郭寶震 塔 拉 周海濤 蘇廣利

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基于精密水準的鄂爾多斯西北緣現(xiàn)今垂直運動分析1

郭寶震 塔 拉 周海濤 蘇廣利

（中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180）

鄂爾多斯塊體受青藏塊體和華北塊體的擠壓，在其周緣形成一系列褶皺和壓性斷層，構(gòu)造較為復(fù)雜。本文利用1980、1990和2014這3期精密水準資料計算了鄂爾多斯塊體西北緣的垂直運動速率，分析結(jié)果表明：①位于陰山斷塊隆起與鄂爾多斯斷塊隆起之間的河套盆地相對下沉，其中臨河盆地最為明顯，下沉速率為2—4mm/a，位于鄂爾多斯塊體西緣的吉蘭泰-銀川斷陷帶沉降速率有所減緩，目前沉降速率約為2mm/a；②整個測區(qū)表現(xiàn)為明顯的山區(qū)上升、盆地下沉的繼承性運動；③穿過烏拉山北緣斷裂和磴口-本井?dāng)嗔训?條水準剖面顯示斷裂兩側(cè)的垂直運動速率差異小于0.5mm/a。

精密水準 鄂爾多斯 斷裂 垂直運動速率

引言

鄂爾多斯地塊及周緣地區(qū)大致位于105°—115°E，34°—42°N，東西邊界為呂梁山和桌子山，南界為渭北山地，北至黃河一線（范俊喜，2002）。地塊四周除西南角為弧形斷裂束外，四周被河套斷陷帶、山西斷陷帶、渭河斷陷帶和吉蘭泰-銀川斷陷帶環(huán)繞。鄂爾多斯塊體與周緣的分異構(gòu)造作用十分明顯，在其周緣形成一系列褶皺和壓型斷層，構(gòu)造較為復(fù)雜。目前隨著大地形變資料的積累，多位學(xué)者曾分析過該區(qū)域的活動特征。胡惠民（1996）分析了鄂爾多斯及其周圍地區(qū)地殼垂直形變與構(gòu)造應(yīng)力場；張四新等（2000，2012）利用跨斷層的水準資料分析了渭河斷陷帶附近的垂直運動差異，認為塊體周緣近期小震活躍與汶川震后青藏亞板塊擠壓應(yīng)力減弱、華北亞板塊擠壓應(yīng)力相對增強造成的“暫態(tài)失穩(wěn)”有關(guān)；鄧明鏡（2003）通過對鄂爾多斯西南緣近十年的水準資料分析表明該區(qū)域主要以山區(qū)上升、盆地下沉的繼承性運動為主；張占陽等（2016）同樣利用精密水準資料發(fā)現(xiàn)近期鄂爾多斯塊體東北緣處于下沉期，并出現(xiàn)了V型沉降漏斗。

受觀測環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的制約，鄂爾多斯西北緣的大地觀測資料甚少，關(guān)于該區(qū)域的垂直形變特征多從地質(zhì)考察資料中獲取。鄂爾多斯北緣分布狼山山前斷裂、色爾騰山山前斷裂、烏拉山山前斷裂、烏拉山北緣斷裂和大青山斷裂，控制著河套斷陷帶（李建華，2005）。鄂爾多斯西緣的賀蘭山東麓斷裂、黃河靈武斷裂和磴口-本井?dāng)嗔芽刂浦m泰-銀川斷陷帶（圖1）。20世紀70年代以來，該區(qū)域曾發(fā)生過1979年五原6.0、1996年包頭6.4及2015年巴音木仁5.8級地震，其中五原地震和包頭地震發(fā)生在鄂爾多斯北緣斷陷盆地，該區(qū)域地震活動受斷陷盆地及活動斷裂所控制，震源深度不大，一般位于地殼上部。本文根據(jù)該區(qū)域80年代、90年代、10年代（2014年）3期精密水準觀測資料，分析該區(qū)域的垂直形變特征。

