郝 明 秦姍蘭 李煜航 王文萍 周 琳

(中國地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安 710054)

青藏高原東北緣近期地殼水平運(yùn)動(dòng)研究*

郝 明 秦姍蘭 李煜航 王文萍 周 琳

(中國地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安 710054)

對(duì)2011～2013年7月的3期流動(dòng)GPS最新觀測(cè)資料進(jìn)行處理，獲取青藏高原東北緣地區(qū)近期地殼水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)圖像。水平運(yùn)動(dòng)速率、跨主要活動(dòng)斷裂GPS運(yùn)動(dòng)剖面以及應(yīng)變率場(chǎng)結(jié)果表明:1)祁連山北緣斷裂東段-榆木山斷裂、六盤山斷裂地殼縮短較為明顯，但在斷裂兩側(cè)鄰近區(qū)域差異性運(yùn)動(dòng)并不明顯，說明這兩條斷裂處于應(yīng)變積累階段，閉鎖程度高;2)岷縣-宕昌斷裂處于剪切應(yīng)變積累的強(qiáng)閉鎖階段，2013-07-22在該斷裂帶上發(fā)生了Ms6.6地震;3)受2008年汶川地震震后影響的龍門山震區(qū)已基本調(diào)整恢復(fù)到震前的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)，龍門山斷裂帶擠壓縮短率為1～3 mm/a。

青藏高原東北緣;地殼運(yùn)動(dòng);水平速度場(chǎng);岷縣地震;地殼縮短

作為青藏高原北東向擴(kuò)展的前緣地帶，青藏高原東北緣地區(qū)正經(jīng)歷著地殼縮短和走滑剪切變形。研究本區(qū)的運(yùn)動(dòng)與變形對(duì)研究整個(gè)青藏高原的運(yùn)動(dòng)與變形以及強(qiáng)震預(yù)測(cè)具有重要科學(xué)意義。對(duì)該區(qū)域的地殼水平運(yùn)動(dòng)也已取得了許多重要進(jìn)展［1－3］。本文利用最新GPS觀測(cè)資料，探討和分析了青藏高原東北緣地區(qū)近期地殼水平運(yùn)動(dòng)特征和應(yīng)變率場(chǎng)分布情況。

1 資料和處理方法

資料主要來源于2011年和2013年“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目(簡稱“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”)在青藏高原東北緣觀測(cè)的GPS數(shù)據(jù)以及地震行業(yè)專項(xiàng)“中國綜合地球物理場(chǎng)觀測(cè)鄂爾多斯地塊及周緣地區(qū)”于2012年在鄂爾多斯地塊西緣及龍門山地區(qū)觀測(cè)的GPS數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理采用 GAMIT/GLOBK軟件［4］，按以下3 步完成:

1)首先利用GAMIT獲得GPS測(cè)站坐標(biāo)、衛(wèi)星軌道及臺(tái)站對(duì)流層天頂延遲等參數(shù)及其方差-協(xié)方差矩陣的單日松弛解。解算時(shí)采用SOPAC數(shù)據(jù)中心提供的精密星歷文件，并將中國大陸及周邊的IGS測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)加入?yún)^(qū)域網(wǎng)站的分析處理。為保證最終結(jié)果的自洽性，同時(shí)獲取了全球100多個(gè)IGS測(cè)站的單日松弛解。

2)利用GLOBK軟件(卡爾曼濾波)進(jìn)行多時(shí)段綜合解算，以獲得網(wǎng)平差結(jié)果。在進(jìn)行GLOBK綜合解算時(shí)，把區(qū)域站單日松弛解和全球IGS站單日松弛解捆綁在一起，并選取全球均勻分布的90多個(gè)穩(wěn)定站(GAMIT/GLOBK軟件提供)為基準(zhǔn)點(diǎn)，將區(qū)域站速度場(chǎng)固定到ITRF2008框架下。

3)利用 Altamimi等［5］提供的 ITRF2008 框架下歐亞板塊歐拉極，獲取青藏高原東北緣及鄰區(qū)相對(duì)穩(wěn)定歐亞板塊的水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)圖像(圖1，橢圓代表2倍中誤差;紅色矩形框?yàn)閳D2中剖面位置;灰色線條表示主要活動(dòng)斷裂)。

2 水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)與應(yīng)變率場(chǎng)

