鄂爾多斯塊體東南緣現(xiàn)今的變形特征與構(gòu)造模式探討

劉瑞春 張 錦 郭文峰 陳 慧 鄭亞迪 成 誠(chéng)

1)太原理工大學(xué)，太原 030024 2)山西省地震局，太原 030021 3)太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，太原 030021

0 引言

鄂爾多斯塊體東南緣是中國(guó)大陸西部碰撞擠壓到東部伸展拉張動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵地區(qū)，也是華北塊體北部的NE-SW向構(gòu)造與南部的近EW向構(gòu)造的交接部位(陸一鋒等，2012)。鄂爾多斯塊體東南緣的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，共記錄到6級(jí)以上地震22次，其中7級(jí)以上地震7次，震級(jí)最大的是發(fā)生在其東部邊緣的1303年洪洞8級(jí)地震和南部邊緣的1556年華縣8級(jí)地震(張學(xué)民等，2004； 任雪梅等，2010)。

鄂爾多斯塊體東南緣的新生代斷陷盆地自北向南分別為臨汾、運(yùn)城盆地，在平面上呈弧形，羅云山斷裂、韓城斷裂控制斷陷盆地的西邊界，霍山斷裂、大陽(yáng)斷裂和浮山斷裂控制東邊界，中條山山前斷裂和華山山前斷裂則控制南邊界。這些主干斷裂在南部為NE走向，以強(qiáng)烈的差異升降運(yùn)動(dòng)為主，向N逐漸過渡為NNE走向，以張性右旋剪切運(yùn)動(dòng)為主。此外，在斷陷盆地內(nèi)還發(fā)育多組與邊界斷裂斜交的橫向斷裂，規(guī)模較大的有峨嵋臺(tái)地北緣斷裂和峨嵋臺(tái)地南緣斷裂，這些斷裂與盆地邊界斷裂相互交會(huì)，形成極其復(fù)雜的構(gòu)造格局(圖1)。該區(qū)域的侯馬—運(yùn)城段是中國(guó)地震局確定的中長(zhǎng)期大地震值得注意的地區(qū)(M7專項(xiàng)工作組，2012)，涉及臨汾盆地、運(yùn)城盆地和峨嵋臺(tái)地3個(gè)構(gòu)造單元，潛在發(fā)震斷裂有韓城斷裂、峨嵋臺(tái)地南緣斷裂和中條山山前斷裂等。

圖1 鄂爾多斯塊體東南緣的區(qū)域構(gòu)造圖Fig. 1 Regional tectonic map of southeastern margin of Ordos block.

在震間期的不同孕震階段，斷層兩側(cè)的地殼形變狀態(tài)存在一定差異，這種差異與斷裂帶所處的孕震階段關(guān)系密切(張培震等，2009； 聞學(xué)澤等，2014)，以形變資料約束反演震間斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)已成為斷層中長(zhǎng)期危險(xiǎn)性分析的一種重要手段(張培震等，2003)。Hao等(2016)和Wang等(2020)分別給出了鄂爾多斯塊體周緣多期水準(zhǔn)和GPS資料平差結(jié)果，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯塊體東南緣存在一個(gè)顯著的下降變形區(qū)，可能反映該區(qū)域正在發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。然而，水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)主要沿交通線路走向布設(shè)，GPS測(cè)點(diǎn)僅位于幾個(gè)主要的構(gòu)造單元內(nèi)，測(cè)點(diǎn)密度目前仍難以滿足針對(duì)具體斷裂現(xiàn)今活動(dòng)特性的定量研究需求。

為了進(jìn)一步研究鄂爾多斯東南緣現(xiàn)今地殼的變形特征和主要斷裂中—長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性，探討區(qū)域構(gòu)造變形模式，本文利用時(shí)序InSAR技術(shù)獲得了研究區(qū)現(xiàn)今的空間高分辨率形變速率場(chǎng)，并利用區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期觀測(cè)的連續(xù)GPS監(jiān)測(cè)結(jié)果開展InSAR形變場(chǎng)的精度評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，利用傾滑斷裂位錯(cuò)模型結(jié)合粒子群算法(PSO)反演了部分主要斷裂的閉鎖深度和滑動(dòng)速率，為區(qū)域構(gòu)造模式和中—長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性探討提供現(xiàn)今地殼形變方面的證據(jù)。

1 時(shí)序InSAR技術(shù)及數(shù)據(jù)處理方法

1.1 時(shí)序InSAR技術(shù)及應(yīng)用

1.2 SAR影像及數(shù)據(jù)處理方案

圖2 InSAR干涉圖組合與基線Fig. 2 Combination and baselines of InSAR interferograms.