1 資料概況與數(shù)據(jù)處理

用于獲取垂直形變場的精密水準資料共3期，施測時間分別為1976—1980年、1990—1997年和2014年，路線長度分別為2682km、2709km和2898km，數(shù)據(jù)范圍為105.5°—111°E，37°—41.5°N。平差時采用分段動態(tài)線性速率模型，獲取區(qū)域內(nèi)以位于鄂爾多斯內(nèi)部的棋東49基為參考基準的垂直形變場，平差基本情況見表1。平差結(jié)果中單位權(quán)中誤差均小于1mm，說明本區(qū)域的數(shù)據(jù)內(nèi)附精度滿足要求。平差后刪除速率量級過大的或與相鄰點差異過大的突變點，采用多面函數(shù)法對結(jié)果進行格網(wǎng)化，得到該區(qū)域的2期垂直形變矢量圖、等值線圖，如圖2、3所示。

表1 平差統(tǒng)計

2 區(qū)域垂直形變特征

從2期垂直形變圖（圖2、3）看，圖中所顯示的區(qū)域形變特征基本一致，即各盆地相對下沉，而大部分山區(qū)隆起，表現(xiàn)為明顯的繼承性運動。其中位于賀蘭山東麓斷裂和黃河靈武斷裂之間的銀川盆地下沉速率有所減緩，1980—1990期得到的該區(qū)域下沉速率為－2—－4mm/a，1990—2014期為－2—－3mm/a。2期垂直形變圖均顯示位于陰山斷塊隆起與鄂爾多斯斷塊隆起之間的河套盆地相對下沉，其中以臨河盆地最為明顯，下沉速率約為2—3mm/a，這與地質(zhì)考察認識的河套三大沉降中心中臨河盆地沉降最為強烈的認識基本一致。鄂爾多斯內(nèi)部表現(xiàn)為相對上升的態(tài)勢，1990—2014期所計算的隆升速率與1980—1990期基本一致，為0—1mm/a，塊體內(nèi)部相對穩(wěn)定。

圖1 水準觀測路線及主要斷裂分布

1980—1990的垂直形變圖（圖2）顯示位于河套斷陷盆地的監(jiān)測點處于快速下沉的狀態(tài)，沉降中心速率達到3mm/a，形成了明顯的速率梯度帶，意味著該區(qū)域處于快速的應(yīng)變積累時期。這一結(jié)果與郭良遷等（2002）利用1992—1995年跨斷層垂直形變和GPS觀測資料計算結(jié)果顯示的“包頭以西，陰山塊體、鄂爾多斯塊體和河套斷陷帶形成了統(tǒng)一的高應(yīng)變體”相同。鄂爾多斯北緣地區(qū)處于鄂爾多斯地臺與陰山-燕山褶皺帶交接地帶，形成了斷陷盆地與高山峽谷反差極為強烈的地貌景觀，構(gòu)造活動強烈。位于該地區(qū)的走向近EW、傾向S的色爾騰山山前斷裂于1979年發(fā)生正斷，導(dǎo)致五原6.0地震（聞學(xué)澤，2014）；1996年在由烏拉山北緣斷裂和色爾騰山斷裂控制的銳角構(gòu)造地段發(fā)生了包頭6.4級地震。位于鄂爾多斯西緣的吉蘭泰-銀川斷陷帶同樣處于快速下沉的階段，其中位于賀蘭山東麓斷裂和黃河靈武斷裂之間的銀川盆地處于沉降中心地帶，速率達到－4mm/a。鄂爾多斯塊體內(nèi)部處于穩(wěn)態(tài)，垂直運動速率在零等值線處徘徊。

圖3為1990—2014的垂直形變圖。由于監(jiān)測路線布設(shè)有所不同，同名測點較少，所以在烏海附近有一塊監(jiān)測空白區(qū)。但從整個測區(qū)來看，位于銀川盆地、吉蘭泰盆地、臨河盆地、白彥花盆地和呼包盆地內(nèi)的監(jiān)測點仍處于快速下沉的狀態(tài)，位于鄂爾多斯塊體內(nèi)部的監(jiān)測點顯示，整個塊體表現(xiàn)較為穩(wěn)定，速率在0—1mm/a，淹沒在誤差之中。

