基于GPS速度場(chǎng)的關(guān)中地區(qū)應(yīng)變場(chǎng)分析

保長(zhǎng)燕，路兆慶，唐紅濤

（1.青海省第二測(cè)繪院，青海 西寧 810001；2.河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 安陽(yáng) 455000；3.中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710054）

基于GPS速度場(chǎng)的關(guān)中地區(qū)應(yīng)變場(chǎng)分析

保長(zhǎng)燕1，路兆慶2，唐紅濤3

（1.青海省第二測(cè)繪院，青海 西寧 810001；2.河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 安陽(yáng) 455000；3.中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710054）

利用2009～2013年GPS速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，計(jì)算了關(guān)中盆地面膨脹率、主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率，選取并解算了岐山-馬召斷裂、渭河斷裂GPS剖面的應(yīng)變積累。結(jié)果顯示：①應(yīng)變場(chǎng)上看，2009～2011周期在關(guān)中盆地均以張性運(yùn)動(dòng)為主；2011～2013周期發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)為壓性。②GPS剖面計(jì)算結(jié)果顯示了2011～2013較2009～2011周期，岐山-馬召斷裂上盤相對(duì)下盤以右旋走滑為主，兼顧拉張運(yùn)動(dòng)；渭河斷裂則在兩期數(shù)據(jù)中走滑與張壓特性不明顯，呈微弱的張性變化特征。

GPS；關(guān)中；應(yīng)變場(chǎng)；斷裂；速度場(chǎng)

陜西關(guān)中地區(qū)由秦嶺北麓、渭河、口鎮(zhèn)-關(guān)山、隴縣-寶雞、韓城、乾縣-蒲城等一系列近EW向正斷或正走滑斷層構(gòu)成，統(tǒng)稱為渭河構(gòu)造區(qū)。西端偏NWW向與六盤山斷裂相鄰，與甘、寧交界；東端偏NEE向與山西斷陷帶構(gòu)造關(guān)聯(lián)，是陜西最主要的構(gòu)造斷裂帶，更是青藏塊體東北部與華北兩大地塊的交界地帶，外圍動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜、大震頻發(fā)。同時(shí)，關(guān)中盆地位于鄂爾多斯地塊南緣，而鄂爾多斯地塊橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，在地理上它包含鄂爾多斯高原，在地質(zhì)上包含陜甘寧盆地，其周緣有擠壓與斷陷帶，較破碎，為新生代斷陷盆地或深大活動(dòng)斷裂帶環(huán)繞[1]。除西南緣西南邊界為擠壓性邊界外，四周被剪切拉張帶所圍限，東西、南北兩側(cè)分別為右旋、左旋拉張帶[2]，鄂爾多斯西緣的銀川-吉蘭泰斷陷帶及東緣的山西斷陷帶為NNE向的右旋剪切拉張帶，而南緣的渭河盆地為近東西向的左旋剪切拉張帶[3-6]。

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，而關(guān)中盆地近50 a基本形成一個(gè)地震空區(qū)[7-8]，本文通過(guò)運(yùn)用2009～2011、2011～2013周期的GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了關(guān)中地區(qū)的面膨脹、主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變，以及針對(duì)岐山-馬召、渭河等兩個(gè)斷裂解算、分析了GPS剖面，探討了該地區(qū)的應(yīng)力變化特征。

