川滇地块地壳运动GPS监测*

康四林，李语强，熊耀恒

(中国科学院国家天文台云南天文台，云南 昆明 650011)

随着GPS定位技术的发展，高精度GPS定位技术已经被广泛用于地壳运动的监测研究。自20世纪80年代初以来，国内外许多学者致力于GPS技术监测板块运动与地壳形变的研究，世界各地相继建立了各种规模的GPS地壳运动监测网。中国地壳运动观测网络是世界上规模较大，影响力较广的地壳运动观测网络之一。中国地壳运动观测网络是中国“九五”期间国家级重大科学工程。工程以GPS观测技术为主，辅之已有的甚长基线射电干涉(VLBI)和人卫测距(SLR)等空间技术，结合精密重力和精密水准测量对中国大陆地壳运动进行大范围、高精度、高时空分辨率的观测。中国地壳运动观测网络由基准网、基本网、区域网和数据传输与分析处理系统4大部分组成。基准网由27个GPS连续观测站组成。基本网由56个定期复测的GPS站组成。区域网由1000个不定期复测的GPS站组成，其中300个左右均匀布设，700个左右密集布设于断裂带及地震危险监视区。中国地壳运动观测网络于1999年正式开始观测。

川滇地块位于青藏高原的东南隅，通常称为川滇菱形块体。川滇地块具有复杂的边界条件，由现今构造活动强烈的鲜水河断裂、安宁河断裂、则木河断裂、小江断裂、红河断裂、金沙江断裂等深大断裂围成，被甘青地块、华南地块、印支地块所包围。在持续的板块碰撞、陆内汇聚作用下，川滇地块深部物质塑性流动引起上部地壳大规模、高强度变形。川滇地块所在区域现今构造活动强烈、地震活动频繁［1－2］。独特的自然条件和地质背景条件导致川滇地块所在区域地形高差悬殊、地貌类型多样、断裂发育，成为突发性地质灾害的易发区和重灾区［3］。川滇地块及邻近地区位于中国南北地震带的中南段。该地区地震强度大、地震频次高，是大震或强震分布区。本文选择川滇地块进行研究，通过研究川滇地块及其邻区内中国地壳运动观测网络中的GPS监测站的监测结果，探讨川滇地块及其邻区地壳运动、变形特征。

1 川滇地块及其邻区测站速度场

现今研究地壳运动及测站速度场，一般是在国际大地参考框架ITRF2000下研究。ITRF2000框架主要是基于最近20多年VLBI，SLR，GPS，DORIS等空间技术的实测资料建立起来的，代表了近20年跨度的全球地壳运动的特征，适用于现今全球板块运动和地壳形变的研究。在ITRF2000框架下研究区域性地壳运动、形变，由于测站的位移和速率包含了首级大板块本身的运动，而首级大板块运动速率一般都比较大，因此，很容易掩盖次级板块内各测站的局部相对运动。为了突出次级板块内监测点的相对运动及局部相对变形，需要选择合适的区域参考框架。

欧亚参考框架是一个重要的区域性研究参考框架。在2000年，S McClusky等人在用GPS研究东地中海和高加索地区的运动学和动力学时，首次使用了欧亚参考框架。欧亚参考框架是在国际大地参考框架ITRF的基础上去除了欧亚板块整体运动的参考框架，欧亚板块整体运动是利用国际地球自转服务(IERS)发布的欧亚板块内稳定区域的IGS站的ITRF速度场，根据板块运动原理建立起来的。用欧亚参考框架作为研究欧洲、亚洲等地区区域性地壳形变和板块构造运动的区域参考框架，可以很好地消除欧亚板块整体性运动趋势的影响，因而，其结果更能准确地反映欧洲、亚洲等地区区域性地壳运动、形变特征。因此，为了更好地研究川滇地块及周边地区地壳运动、形变特征，文中采用欧亚参考框架。

本文共选择中国地壳运动观测网络中处于川滇地块及其邻区的151个GPS监测站进行研究。其中基准站2个(昆明和下关)，基本站8个(马尔康、乾宁、马边、盐源、丽江、思茅、理塘、腾冲)，区域站141个(阿坝、红原、翁达等)。这151个GPS监测站在川滇地块及其邻区中的分布情况如图1。

