南北地震带北段近期地壳形变运动特征分析

朱 爽，周 伟

（1.中国地震局 第一监测中心，天津 300180）

南北地震带北段近期地壳形变运动特征分析

朱 爽1，周 伟1

（1.中国地震局 第一监测中心，天津 300180）

利用2009～2011期和2012～2014期观测的GPS连续和流动观测数据，经过统一处理并扣除研究区域典型强震影响，获取了稳定、可靠的GPS时间序列及速度场结果。在此基础上，通过GPS速度场分析、GPS剖面分析、基线时间序列分析来获取南北地震带北段地区地壳变形运动特征。结果表明，庄浪河断裂两侧的运动差异逐渐变小，断裂带两侧的右旋减小；西秦岭北缘断裂和海原断裂维持较稳定的左旋剪切变形特征，其中，海原断裂带在2012～2014期的左旋剪切变形有所增强。

GPS；速度场；速度剖面；基线时间序列；断裂带

南北地震带作为我国强震密集带和地震断层交织带[1,2]，发生的地震具有强度大、频度高的特点（10 余 a来先后发生1996年丽江7.0级地震、2008年汶川8.0级地震、2010年玉树7.1级地震、2013年芦山7.0级地震等）[3,4]。

以GPS为代表的空间观测技术的发展为地壳变形研究提供了高精度、大尺度和统一参考框架的地表位移数据，为研究地球动力学提供了数据支撑。随着中国地壳运动观测网络CMONOC（crustal movement observation network of China）和中国大陆构造环境 监 测 网 络CMTEMN（China mainland tectonic environment monitoring network）等的建立，已获得了多期GPS速度场和时间序列结果。由于GPS速度场可以清晰地展现地壳变形空间分布特征，因此被广泛应用于地学研究[5-8]。其中，关于南北带地区的形变研究，也取得了丰富的成果。江在森[9]等通过研究南北地震带及青藏块体东部地区20多a来大地形变场演化特征及其与地震活动的呼应关系，发现大地形变既具有时空分布的不均匀性，各分区形变场又具有同时段的宏观相似性；车兆宏[10]等利用南北地震带中南段流动形变资料，得出红河断裂带、楚雄-通海断裂带及鲜水河断裂带活动水平最高,龙门山断裂带活动最弱的结论；牛安福[11]等讨论了汶川地震前震源附近与外围地区潮汐形变变化及龙门山地震带、鲜水河地震带和祁连山地震带断层活动的特点；邵志刚[12]等分析了南北地震带北段近期强震趋势，认为需关注南北带北段毛毛山断裂和金强河断裂、香山-天景山断裂东段、黄河断裂灵武段、西秦岭北缘断裂、六盘山-宝鸡断裂和东昆仑断裂东段玛沁-玛曲段发生7 级地震的可能；武艳强[13]利用1999～2007期和2007～2009 期GPS速度场、应变率场、断层滑动速率和GPS速度剖面等数据，识别出了南北地震带北段主要断裂带及其邻近地区的显著变形差异。本文通过GPS速度场分析、GPS剖面分析、基线时间序列分析来获取南北带北段地区地壳变形运动特征，为研究区域强震地点判定提供支持。

1 数据解算

收集全球77个IGS站数据，利用GAMIT/ GLOBK软件进行解算，得到测站坐标及卫星轨道的单日松弛解。解算策略为：截止卫星高度角为15°；基线处理模式为RELAX（松驰解）；卫星钟差模型为精密星历误差的钟差参数；接收机钟差改正模型为伪距计算出的钟差；电离层延迟模型为LC-HELP；对流层模型为Saastamoinen模型；光压模型为Berne；固体潮改正为IERS03；测站坐标约束为（0.010 m，0.010 m，0.010 m）；对流层参数设置为13[14,15]。然后，利用QOCA软件对上述多个单日松弛解进行整体平差，选取分布于全球的47个GPS测站作为框架点，经过平差计算得到ITRF2005框架下的速度场。在解算过程中为了减小2013-04-20芦山7.0级地震的影响，先利用GPS连续观测数据计算得到了该地震引起的同震位移，在求解速度场时去除上述同震影响。

2 速度场对比

本文利用得到的2009～2011期、2012～2014期两期速度场，通过基准转换，获得基于稳定的华南块体的速度场[16,17]。两期速度场在南北带北段的对比如图1所示。