利用GAMMA軟件對(duì)每個(gè)符合條件的干涉對(duì)進(jìn)行SAR信號(hào)成像、圖像配準(zhǔn)與干涉、外部DEM模擬、基線估計(jì)與精化、相干系數(shù)計(jì)算、干涉圖自適應(yīng)濾波和相位解纏。其中，外部地形數(shù)據(jù)使用美國(guó)NASA(美國(guó)宇航局)公布的SRTM DEM。相位解纏采用最小費(fèi)用流算法，以運(yùn)城市區(qū)附近為解纏起始區(qū)域，僅對(duì)相干系數(shù)>0.6的像元進(jìn)行解纏。

為保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的可靠性，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，采用基于局部條紋頻譜的自適應(yīng)濾波方法提高干涉圖的相干性，降低相位解纏誤差(Nofetal.，2012)。針對(duì)含有基線誤差的干涉對(duì)，基于已有的DEM和觀測(cè)解纏相位，采用非線性最小二乘平差方法去除基線誤差(Lu，2007)。此外，為了削弱噪聲、增加相干性及檢測(cè)相對(duì)大尺度的形變信息，對(duì)干涉圖進(jìn)行了4︰20的多視處理。

2 InSAR形變速率場(chǎng)分析

2.1 InSAR與GPS監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析

InSAR獲取的雷達(dá)視線向(LOS)形變量是一個(gè)相對(duì)量，且易受時(shí)空失相干的制約和大氣延遲以及DEM誤差等因素的影響，部分地區(qū)監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性不確定，我們可以利用研究區(qū)域內(nèi)可靠性相對(duì)較高的同時(shí)段連續(xù)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)InSAR結(jié)果的精度和可靠性。由于InSAR和GPS測(cè)量分別屬于2種不同的測(cè)量系統(tǒng)，GPS與InSAR的測(cè)量結(jié)果無法進(jìn)行直接對(duì)比(汪寶存等，2015)。為此，首先需將GPS三分量速率投影到InSAR的雷達(dá)視線向(LOS)，然后進(jìn)行參考基準(zhǔn)的統(tǒng)一，才能對(duì)InSAR測(cè)量的可靠性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

雷達(dá)視線向變形量與地面三維變形量的轉(zhuǎn)換關(guān)系如式(1)所示(宋小剛等，2015)。其中，θ為衛(wèi)星入射角，α為衛(wèi)星軌道方向的方位角，dLOS為視線向形變量，VLOS為測(cè)量誤差(軌道誤差、大氣延遲、失相干和DEM誤差等)。將Radarsat-2雷達(dá)側(cè)視角(θ=26.06°)和衛(wèi)星軌道方位角(α=191.18°)代入式(1)并將其轉(zhuǎn)換為矩陣形式，結(jié)果如式(2)所示?？梢钥闯觯乇泶怪毕?qū)OS方向影響最大，EW向影響次之，約為垂直向的二分之一； SN向影響最小，不到垂直向的十分之一。EW向和垂直向的影響相反，LOS形變的結(jié)果取決于絕對(duì)值較大的變形方向，在某些區(qū)域難以單獨(dú)利用InSAR數(shù)據(jù)判斷地表形變是上升還是下降。

dLOS=sinθcos(α-3π/2)UN+sinθsin(α-3π/2)UE+cosθUU+VLOS

(1)

(2)

在InSAR監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)有9個(gè)可用的連續(xù)GPS觀測(cè)站點(diǎn)(圖3)，觀測(cè)時(shí)間為2011年1月—2020年6月，基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心產(chǎn)出的站點(diǎn)位置時(shí)間序列，在去除周期、階躍等各種非構(gòu)造干擾后，估計(jì)了GPS站點(diǎn)在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的三分量位移速率，并根據(jù)式(2)計(jì)算了其在LOS方向上的投影值。由于InSAR監(jiān)測(cè)點(diǎn)不能與GPS站點(diǎn)完全重合，本文以區(qū)域內(nèi)的GPS站點(diǎn)位置為圓心，將其半徑1m內(nèi)的所有InSAR測(cè)點(diǎn)的平均形變量與GPS的投影結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并采用GPS和InSAR觀測(cè)值之間的多項(xiàng)式關(guān)系消除2種測(cè)量系統(tǒng)的偏差(宋小剛等，2015)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)參考基準(zhǔn)的統(tǒng)一?；貧w方程為

y=-0.008x2-0.08x-1.75

(3)

