基于多種形變觀測(cè)資料分析福建地區(qū)形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關(guān)玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

基于多種形變觀測(cè)資料分析福建地區(qū)形變特征＊

王紫燕 李祖寧 劉序儼 關(guān)玉梅 陳超賢 鐘繼茂 陳 光

(福建省地震局,福州 350003)

利用福建區(qū)域 GPS連續(xù)觀測(cè)資料計(jì)算出應(yīng)變場(chǎng),由跨斷層垂直形變資料計(jì)算出形變速率強(qiáng)度累積率,并根據(jù)跨斷層、體應(yīng)變等多種形變資料得到各測(cè)點(diǎn)壓張?zhí)匦缘目臻g分布。在此基礎(chǔ)上,研究了福建區(qū)域 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時(shí)期的形變特征。研究結(jié)果表明：龍巖-廈門-東山、政海帶與沙縣南日島斷裂帶交界處這兩個(gè)區(qū)域是能量累積區(qū)域,構(gòu)造活動(dòng)性較強(qiáng),形變速率強(qiáng)度較高,以壓性測(cè)點(diǎn)為主,發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性比較大。

GPS;跨斷層;形變觀測(cè);形變特征;福建地區(qū)

1 引言

為了有效監(jiān)測(cè)本區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)與地震活動(dòng),福建省沿主要的構(gòu)造斷裂帶布設(shè)了 GPS觀測(cè)站以及多種形變觀測(cè)儀器,包括跨斷層短水準(zhǔn)、體應(yīng)變、洞體應(yīng)變、重力、垂直擺、傾斜儀、深井觀測(cè)、砂層應(yīng)力儀等,組成了有效的形變觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。一些學(xué)者利用這些數(shù)據(jù)對(duì)福建地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與形變進(jìn)行了研究,取得了許多成果[1-8]。本文將基于福建區(qū)域 GPS連續(xù)觀測(cè)資料、跨斷層形變測(cè)量數(shù)據(jù),以及體應(yīng)變等多種形變觀測(cè)結(jié)果,結(jié)合有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造背景,定量研究 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各時(shí)期的應(yīng)變場(chǎng)、跨斷層形變強(qiáng)度空間分布、測(cè)點(diǎn)受力壓張性空間分布動(dòng)態(tài)變化特征,進(jìn)而分析該區(qū)域的形變基本特征。

2 構(gòu)造概況

福建內(nèi)陸主要斷裂帶大致呈北東走向,由內(nèi)陸至沿海依次為：邵武-河源斷裂帶,政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶。歷史上發(fā)生的多次中強(qiáng)地震均位于這些斷裂帶上。北西向斷裂分布范圍和規(guī)模僅次于北東向斷裂,由北往南依次為：閩江下游斷裂,沙縣-南日島斷裂,永安-晉江斷裂,九龍江下游斷裂,上杭-詔安斷裂(圖 1)。這些北西向斷裂和北東向斷裂將福建地區(qū)分割成不同的差異活動(dòng)地塊。

自 2007年 3月 13日發(fā)生順昌 4.9與 4.7級(jí)雙震后,福建省中等強(qiáng)度的地震活動(dòng)顯著增強(qiáng),之后依次發(fā)生了華安 4.0、永春 4.6、古田 4.8、長泰 4.7、平潭 4.3級(jí)等多次中強(qiáng)地震(圖 1)。

為了有效監(jiān)測(cè)該區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與地震活動(dòng),福建省沿主要的構(gòu)造斷裂帶布設(shè)了 8個(gè) GPS連續(xù)觀測(cè)站、5個(gè)體應(yīng)變觀測(cè)場(chǎng)地、2個(gè)伸縮儀觀測(cè)場(chǎng)地、5個(gè)垂直擺觀測(cè)場(chǎng)地、2個(gè)水管觀測(cè)場(chǎng)地、2個(gè)傾斜觀測(cè)場(chǎng)地、1個(gè)重力觀測(cè)場(chǎng)地及多個(gè)跨斷層形變測(cè)量場(chǎng)地,組成了有效的形變觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。福建GPS臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)有 8個(gè) GPS連續(xù)觀測(cè)站,目前正在擴(kuò)充和加密 30個(gè) GPS連續(xù)觀測(cè)站,并在 GPS連續(xù)觀測(cè)站上配套精密水準(zhǔn)和精密重力測(cè)量,形成有效監(jiān)測(cè)福建地區(qū)主要斷裂帶的大跨度、大尺度、高精度觀測(cè)臺(tái)網(wǎng) (圖2)。跨斷層測(cè)量場(chǎng)地的分布為：長詔斷裂帶 9個(gè),政海斷裂帶 4個(gè),河邵斷裂帶 2個(gè),跨北西向斷裂的4個(gè),以及水口庫區(qū) 1個(gè)形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)。其他定點(diǎn)形變觀測(cè)場(chǎng)地分布見圖 2,廈門、漳州等臺(tái)站配有多套形變觀測(cè)儀器。

