华北1999—2009年水平形变应变场特征*

郭良迁 薄万举 杨国华 郭赫

(中国地震局第一监测中心，天津300180)

华北1999—2009年水平形变应变场特征*

郭良迁 薄万举 杨国华 郭赫

(中国地震局第一监测中心，天津300180)

根据华北地区GPS观测数据计算了华北活动块体的运动速度和应变率，以及块体边界带的活动速率和应变率，研究了华北块体的运动和应变率特征，以及边界断裂带的应力作用特征。形变揭示出华北亚板块从西向东运动方向由东向偏转为南东向，NE-NNE向断裂带呈现右旋，NWW-EW向断裂带呈现左旋。各个次级块体的主压应变应力轴方向存在一定的差异。边界断裂带现今应变应力状态页不相同，郯庐断裂带北段和山西断陷带以压性为主，具有应变能积累显示，但是应变率相对较小，应变能积累缓慢。

块体运动;应变应力场;断裂带;应力作用;蕴震分析

AbstractOn the basis of the GPS data of Chinese Crustal Motion Network in North China，the velocities and the strain rates on blocks in North China were calculated，as well as these on block’s boundary fault zones.The North China subplates’motion and features of the strain rate，and also the features of the strain stress of the block’s boundary fault zones were studied.The results show that the direction of the west-east movement field of North China subplates turns from east to southeast，the NE-NNE fault zone is of right-lateral strike slip activity and the NWW-EW fault zone is of left-lateral strike slip activity.The directions of the principal compressive strain axis of the sub-blocks are different.The present strain of the block’s boundary fault zones indicates that the force of the north part of Tanlu fault zone and the Shanxi downfaulted zone is mainly compressive，the strain energy is accumulating，but the strain rate is small，the speed of the accumulation is slow，so we should pay attention to the variation in future.

Key words:block movement;the field of strain and stress;fault zone;stress effect;analysis of seismogenic process

1 引言

GPS观测便捷直观，既可以获得地壳长趋势构造变化信息，也可以捕捉短暂的微动态变化信息。用GPS观测数据可以计算得到地壳运动场和地壳应变应力场［1－4］。

网络工程的实施，在华北亚板块上布设了325个GPS站点，是中国大陆上比较密集的地区之一。自1999年以来经过多次复测，积累了相对丰富的资料，为探讨华北地壳的现今活动性创造了条件。本文旨在根据华北地区1999—2009年多期观测数据计算的结果，研究华北亚板块和次一级构造块体的运动和应变应力场。

2 数据处理

大地震研究显示，M≥7的地震主要发生在Ⅰ、Ⅱ级块体的边界断裂带上［5，6］，说明块体边界带是相对活动的单元。大震需要大的空间构造单元——块体运动提供能量。GPS观测提供了研究区域构造活动和应变应力集中程度的条件从而为地震蕴育发生的危险性预测评估奠定了基础。而弹性运动方程

是由GPS资料计算块体运动和应变参数，研究块体应变应力状态的一种有效工具［7］。式中，ωx、ωy、ωz是块体旋转参数，A0、B0、C0、ξ1、ξ2、ξ3、ζ1、ζ2、ζ3是块体的应变参数。

3 块体运动

以东北亚板块为参考基准的华北亚板块1999—2009年的位移场如表1所示。表1中第一行给出了华北亚板块整体运动方向和速率。华北亚板块自西向东位移速度矢量的方向逐渐变化:EW→SEE→SE→SSE。

华北亚板块的各次一级构造单元的位移方向和速率存在一定的差异。鄂尔多斯块体总体运动方向为东向偏南的角度相对最小，豫晥块体东向偏南的角度最大(表1)，太行块体、冀鲁块体和胶东-苏北块体的运动方向介于其间。华北各次一级块体的位移速率显示，鄂尔多斯块体相对最大，冀鲁块体相对最小，平均速率为2.1 mm/a。