式(3)中，y為GPS投影值，x為InSAR測(cè)量值。以GPS為基礎(chǔ)調(diào)整對(duì)應(yīng)的InSAR值，對(duì)InSAR值進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)InSAR與GPS觀測(cè)值參考基準(zhǔn)的統(tǒng)一。統(tǒng)一基準(zhǔn)后的結(jié)果見表1。

圖3 鄂爾多斯地塊東南緣的InSAR地殼形變場(chǎng)Fig. 3 The InSAR crustal deformation field of the southeastern margin of Ordos block.

表1 GPS投影值與InSAR觀測(cè)值的比較Table1 Comparison between GPS projection and InSAR observations

統(tǒng)一參考基準(zhǔn)后，多數(shù)測(cè)點(diǎn)的InSAR短期觀測(cè)值與GPS長(zhǎng)期觀測(cè)值的差值<0.3cm(表1)，計(jì)算所得的標(biāo)準(zhǔn)差為0.27cm，表明InSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度和可靠性較高，能夠反映區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)特征，同時(shí)也表明區(qū)域短期地殼運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)較為一致。其中，JIXI和WENX 2個(gè)點(diǎn)的差值稍大，約為0.5cm，可能由于GPS和InSAR的觀測(cè)時(shí)間段不一致，測(cè)點(diǎn)局部的非構(gòu)造形變差異導(dǎo)致。

2.2 InSAR形變速率場(chǎng)的空間變化特征分析

圖3 中的平均形變速率場(chǎng)覆蓋的主要地質(zhì)構(gòu)造有運(yùn)城、臨汾盆地以及峨嵋臺(tái)地、太行山和呂梁山隆起區(qū)，主要斷裂包括中條山北麓斷裂、羅云山斷裂、峨嵋臺(tái)地南緣斷裂和峨嵋臺(tái)地北緣斷裂。圖像東、西兩側(cè)的太行山、呂梁山隆起區(qū)由于地勢(shì)陡峭、植被覆蓋茂密，短波長(zhǎng)的C波段難以穿透植被冠層，時(shí)間相干性保持能力弱，雷達(dá)衛(wèi)星成像的后向散射隨著時(shí)間的推移會(huì)變得嚴(yán)重不相關(guān)，同時(shí)由于與地形起伏相關(guān)的對(duì)流層垂直分層延遲相位的影響，上述區(qū)域形變點(diǎn)較為稀疏，形變結(jié)果誤差相對(duì)較大。臨汾、運(yùn)城盆地和峨嵋臺(tái)地及周邊區(qū)域相對(duì)干燥且裸露，受大氣延遲和植被覆蓋影響較小，數(shù)據(jù)相干性較好，形變點(diǎn)分布連續(xù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果較為可信。

為輔助分析不同地質(zhì)構(gòu)造塊體和斷裂的形變速率變化特征，繪制了1條跨越主要地質(zhì)構(gòu)造塊體和活動(dòng)斷裂的變形剖面，見圖3 中的CC′。剖面寬1km，為便于分析，將剖面跨越的活動(dòng)斷裂、地質(zhì)構(gòu)造塊體名稱以及地表高程標(biāo)注于圖4 中。

圖4 鄂爾多斯地塊東南緣的LOS向形變剖面Fig. 4 The LOS deformation profile of the southeastern margin of Ordos block.LYF 羅云山斷裂； NEF 峨嵋山北麓斷裂； SEF 峨嵋山南麓斷裂； ZTF 中條山斷裂

研究區(qū)域的空間形變格局受到地質(zhì)構(gòu)造和地層特征的控制，同時(shí)受地下水開采的顯著影響(Yangetal.，2016)。以活動(dòng)斷裂為界，山區(qū)和橫向隆起區(qū)相對(duì)穩(wěn)定、盆地相對(duì)下沉的總體形變格局反映了區(qū)域第四紀(jì)以來的繼承性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。峨嵋臺(tái)地內(nèi)部存在的局部下沉區(qū)可能與峨嵋臺(tái)地被第四紀(jì)黃土覆蓋有關(guān)(李振宏等，2020)。