圖1 福建地區(qū)主要斷裂帶及中強(qiáng)地震分布Fig.1 Distribution of the faults and medium earthquakes in Fujian area

圖2 福建省形變觀測(cè)臺(tái)站分布Fig.2 Distribution of the deformation monitoring points in Fujian area

3 資料處理與分析

3.1 GPS應(yīng)變場(chǎng)

假定局部小范圍內(nèi)地殼為連續(xù)的均質(zhì)體,在ITRF2000框架下求出各期位移速率的南北分量和東西分量,根據(jù)描述塊體整體旋轉(zhuǎn)和內(nèi)部均勻應(yīng)變的彈性運(yùn)動(dòng)方程[9],可以求出由相鄰點(diǎn)組成的點(diǎn)組的應(yīng)變張量[9]。

在計(jì)算得到地塊的應(yīng)變張量之后,可以由應(yīng)變參數(shù)εe、εen、εn計(jì)算獲得福建地區(qū)的主壓應(yīng)變?chǔ)?、主張應(yīng)變?chǔ)?、第一剪應(yīng)變 r1、第二剪應(yīng)變 r2,面應(yīng)變?chǔ)舖、主壓應(yīng)變的方位角φ[10]。其計(jì)算公式為：

本文采用三角形三邊盡量相近原則,將福建地區(qū) GPS臺(tái)站劃分為 6個(gè)三角形,每個(gè)三角形的 3個(gè)頂點(diǎn)組成一組,計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)組的應(yīng)變解 (泉州臺(tái)由于接收機(jī)和天線都有更換,因此沒有參與應(yīng)變計(jì)算,東山、永春、莆田臺(tái) 2007年才開始正常運(yùn)行,所以只計(jì)算了 2007—2008年、2008—2009年、2009—2010年 3期的應(yīng)變場(chǎng)),計(jì)算結(jié)果見圖 3～5。福建地區(qū)各塊體的最大主應(yīng)變率為 0.127×10-9～4.43 ×10-9,最小主應(yīng)變率為 -4.996×10-9～-3.34× 10-10/a,面應(yīng)變率為 -3.55×10-9～3.04×10-9/a,第一剪應(yīng)變率為 -2.90×10-9～4.08×10-9/a,第二剪應(yīng)變率為 -5.90×10-9～5.79×10-9/a。福建地區(qū)各塊體的主應(yīng)變率、面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率都在10-9量級(jí)變化。

從圖 3～6可以看出：

1)各期應(yīng)變場(chǎng)整體變化不顯著,只有個(gè)別塊體有微弱的變化。

2)龍巖-廈門-東山一線以主壓應(yīng)變?yōu)橹?而南平-福州-永春一帶為第一、第二剪應(yīng)變高值區(qū)域。

3.2 跨斷層形變速率強(qiáng)度分析

跨斷層形變速率強(qiáng)度計(jì)算公式為[11]：

圖3 福建地區(qū)最大、最小主應(yīng)變率Fig.3 Maximum and minimum strain rates of Fujian area

圖4 福建地區(qū)面應(yīng)變率(10-9)Fig.4 Surface strain of Fujian area

圖5 福建地區(qū)第一剪應(yīng)變率(10-9)Fig.5 The first shear strain of Fujian area

圖6 福建地區(qū)第二剪應(yīng)變率(10-9)Fig.6 The second shear strain of Fujian area

其中：Vi=Hi-Hi-1,Vi斷層形變速率;Hi為第 i期跨斷層觀測(cè)值,Hi-1為上一年同月份跨斷層觀測(cè)值; n為每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的速率總個(gè)數(shù),i=1,2,3,…,n;Qi為斷層形變速率累積強(qiáng)度 (即形變趨勢(shì)累積率),變化范圍為0～1。

用福建地區(qū)跨斷層形變測(cè)點(diǎn)計(jì)算得到 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的 Qi值,并用雙三次三角曲面光滑插值方法進(jìn)行處理,得到的跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布動(dòng)態(tài)圖像如圖 7所示。

圖7 跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布Fig.7 Distribution of the strain rate accumulation intensity calculated from across-fault vertical deformation

對(duì)比圖 7中 3個(gè)時(shí)段的跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布,可以看出：

