青藏高原東北緣近期水平形變場分析*

朱爽楊博

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

青藏高原東北緣近期水平形變場分析*

朱爽楊博

(中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180)

利用2011～2013年青藏高原東北緣地區(qū)GNSS水平形變觀測與處理結(jié)果，分析了青藏高原東北緣近期水平形變場，得出以下結(jié)論:2011～2013的水平運(yùn)動清晰有序，相對運(yùn)動一般在15 mm/a以內(nèi);區(qū)域主壓應(yīng)變優(yōu)勢方向?yàn)闁|北-西南向，值域在±40×10－9/a之內(nèi)，最大主壓應(yīng)變區(qū)呈帶狀分布于研究區(qū)域南部;從應(yīng)變率的膨脹與收縮空間范圍來看面收縮占優(yōu)勢，表明該區(qū)是以壓性為主積累應(yīng)變能，面收縮較大值主要分布在東南角;最大剪切應(yīng)變率較大的值域以條帶形式展布在區(qū)域內(nèi)，一個是祁連構(gòu)造活動帶，另一個是其南面靠近區(qū)域南端且與其平行的條帶上;水平旋轉(zhuǎn)量在空間上的分布比較有序，左旋活動與右旋活動呈區(qū)域性展開。

青藏高原東北緣;水平形變;應(yīng)變率;水平旋轉(zhuǎn)量

青藏高原東北緣是印度與歐亞兩大板塊碰撞作用由近南北方向向北東、東方向轉(zhuǎn)換的重要場所，是中國大陸東西及南北構(gòu)造結(jié)合部位和重要的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域［1－2］。很多學(xué)者利用GPS資料分析了青藏高原東北緣的構(gòu)造變化［3－9］。本文利用2011～2013年青藏高原東北緣地區(qū)水平形變觀測結(jié)果，從水平運(yùn)動場、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、主應(yīng)變方向與大小、面應(yīng)變、最大剪切應(yīng)變率、水平旋轉(zhuǎn)量等方面分析了青藏高原東北緣近期的水平形變場及其變化。

1 數(shù)據(jù)處理方法

利用多核函數(shù)法在球面上進(jìn)行較大空間尺度運(yùn)動場的數(shù)值解析［10－16］:

式中，dj為球面上兩點(diǎn)間的大地線長度(以km為單位)。分別對東向和北向進(jìn)行數(shù)值網(wǎng)格化，然后實(shí)施濾波與信息分離:

式中，ST=(s1，…，snx)為核函數(shù)陣;AT=(a1，…，anx)、BT=(b1，…，bnx)、CT=(c1，…，cnx)、均為待定系數(shù)。此時(shí)核函數(shù)為:

式中，(λi，φi)為核點(diǎn)位置坐標(biāo)。根據(jù)最小二乘法即可求解上述任意方向運(yùn)動的待定系數(shù)。

假定東西向應(yīng)變?yōu)?εe(λ，φ)，南北向?yàn)?εn(λ，φ)，它們之間的剪應(yīng)變?yōu)?γen(λ，φ)，旋轉(zhuǎn)量為 ω(λ，φ)，濾波后在 ITRF框架下水平運(yùn)動的解析式為:

在現(xiàn)行球面坐標(biāo)系統(tǒng)下球面應(yīng)變與旋轉(zhuǎn)量則為:

式中，R為地球平均半徑，sλ和sφ分別為經(jīng)向和緯向弧長。其他參數(shù)描述為:式中依序?yàn)槊鎽?yīng)變、最大剪切應(yīng)變、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變及最大主應(yīng)變方位角。在獲得有關(guān)數(shù)值結(jié)果后，可利用GMT軟件生成圖像結(jié)果［17］。

2 水平形變場分析

本文收集2011～2013年的流動站及連續(xù)站觀測數(shù)據(jù)，運(yùn)用前述方法計(jì)算了2011～2013年的形變場，其中，白色五星為玉樹地震震中位置，黑色五星為岷縣漳縣地震震中位置。