表1 块体位移矢量及速率Tab.1Displacement vector rates of blocks

鄂尔多斯块体西部位移速率相对较大，东部变小，北部的位移方向为SEE，中、南部为近EW(图1)。太行块体的位移矢量方向较为均一，内部差异不明显。冀鲁块体北部的位移方向为SEE，南部的位移方向为SE。冀鲁块体的速率北部相对小，南部相对大，最大者在西南部。豫晥块体与北邻的太行块体和冀鲁块体相比，运动方向明显向南偏转，与东邻的胶东-苏北块体较为一致。胶东-苏北块体北部向SSE位移，南部向SE位移。

上述表明，华北亚板块的运动方向自西而东，由北向南，存在顺时针偏转趋势，从西部到东南部由100.1°变化为146.6°。西部的鄂尔多斯块体、南部的豫晥块体和东部的胶东-苏北块体速率在2 mm/a以上，中部的太行块体和冀鲁块体小于2 mm/a。各块体的位移方向向南偏转，将使北北东走向的边界带具有右旋走滑活动趋势。

图11999 —2009年华北块体水平位移场Fig.1Horizontal movement fields of North China block during 1999－2009

4 块体应变率

表2给出了华北亚板块和其次一级块体应变参量，其中压应变轴方向代表了块体的主压应力作用方向，主压应变率的相对大小代表了1999—2009年时间段的主压应力的相对大小。由表2可见，计算得到的主压应力方向与本区大震震源机制解的P轴方向基本一致。

表2 块体应变率(单位:10－9/a)Tab.2Strain rates of some blocks(unit:10－9/a)

华北亚板块的各次一级块体1999—2009年主压应变方向所代表的主压应力方向具有一定的差别，变化范围从NNE～SEE向(表2，图2)，其中太行块体的主压应力作用方向为NNE-SSW向，鄂尔多斯块体和冀鲁块体为NEE-SWW向，胶东-苏北块体和豫晥块体为SEE-NWW向。

98例肾损伤患者中有37例 （38%）联合使用了其他可能引起肾损伤的药物，其中阿米卡星17例，更昔洛韦18例，两性霉素B 12例，呋塞米4例，顺铂2例，部分人群合并有2种以上的药物。

图2 华北块体主应变率(1999—2009年)Fig.2Principal strain rates of the North China block (1999－2009)

华北各次一级块体的主压应变率为:太行块体的最小，冀鲁块体的最大，其他块体居于其间。

综上所述，华北亚板块的西部和中北部主压应变轴为NE向，东部和南部为近EW-NWW向。华北亚板块东西两侧块体压性活动相对明显，中部各块体张性活动较为突出。

5 面应变率

华北亚板块各次一级块体面应变率如图3所示。鄂尔多斯块体西部、冀鲁块体西部和胶东-苏北块体北部为负值，说明压性变化相对明显。鄂尔多斯块体西部的面应变率最大值为－5×10－9/a，冀鲁块体西南部最大值为－4×10－9/a，胶东地段最大值为－9×10－9/a。太行块体、豫皖块体、鄂尔多斯块体东部、冀鲁块体东部和胶东-苏北块体西南部为正值，说明张性变化明显。太行块体南部面应变率相对较大，最大为9×10－9/a，北部较小，最小值为0。豫皖块体的面应变率值由西南向东北逐渐减小，从7×10－9/a变为0。鄂尔多斯东南部的面应变率最大为6×10－9/a，冀鲁块体东部最大值为9×10－9/ a，胶东-苏北块体西南部的最大值为6×10－9/a。面应变率在山西断陷带南段、平原地震构造带南段、郯庐断裂带北段(沂沭段)、阴山-燕山南缘构造带的东西两端等直线相对密集，形成了梯度带，说明这些地带两侧的面应变率差异显著，现阶段构造活动性较强，尤其后二者是张压性变化的接界地带。

图3 华北块体面应变率分布(1999—2009年)Fig.3Surface strain rates of the North China block(1999－2009)

