鄒娟茹，李 昱，梁朝鋼，章武英，趙曉紅

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.國(guó)際關(guān)系學(xué)院，北京 海淀區(qū) 100090；3.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023；4.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020；5.寶雞市勘察測(cè)繪院，陜西 寶雞 721000）

鄂爾多斯盆地北起陰山、大青山，南抵秦嶺，西至賀蘭山、六盤山，東達(dá)呂梁山、太行山，是中國(guó)第二大沉積盆地。鄂爾多斯盆地是地質(zhì)學(xué)上的名稱，也稱陜甘寧盆地，行政區(qū)域橫跨陜、甘、寧、蒙、晉5?。▍^(qū)）。鄂爾多斯塊體在中生代時(shí)期是一個(gè)大型坳陷盆地，新生代以來(lái)逐漸抬升[1-2]。鄂爾多斯塊體四周被斷裂和斷陷盆地帶所圍限[3]，從鄂爾多斯地塊周緣地震活動(dòng)分布可以看出（如圖1所示），近些年來(lái)（1970年至今），地塊周邊斷裂活動(dòng)頻繁，中小地震時(shí)有發(fā)生。我國(guó)史載8級(jí)以上地震有17次，在鄂爾多斯塊體周緣就發(fā)生了5次，圖1分布了1970年以來(lái)4.0級(jí)以上地震，其時(shí)空分布是不均勻的，主要分布于鄂爾多斯地塊西緣、北緣及東緣，而南緣地區(qū)近50 a基本形成一個(gè)地震空區(qū)[4,5]，發(fā)震頻次較其他周邊地區(qū)明顯偏低。

許多學(xué)者的研究工作對(duì)鄂爾多斯地塊周緣地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)都有所涉及，并且取得了一些重要成果[1,6-12]。本文則是針對(duì)鄂爾多斯地塊南緣的地震空區(qū)，利用2010～2012年觀測(cè)的GPS大地測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算并探討了該區(qū)域的應(yīng)變場(chǎng)（包括主應(yīng)變率、面膨脹率、最大剪應(yīng)變率）及其變化特征，獲取了一些關(guān)于鄂爾多斯地塊南緣尤其是關(guān)中盆地中主要斷裂的展布對(duì)地殼應(yīng)變特征的初步認(rèn)識(shí)。

圖1 鄂爾多斯地塊周緣斷裂、地震分布圖

1 GPS數(shù)據(jù)

GPS原始觀測(cè)文件的數(shù)據(jù)采樣間隔30 s，24 h為一時(shí)段，一次觀測(cè)不少于4個(gè)時(shí)段。我們所用數(shù)據(jù)為2010～2012年的資料，數(shù)據(jù)為剔除個(gè)別非構(gòu)造作用導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)方向及觀測(cè)誤差與周圍測(cè)站差異較大的GPS站點(diǎn)后的速度場(chǎng)結(jié)果（相對(duì)于歐亞板塊）。如圖2所示，整個(gè)鄂爾多斯地塊南緣地區(qū)運(yùn)動(dòng)方向較為一致（EES），站點(diǎn)分布集中于關(guān)中盆地，自西六盤山斷裂帶向東，絕大部分GPS速率有遞減趨勢(shì)，然而在鄂爾多斯地塊內(nèi)部及秦嶺地區(qū)點(diǎn)位分布較為稀疏，因此，有必要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行GPS網(wǎng)格化插值，以便進(jìn)一步分析各局部運(yùn)動(dòng)特征，見(jiàn)圖3a。

圖2 2010～2012周期GPS水平運(yùn)動(dòng)矢量圖（相對(duì)于歐亞板塊，誤差橢圓為95%置信度）

2 地殼形變特征分析

由2010～2012年GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取了鄂爾多斯地塊南緣地區(qū)的地殼形變應(yīng)變場(chǎng)圖，包括網(wǎng)格化插值的GPS速度場(chǎng)、面膨脹率分布、主應(yīng)變率特征以及最大剪應(yīng)變率分布，如圖3所示。

2.1 網(wǎng)格內(nèi)插GPS速度場(chǎng)分析

網(wǎng)格化插值GPS速度場(chǎng)（圖3a）較原始矢量圖更能展現(xiàn)區(qū)域各細(xì)微部分的運(yùn)動(dòng)特征以及整體的變化規(guī)律。根據(jù)GPS原始解算結(jié)果，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格化等間隔內(nèi)插處理，插值間隔為0.3°。鄂爾多斯地塊南緣整體上呈EES的運(yùn)動(dòng)方向，但在關(guān)中的羅云山斷裂處，出現(xiàn)了NNE的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向，以及竹山斷裂以東，轉(zhuǎn)為SE方向。運(yùn)動(dòng)速率在關(guān)中及其以北地區(qū)，自西六盤山斷裂帶向東，由大逐漸遞減，至乾縣-蒲城斷裂處減到最小，且方向發(fā)生N向偏轉(zhuǎn)，地殼內(nèi)部物質(zhì)在自西向東的遷移推擠過(guò)程中，碰到乾縣-蒲城斷裂東側(cè)的堅(jiān)硬巖體發(fā)生了N向物質(zhì)逃逸現(xiàn)象；而關(guān)中以南地殼運(yùn)動(dòng)速率自西向東則為遞增。