2.1 水平運(yùn)動速度場

圖1為青藏高原東北緣相對于區(qū)域整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的區(qū)域水平運(yùn)動速度場結(jié)果?？梢钥闯觯搮^(qū)的北部(阿拉善及附近的祁連構(gòu)造帶)存在順時(shí)針運(yùn)動的跡象，即運(yùn)動方向由東側(cè)的南西向逐漸變到西部的北西向，運(yùn)動范圍基本保持在7 mm/a之內(nèi)，誤差在1 mm/a之內(nèi)，這可能說明了研究區(qū)西部向北的推擠較東部更大。另外，該區(qū)東部由于受鄂爾多斯塊體的阻擋，隨著向東南地域的深入，東南部西端由北北東向運(yùn)動向西南向有序變化;運(yùn)動大小也發(fā)生了變化，東端約5 mm/a，向西逐漸變小。研究區(qū)西南地域的運(yùn)動形態(tài)呈扇形展布，這種展布與物質(zhì)逐漸向西北和東南兩方向的運(yùn)移相輔相成，且西南端運(yùn)動較大，可能與玉樹地震的震后調(diào)整有關(guān)。

圖1 青藏高原東北緣2011～2013年水平運(yùn)動速度場Fig.1 Horizontal movement velocity field in northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau from 2011 to 2013

2.2 最大主應(yīng)變

圖2為2011～2013年青藏高原東北緣最大主應(yīng)變率?？梢钥闯?，研究區(qū)最大主應(yīng)變率值的大小分布并非均勻，最大的張應(yīng)變區(qū)位于玉樹地震區(qū)之北，且由西向東呈條帶展布，最大值約為45×10－9/a;此條帶之北的大小變化沒有明顯的規(guī)律性，有正有負(fù)，變化區(qū)間大致為 －10×10－9/a～20×10－9/a，整體上表現(xiàn)了該區(qū)形變的非均勻性。

圖2 青藏高原東北緣2011～2013年最大主應(yīng)變率(單位:10－9/a)Fig.2 Distribution of maximum main strain rate from 2011 to 2013(unit:10－9/a)

2.3 最小主應(yīng)變

圖3為2011～2013年青藏高原東北緣最小主應(yīng)變率?？梢钥闯觯钚≈鲬?yīng)變率最小值為－72×10－9/a，其空間區(qū)域恰好位于該區(qū)西南和東南部，表明這兩個地區(qū)構(gòu)造活動較強(qiáng)烈。前者是研究區(qū)左旋擠壓活動最為強(qiáng)烈的地區(qū)，后者是汶川地震的震后調(diào)整所致［18］。研究區(qū)北部的祁連活動構(gòu)造帶壓性應(yīng)變一般在－30×10－9/a以內(nèi)，體現(xiàn)為具有擠壓的繼承性變形;其北的阿拉善地塊壓應(yīng)變最小，在0左右，說明該塊體相對穩(wěn)定且剛性強(qiáng)度較大。

2.4 主應(yīng)變方向與大小

圖4為以應(yīng)變張量形式展現(xiàn)主應(yīng)變方向和大小的空間分布。結(jié)果表明，區(qū)域主壓應(yīng)變優(yōu)勢方向?yàn)闁|北-西南向，在空間上雖有變化，但有序性較好。從宏觀上看，自西向東主壓應(yīng)變的方向?yàn)槲鞑康臇|北-西南向變到東部的近東西向，與早期結(jié)果一致［19，20］，體現(xiàn)了主應(yīng)變方向上的繼承性。就大小而言，南部的巴彥喀拉塊體形變最大，隨著向北延伸而逐漸減弱，跨過祁連構(gòu)造帶則接近于0，見圖2、圖3。這說明，研究區(qū)的形變具有明顯的分區(qū)特征。

圖4 青藏高原東北緣2011～2013年主應(yīng)變方向及大小Fig.4 Distribution of vectors of main strain rate from 2011 to 2013

2.5 面應(yīng)變

圖5為青藏高原東北緣2011～2013年面應(yīng)變率。從應(yīng)變率的膨脹與收縮空間范圍來看面收縮占優(yōu)勢，表明該區(qū)是以壓性為主積累應(yīng)變能。應(yīng)變大小的空間分布除部分地區(qū)為面膨脹外，其余基本為面收縮，面收縮較大值主要分布在東南角和西側(cè)。

圖5 青藏高原東北緣2011～2013年面應(yīng)變率(單位:10－9/a)Fig.5 Surface strain rate in northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau from 2011 to 2013(unit:10－9/a)

2.6 最大剪切應(yīng)變率

圖6 青藏高原東北緣2011～2013年最大剪切應(yīng)變率(單位:10－9/a)Fig.6 Distribution of maximum shear strain rate in northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau from 2011 to 2013(unit:10－9/a)