2.1 水平運(yùn)動(dòng)特征

青藏高原東北緣2011～2013期間地殼水平運(yùn)動(dòng)與1998～2009長期運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總體一致［6］。印度板塊向歐亞板塊俯沖，造成青藏高原北東向擴(kuò)展，由于受到阿拉善、鄂爾多斯、華南等穩(wěn)定地塊的阻擋，被高原東緣的地殼縮短和走滑剪切所調(diào)整吸收［7］。圖1清晰地反映出東北緣地區(qū)GPS速度場(chǎng)由北向南的變化特征，即由祁連山地區(qū)的北東方向，變?yōu)闁|昆侖與海原-六盤山斷裂之間的北東東方向，再到龍門山地區(qū)的東方向或南東東方向。在祁連山地區(qū)，GPS運(yùn)動(dòng)速率由柴達(dá)木盆地的11 mm/a減小到阿拉善地塊的2～3 mm/a，地殼水平擠壓比較明顯。

圖1 青藏高原東北緣GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)Fig.1 Horizontal velocity field for the northeastern Tibetan plateau with respect to Eurasia block

為估計(jì)某斷層的活動(dòng)情況，可以選取斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)的GPS測(cè)站，投影得到平行于垂直斷層走向的速度分量隨斷層距離的分布。假定塊體為剛性，分別求得兩塊體速度分量的統(tǒng)計(jì)平均值，它們的差分別是沿?cái)鄬拥幕瑒?dòng)速率和跨斷層的拉張或擠壓速率［8］。由橫跨祁連山北緣斷裂西段的GPS運(yùn)動(dòng)速率剖面(圖2(a))可得出，該斷裂存在5～6 mm/a的擠壓縮短，同時(shí)兼具約4 mm/a的左旋走滑速率。跨祁連山北緣斷裂東段-榆木山斷裂的GPS速率剖面(圖2(b))表明，在該段斷裂南北兩側(cè)300 km范圍內(nèi)，有明顯的水平擠壓和左旋走滑剪切運(yùn)動(dòng)，但在斷裂兩側(cè)各50 km范圍內(nèi)的鄰近區(qū)域差異性運(yùn)動(dòng)并不明顯，反映出祁連山北緣斷裂東段正經(jīng)歷著應(yīng)變積累的強(qiáng)閉鎖階段。由圖2(b)還可以獲取榆木山斷裂分別具有約8和4 mm/a的水平縮短和左旋走滑速率。因此祁連山北緣斷裂具有明顯的地殼縮短和左旋剪切變形［2，9］。

將圖1與長期運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)［6］作對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，莊浪河斷裂東西兩側(cè)的差異性運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，海原斷裂帶左旋走滑狀態(tài)持續(xù)。

圖2 跨青藏高原東北緣及鄰區(qū)主要斷裂帶的GPS運(yùn)動(dòng)剖面Fig.2 GPS profiles across major active faults in northeastern Tibetan plateau

由橫跨六盤山斷裂的GPS水平運(yùn)動(dòng)剖面(圖2(c))可以看出，六盤山的地殼縮短速率為5～6 mm/a。地殼縮短并不存在于六盤山斷裂附近，而是在其以西寬達(dá)300 km的范圍內(nèi)［2］。與垂直于榆木山斷裂的GPS速率剖面相似，六盤山兩側(cè)的鄰近區(qū)域內(nèi)垂直斷層的運(yùn)動(dòng)速率基本沒有差異，由此認(rèn)為六盤山斷裂現(xiàn)處于強(qiáng)閉鎖狀態(tài)。

從橫跨銀川盆地的垂直和平行斷層的速度剖面中(圖2(d))可以看出，銀川盆地現(xiàn)處于東西向拉張狀態(tài)［10］，同時(shí)兼具微弱的右旋走滑。

根據(jù)橫跨迭部-白龍江斷裂、岷縣-宕昌斷裂和西秦嶺斷裂三大斷裂系的平行斷層GPS速度場(chǎng)剖面(圖2(e))可以發(fā)現(xiàn)，迭部-白龍江斷裂以南相對(duì)西秦嶺斷裂以北存在約6 mm/a的右旋走滑運(yùn)動(dòng)，而夾在這兩條斷裂之間的岷縣-宕昌斷裂則位于形變梯度帶內(nèi)，處于應(yīng)變積累的強(qiáng)閉鎖階段。2013-07-22甘肅岷縣6.6級(jí)地震的發(fā)生應(yīng)該與岷縣-宕昌斷裂強(qiáng)閉鎖狀態(tài)有關(guān)。

跨龍門山斷裂的GPS運(yùn)動(dòng)剖面(圖2(f))揭示出龍門山斷裂帶存在1～3 mm/a的水平擠壓，與2008年 Ms8.0級(jí)汶川地震前的地殼縮短率一致［11］。龍門山西側(cè)200 km處的龍日壩斷裂具有約7 mm/a的右旋走滑和1 mm/a水平縮短，與全新世期間長期平均滑動(dòng)速率相當(dāng)［12］。以上分析表明，受汶川地震影響的龍門山地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)已基本調(diào)整恢復(fù)到地震前的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。

