滑斷裂的兩側(cè)發(fā)生破裂，產(chǎn)生正斷拉張型的地震。震中以南的龍木錯斷裂滑動速率為1．2～2．5mm／a，斷層呈左旋走滑；震中以北的阿爾金以5mm／a的走滑速率呈左旋運動；震中NW向的康西瓦斷裂的左旋走滑平均速率約為3～7mm／a；震中西側(cè)的喀喇昆侖斷裂的長期滑移速率約為11mm／a。斷裂帶的構(gòu)造活動一定程度上影響著區(qū)域應變場分布，7．3級地震就發(fā)生在構(gòu)造活動集中的最大剪應變率高值區(qū)的邊緣。

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Crustal Deformation in Western Kunlun Tectonic Zone from GPS Measurements before the Yutian MS7．3Earthquake in 2008

LI Jie1，2，WANG Xiao－qiang2，WANG Qi1，3，F(xiàn)ANG We2，SONG He－ping2

（1．Institute of Geophysics ＆Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；2．Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，China；3．Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，China）

P227；P315．725

A

1000－0844（2012）03－0256－08

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0256

2011－02－14

地震科技星火計劃（XH1030）；地震聯(lián)合基金（A08056）；新疆維吾爾自治區(qū)科學研究和技術開發(fā)（含攻關）項目（200741121）；地震行業(yè)科研專項（201008004）

李 杰（1975－），男（回族），新疆烏魯木齊人，高級工程師，主要從事GPS在地震與測繪中的應用研究．