基于GPS速度场的关中地区应变场分析

保长燕，路兆庆，唐红涛

（1.青海省第二测绘院，青海 西宁 810001；2.河南省豫北水利勘测设计院，河南 安阳 455000；3.中国地震局第二监测中心，陕西 西安 710054）

基于GPS速度场的关中地区应变场分析

保长燕1，路兆庆2，唐红涛3

（1.青海省第二测绘院，青海 西宁 810001；2.河南省豫北水利勘测设计院，河南 安阳 455000；3.中国地震局第二监测中心，陕西 西安 710054）

利用2009～2013年GPS速度场数据，计算了关中盆地面膨胀率、主应变率、最大剪应变率，选取并解算了岐山-马召断裂、渭河断裂GPS剖面的应变积累。结果显示：①应变场上看，2009～2011周期在关中盆地均以张性运动为主；2011～2013周期发生转折，转为压性。②GPS剖面计算结果显示了2011～2013较2009～2011周期，岐山-马召断裂上盘相对下盘以右旋走滑为主，兼顾拉张运动；渭河断裂则在两期数据中走滑与张压特性不明显，呈微弱的张性变化特征。

GPS；关中；应变场；断裂；速度场

陕西关中地区由秦岭北麓、渭河、口镇-关山、陇县-宝鸡、韩城、乾县-蒲城等一系列近EW向正断或正走滑断层构成，统称为渭河构造区。西端偏NWW向与六盘山断裂相邻，与甘、宁交界；东端偏NEE向与山西断陷带构造关联，是陕西最主要的构造断裂带，更是青藏块体东北部与华北两大地块的交界地带，外围动力环境复杂、大震频发。同时，关中盆地位于鄂尔多斯地块南缘，而鄂尔多斯地块横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，在地理上它包含鄂尔多斯高原，在地质上包含陕甘宁盆地，其周缘有挤压与断陷带，较破碎，为新生代断陷盆地或深大活动断裂带环绕[1]。除西南缘西南边界为挤压性边界外，四周被剪切拉张带所围限，东西、南北两侧分别为右旋、左旋拉张带[2]，鄂尔多斯西缘的银川-吉兰泰断陷带及东缘的山西断陷带为NNE向的右旋剪切拉张带，而南缘的渭河盆地为近东西向的左旋剪切拉张带[3-6]。

我国史载8级以上地震有17次，在鄂尔多斯块体周缘就发生了5次，图1分布了1970年以来4．0级以上地震，其时空分布是不均匀的，主要分布于鄂尔多斯地块西缘、北缘及东缘，而关中盆地近50 a基本形成一个地震空区[7-8]，本文通过运用2009～2011、2011～2013周期的GPS水平运动速度场观测数据，计算了关中地区的面膨胀、主应变、最大剪应变，以及针对岐山-马召、渭河等两个断裂解算、分析了GPS剖面，探讨了该地区的应力变化特征。

1 研究范围与数据的选取

如图1所示，本文主要研究区域为鄂尔多斯地块南部，即西侧固原、东侧临汾以及南面的关中盆地，该区域近些年地质构造活动微弱。通过2009～2011、2011～2013周期的GPS水平运动速度场观测数据，分别解算了两期数据的面膨胀、主应变、最大剪应变；其次，在关中盆地中西部的地震空区，分别在岐山-马召断裂与渭河断裂选取了两个长为80 km与100 km的GPS剖面，计算并分析了两处断裂上、下盘的拉张、挤压与走滑等相对运动特征。图1中F1为龙门山山前断裂，F2为竹山断裂，F3为略阳-洋县断裂，F4为秦岭北麓断裂，F5为渭河断裂，F6为乾县-蒲城断裂，F7为六盘山断裂，F8为海原断裂，F9为香山-天景山断裂，F10为牛首山-大小罗山断裂，F11为贺兰山东麓断裂，F12为黄河-灵武断裂，F13为磴口-本井断裂，F14为狼山-色尔腾山山前断裂，F15为大青山山前断裂，F16为口泉断裂，F17为系舟山北麓断裂，F18为太谷断裂，F19为罗云山断裂，F20韩城断裂。