中條山和峨嵋臺(tái)地隆起區(qū)的形變受地下水開采的影響不大，這些臺(tái)地0～2mm/a的隆起可能為長(zhǎng)期的震間地殼運(yùn)動(dòng)(Zhaoetal.，2018)。中條山北麓斷裂控制運(yùn)城盆地的南邊界，沿剖面CC′在斷裂兩盤的上升和下沉存在mm級(jí)的差異運(yùn)動(dòng)速率，可能表明在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)該段落存在一定的活動(dòng)性。峨嵋臺(tái)地北緣和南緣斷裂分別控制臨汾盆地的南邊界和運(yùn)城盆地的北邊界，2條斷裂沿CC′剖面的差異運(yùn)動(dòng)較小，在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)剖面經(jīng)過的段落相對(duì)穩(wěn)定。

在臨汾和運(yùn)城盆地內(nèi)部，顯著沉降區(qū)域主要位于中條山山前斷裂和羅云山斷裂上盤的沖積平原，同時(shí)受到周邊正斷層控制。其中，沉降最嚴(yán)重的夏縣和永濟(jì)地區(qū)地處中條山山前斷裂上盤的涑水平原，地下水類型為松散巖類孔隙水，潛水含水層、潛水-承壓含水層和承壓含水層均為主要的地下水開采層(黃昕霞等，2007)。地下水過量開采形成永久性地下水下降漏斗，同時(shí)導(dǎo)致含水層的孔隙壓力減小，從而引發(fā)嚴(yán)重的地面沉降(姚亮，2017)。因此，中條山山前斷裂上盤>5cm/a的變形主要是由于地下水開采所導(dǎo)致的地面沉降。這種變形僅發(fā)生在淺地表區(qū)域，變形量遠(yuǎn)大于基于地震地質(zhì)方法得到的約1mm/a的斷層傾滑速率(苗德雨等，2014)以及區(qū)域水準(zhǔn)測(cè)量所得到的最大為6～8mm/a的地殼垂直運(yùn)動(dòng)速率(Haoetal.，2016)，與斷層活動(dòng)由深部滑動(dòng)和構(gòu)造應(yīng)力所驅(qū)動(dòng)的機(jī)理完全不同(喬鑫等，2019)。

3 鄂爾多斯東南緣斷裂的滑動(dòng)速率與閉鎖深度反演

鄂爾多斯東南緣為典型的盆嶺構(gòu)造發(fā)育地區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以垂直向?yàn)橹?國(guó)家地震局鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系課題組，1988)，通過Radarsat-2影像獲得的LOS向形變量的65%是垂直向運(yùn)動(dòng)所貢獻(xiàn)的，適宜開展區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析。利用地殼形變觀測(cè)數(shù)據(jù)反演斷層的運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要有位錯(cuò)模型、塊體運(yùn)動(dòng)模型及負(fù)位錯(cuò)模型?？紤]到研究區(qū)斷裂以正傾滑為主，且塊體規(guī)模不大，我們沒有把研究區(qū)作為整體模型，僅通過 “刃型”位錯(cuò)提出的傾滑斷層震間形變數(shù)學(xué)表達(dá)式(Freundetal.，1976)做剖面反演。反演模型的表達(dá)式為

(4)

(5)

其中，ux為水平面垂直斷層X方向的位移，uz為垂直地面Z方向的位移，s為沿?cái)鄬用鎯A滑的位移，d為斷層閉鎖深度，δ為斷層傾角，x為觀測(cè)點(diǎn)到斷層的垂直距離。由于研究區(qū)斷裂以正傾滑活動(dòng)為主，在研究時(shí)段內(nèi)拉張和走滑分量很小，此處忽略水平面平行和垂直于斷層方向的位移，將uz投影到LOS方向可得式(6)。式中，θ為SAR傳感器的入射角。

uLOS=uzcosθ

(6)