图1 南北带北段速度场对比

由图1可以看出，两期速度场在数值大小上存在明显的差异。较2009～2011期速度场来看，2012～2014 期速度场主要表现在祁连地块整体运动的东向转移，但速度的数值变小，体现在庄浪河断裂两侧的运动差异逐渐变小；鄂尔多斯地块西边界-祁连地块东边界地区GPS北东向运动逐渐减弱，表现在六盘山断裂带和海原断裂挤压变形有所减弱；祁连地块北边界由于受到阿拉善地块的阻挡，速度明显有减小的趋势。

3 GPS剖面分析

为了研究跨越断层的GPS速度场所表现出的空间变形特性，本文在该研究区域进行了3个剖面的分析，剖面的分布如图2所示。其中，剖面1主要跨越祁连地块北边界；剖面2跨越了庄浪河断裂和六盘山断裂两条近似平行的断裂带；剖面3跨越了西秦岭北缘断裂和海原断裂等两条近似平行的断裂。图3给出了3 个剖面的结果，每条剖面包括平行于断层结果和垂直于断层结果。

图2 剖面分布图

从图3a可以看出，祁连地块北边界南北两侧存在变形差异，表现为左旋剪切变形的增强，该增强以断裂带附近最为明显；从图3b可以看出，断裂带两侧的挤压情况没有出现太大的变化；从图3c可以看出，庄浪河断裂带右旋减小，六盘山断裂带的变化较小；从图3d可以看出，断裂带一直处于挤压状态，庄浪河挤压变形有所加强，六盘山断裂带的挤压变形有所减弱；从图3e可以看出，西秦岭北缘断裂和海原断裂维持较稳定的左旋剪切变形特征，其中，海原断裂带在2012～2014期的左旋剪切变形有所增强，表现在平行于断层的速度分布较2009～2011期集中；从图3f可以看出，两条断裂带附近均表现出稳定的挤压变形特征，其中，海原断裂两侧在2012～2014期的挤压变形有所减弱。

4 GPS基线分析

为了进一步分析南北带北段的地壳形变特征，本文利用连续站时间序列进行了南北带跨断层基线的解算，时间截至2014年，年积日310日。选择跨越祁连地块北边界西段的基线GSMQ-QHGC（甘肃民勤-青海刚察）及跨越祁连地块北边界东段的基线GSGLXNIN（甘肃古浪-青海西宁）进行分析，如图4所示。GSMQ-QHGC基线在2014年4月有一个阶跃，产生此阶跃是由于GSMQ站测站自身原因，去掉这一阶跃，基线则呈稳定的缩短状态；GSGL-XNIN基线同样呈稳定的缩短状态，两条基线的变化与前文的GPS剖面分析相对应。

跨越西秦岭断裂带的基线GSDX-GSMX（甘肃定西-甘肃岷县）时间序列图如图5所示。其中，2013 年7月有一个明显阶跃，是由于GSMX站受到岷县漳县地震的影响，因同震位移而产生的时间序列的阶跃，去除阶跃，可以看出，基线呈稳定的挤压状态，这与GPS剖面分析的结果相对应。跨越庄浪河断裂带的基线GSJT-XNIN（甘肃景泰-青海西宁）时间序列图如图6所示。基线整体呈挤压状态，2011年末及2013年8月的阶跃是由于测站原因导致，整体的变化与剖面的结果相对应。

图3 3个剖面结果（红色圆点是2009～2011期结果，黑色十字是2012～2014期结果）

图4 基线GSMQ-QHGC、GSGL-XNIN时间序列图

图5 基线GSDX-GSMX时间序列图

图6 基线GSJT-XNIN时间序列图

5 结 语

结合速度场剖面及基线时间序列分析结果可以得出以下结论：

1）南北带北段2012～2014期的速度场相对2009～2011期的速度场结果，在数值及方向上存在一些变化，说明祁连地块在运动过程中仍受到阿拉善地块及鄂尔多斯地块的阻挡作用，汶川地震后南北带北段仍存在地壳变形调整。

2）祁连地块北边界南北两侧的左旋剪切变形有一定增强，但总体变化不大，主要表现在庄浪河断裂两侧的运动差异逐渐变小，断裂带两侧的右旋减小；跨越祁连地块北边界的基线维持原来的挤压状态；六盘山断裂带附近区域表现出较好的继承性，变化较小；西秦岭北缘断裂和海原断裂维持较稳定的左旋剪切变形特征，其中，海原断裂带在2012～2014期的左旋剪切变形有所增强。

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P228.4

B

1672-4623（2016）03-0060-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.019

朱爽，硕士，研究方向为GPS精密解算及分析。

2015-05-06。

项目来源：地震科技星火计划资助项目（XH15061Y）；公益性地震行业科研专项资助项目（201308009）；震情跟踪青年课题资助项目（2015010205）。