1 研究范圍與數(shù)據(jù)的選取

如圖1所示，本文主要研究區(qū)域?yàn)槎鯛柖嗨沟貕K南部，即西側(cè)固原、東側(cè)臨汾以及南面的關(guān)中盆地，該區(qū)域近些年地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)微弱。通過(guò)2009～2011、2011～2013周期的GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別解算了兩期數(shù)據(jù)的面膨脹、主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變；其次，在關(guān)中盆地中西部的地震空區(qū)，分別在岐山-馬召斷裂與渭河斷裂選取了兩個(gè)長(zhǎng)為80 km與100 km的GPS剖面，計(jì)算并分析了兩處斷裂上、下盤的拉張、擠壓與走滑等相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征。圖1中F1為龍門山山前斷裂，F(xiàn)2為竹山斷裂，F(xiàn)3為略陽(yáng)-洋縣斷裂，F(xiàn)4為秦嶺北麓斷裂，F(xiàn)5為渭河斷裂，F(xiàn)6為乾縣-蒲城斷裂，F(xiàn)7為六盤山斷裂，F(xiàn)8為海原斷裂，F(xiàn)9為香山-天景山斷裂，F(xiàn)10為牛首山-大小羅山斷裂，F(xiàn)11為賀蘭山東麓斷裂，F(xiàn)12為黃河-靈武斷裂，F(xiàn)13為磴口-本井?dāng)嗔眩現(xiàn)14為狼山-色爾騰山山前斷裂，F(xiàn)15為大青山山前斷裂，F(xiàn)16為口泉斷裂，F(xiàn)17為系舟山北麓斷裂，F(xiàn)18為太谷斷裂，F(xiàn)19為羅云山斷裂，F(xiàn)20韓城斷裂。

圖1 鄂爾多斯地塊周緣斷裂、地震分布圖

2 區(qū)域應(yīng)變特征分析

2.1 應(yīng)變場(chǎng)分析

如圖2所示，2011～2013周期GPS速度場(chǎng)較2009～2011周期相比，其速度發(fā)生E向偏轉(zhuǎn)，量值有所增大，尤其在六盤山斷裂附近與渭河斷裂北側(cè)最為顯著。從面膨脹上看（圖2c、d，紅色虛線表示擠壓，黑色實(shí)線表示拉張），2009～2011周期，六盤山斷裂北段與南段呈壓性，中段為拉張，岐山-馬召斷裂附近均顯示為壓性運(yùn)動(dòng)，關(guān)中面膨脹壓性高值區(qū)位于西安東南方向的秦嶺地區(qū)，而關(guān)中盆地基本呈張性運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)；2011～2013周期，西部六盤山斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)維持2009～2011周期，但量值明顯增大，達(dá)12×10-8，岐山-馬召斷裂附近區(qū)域轉(zhuǎn)為張性運(yùn)動(dòng)，關(guān)中盆地改為壓性運(yùn)動(dòng)，與上期運(yùn)動(dòng)相反，壓性高值區(qū)為東部的運(yùn)城地區(qū)，達(dá)-28×10-8，與上周期相反的還有西安東南方向的秦嶺一帶，由負(fù)轉(zhuǎn)正，張性量值較高。

圖2 GPS速度場(chǎng)與面膨脹等值線圖

圖3 主應(yīng)變與最大剪應(yīng)變等值線圖

如圖3a所示，主應(yīng)變壓應(yīng)力分布于岐山-馬召斷裂、西安東部，張應(yīng)力為關(guān)中盆地；圖3b，最大壓應(yīng)力為運(yùn)城西部地區(qū)，其他表現(xiàn)為壓應(yīng)力的地區(qū)還有關(guān)中盆地、蒲城一帶以及六盤山斷裂帶，張應(yīng)力地區(qū)有咸陽(yáng)、乾縣、銅川南部、西安東側(cè)以及韓城西南部。從最大剪應(yīng)變看（圖3c、d），2009～2011周期，高值區(qū)分別位于六盤山斷裂帶南段、岐山馬召斷裂及西安周邊，最高約20×10-8，2011～2013周期，高值區(qū)位于蒲城西北、西安東南、韓城至運(yùn)城地區(qū)。

2.2 GPS剖面分析

由2009～2011、2011～2013周期GPS速度場(chǎng)計(jì)算的剖面結(jié)果如圖4、5所示。岐山-馬召斷裂（圖4），平行斷裂走向中（圖4a），2009～2011顯示該斷裂上盤較下盤為左旋走滑（負(fù)為右旋走滑，正為左旋走滑），量值約為2．0 mm/a，2011～2013周期則為相反，為右旋走滑；在垂直斷裂方向中（圖4b），2009～2011上盤相對(duì)下盤為壓性運(yùn)動(dòng)（負(fù)為拉，正為壓），2011～2013轉(zhuǎn)為相對(duì)張性運(yùn)動(dòng)。