我們切取了鄂爾多斯東南緣3條主干斷裂的InSAR形變剖面，剖面見圖3 中的AA′、BB′和DD′，剖面長(zhǎng)15km，寬1km。根據(jù)地震地質(zhì)、現(xiàn)今大地測(cè)量的研究結(jié)果，研究區(qū)震間地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，一般不會(huì)超過2mm/a(司蘇沛等，2014； Zhaoetal.，2018)，因此，反演時(shí)將剖面線上絕對(duì)值>2mm/a的形變點(diǎn)剔除。同時(shí)，為避免局部速率陡變點(diǎn)對(duì)擬合結(jié)果的影響，對(duì)形變速率剖面進(jìn)行平滑處理，沿剖面線按0.2km的窗口計(jì)算形變速率的平均值(喬鑫等，2019)。反演時(shí)，根據(jù)區(qū)域已有的大地震震源深度和地震精定位研究結(jié)果(蔡妍等，2014)，將斷裂的閉鎖深度設(shè)定為0～30km。研究區(qū)斷層多為高角度正斷層，傾角一般為40°～80°(國(guó)家地震局“鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組，1988)，據(jù)此將斷層的傾角范圍設(shè)為30°～90°。由于斷層傾角不為90°時(shí)，地表位移曲線中心不對(duì)稱，同時(shí)考慮到斷層位置難以準(zhǔn)確確定，反演時(shí)設(shè)置了沿x坐標(biāo)的偏移常數(shù)，取值范圍為-3～3km。

由于式(6)具有高度非線性特征，無法確定參數(shù)的近似值，直接利用最小二乘法反演容易使方程產(chǎn)生奇異而無解。為了解決這一問題，本文使用帶慣性權(quán)重的粒子群智能優(yōu)化方法(Shietal.，1999)，并采用慣性權(quán)重線性遞減策略(劉杰等，2010)，在搜索初期使各粒子以較大的步長(zhǎng)在全局范圍內(nèi)探測(cè)較好的種子，在搜索后期以較小的步長(zhǎng)在極值點(diǎn)周圍做精細(xì)搜索，從而使算法有較大機(jī)率收斂于全局最優(yōu)解。反演重復(fù)執(zhí)行1i000次，通過統(tǒng)計(jì)分析得到參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)結(jié)果和不確定性。反演和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2 和圖5，剖面結(jié)果見圖6。

表2 斷層參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table2 Statistical results of fault parameters

圖5 斷層參數(shù)反演結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析Fig. 5 Statistical analysis of fault parameter inversion results.矩形盒內(nèi)部的紅色橫線代表中位數(shù)，矩形盒上、下兩端分別代表上、下四分位數(shù)，紅色十字代表異常值，虛線表示正常值的分布區(qū)間

用箱線圖統(tǒng)計(jì)上述方法反演得到的斷層參數(shù)(圖5)，各參數(shù)的中位數(shù)和均值列于表2。結(jié)果顯示，斷層滑動(dòng)速率、閉鎖深度的中位數(shù)分別在0～1mm/a和0～5km之間，中位數(shù)與均值相同，反演結(jié)果的異常值數(shù)量<12個(gè)，數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布，反演穩(wěn)定性較好； 斷層傾角的中位數(shù)與均值存在一定差異，反演結(jié)果的異常值數(shù)量為6～57個(gè)，為偏態(tài)分布，但有明顯的分布集中趨勢(shì)。下面對(duì)每條斷層的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行逐一分析。

斷裂傾滑速率的中位數(shù)分別為0.74mm/a、0.47mm/a和0.37mm/a，參數(shù)的平均值與中位數(shù)相同。極小和極大值分別為0.69mm/a和0.79mm/a、0.34mm/a和0.60mm/a、0.34mm/a和0.46mm/a，上、下四分位間距均<0.06mm/a，反演結(jié)果僅存在6～11個(gè)異常值，表明數(shù)據(jù)集中程度較高，穩(wěn)定性較好。

斷裂閉鎖深度的中位數(shù)分別為3.4km、0.95km和4.3km，參數(shù)的平均值與中位數(shù)相同。極小和極大值分別為2.8km和4.1km、0.3km和2.0km、3.7km和5.0km，上、下四分位間距均<0.3km，反演結(jié)果僅存在6～11個(gè)異常值，表明數(shù)據(jù)集中程度較高，反演穩(wěn)定性較好。