图1 川滇地块及其邻区中GPS监测站的分布情况Fig.1 Distribution of the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas(①鲜水河断裂;②安宁河断裂;③则木河断裂;④小江断裂;⑤红河断裂;⑥金沙江断裂;⑦丽江—小金河。)

所选基准站从1999年开始，都有连续的观测数据。基本站每年观测1次，连续观测8天。区域站在1999～2006年期间共观测3次，观测方式为每站至少连续观测4天，首期观测于1999年3～8月完成，2001年3～8月间完成了第2次观测，2004年3～8月完成第3次观测。利用中国地壳运动观测网络1999～2006年的观测数据，采用高精度GPS数据处理软件CAMIT/CLOBK对观测数据进行相应处理。最终计算出上述151个监测站在欧亚参考框架下的水平速度。水平速度精度在1 mm/a左右。由于篇幅所限，在此没有详细列出上述151个监测站在欧亚参考框架下的水平速度。由川滇地块及其邻区内上述151个监测站在欧亚参考框架下的水平速度可以绘制出川滇地块及其邻区测站在欧亚参考框架下的速度场。川滇地块及其邻区内GPS监测站在欧亚参考框架下的速度场如图2。

图2 川滇地块及其邻区内GPS监测站在欧亚参考框架下的速度场Fig.2 Velocity field sampled by the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas

川滇地块及其邻区测站在欧亚参考框架下的水平运动速度大小在3.44～19.74 mm/a之间，平均为11.68 mm/a，测站东向运动速度大小在－5.33～16.97 mm/a之间，平均为4.71 mm/a，北向运动速度大小在－16.35～0.27 mm/a之间，平均为－9.41 mm/a，说明川滇地块及其邻区现今活动性较大。总体来说，在鲜水河断裂带的东北地区(属于甘青地块)，测站运动速度较大;在川滇地块内部的测站，运动速度也较大;在川滇地块的东部地区(属于华南地块)，测站运动速度相对有所减小;在川滇地块的西南部地区(属于印之地块)，测站运动速度也较小。

川滇地块及其邻区内测站运动方向变化较大，在鲜水河断裂带的东北地区，测站运动方向为东向或东南向;在川滇地块及川滇地块的东部地区，测站运动方向为东南向;在红河断裂带的南部地区，测站运动方向则表现为南向;在红河断裂带的西部地区，测站运动方向变为南向及南西向。由图2及以上分析可以得出，川滇地块及其邻区在围绕喜马拉雅东结点作顺时针旋转，且明显存在着南北向的挤压及东西向的延伸，这与陈智良等人［4］及王琪等人［5］的研究结果基本一致。

2 川滇地块整体运动特征

总的来说，川滇地块内的测站具有比较相似的运动特征。但由于川滇地块构造活动并非均一，为了准确地反映川滇地块的整体运动特征，在本文计算中，对川滇地块内的测站进行选择使用，以减弱川滇地块内部各种断层对整个地块的运动的影响。因为是研究川滇地块的整体活动性，这里假定川滇地块为刚性块体，以川滇地块内所选测站的重心速度代表川滇地块的整体运动速度。

选取 H057、H063、H066、H067、H068、H069、H074、H075、H079、H083、H080、H107、H184、H189、 H190、 H192、 H195、 JB40、 H096、 H097、 H103、 H104、 H106、 H113、 H114、H109、H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、 H128、 H129、 H130、 H131、H134、H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、 H151、 H155、 H156、 H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共56个测站代表川滇地块。以上述所选测站在欧亚参考框架下的运动速度为基础，首先用最小二乘法求出川滇地块的重心东、北方向的速度，再由川滇地块重心东、北方向的速度，求解川滇地块的整体运动速度。最终的计算结果显示，川滇地块整体运动速度的大小13.36 mm/a，川滇地块的运动方向为东偏南64.9°。

