福建省GPS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)處理與分析

占 惠

(廈門地震勘測研究中心,福建 廈門 361021)

0 引 言

福建省位于東經(jīng)115.83°～120.73°,北緯23.51°～28.32°范圍,是我國東南沿海經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū),又地處我國東南沿海地震帶,存在發(fā)生中強以上地震的危險性。

福建省斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,根據(jù)斷裂構(gòu)造活動性、地震活動性和地球物理場等特征,福建省自東往西存在著三個地震構(gòu)造帶:長樂-詔安斷裂帶、政和-海豐斷裂帶、邵武-河源斷裂帶[1]。自北向南存在著五個地震構(gòu)造帶:閩江斷裂帶、沙縣-南日島斷裂帶、永安-晉江斷裂帶、九龍江下游斷裂帶和上杭-云霄斷裂帶[2]。福建及其沿海地震活動,都與省內(nèi)8條地震構(gòu)造帶有關(guān)。

福建省GPS基準(zhǔn)站原有8個,2010年6月至2011年9月陸續(xù)安裝運行33個基準(zhǔn)站,因此2011年10月至今共有41個基準(zhǔn)站的觀測資料,利用GAMIT/GLOBK10.4軟件對2011年10月-2014年8月的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,研究福建沿海地區(qū)各GPS測站及分塊的水平運動和塊體的應(yīng)變場演化特征。

1 數(shù)據(jù)處理方法與模型

福建省GPS基準(zhǔn)站及斷裂分布如圖1所示。

在2011年10月-2014年8月的觀測中,選用12個IGS和國內(nèi)的GPS跟蹤站作為參考站,用GAMIT/GLOBK10.4軟件對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一解算和批量處理,經(jīng)過基線處理和平差計算,得到各站在ITRF2008坐標(biāo)框架下東西向和南北向的運動速度。

如果將福建塊體視為整體,在周圍板塊的作用下,其上的GPS測站運動包含隨著塊體的整體旋轉(zhuǎn)和測站本身的彈性形變運動,由此建立了福建塊體的整體旋轉(zhuǎn)線性應(yīng)變運動模型[3]。 需要說明的是,在參數(shù)估計中,由于測站篩選的方法不同,往往會得到不同的結(jié)果。本文兼顧測站在板塊上均勻分布的原則,以福建塊體上41個GPS基準(zhǔn)站的速度分量中誤差平均值作為限差,刪除各期速度分量殘差絕對值超限的站,隨著速度分量殘差絕對值大的站被逐步剔除,模型參數(shù)不斷優(yōu)化。

圖1 福建省GPS基準(zhǔn)站分布圖

2 GPS速度場特征

福建塊體的運動是塊體的整體旋轉(zhuǎn)運動與塊體內(nèi)部水平形變的復(fù)合運動,如果將塊體上每個站的觀測速度減去由于塊體整體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的運動速度,得到的速度差就是其形變速度,在此基礎(chǔ)上可以得到福建塊體分區(qū)的形變速度。2011年10月-2013年8月和2011年10月-2014年8月,福建地區(qū)各GPS站及分塊水平運動速度與圖像如表1、2和圖2所示。

表1 各GPS基準(zhǔn)站觀測速率

(續(xù)表)

表2 福建地區(qū)分塊形變速率

由圖2可見,2011.10-2013.8、2011.10-2014.8各站的平均運動速率分別約為32 mm/a和34 mm/a,整體向東南方向運動,速度大小和方向變化不大,除秦嶼站速率略減小外,其他測站速率均增大,所有測站速度方向均存在微小的順時針變化。

為了分析福建塊體運動受北東向3條大斷裂和北西向5條主斷裂的影響,將福建塊體分成9個次一級塊體。由圖2可見,相對于整個福建塊體,政和-海豐斷裂帶以西的塊體運動速度方向存在微小的順時針變化,政和-海豐斷裂帶以東的塊體運動速度方向存在微小的逆時針變化。政和-海豐斷裂帶兩側(cè)的塊體朝向該斷裂帶擠壓運動,其中塊體8、9的運動速率保持最大,塊體4的運動速率減小最大,塊體5的運動速率不變。該運動模式顯示,福建沿海受歐亞板塊、菲律賓海板塊和太平洋板塊相互碰撞的影響,福建塊體東北部運動速度最大,永安-晉江斷裂帶和九龍江下游斷裂帶之間的地區(qū)運動速度次之,其余地塊運動速度較小。邵武-河源斷裂帶、政和-海豐斷裂帶和長樂-詔安斷裂帶存在平行于斷裂帶的走滑運動。

3 GPS應(yīng)變場分析

根據(jù)計算的應(yīng)變參數(shù),按照經(jīng)、緯度0.5°的間隔,計算得到福建塊體上每個節(jié)點的主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變和面應(yīng)變參數(shù)[4-5],根據(jù)各節(jié)點的應(yīng)變參數(shù),可繪制塊體上的應(yīng)變場圖像,如圖3～5所示。