斷裂傾角的中位數(shù)分別為64.8°、87.6°和30.6°，參數(shù)的平均值與中位數(shù)有一定差異，差值在0.8°～7.5°之間。參數(shù)的極小和極大值分別為59.5°和71.6°、70.5°和90.0°、30.0°和33.9°，上、下四分位間距<3.3°，反演結(jié)果存在12～57個(gè)異常值，表明數(shù)據(jù)有一定的集中度，但反演穩(wěn)定性略差。

圖6 斷層變形剖面及傾滑斷層模型擬合結(jié)果Fig. 6 Fault deformation profiles and fitting results of dip-slip fault model.AA′、BB′、DD′分別為峨嵋臺(tái)地南緣斷裂、中條山北麓斷裂和峨嵋臺(tái)地北緣斷裂的形變剖面及擬合結(jié)果； 紅色圓圈為斷層LOS向的平均變形速率，灰色點(diǎn)為斷層剖面LOS向的變形速率

4 分析與討論

4.1 與已有InSAR結(jié)果的對(duì)比分析

將InSAR形變結(jié)果與Yang等(2016)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，2個(gè)形變場(chǎng)整體具有較好的一致性，均監(jiān)測(cè)到中條山山前斷裂的夏縣附近和羅云山斷裂的新絳縣附近存在2個(gè)沉降區(qū)，最大形變量均>5cm/a(圖3)，說明本文的數(shù)據(jù)處理結(jié)果較為可靠，同時(shí)也說明該區(qū)域是一個(gè)地表形變復(fù)雜的地區(qū)，形變場(chǎng)具有多尺度性和不均勻性。

與Yang等(2016)的結(jié)果相比，本文使用的Radarsat-2寬模式影像在EW向的覆蓋范圍更廣，較完整地揭示了中條山山前斷裂西段的形變特征。中條山斷裂西段的永濟(jì)地區(qū)于2016年發(fā)生了明顯的下沉形變，靠近斷裂處的形變量達(dá)2～5cm/a，這個(gè)量級(jí)的形變是由較長(zhǎng)時(shí)期地質(zhì)資料獲得的斷層滑動(dòng)速率的7～10倍(程紹平等，2002； 司蘇沛等，2014)。本研究時(shí)段的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該區(qū)域的沉降范圍已超過中條山斷裂夏縣段，值得關(guān)注。本研究時(shí)段內(nèi)，夏縣和新絳縣附近2個(gè)沉降區(qū)的形變范圍和量級(jí)均沒有繼續(xù)發(fā)展，可能與近年來這2個(gè)地區(qū)大力實(shí)施的關(guān)井壓采及地下水綜合治理工程有關(guān)(姚亮，2017)。

Yang等(2016)發(fā)現(xiàn)位于臨汾盆地羅云山斷裂南段的河津地區(qū)存在一個(gè)由于地下水回升驅(qū)動(dòng)的隆升異常變形區(qū)，2009年2月—2010年10月累計(jì)回升4cm。本研究給出的該區(qū)域2016年的形變結(jié)果表明，區(qū)域地表變形已趨于穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯隆升和沉降。

4.2 斷裂的滑動(dòng)速率、閉鎖深度與地震危險(xiǎn)性

斷裂上的地震矩累積率以及未來發(fā)生地震的震級(jí)與斷層滑動(dòng)速率、閉鎖深度成正比(Ward，1994； Savageetal.，1997)。當(dāng)積累時(shí)間和斷層長(zhǎng)度一定時(shí)，斷層的閉鎖深度越大、滑動(dòng)速率越高，則積累的能量就越大； 如果閉鎖深度接近于零，斷層將只發(fā)生蠕滑而不會(huì)積累應(yīng)變能。因此，斷層的閉鎖深度和滑動(dòng)速率是判斷未來地震危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)(崔篤信等，2019)。

鄂爾多斯東南緣的侯馬—運(yùn)城地區(qū)為歷史地震破裂空區(qū)(M7專項(xiàng)工作組，2012)，有地震臺(tái)網(wǎng)記錄以來，該區(qū)震群非?；钴S，發(fā)生的11次M≥4.0地震近一半表現(xiàn)為震群活動(dòng)，垣曲震群最大的主震震級(jí)達(dá)到M5.5，可能表明該區(qū)域介質(zhì)很不均勻，但作用力十分集中(Mogi，1963)，其強(qiáng)震危險(xiǎn)性值得關(guān)注。下文將對(duì)研究區(qū)主要斷層的滑動(dòng)速率、閉鎖深度與地震危險(xiǎn)性進(jìn)行討論。