1)2005—2006年,政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處屬于形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域,并以該區(qū)域?yàn)橹行南蛩闹軠p小;2007—2008年,長樂-詔安斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,為形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域,并以此為中心,向東西兩個(gè)方向遞減; 2009—2010年,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂交界處,上杭-詔安斷裂帶與政和-海豐斷裂帶,長樂-詔安斷裂帶交界處為形變速率強(qiáng)度高值區(qū)。

2)2005—2006年和 2007—2008年,形變速率強(qiáng)度高值區(qū)在空間分布上與 2007—2008年福建地區(qū)幾次中強(qiáng)地震有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3)政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處一直是形變速率強(qiáng)度較高的區(qū)域。

4)龍巖-廈門-東山區(qū)域、福建與廣東交界區(qū)域,2009—2010年形變速率強(qiáng)度明顯比前兩期增大,且形變速率強(qiáng)度非常高。

3.3 多種形變資料分析測(cè)點(diǎn)受力性質(zhì)

利用福建地區(qū)流動(dòng)跨斷層短水準(zhǔn)、體應(yīng)變和伸縮儀觀測(cè)資料得到的福建地區(qū)各測(cè)點(diǎn) 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的張壓特性如圖8所示。

從圖 8可以看出：

1)壓性測(cè)點(diǎn)主要分布區(qū)域 2005—2006年為：政和-海豐斷裂帶與永安-晉江斷裂帶交界處,以及長樂-詔安斷裂帶的中段;2007—2008年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界,以及長樂-詔安斷裂帶南段;2009—2010年為政和-海豐斷裂帶與閩江下游斷裂帶交界及長樂-詔安斷裂帶中段。

2)政和-海豐斷裂北段及水口庫區(qū)近兩期計(jì)算結(jié)果均以壓性為主。

4 總結(jié)與討論

1)龍巖-廈門-東山以主壓應(yīng)變?yōu)橹?面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率都為負(fù)值高值區(qū)域,構(gòu)造活動(dòng)性較強(qiáng),為能量積累區(qū)域。南平-福州-永春為面應(yīng)變率、剪應(yīng)變率高值區(qū)域。

圖8 各測(cè)點(diǎn)受力狀態(tài)分布圖Fig.8 Tensile or compression of each point based on deformation observations

2)2005—2006年、2007—2008年形變速率強(qiáng)度高值區(qū)為福建地區(qū)幾次中強(qiáng)地震的發(fā)生區(qū)域。最近一期資料顯示,政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處、福建地區(qū)南部區(qū)域及福建與廣東交界區(qū)域?yàn)樾巫兯俾蕪?qiáng)度高值區(qū)。

3)政和-海豐斷裂帶北段近兩期資料顯示以壓性為主。

通過以上討論可以看出,龍巖-廈門-東山、政和-海豐斷裂帶與沙縣-南日島斷裂帶交界處的構(gòu)造活動(dòng)性較強(qiáng),形變速率強(qiáng)度較高,且以壓性測(cè)點(diǎn)為主,所以我們認(rèn)為在這些區(qū)域發(fā)生中強(qiáng)地震的可能性較大,應(yīng)引起關(guān)注。

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STUDY OF DEFORMATI ON CHARACTERISTICS IN FUJIAN AREA BASED ON A VARIETY OF DEFORMATI ON DATA

Wang Ziyan,Li Zuning,Liu Xuyan,Guan Yumei,Chen Chaoxian,Zhong Ji mao and Chen Guang
(Earthquake Adm inistration of Fujian Province,Fuzhou 350003)

Crustal strain field derived from the data from GPS observation net work of Fujian area,the intensity accumulation rate of deformation velocity calculated from across-fault vertical deformation and tensile or compression of each station based on across-fault vertical defor mation and other defor mation observations are calculated,and then,based on these,the defor mation characteristics in the periods：2005—2006,2007—2008 and 2009—2010 in Fujian area are studied.It shows that there are two areas,Xiamen-Longyan-Dongshan and the junction of Zhenghai and Shaxian Nanri island,with stronger tectonic activity,tendency accumulation,higher accumulation intensity, dominated mainly by compressive points,might be the zone with high risk ofmedium-strong earthquakes.

GPS;across-fault vertical defor mation;deformation observation;defor mation character;Fujian aera

1671-5942(2011)04-0032-05

2010-09-01

2010年度震情跟蹤合同制定向工作任務(wù)(2010020704)

王紫燕,女,1983年出生,助理工程師,主要從事 GPS數(shù)據(jù)處理與地殼形變研究工作.E-mail：ziyanw@163.com

P315.72+5

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