天山地区近期地壳形变研究

陈 浩

（1.天津航天中为数据系统科技有限公司，天津 300301）

新生代期间印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应，导致天山造山带重新活动，发生陆内造山运动，并再次 强烈隆升，形成典型的板内新生代复活型造山带[1-2]。天山山脉位于远离板块边界的欧亚大陆内部，南以塔里木盆地为界，北侧则为准噶尔盆地和哈萨克地块，东西绵延近 2 500 km，南北宽度达 250～350 km，最高峰海拔高度超过 7 000 m，剧烈隆升的地貌形态以及强烈多发的地震活动表明天山现今构造变形依然强烈[3]。天山地震带一直是全球地震多发区之一，发生了百余次6级以上地震，其中包括多次8级左右强震，如1906年玛纳斯7.7级强震、1902年阿图什8级强震、1931年富蕴8.0级地震和2001年昆仑山8.1级 强震。

很多专家利用GPS手段对天山地区进行了卓有成效的研究：从水平速度的分析来看，许多学者利用GPS数据分析了多年来天山地区的运动速率。Abdrakhmatov[4]基于GPS资料得到天山地区的运动速率约为20mm/a， 同时表明天山地区现今构造运动的最重要特征之一就是南北向地壳快速缩短。Larson等[5-6]通过数据分析得到了相应的结论。王晓强等[7-8]对天山地区GPS 测量成果进行了系统处理，获得了天山相对于欧亚大陆的212个GPS站速度场结果，表明天山地壳缩短由南向北、由西向东递减，表明板块的推挤作用力随着天山的褶皱变形相应减弱。王治民[9]获得了天山地区的现今地壳形变速率图、基线变化图、应变图及主要地质构造带的断裂位移，表明南天山地震断裂带以每年5～10mm 的速度吸收来自帕米尔高原向北推挤的运动速率。Mohadjer等[10]利用13个GPS站的观测资料，在帕米尔-兴都库什地区研究了印度-欧亚板块的汇聚状况。这些研究可以表明，天山地区的运动背景速度大约为20mm/a，地壳运动主要表现为地壳缩短，并且缩短的程度不一致，体现出由西向东递减的态势。本文通过GPS 速度场分析、GPS剖面、应变时间序列分析来获取天山地区地壳变形运动特征，可以为天山地区的地震危险性判定提供技术 支持。

1 GPS数据及解算

收集了全国GPS测站数据，以及全球均匀分析的70个IGS站数据，GAMIT/GLOBK解算单日松弛解（得到h文件），QOCA进行整体平差得到各GPS连续站的时间序列。

单天解算的参数设置大致如下：数据采样间隔为30s，Choice of Observable=LC_AUTCLN，Choice of Experiment=RELAX，Type of Analysis=1-ITER，Etide model=IERS03，Tides applied=31，全球海潮模型：otl_FES2004.grid，Elevation Cutoff=10，Interval zen=2，Antenna Model=AZEL，Inertial frame=J2000，DMap=GMF，WMap=GMF。

单天解算的结果（松弛解）是无基准的，在使用QOCA软件单天松弛解进行整网平差时，分别选择解算数据的时间段内较为稳定、全球均匀分布的70个IGS站为框架点，各框架点采用的先验坐标为ITRF2008 框架下坐标，得到各测站的时间序列及速度场。

2 地壳形变分析

强震孕育、发生和震后调整过程始终伴随着地壳形变现象，特别是震间期断层上积累的弹性应变分布直接与地震频度和震级相关。GPS观测为定性、定量识别地震断层震间期应变积累量值、同震应变释放过程和震后变形调整过程提供了可靠的技术手段。本文拟从速度场、GPS剖面、应变时间序列3个方面进行分析。

2.1 速度场分析

本文利用GPS数据得到了2009－2013年、2013－2018年基于区域无旋转的两期速度场结果，如图1所示。其中，红色的是1318期速度场，黑色的是0913期速度场。从图中可以看出两期速度场变化不大，天山北部地区表现为速率值的变小，天山南部地区显示出速率方向有向北的细微变化。两期的速度场都是以南北方向的挤压为主，这与前人的研究结论相一致。

图1 两期速度场对比图

2.2 GPS剖面分析

为了研究天山地区主要地震带的活动特征，本文采用最小二乘配置方法计算了主要断裂的GPS剖面，南北天山各两个，剖面的分布图如图2中黑色方框所示，其中，剖面1和2是跨越南天山的断裂带，剖面3和4是跨越北天山的断裂带，剖面结果如图3所示，其中，a、c、e、g为垂直于剖面的结果，b、d、f、h是平行于剖面的结果。

图3 4个剖面结果图

从剖面的结果可以看出，天山地区的断层主要以挤压为主，这和地质上的背景是一致的，前人的研究也证实天山地区的主要断层以挤压为主。此外，南天山的挤压速率明显大于北天山的挤压速率，说明板块的推挤作用力随着天山的褶皱变形相应减弱。

2.3 应变时间序列分析

为了分析近期的地壳运动变化，本文计算分析了截止到2019年6月的跨越天山断裂带的应变时间序列，其中，应变由连续站的时间序列计算得到，应变的分布如图2中红色闭合曲线。本文一共计算了3个块体的连续应变结果，如图4所示。

图2 剖面及应变分布图

图4 3个应变时序结果

从应变的结果可以看出，天山地区的应变主要以挤压为主，这和GPS剖面的结果相对应，其中，南天山地区的应变时序XJZS_XJBY_XJKC_XJBC_WUSH 速率为（2.58±0.007）×10-8mm/a；北天山地区的两个应变时序XJKL_XJSH_XJBY_XJYN、XJSH_XJML_XJSS_XJWL分别为（1.08±0.009）×10-8mm/a、（1.41±0.007）×10-8mm/a，明显可以看出南天山地区的挤压应变明显较强，可能会有应变的积累导致地震的发生，值得进一步注意。

3 结 语

本文利用1999－2019年GPS连续站及流动站观测资料，计算了天山地区的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、应变时间序列分析来获取天山地区地壳变形运动特征。结果表明两期速度场变化不大，天山北部地区表现为速率值的变小，天山南部地区显示出速率方向有向北的细微变化；南天山的挤压速率明显大于北天山的挤压速率，说明板块的推挤作用力随着天山的褶皱变形相应减弱；南天山地区的挤压应变明显加强，可能会因应变的积累导致地震发生，值得进一步注意。