峨嵋臺(tái)地北緣斷裂： 該斷裂為臨汾-侯馬盆地與峨嵋臺(tái)地隆起之間的邊界斷裂，總體走向NEE，全長(zhǎng)約120km，中段活動(dòng)性最強(qiáng)，最后一次古地震事件距今約46ka，震級(jí)約達(dá)7.5級(jí)(陳國(guó)順等，1993； 徐偉等，2016)。1970年以來，該斷裂附近發(fā)生的最大地震為1989年侯馬M4.9地震。反演結(jié)果顯示，該斷裂中段的垂直滑動(dòng)速率約為0.37mm/a，與地質(zhì)學(xué)在此處測(cè)定的晚更新世晚期以來滑動(dòng)速率≥0.36mm/a的結(jié)果一致(徐偉等，2014)。斷裂在此處的閉鎖深度為4.3km，具有積累中等強(qiáng)度地震應(yīng)變能的條件。

峨嵋臺(tái)地南緣斷裂： 該斷裂為峨嵋臺(tái)地與運(yùn)城盆地之間的邊界斷裂，全長(zhǎng)約130km，走向NEE，為正傾滑斷層，早更新世活動(dòng)強(qiáng)烈，全新世期間趨于穩(wěn)定(郭春彬，2019)。1970年以來，該斷裂附近僅發(fā)生若干次震級(jí)約為M3.0的地震。該斷裂的滑動(dòng)速率在地質(zhì)上沒有確切的結(jié)果，基于InSAR剖面資料反演得到的滑動(dòng)速率約為0.47mm/a，略大于峨嵋臺(tái)地北緣斷裂。斷裂的閉鎖深度為0.95km，現(xiàn)今可能以蠕滑活動(dòng)為主。

中條山北麓斷裂： 該斷裂是運(yùn)城盆地東界和南界的主控?cái)嗔?，全長(zhǎng)140km，根據(jù)走向、活動(dòng)性等差異可分為韓陽(yáng)段、解州段和夏縣段3個(gè)段落，解州段為晚更新世以來滑動(dòng)速率最大的段落(國(guó)家地震局 “鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系”課題組，1988； 程紹平等，2002)。斷裂全新世以來發(fā)生過3次古地震事件，最大震級(jí)>8級(jí)(鄧起東等，1992； 司蘇沛等，2014； 王怡然等，2015)。1970年以來，該斷裂附近發(fā)生的最大地震為1998年永濟(jì)M4.6地震?；贗nSAR剖面資料反演得到解州段的滑動(dòng)速率為0.74mm/a，與物探和探槽資料揭示的(0.75±0.05)mm/a的平均滑動(dòng)速率一致(司蘇沛等，2014)。中條山北麓斷裂解州段的閉鎖深度為3.4km，可能表明斷裂在最后一次強(qiáng)震后還沒有完全閉鎖，主要以淺部活動(dòng)為主。

4.3 鄂爾多斯東南緣的構(gòu)造變形模型

華北地區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)受控于印歐碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)和巖石圈地幔的上涌。青藏高原東北緣地塊的持續(xù)推擠及其構(gòu)造應(yīng)力的向E傳遞導(dǎo)致鄂爾多斯地塊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和秦嶺山地向E擠出逃逸(李延興等，2003； 張培震等，2003)。該擠出構(gòu)造動(dòng)力過程主導(dǎo)了汾渭裂谷系的走滑拉分及其沿山西地塹系的NE向擴(kuò)展(張?jiān)罉虻龋?019)。

鄂爾多斯東南緣弧形拉張區(qū)地處鄂爾多斯地塊、華北平原地塊與華南地塊的交接區(qū)，3個(gè)相關(guān)塊體分別以(5.7±0.1)mm/a、(5.5±0.1)mm/a和(7.5±0.1)mm/a的平均速率整體向E—SE向移動(dòng)(Wangetal.，2020)。3個(gè)相關(guān)構(gòu)造支中，秦嶺北緣斷裂帶主要為左旋拉張性質(zhì)，拉張速率從西段向東段逐漸增大(李延興等，2003； 崔篤信等，2019)； 忻定-太原-臨汾斷陷盆地帶主要包括忻定盆地、太原盆地和臨汾盆地，具有右旋拉張性質(zhì)； 渭河盆地北緣斷裂帶的主要活動(dòng)性質(zhì)為拉張。