圖2 1980—1990區(qū)域垂直形變矢量圖和等值線圖

圖3 1990—2014區(qū)域垂直形變矢量圖和等值線圖

3 跨斷層水準數(shù)據(jù)分析

本文所用的水準數(shù)據(jù)多是用于國家基礎(chǔ)建設(shè)而布置的一等水準網(wǎng)，大部分水準路線避開了構(gòu)造活動強烈的活動斷層，因此這里僅列出了穿過烏拉山北緣斷裂和磴口-本井?dāng)嗔训?條水準剖面（圖4），水準路線與烏拉山山前斷裂小角度交匯，正交于烏拉山北緣斷裂，剖面從西向東延伸至斷層兩側(cè)50km左右。1980—1990期、1990—2014期水準剖面觀測值均顯示，烏拉山北緣斷裂和烏拉山山前斷裂兩側(cè)塊體的垂直速率無明顯不同，速率差異小于0.5mm/a，斷層垂向運動不明顯。蹬口-本井?dāng)嗔咽且粭l依據(jù)航磁資料推測的隱伏斷裂，僅在東北段的磴口附近出露地表，形成高達20—50m的斷崖，推測在晚更新世有活動。目前搜集到的水準資料中，1980、1990年施測的水準路線恰好在登口縣附近穿過磴口-本井?dāng)嗔?，?014年施測路線有所改變，所以這里只繪制了1980—1990年的水準剖面觀測值曲線（圖5），剖面由北向南，在斷層兩側(cè)延伸約60km。剖面顯示磴口-本井?dāng)嗔褍蓚?cè)塊體的速率差異不明顯，斷層的垂向運動速率小于0.5mm/a。

圖4 烏拉山北緣、烏拉山山前斷裂水準剖面觀測值曲線

圖5 磴口-本井?dāng)嗔阉疁势拭嬗^測值曲線

4 總結(jié)與討論

鄂爾多斯塊體與周緣的分異構(gòu)造作用十分明顯，且構(gòu)造運動多發(fā)生在塊體周緣斷陷盆地和斷裂帶上。鄂爾多斯西緣，在吉蘭泰-銀川斷陷帶及其鄰區(qū)形成北北東—北東向的擠壓構(gòu)造帶，其構(gòu)造格局對新生代構(gòu)造的形成、演化具有重要的控制作用。鄂爾多斯北緣受陰山斷塊隆起、河套斷陷帶、鄂爾多斯斷塊隆控制，構(gòu)造活動強烈。綜合水準資料分析可以看出鄂爾多斯周緣斷陷盆地帶現(xiàn)今垂直形變受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，差異運動以繼承性運動為主。各盆地相對下沉，而大部分山區(qū)隆起。其中鄂爾多斯塊體、阿拉善塊體、陰山及賀蘭山和桌子山以上升為主，銀川-河套斷陷區(qū)內(nèi)的臨河、白彥花盆地、呼包盆地、吉蘭泰和銀川盆地則有相對沉降，形變梯度明顯。

鄧明鏡，2003. 青藏塊體東北緣地殼運動監(jiān)測及動力機制研究. 西安：長安大學(xué).

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郭寶震，塔拉，周海濤，蘇廣利，2017．基于精密水準的鄂爾多斯西北緣現(xiàn)今垂直運動分析．震災(zāi)防御技術(shù)，12（3）：523—528．

Current Vertical Motion Analysis of Northwestern Margin of Ordos Based on Precise Leveling

Guo Baozhen, Ta La, Zhou Haitao and Su Guangli

(First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China)

Ordos block was squeezed by the Qinghai-Tibet an block and North China block, and the tectonic activity was intense. In the periphery of Ordos block, there was a series of wrinkles and compressive faults with complex constructure. This paper used three-phase data of 1980, 1990 and 2014 to calculate vertical velocity of northwestern margin of Ordos and the analytical results indicated that ①the Hetao basin between the rise of Yinshan fault block and Ordos fault block relatively sank, in which Linhe basin was the most evident and the sink rate was about 2—4mm/a. The sink rate of Jartai - Yinchuan rift zone on the western margin of Ordos block slowed and the sink rate was about 2mm/a; ② the whole testing zone exhibited the evident inherited movement characterized by mountain rise and basin sinking; ③the two leveling section through the northern margin fault and Dengkou-Benjing fault showed that the difference between vertical velocities flanking fault was less than 0.5mm/a.

Precise leveling; Ordos; Fault; Vertical velocity

10.11899/zzfy20170308

中國地震局第一監(jiān)測中心主任基金（FMC2014001）和中國綜合地球物理場觀測—大華北項目（201508009）

2017-02-10

郭寶震，男，生于1976年。工程師。主要從事大地形變測量與工程形變監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用。E-mail：13302117792 @163.com