2.2 應(yīng)變率場(chǎng)分析

GPS速度場(chǎng)可給出直觀的板塊或地塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)變率場(chǎng)能夠表達(dá)變形的性質(zhì)與強(qiáng)度。速度場(chǎng)與選取的參考框架有關(guān)，應(yīng)變率場(chǎng)則與基準(zhǔn)無關(guān)，因此可能是一種更好的解決方法。很多學(xué)者提出了由GPS速度場(chǎng)計(jì)算應(yīng)變率場(chǎng)的方法［13－14］。本文采用Shen等［13］提出的臺(tái)站至計(jì)算點(diǎn)距離加權(quán)的方法計(jì)算應(yīng)變率場(chǎng)圖像(圖3、4)。

由圖3可見，最大壓應(yīng)變率位于鮮水河斷裂附近，中心處達(dá)到5×10－8/a，這個(gè)地區(qū)的剪應(yīng)變率也最大，為4×10－8/a。僅次于鮮水河斷裂帶的高構(gòu)造壓應(yīng)變率區(qū)為祁連山斷裂帶，約3×10－8/a。該區(qū)域水平擴(kuò)容率為負(fù)，代表擠壓縮短比較明顯，中心處達(dá)到2.5×10－8/a。海原斷裂表現(xiàn)出明顯的剪切變形特征，西段跨斷層最大剪應(yīng)變率大于東段，并且以壓應(yīng)變率為主，其方向由北東向變?yōu)楸睎|東向。

圖3 主應(yīng)變率和面膨脹率分布(單位:10－9/a)Fig.3 Principle strain rates and dilation rate

3 結(jié)論

利用2011～2013年期間的3期流動(dòng)GPS觀測(cè)資料，對(duì)青藏高原東北緣地區(qū)的最新運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行分析。近期青藏高原東北緣水平運(yùn)動(dòng)速率與1998～2009年的長期運(yùn)動(dòng)總體一致。祁連山北緣斷裂具有水平擠壓和左旋剪切變形，水平擠壓速率大于走滑速率。該斷裂東段的地殼縮短速率明顯高于西段，GPS運(yùn)動(dòng)剖面圖揭示出東段現(xiàn)處于應(yīng)變積累的強(qiáng)閉鎖階段。六盤山地區(qū)的擠壓縮短存在其以西300 km的范圍內(nèi)，而兩側(cè)鄰近區(qū)域基本沒有差異性運(yùn)動(dòng)，說明六盤山斷裂閉鎖程度高。橫跨迭部-白龍江斷裂和西秦嶺斷裂的GPS運(yùn)動(dòng)剖面表明，位于這兩條斷裂之間的岷縣-宕昌斷裂處于剪切變形的形變速率梯度帶內(nèi)，2013年甘肅岷縣地震應(yīng)該與震前岷縣-宕昌斷裂強(qiáng)閉鎖狀態(tài)有關(guān)。龍門山斷裂帶及周圍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)速率已基本調(diào)整恢復(fù)到2008年汶川地震前的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)。

圖4 最大剪應(yīng)變率分布(單位:10－9/a)Fig.4 Maximum shear strain rate

1 江在森，等.青藏塊體東北緣近期水平運(yùn)動(dòng)與變形［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2001，41(5):636 –644.(Jiang Zaisen，et al.Recent horizontal movement and deformation in the Northeast margin of Qinghai-Tibet block［J］Chinese J Geophys，2001，41(5):636－644)

2 Zhang P Z，et al.Continuous deformation of the Tibetan plateau from global positioning system data［J］.Geology，2004，32(9):809－812.

3 崔篤信，等.青藏高原東北緣巖石圈變形及其機(jī)理［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2009，52(6):1 490 －1 499.(Cui Duxin，et al.Lithosphere deformation and deformation mechanism in northeastern margin of Qinghai-Tibet plateau ［J］.Chinese J Geophys，2009，52(6):1 490 －1 499)

4 Herring T A，King R W，McClusky S C.GAMIT reference manual，Release 10.35 ［M］.Massachusetts Institute of Technology，2009.

5 Altamimi Z Collilieux X Métivier L.ITRF2008:an improved solution of the international terrestrial reference frame［J］.J Geod，2011，85:457 －473.