圖4 岐山-馬召斷裂GPS剖面計(jì)算結(jié)果

圖5 渭河斷裂GPS剖面計(jì)算結(jié)果

渭河斷裂在平行斷裂走向（圖5a）上，兩期GPS數(shù)據(jù)在走滑量上均較為微弱，表現(xiàn)平穩(wěn)，在垂直斷裂走向上（圖5b），2009～2011上盤相對(duì)下盤變化不大，2011～2013周期顯示了微弱的拉張變化。該GPS剖面計(jì)算與上述地殼應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果一致。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于GPS水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，探討了關(guān)中地區(qū)近些年來(lái)地殼應(yīng)力場(chǎng)的變化特征，此外，針對(duì)岐山-馬召斷裂、渭河斷裂計(jì)算并分析了GPS剖面應(yīng)力積累特性。初步獲得了以下兩點(diǎn)結(jié)論：

1）應(yīng)變場(chǎng)上看，面膨脹率、主應(yīng)變率在2009～2011周期在關(guān)中盆地均以張性運(yùn)動(dòng)為主，2011～2013周期發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)為壓性?？赡苷f(shuō)明了后期來(lái)自印度板塊北東向的擠壓，關(guān)中地區(qū)北受鄂爾多斯堅(jiān)硬塊體的阻隔，地殼物質(zhì)發(fā)生東移，形成由張轉(zhuǎn)壓的應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變過(guò)程（與文獻(xiàn)[9]分析結(jié)果一致）。

2）由地震空區(qū)岐山-馬召、渭河斷裂的GPS剖面計(jì)算結(jié)果顯示，2011～2013較2009～2011周期岐山-馬召斷裂上盤相對(duì)下盤以右旋走滑為主，兼顧拉張運(yùn)動(dòng)；渭河斷裂則在兩期數(shù)據(jù)中走滑與張壓特性表現(xiàn)不明顯，呈微弱的張性變化特征。

[1] 韓許恒．鄂爾多斯地塊周緣地震活動(dòng)周期及遷移特性[J]．內(nèi)陸地震,1992,6(1)：71-78

[2] 鄧起東,程紹平,閔偉,等．鄂爾多斯塊體新生代構(gòu)造活動(dòng)和動(dòng)力學(xué)的討論[J]．地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),1999,5(3)：13-21

[3] 劉明軍,樊計(jì)昌,韓艷杰,等．鄂爾多斯和塔里木地塊運(yùn)動(dòng)與中國(guó)大陸強(qiáng)震關(guān)系探討[J]．地震,2011,31(1)：127-134

[4] 徐錫偉,程國(guó)良,馬杏垣,等．華北及其鄰區(qū)塊地轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)力來(lái)源[J]．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),1994,19(2)：129-138

[5] 李萬(wàn)倫,盧演儔,丁國(guó)瑜．鄂爾多斯及其鄰近塊體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的黃土古地磁證據(jù)[J]．第四紀(jì)研究,2001,21(6)：551-559

[6] ZHANG Y Q,MERCIER J L,VERGELY P．Extension in the Graben Systems Around the Ordos(China)，and Its Contribution to the Extrusion Tectonics of South China with Respect to Gobi-Mongolia[J]．Tectonophysics,1998,285(2)：4l-75

[7] 馬宗晉．地震與斷裂關(guān)系的討論,中國(guó)活動(dòng)斷裂[M]．北京：地震出版社,1982

[8] 蘇怡之,王進(jìn)英．汾渭地震帶的地震活動(dòng)性[J]．內(nèi)陸地震,1992,6(2)：143-150

[9] 雷鵬．鄂爾多斯塊體周緣新生代斷陷活動(dòng)動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制初探[J]．西部資源,2016(3)：100-105

P227

B文章編號(hào)：1672-4623（2017）06-0076-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.023

2016-11-24。

項(xiàng)目來(lái)源：中國(guó)地震局震情跟蹤青年課題資助項(xiàng)目（2017010233）。

保長(zhǎng)燕，工程師，研究方向?yàn)閿z影測(cè)量與遙感。