6 最大剪应变率

华北亚板块剪应变率分布如图4所示。最大剪应变率值出现在冀鲁块体西南部，其次在豫皖块体西部和胶苏块体东南部。鄂尔多斯块体的最大剪应变率由西向东逐渐增大，从2×10－9/a变化到5× 10－9/a，等直线较为稀疏，整体差异变化量为3× 10－9/a。太行块体中南段由东向西增大，最大剪应变率值从2×10－9/a增加到9×10－9/a;北部由西向东增大，从4×10－9/a增加到9×10－9/a。太行块体的等直线比鄂尔多斯块体密集，整体差异变化量为7×10－9/a。冀鲁块体的最大剪应变率值从东南部的鲁中山区向西、向北逐渐增大。西南部最大剪应变率在18×10－9/a以上，北部达到9×10－9/a以上，整体差异变化量为16×10－9/a。冀鲁块体的最大剪应变率等直线是华北亚板块中最为密集的块体。胶东－苏北块体的最大剪应变率值从西北向东南逐渐增大，由3×10－9/a增加到15×10－9/a，等直线密集度居中，整体差异变化量为12×10－9/a。豫皖块体的最大剪应变率从东向西增大，由2×10－9/ a变为18×10－9/a，整体差异变化量为16×10－9/a。等直线密集度大于鄂尔多斯块体，但小于其他3个块体。

各个块体的等值线密集程度和量值大小表明，鄂尔多斯块体剪切活动较弱，冀鲁块体最强，其他块体介于其间。

最大剪应变率等直线在河北平原地震构造带南段、山西断陷带南段、阴山-燕山南缘构造带的东西两端和郯庐断裂带(沂沭段)北段至莱州湾相对较密集，形成了梯度带，说明这些地带两侧块体的剪应变率差别较大，块体边界带活动性相对明显。

图4 华北块体最大剪应变率分布图(1999—2009年)Fig.4Maximum shear strain rates of the North China block (1999－2009)

7 块体边界带活动

7.1 边界带活动

图5 华北次级块体边界带活动速率(1999—2009年)Fig.5Displacement rate of boundary zones of secondary North China blocks(1999－2009)

平原地震构造带北段走向NE，南段走向NNE。其东侧相对西侧的位移矢量显示，北段向SW-W位移，平原地震构造带由走滑变为挤压;南段位移方向为E-SSE，由拉张变为走滑。平原地震构造带总体位移速率为1.00 mm/a，平均位移方向为SW214.6°，以右旋走滑为主。

郯庐断裂带北段(新沂-莱州湾)东侧相对西侧向W位移，运动方向为SW261.2°，速率为1.24 mm/a。郯庐断裂带南段(宿迁-庐江)东侧相对西侧向SE位移，位移方向为SE148.2°，位移速率为1.06 mm/a，该段断裂带呈现张性右旋。

阴山-燕山南缘活动构造带是华北亚板块与东北亚板块的分界，该构造带的活动参量是由两个Ⅰ级块体相互作用决定的，因此由华北亚板块和东北亚板块的运动参数计算得到。阴山-燕山南缘活动构造带南侧相对北侧的位移方向，在包头以西向NW位移，以东至渤海，向NEE方向位移(图5)，平均位移方向为SE109.1°，速度均值为0.66 mm/a。

上述表明，山西断陷带和郯庐断裂带北段(新沂-莱州湾)以挤压活动为主导，平原带、郯庐断裂带南段和阴山-燕山南缘构造带走滑活动相对明显，它们或者压扭，或者张扭。

7.2 边界带的应变应力作用

表3是由块体活动使边界带产生的应变应力状态。从表3和图6可见，山西断陷带的主压应变轴和其走向夹角较大，近于垂直，说明该带受挤压应力作用为主。应变参量显示该带现今活动有利于应变能积累，由于主压应变率不算大，相对积累较缓慢。