上述塊體及構(gòu)造帶的相互作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，在西安—運(yùn)城—臨汾一帶形成了較為復(fù)雜的三角形交接構(gòu)造(圖7)，這種交接構(gòu)造為中國(guó)大陸內(nèi)部典型的似三聯(lián)點(diǎn)構(gòu)造(田勤儉等，1998)。在似三聯(lián)點(diǎn)附近，一系列斷裂將三角形交接區(qū)分成多個(gè)條塊，條塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可通過邊界斷裂的活動(dòng)表現(xiàn)。秦嶺構(gòu)造帶作為一個(gè)地殼通道，其向E擠出導(dǎo)致汾渭地塹系的走滑拉張和NE向擴(kuò)展，形成了由楔形的臨汾盆地和鄂爾多斯東南緣弧形拉張區(qū)組成的走滑-伸展轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(張?jiān)罉虻龋?019)。

臨汾盆地內(nèi)部發(fā)育有多組斷裂，NNE—NE向右旋走滑斷裂控制盆地的邊界，近EW或NW向左旋正走滑斷裂控制盆地內(nèi)部的次級(jí)構(gòu)造單元。鄂爾多斯東南緣弧形拉張區(qū)由多個(gè)子凹陷組成，包括西安凹陷、固市凹陷、運(yùn)城盆地和靈寶盆地等，其沉積-沉降主體受南緣和東南緣邊界伸展斷裂控制，形成盆-山地貌(張?jiān)罉虻龋?019)，其新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特點(diǎn)是由SW向NE逐漸減弱，位于最南端的秦嶺北緣斷裂帶活動(dòng)性最強(qiáng)，中條山山前斷裂、峨嵋臺(tái)地南緣和北緣斷裂的活動(dòng)性逐漸變?nèi)酢?/p>

圖7 鄂爾多斯東南緣的似三聯(lián)點(diǎn)及相關(guān)構(gòu)造(田勤儉等，1998)Fig. 7 Quasi triple junction and related structures in southeastern margin of Ordos block(TIAN Qin-jian et al.，1998).

5 結(jié)論

本文利用干涉圖堆疊(Stacking)技術(shù)處理了2016年1月—11月的9景Radarsat-2寬模式影像，獲取了鄂爾多斯東南緣空間高分辨率InSAR形變速率場(chǎng)，并在此基礎(chǔ)上通過反演分析了主干斷裂的閉鎖深度、滑動(dòng)速率和地震危險(xiǎn)性，具體結(jié)論如下：

(1)采用干涉圖堆疊(Stacking)技術(shù)可有效獲取研究區(qū)空間高分辨率的高精度地殼形變場(chǎng)，且利用InSAR技術(shù)獲得的區(qū)域地殼短期形變與GPS獲得的長(zhǎng)期形變具有一致性。

(2)鄂爾多斯東南緣的臨汾、運(yùn)城盆地構(gòu)造和非構(gòu)造形變相互疊加。構(gòu)造形變主要發(fā)生在活動(dòng)斷裂附近，與斷層的滑動(dòng)速率和閉鎖深度有關(guān)； 非構(gòu)造形變主要發(fā)生在盆地內(nèi)的第四紀(jì)地層，空間上具有差異性，與含水層厚度和地下水開采量有關(guān)，最大幅度>5cm/a。

(3)InSAR資料揭示的中條山北緣斷裂、峨嵋臺(tái)地北緣和南緣斷裂的滑動(dòng)速率<1mm/a、閉鎖深度<5km，現(xiàn)今可能主要以淺部活動(dòng)或蠕滑活動(dòng)為主。

(4)鄂爾多斯地塊的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和秦嶺山地的向E擠出逃逸，在鄂爾多斯東南緣的西安—運(yùn)城—臨汾一帶形成了以走滑-伸展轉(zhuǎn)換為特征的似三聯(lián)點(diǎn)構(gòu)造區(qū)。

致謝中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心王閱兵高級(jí)工程師提供了GNSS站點(diǎn)位移時(shí)間序列，在此表示衷心感謝!