從圖3可以看出:2011-2013年福建塊體東北部最大最小主應(yīng)變均為張應(yīng)變,福建塊體西南角最大最小主應(yīng)變均為壓應(yīng)變。福建塊體從北到南由張應(yīng)變較大轉(zhuǎn)為壓應(yīng)變較大,從西到東由壓應(yīng)變較大轉(zhuǎn)為張應(yīng)變較大。福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應(yīng)變和北東東向的主壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向的主張應(yīng)變和北西向的主壓應(yīng)變。2011-2014年福建塊體西部閩贛交界處最大最小主應(yīng)變均為張應(yīng)變。福建塊體從北到南、從西到東均由張應(yīng)變較大轉(zhuǎn)為壓應(yīng)變較大。除此之外,福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應(yīng)變和北東東向的主壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向的主張應(yīng)變和北西向的主壓應(yīng)變,這一點與2011-2013年是一致的。

圖2 福建省GPS基準(zhǔn)站速度場圖像和分塊水平運動速度場圖像

圖3 福建主應(yīng)變圖像

圖4 福建最大剪應(yīng)變圖像(單位:10-9)

圖5 福建面應(yīng)變圖像(單位:10-9)

從圖4可以看出:2011-2013年,福建塊體剪切運動呈北東向分布,政和-海豐斷裂帶北段東側(cè)及其與沙縣-南日島斷裂帶交匯處剪切運動相對較小,福建塊體從西北到東南剪切運動先減小后增大。2011-2014年,福建塊體剪切運動分布的方向、剪切運動相對較小的大體位置及福建塊體從西北到東南剪切運動的變化等特征與2011-2013年是一致的。2011年至今福建塊體剪切運動呈近似中心對稱分布,福建塊體西北部剪切運動存在減小的變化。從圖5可以看出:2011-2013年,福建塊體從北到南,由面膨脹變?yōu)槊鎵嚎s,以永安-晉江斷裂帶為界,永安-晉江斷裂帶以北為面膨脹,永安-晉江斷裂帶以南為面壓縮。2011-2014年,福建塊體從北到南,同樣由面膨脹變?yōu)槊鎵嚎s。值得注意的是,塊體5和7的運動速度較小,壓應(yīng)變較強且面壓縮最大。

4 結(jié)束語

通過對福建41個GPS基準(zhǔn)站2011年10月至2014年8月的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到了各站的速度和塊體上的應(yīng)變圖像。結(jié)果顯示:

1)2011.10-2013.8、2011.10-2014.8各站的平均運動速率分別約為32 mm/a和34 mm/a,整體向東南方向運動,速度大小和方向變化不大,除秦嶼站速率略減小外,其他測站速率均增大,所有測站速度方向均存在微小的順時針變化。邵武-河源斷裂帶、政和-海豐斷裂帶和長樂-詔安斷裂帶存在平行于斷裂帶的走滑運動。政和-海豐斷裂帶兩側(cè)的塊體朝向該斷裂帶擠壓運動,福建塊體北部運動速度最大,永安-晉江斷裂帶和九龍江下游斷裂帶之間的地區(qū)運動速度次之,其余地塊運動速度較小。

2)福建塊體從西北到東南由北北西向的主張應(yīng)變和北東東向的主壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向的主張應(yīng)變和北西向的主壓應(yīng)變。

3)福建塊體剪切運動呈北東向分布,政和-海豐斷裂帶北段東側(cè)及其與沙縣-南日島斷裂帶交匯處剪切運動相對較小,福建塊體從西北到東南剪切運動先減小后增大,西北部剪切運動存在減小的變化。面應(yīng)變從北到南由面膨脹變?yōu)槊鎵嚎s的特征不變。

4)值得注意的是,塊體5和7即九龍江下游斷裂帶以南、沙縣-南日島斷裂與永安-晉江斷裂帶之間靠近長樂-詔安斷裂帶的區(qū)域運動速度較小,壓應(yīng)變較強且面壓縮最大,應(yīng)密切關(guān)注其后續(xù)變化。

[1]陳 晨. 福建地區(qū)地震活動空間分布及活動斷裂特點研究[J]. 地震，2005，25(3): 102-108

[2]袁麗文,鄭斯華,周崢嶸. 福建地區(qū)地震活動特征及區(qū)域應(yīng)力場研究[J]. 東北地震研究,2009,25(3): 37-44.

[3]李延興,張靜華，何建坤，等.自由空間大地測量得到的太平洋板塊現(xiàn)今構(gòu)造運動與板內(nèi)形變應(yīng)變場[J]. 地球物理學(xué)報,2007,50(2): 437-447.

[4]李延興,張靜華，何建坤,等. 菲律賓海板塊的整體旋轉(zhuǎn)線性應(yīng)變模型與板內(nèi)形變-應(yīng)變場[J]. 地球物理學(xué)報,2006,49(5): 1339-1346.

[5]李延興,胡新康，師 平，等. 中國大陸地殼水平運動速度場與應(yīng)變場[J]. 國際地震動態(tài),2002(7):1-9.