从地质动力学分析:印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压是川滇地块岩石层水平形变的主要驱动力［6］，青藏高原物质的东向挤压造成了川滇地块的东移［7］，再在甘青地块向南的挤压力及相对稳定的华南地块的阻挡下，川滇地块总体向东南方向运动。由上述所选川滇地块内GPS监测站计算得到的川滇地块整体运动结果与地质动力学分析的运动结果完全相符。

3 川滇地块内不同区域的运动特征

在上述处理川滇地块的整体运动时，将川滇地块看作是一个内部不发生形变的刚体。然而，实事并非如此，川滇地块并不是完整不变的刚体，由于川滇地块地区地质条件的复杂性，川滇块体运动具有不均匀性，川滇地块被次级活动断裂分割成不同的区域，不同部位局部变形各不相同。因而，为了更好地探讨川滇地块现今运动特征，需要对川滇地块进行进一步分区，并对不同区域运动特征进行分析。

丽江—小金河断裂是云南西北高原上的一条北东向活动构造带，它西南始于剑川，向东北经丽江、宁蒗西北的宝地、天生桥、盐源木里后在石棉一带与安宁河断裂相交汇。丽江—小金河断裂总体走向为北偏东40°，全长约360 km［8］。丽江—小金河断裂位于川滇菱形块体中部，将川滇菱形块体分为川西北和滇中两个次级块体。

川滇地块内部两个次级块体整体运动的计算过程与川滇地块整体运动的计算过程相似。采用H057、H063、 H066、 H067、 H068、 H069、 H074、 H075、 H079、 H083、 H080、 H107、 H184、H189、H190、H192、H195、JB40共18个测站代表川西北次级块体;采用 H096、H097、H103、H104、H106、 H113、 H114、 H109、 H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、H128、H129、 H130、 H131、 H134、 H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、H151、H155、H156、H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共38测站代表滇中次级块体。以上述测站在欧亚参考框架下的运动速度为基础，采用刚性假设下的最小二乘法求出川滇地块内两次级块体的重心的东、北方向速度，再由川滇地块内两次级块体的重心的东，北方向速度，求解川滇地块内两次级块体的整体运动速度。计算结果如表1。

表1 川滇地块内部次级块体运动速度的大小和方向Table 1 The moving velocities of subblblocks in the Chuan-Dian block

川滇地块内川西北次级块体与滇中次级块体运动速度的大小及方向相差较大。川西北次级块体的运动速度的大小为15.66 mm/a，而滇中次级块体的运动速度的大小为12.57 mm/a，说明川滇地块内部运动是不均匀的;川西北次级块体运动的方向为东偏南52.1°，滇中次级块体运动方向为东偏南72.4°，这与上面分析得出川滇地块及其邻区在围绕喜马拉雅东结点作顺时针旋转的结论相符。

4 总结

川滇地块及其邻区测站在欧亚参考框架下的水平运动速度大小在3.44～19.74 mm/a之间，平均为11.68 mm/a，测站东向运动速度大小在－5.33～16.97 mm/a之间，平均为4.71 mm/a，北向运动速度大小在－16.35～0.27 mm/a之间，平均为－9.41 mm/a，说明川滇地块及其邻区现今活动性较大。从川滇地块及其邻区内测站运动方向的变化可以得出，川滇地块及其邻区在围绕喜马拉雅东结点作顺时针旋转，川滇地块南北方向上存在明显的挤压，东西方向上存在延伸现象。川滇地块整体运动速度的大小为13.36 mm/a，运动方向为东偏南64.9°，这与地质动力学分析的运动结果完全相符。丽江—小金河断裂将川滇菱形块体分为川西北和滇中两个次级块体。川西北次级块体与滇中次级块体运动速度的大小及方向相差较大说明川滇地块内部运动是不均匀的。

致谢:本文所采用的数据来源于中国地壳运动观测网络。在此，对中国地壳运动观测网络数据中心的相关工作人员表示感谢。

［1］国家地震局震害防御司.中国历史强震目录 ［M］.北京:地震出版社，1995.

［2］国家地震局震害防御司.中国近代强震目录 ［M］.北京:中国科学技术出版社，1999.

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