表3 块体边界带应变率参数(单位:10－9/a)Tab.3Strain rate parameters of the boundary zones of the North China block(unit:10－9/a)

平原地震构造带的两个主应变轴均和断裂带走向斜交，表明在水平主压应力作用下，有利于断裂走滑。平原构造带北段主压应变率相对较大，主压应变轴为NWW向，南段主张应变率相对较大，主张应变轴呈NNW向。应变参量表明，该断裂带不利于压应变能积累。

郯庐断裂带北段主压应变率相对较大，主压应变轴与断裂带走向夹角较大，近于垂直，有利于应变能积累，但是积累速度不显著。郯庐断裂带南段(宿迁-庐江)的主张应变率相对突出，主张应变轴T的方向为NW324.2°，主压应变率较小，表现为张性活动，不利于应变能积累。

阴山-燕山南缘活动构造带的主应变率显示，在包头以西主压应变率相对较大，包头-怀安地段主张应变率相对突出，延怀盆地向东主压应变率逐渐增大，到渤海湾大于主张应变率。阴山-燕山南缘活动构造带东西两段为压扭活动，中段为张扭活动，不具有强应变积累。

边界构造带的应变显示出，山西断陷带和郯庐断裂带北段主压应变轴基本垂直于断裂带走向，有利于应变能积聚，平原构造带、郯庐断裂带南段和阴山-燕山南缘构造带主应变轴与断裂带走向斜交，或者主张应变轴与断裂带走向近于垂直，不利于应变能积累。

图6 华北亚板块次级块体边界带主应变率分布(1999—2009)Fig.6Principal strain rates of boundary zones of the secondary blocks of North China subptale(1999－2009)

8 结论

1)以东北亚板块为参考基准(整体运动框架)的华北亚板块的次一级块体运动显示，亚板块由西向东位移矢量方向逐渐从东向南偏转为南东向，各次级块体的位移速率存在差别。在这种运动态势下，NNE-NE向断裂带具有右旋走滑性质，并且兼有一定程度的挤压或者拉张，NWW及近EW向断裂带具有左旋走滑性质，兼有一定程度的挤压或者拉张。

2)由次级块体相互作用使边界断裂带产生的运动显示，山西断陷带以挤压运动为主，平原构造带北段为右旋压扭运动，南段为右旋张扭运动，郯庐断裂带北段以挤压运动为主，南段呈张扭运动，阴山-燕山南缘构造带以左旋走滑运动为主。

3)边界断裂带的应变率反映出，郯庐断裂带北段和山西断陷带受压应力作用，但是应变率相对较小，应力增加缓慢，可能有大震在缓慢地孕育，郯庐断裂带南段、平原构造带和阴山-燕山南缘活动带以走滑蠕动为主，不利于应变能的积累。

4)面应变率和最大剪应变率等值线反映出，在山西断陷带南段、平原构造带南段和郯庐断裂带北段等值线相对密集，成为应变率梯度较高的地段，差异活动明显，其附近是中-小地震易发的场所。

5)主应变轴显示，华北亚板块的西部主压应力P轴为NE向，中部、东部和东南部为近EW-NWW向。鄂尔多斯块体西部和胶东地区压性活动相对较强，太行块体和豫皖块体张性活动相对明显，冀鲁块体西南部压性较为突出，东北部张性相对显著。

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CHARACTERISTICS OF HORIZONTAL DEFORMATION-STRAIN FIELD IN NORTH CHINA FROM 1999 TO 2009

Guo Liangqian，Bo Wanju，Yang Guohua and Guo He
(First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin300180)

P315.72+6

A

1671-5942(2011)03-0015-05

2011-02-11

天津市应用基础研究项目(08JCZDJC18900);“十一五”国家科技支撑课题(2006BAC01B02－02－03)

郭良迁，男，1950年生，研究员，主要从事地形变、构造活动和地震预测研究.E－mail:guoliangqian@163.com