圖6為2011～2013年的最大剪切應(yīng)變率。較大的值域以條帶的形式展布在區(qū)域內(nèi)，一個是祁連構(gòu)造活動帶，另一個是其南面與其平行的巴彥喀拉塊體北邊界的活動構(gòu)造帶，但巴彥喀拉塊體北邊界的活動構(gòu)造帶相對較大，最大值位于其西端(玉樹震中的西北側(cè))約為54×10－9/a，其他區(qū)域最大剪切應(yīng)變率值均較小。就圖形特點(diǎn)而言，最大剪切應(yīng)變值勾畫了帶狀的、大小相間的“波浪式”分布狀態(tài)，而較大值恰恰位于地形上的高海拔區(qū)，即構(gòu)造活動較強(qiáng)烈的地區(qū)。岷縣漳縣地震震中區(qū)域的應(yīng)變量為中間水平，說明地震后沒有引起一定空間范圍內(nèi)較顯著的變化。

2.7 水平旋轉(zhuǎn)量

圖7 青藏高原東北緣2011～2013年水平旋轉(zhuǎn)量(單位:10－9/a)Fig.7 Values of horizontal rotation in northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau from 2011 to 2013(unit:10－9/a)

水平旋轉(zhuǎn)量可清晰地描述斷裂帶走滑活動的性質(zhì)與大小，故稱其為旋剪形變量［20］。如圖7，2011～2013年其正負(fù)在空間上的分布比較有序，左旋活動(淺色區(qū)域)與右旋活動(深色區(qū)域)呈區(qū)域性展布。祁連帶為左旋活動帶，旋剪形變最大值位于東端，數(shù)值超過9×10－9rad/a;另一個左旋旋剪形變區(qū)域?yàn)榘蛷┛瓑K體的北邊界帶，最大45×10－9rad/a。除此之外，基本上為右旋活動區(qū)，值域變化在20×10－9rad/a。整體上為條帶狀左、右旋旋剪形變相間的變化格局。發(fā)生岷縣漳縣地震的區(qū)域?yàn)樽笥倚倪^渡部位，說明地震破裂帶的走滑活動處于相對虧損的狀態(tài)。

3 結(jié)語

利用2011～2013年青藏高原東北緣地區(qū)水平形變觀測與處理結(jié)果，分析了青藏高原東北緣近期水平形變場，得出:

1)2011 ～2013 的水平運(yùn)動清晰有序，相對運(yùn)動一般在15 mm/a以內(nèi);

2)區(qū)域主壓應(yīng)變優(yōu)勢方向?yàn)闁|北-西南向，最大主壓應(yīng)變區(qū)呈帶狀分布于研究區(qū)域南部的巴彥喀拉塊體;

3)從應(yīng)變率的膨脹與收縮空間范圍來看面收縮占優(yōu)勢，表明該區(qū)是以壓性為主積累應(yīng)變能，面收縮較大值主要分布在東南角;

4)最大剪切應(yīng)變率較大的值域以條帶形式展布在區(qū)域內(nèi)，一個是祁連構(gòu)造活動帶，另一個是其南面巴彥喀拉塊體的北邊界帶;

5)水平旋轉(zhuǎn)量在空間上的分布比較有序，左旋活動與右旋活動呈條帶狀展布。自汶川地震以來研究區(qū)處在動態(tài)調(diào)整中，近兩年的結(jié)果表明，這種調(diào)整隨著時(shí)間的推移有所減弱，并向常態(tài)形變轉(zhuǎn)化。

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ANALYSIS OF RECENT HORIZONTAL DEFORMATION IN THE NORTHEASTERN MARGIN OF THE QINGHAI-TIBETAN PLATEAU

Zhu Shuang and Yang Bo
(First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180)

Resent horizontal deformation field in the northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau was analyzed，using GNSS observation data from 2011 to 2013.The results indicate that:The horizontal movement from 2011 to 2013 is obviously，with the rate of 15mm/a or lower;The direction of principal compressive strain is SE-NW，with the strain rate of ±40 ×10－9/a，The region of maximum main strain locates in the south of the study area in a belt;Dominent surface shrinkage indicates that the strain energy is accumulated in compressional way，the largest surface shrinkage value mainly distributed in the southeast corner;The regings with maximum shear strain rate are showed as belts，one of them is Qilian Tectonic Belt，another is in the south of the study area，parallelling with the Belt;Leftlateral area and dextral area distribute in belt.

northeastern margin of Qinghai-Tibetan plateau;horizontal deformation;strain rate;horizontal rotation quantity

P227.1

A

1671-5942(2014)03-0081-05

2013-12-31

公益性地震行業(yè)科研專項(xiàng)(201308009，201208006);國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAK19B01-02)。

朱爽，女，1987年生，碩士，現(xiàn)從事GPS精密解算及分析研究。E－mail:shzhu1026@163.com。