6 李強(qiáng)，等.中國大陸構(gòu)造變形高精度大密度GPS監(jiān)測(cè)現(xiàn)今速度場(chǎng)［J］.中國科學(xué):地球科學(xué)，2012，42(5):629 –632.(Li Qiang，et al.A precise velocity field of tectonic deformation in China as inferred from intensive GPS observations［J］.Science China Earth Sciences，2012，42(5):629－632)

7 Tapponnier P，et al.Oblique stepwise rise and growth of the Tibet plateau［J］.Science，2001，294:1 671 －1 677.

8 呂江寧，沈正康，王敏.川滇地區(qū)現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)和活動(dòng)塊體模型研究［J］.地震地質(zhì)，2003，25(4):543－554.(Lü Jiangning，Shen Zhengkang，Wang Min.Contemporary crustal deformation and active tectonic block model of the Sichuan-Yunnan region in China［J］.Seismology and Geology，2003，25(4):543 －554)

9 Lease R，et al.Cenozoic shortening budget for the northeastern edge of the Tibetan Plateau:Is lower crustal flow necessary?［J］Tectonics，2012，31，TC3011.

10 柴熾章，等.銀川市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.(Chai Zhizhang，et al.Active faults exploration and seismic hazard assessment of Yinchuan city［M］.Beijing:Science Press，2011)

11 張培震，等.2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)震斷裂的滑動(dòng)速率、復(fù)發(fā)周期和構(gòu)造成因［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51(4):1 066 － 1 073.(Zhang Peizhen，et al.Slip rates and recurrence intervals of the Longmenshan active fault zone，and tectonic implications for the mechanism of the May 12 Wenchuan earthquake，2008，Sichuan，China［J］.Chinese J Geophys，2008，51(4):1 066 －1 073)

12 徐錫偉，等.巴顏喀拉地塊東部龍日壩斷裂帶的發(fā)現(xiàn)及其大地構(gòu)造意義［J］.中國科學(xué)(D輯):地球科學(xué)，2008，38(5):529 －542.(Xu Xiwei，et al.Discovery of the Longriba fault zone in eastern Bayan Har block，China and its tectonic implication ［J］.Science China Earth Sciences，2008，51(9):1 209 －1 223)

13 Shen Z K，Jackson D D，Ge B X.Crustal deformation across and beyond the Los Angeles basin from geodetic measurements［J］.J Geophys Res，1996，101:27 957 －27 980.

14 江在森，劉經(jīng)南.應(yīng)用最小二乘配置建立地殼運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)的方法［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2010，53(5):1 109 －1 117.(Jiang Zaisen，Liu Jingnan.The method in establishing strain field velocity of crustal movement using least squares collocation ［J］.Chinese J Geophys，2010，53(5):1 109－1 117)

致謝 感謝“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目提供的部分GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)!

RECENT HORIZONTANL VELOCITY FIELD OF NORTHEASTERN TIBETAN PLATEAU

Hao Ming，Qin Shanlan，Li Yuhang，Wang Wenping and Zhou Lin
(Second Crustal Monitoring and Application Centre，Xi’an 710054)

The horizontal velocity field of the northeastern Qinghai-Tibet plateau is acquired by using the GPS data observed between 2011 and 2013.The current crustal movement in the northeastern margin of the Tibetan plateau is consistent with the long term motion.The north Qilianshan fault is experiencing the deformation of contraction and left-lateral shear，and the shortening rate is larger than the strike slip rate.The horizontal shortening rate of west part of north Qilianshan fault is larger than that of the east part.The GPS velocity profile across the west part of north Qilianshan fault shows that the strain is accumulating while the underneath of this fault is locking.The profile perpendicular to the Liupanshan fault demonstrates that the shortening is distributed at the west of Liupanshan with a range of 300 km.There is no differential movement in the vicinity of both sides of Liupanshan.Therefore，Liupanshan fault is locked deeply.The profile parallel to Diebu-Bailongjiang fault and west Qinling shows that there is a strike-slip deformation gradient between them.Linxia-Tanchang fault is located at this gradient and the shear strain is accumulating.The 2013 Minxian Ms 6.6 earthquake might be associated with this elastic strain accumulation due to locking.The tectonic motion of Longmenshan fault and surrounding area has been basically restored to horizontal movement before the 2008 Wenchuan earthquake.

northeastern Qinghai-Tibetan plateau;crustal movement;horizontal velocity field;Minxian earthquake;crustal convergence

P227

A

1671-5942(2014)03-0099-05

2013-10-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41174083);地震行業(yè)科研專項(xiàng)(201208009);陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012SF2-17)。

郝明，男，1982年生，博士，研究方向:GPS數(shù)據(jù)處理及其在地形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。E－mail:ha_mg@163.com。