2.2 面膨脹率分析

面膨脹率等值線見(jiàn)圖3 b，整個(gè)關(guān)中盆地顯示了顯著的面壓縮特征，西安、渭南等地面應(yīng)變率約－4.0×10-8/a；自渭南沿韓城斷裂朝NE方向至韓城，壓縮率增至－8.0×10-8/a；而面壓縮在渭南東部與山西交界處達(dá)到最大值，約－14.0×10-8/a。南部的略陽(yáng)-洋縣斷裂與竹山斷裂附近地區(qū)也表現(xiàn)為壓縮特性，壓應(yīng)變率分別約－10.0×10-8/a、－6.0×10-8/a；而在鄂爾多斯地塊南緣邊界區(qū)域普遍存在面膨脹的應(yīng)變特征，如六盤山斷裂帶以東（約14.0×10-8/a）、六盤山斷裂帶南段（寶雞附近，約8.0×10-8/a）、乾縣-蒲城斷裂以北（10.0×10-8/a）、韓城斷裂西北地區(qū)（8.0×10-8/a），關(guān)中盆地以南即渭南、臨汾東南附近顯示了大范圍的面膨脹特征。此外，在韓城斷裂兩側(cè)由西向東存在由正向負(fù)、由膨脹向壓縮過(guò)渡以及繼續(xù)向東由負(fù)轉(zhuǎn)正、由壓變拉過(guò)渡的兩個(gè)等值線高梯度帶，預(yù)示著該地區(qū)地殼內(nèi)部的應(yīng)變變化增強(qiáng)。總體上可以得知，在鄂爾多斯地塊南緣的關(guān)中盆地內(nèi)部顯示了顯著的面壓縮特性，平均壓應(yīng)變率約－4.0×10-8/a，而在盆地北部鄂爾多斯地塊內(nèi)邊緣及盆地以南的秦嶺區(qū)域則表現(xiàn)為面膨脹特征。

圖3 鄂爾多斯地塊南緣2010～2012周期應(yīng)變場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

2.3 主應(yīng)變率分析

主應(yīng)變分布（圖3c）除了可以展示各網(wǎng)格點(diǎn)的主拉、主壓應(yīng)變特征外，還能彌補(bǔ)面膨脹在方向上不可識(shí)別的問(wèn)題。關(guān)中盆地內(nèi)部，面膨脹率顯示了擠壓狀態(tài)，在主應(yīng)變率同樣為壓性變化特征，但其主壓應(yīng)變的方向?yàn)镹W、NWW，在盆地北邊緣及韓城地區(qū)的壓性方向主要為NEE；六盤山斷裂東側(cè)的主拉應(yīng)變方向?yàn)镹NW，鄂爾多斯地塊內(nèi)部的主應(yīng)變率變化較?。磺貛X北麓地區(qū)主拉應(yīng)變較為明顯，方向由NWW轉(zhuǎn)為NW。從主應(yīng)變尤其是主壓應(yīng)變的方向上可以獲知，主應(yīng)變從另一個(gè)角度反映了地殼移動(dòng)、應(yīng)變方向及其源動(dòng)力的走向。

2.4 最大剪應(yīng)變率分析

剪應(yīng)變反映了上地殼在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)下地表一點(diǎn)角度物理量的相對(duì)改變程度。最大剪應(yīng)變等值線分布如圖3d所示，主要高值區(qū)有5處，分別為六盤山斷裂帶以東附近地區(qū)，約16.0×10-8/a；乾縣-蒲城斷裂中段以北區(qū)域，約14.0×10-8/a；乾縣-蒲城斷裂東段與韓城斷裂之間，約14.0×10-8/a；秦嶺北麓斷裂東段以南，約16.0×10-8/a；以及略陽(yáng)-洋縣斷裂以南、龍門山山前斷裂以東區(qū)域，約14.0×10-8/a。上述最大剪應(yīng)變高值區(qū)主要分布陜西關(guān)中盆地周圍，該地區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜地展布著若干條主要斷裂，如乾縣-蒲城斷裂、韓城斷裂、秦嶺北麓斷裂、渭河斷裂等，其走向?yàn)镋W與NEE，與GPS水平運(yùn)動(dòng)方向接近，因此出現(xiàn)了若干個(gè)剪應(yīng)變高值區(qū)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)鄂爾多斯地塊周緣中地殼、斷裂活動(dòng)較少的南緣地區(qū)，利用2010～2012年GPS水平運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)，計(jì)算并探討了該區(qū)域的主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率、面膨脹率等應(yīng)變場(chǎng)變化特征，初步獲取了如下3點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1）鄂爾多斯地塊南緣的關(guān)中盆地內(nèi)部顯示了顯著的面壓縮特性，平均壓應(yīng)變率約－4.0×10-8/a，而在盆地北部鄂爾多斯地塊內(nèi)邊緣及盆地以南的秦嶺區(qū)域則表現(xiàn)為面膨脹特征；

2）關(guān)中盆地內(nèi)部主應(yīng)變率變化幅度較小，但盆地周邊主應(yīng)變強(qiáng)度較大，如六盤山斷裂東部、韓城斷裂、略陽(yáng)-洋縣斷裂等附近地區(qū)；

3）當(dāng)?shù)貧嗔炎呦蚺cGPS水平運(yùn)動(dòng)矢量方向接近時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)最大剪應(yīng)變高值區(qū)，如關(guān)中周邊的乾縣-蒲城斷裂中段以北、乾縣-蒲城斷裂東段與韓城斷裂之間、秦嶺北麓斷裂東段以南等地區(qū)。