图1 鄂尔多斯地块周缘断裂、地震分布图

2 区域应变特征分析

2.1 应变场分析

如图2所示，2011～2013周期GPS速度场较2009～2011周期相比，其速度发生E向偏转，量值有所增大，尤其在六盘山断裂附近与渭河断裂北侧最为显著。从面膨胀上看（图2c、d，红色虚线表示挤压，黑色实线表示拉张），2009～2011周期，六盘山断裂北段与南段呈压性，中段为拉张，岐山-马召断裂附近均显示为压性运动，关中面膨胀压性高值区位于西安东南方向的秦岭地区，而关中盆地基本呈张性运动态势；2011～2013周期，西部六盘山断裂运动性质维持2009～2011周期，但量值明显增大，达12×10-8，岐山-马召断裂附近区域转为张性运动，关中盆地改为压性运动，与上期运动相反，压性高值区为东部的运城地区，达-28×10-8，与上周期相反的还有西安东南方向的秦岭一带，由负转正，张性量值较高。

图2 GPS速度场与面膨胀等值线图

图3 主应变与最大剪应变等值线图

如图3a所示，主应变压应力分布于岐山-马召断裂、西安东部，张应力为关中盆地；图3b，最大压应力为运城西部地区，其他表现为压应力的地区还有关中盆地、蒲城一带以及六盘山断裂带，张应力地区有咸阳、乾县、铜川南部、西安东侧以及韩城西南部。从最大剪应变看（图3c、d），2009～2011周期，高值区分别位于六盘山断裂带南段、岐山马召断裂及西安周边，最高约20×10-8，2011～2013周期，高值区位于蒲城西北、西安东南、韩城至运城地区。

2.2 GPS剖面分析

由2009～2011、2011～2013周期GPS速度场计算的剖面结果如图4、5所示。岐山-马召断裂（图4），平行断裂走向中（图4a），2009～2011显示该断裂上盘较下盘为左旋走滑（负为右旋走滑，正为左旋走滑），量值约为2．0 mm/a，2011～2013周期则为相反，为右旋走滑；在垂直断裂方向中（图4b），2009～2011上盘相对下盘为压性运动（负为拉，正为压），2011～2013转为相对张性运动。

图4 岐山-马召断裂GPS剖面计算结果

图5 渭河断裂GPS剖面计算结果

渭河断裂在平行断裂走向（图5a）上，两期GPS数据在走滑量上均较为微弱，表现平稳，在垂直断裂走向上（图5b），2009～2011上盘相对下盘变化不大，2011～2013周期显示了微弱的拉张变化。该GPS剖面计算与上述地壳应力场结果一致。

3 结 语

本文基于GPS水平运动速度场数据，探讨了关中地区近些年来地壳应力场的变化特征，此外，针对岐山-马召断裂、渭河断裂计算并分析了GPS剖面应力积累特性。初步获得了以下两点结论：

1）应变场上看，面膨胀率、主应变率在2009～2011周期在关中盆地均以张性运动为主，2011～2013周期发生转折，转为压性。可能说明了后期来自印度板块北东向的挤压，关中地区北受鄂尔多斯坚硬块体的阻隔，地壳物质发生东移，形成由张转压的应力场转变过程（与文献[9]分析结果一致）。

2）由地震空区岐山-马召、渭河断裂的GPS剖面计算结果显示，2011～2013较2009～2011周期岐山-马召断裂上盘相对下盘以右旋走滑为主，兼顾拉张运动；渭河断裂则在两期数据中走滑与张压特性表现不明显，呈微弱的张性变化特征。

[1] 韩许恒．鄂尔多斯地块周缘地震活动周期及迁移特性[J]．内陆地震,1992,6(1)：71-78

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P227

B文章编号：1672-4623（2017）06-0076-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.023

2016-11-24。

项目来源：中国地震局震情跟踪青年课题资助项目（2017010233）。

保长燕，工程师，研究方向为摄影测量与遥感。