基于多种形变观测资料分析福建地区形变特征＊

王紫燕 李祖宁 刘序俨 关玉梅 陈超贤 钟继茂 陈 光

(福建省地震局,福州 350003)

基于多种形变观测资料分析福建地区形变特征＊

王紫燕 李祖宁 刘序俨 关玉梅 陈超贤 钟继茂 陈 光

(福建省地震局,福州 350003)

利用福建区域 GPS连续观测资料计算出应变场,由跨断层垂直形变资料计算出形变速率强度累积率,并根据跨断层、体应变等多种形变资料得到各测点压张特性的空间分布。在此基础上,研究了福建区域 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各时期的形变特征。研究结果表明：龙岩-厦门-东山、政海带与沙县南日岛断裂带交界处这两个区域是能量累积区域,构造活动性较强,形变速率强度较高,以压性测点为主,发生中强地震的可能性比较大。

GPS;跨断层;形变观测;形变特征;福建地区

1 引言

为了有效监测本区域地壳运动与地震活动,福建省沿主要的构造断裂带布设了 GPS观测站以及多种形变观测仪器,包括跨断层短水准、体应变、洞体应变、重力、垂直摆、倾斜仪、深井观测、砂层应力仪等,组成了有效的形变观测网络。一些学者利用这些数据对福建地区地壳运动与形变进行了研究,取得了许多成果[1-8]。本文将基于福建区域 GPS连续观测资料、跨断层形变测量数据,以及体应变等多种形变观测结果,结合有关地质构造背景,定量研究 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年各时期的应变场、跨断层形变强度空间分布、测点受力压张性空间分布动态变化特征,进而分析该区域的形变基本特征。

2 构造概况

福建内陆主要断裂带大致呈北东走向,由内陆至沿海依次为：邵武-河源断裂带,政和-海丰断裂带,长乐-诏安断裂带。历史上发生的多次中强地震均位于这些断裂带上。北西向断裂分布范围和规模仅次于北东向断裂,由北往南依次为：闽江下游断裂,沙县-南日岛断裂,永安-晋江断裂,九龙江下游断裂,上杭-诏安断裂(图 1)。这些北西向断裂和北东向断裂将福建地区分割成不同的差异活动地块。

自 2007年 3月 13日发生顺昌 4.9与 4.7级双震后,福建省中等强度的地震活动显著增强,之后依次发生了华安 4.0、永春 4.6、古田 4.8、长泰 4.7、平潭 4.3级等多次中强地震(图 1)。

为了有效监测该区地壳运动与地震活动,福建省沿主要的构造断裂带布设了 8个 GPS连续观测站、5个体应变观测场地、2个伸缩仪观测场地、5个垂直摆观测场地、2个水管观测场地、2个倾斜观测场地、1个重力观测场地及多个跨断层形变测量场地,组成了有效的形变观测网络。福建GPS台网现有 8个 GPS连续观测站,目前正在扩充和加密 30个 GPS连续观测站,并在 GPS连续观测站上配套精密水准和精密重力测量,形成有效监测福建地区主要断裂带的大跨度、大尺度、高精度观测台网 (图2)。跨断层测量场地的分布为：长诏断裂带 9个,政海断裂带 4个,河邵断裂带 2个,跨北西向断裂的4个,以及水口库区 1个形变监测网。其他定点形变观测场地分布见图 2,厦门、漳州等台站配有多套形变观测仪器。

图1 福建地区主要断裂带及中强地震分布Fig.1 Distribution of the faults and medium earthquakes in Fujian area

图2 福建省形变观测台站分布Fig.2 Distribution of the deformation monitoring points in Fujian area

3 资料处理与分析

3.1 GPS应变场

假定局部小范围内地壳为连续的均质体,在ITRF2000框架下求出各期位移速率的南北分量和东西分量,根据描述块体整体旋转和内部均匀应变的弹性运动方程[9],可以求出由相邻点组成的点组的应变张量[9]。

在计算得到地块的应变张量之后,可以由应变参数εe、εen、εn计算获得福建地区的主压应变ε1、主张应变ε2、第一剪应变 r1、第二剪应变 r2,面应变εm、主压应变的方位角φ[10]。其计算公式为：

本文采用三角形三边尽量相近原则,将福建地区 GPS台站划分为 6个三角形,每个三角形的 3个顶点组成一组,计算出各个点组的应变解 (泉州台由于接收机和天线都有更换,因此没有参与应变计算,东山、永春、莆田台 2007年才开始正常运行,所以只计算了 2007—2008年、2008—2009年、2009—2010年 3期的应变场),计算结果见图 3～5。福建地区各块体的最大主应变率为 0.127×10-9～4.43 ×10-9,最小主应变率为 -4.996×10-9～-3.34× 10-10/a,面应变率为 -3.55×10-9～3.04×10-9/a,第一剪应变率为 -2.90×10-9～4.08×10-9/a,第二剪应变率为 -5.90×10-9～5.79×10-9/a。福建地区各块体的主应变率、面应变率、剪应变率都在10-9量级变化。

从图 3～6可以看出：

1)各期应变场整体变化不显著,只有个别块体有微弱的变化。

2)龙岩-厦门-东山一线以主压应变为主,而南平-福州-永春一带为第一、第二剪应变高值区域。

3.2 跨断层形变速率强度分析

跨断层形变速率强度计算公式为[11]：

图3 福建地区最大、最小主应变率Fig.3 Maximum and minimum strain rates of Fujian area

图4 福建地区面应变率(10-9)Fig.4 Surface strain of Fujian area

图5 福建地区第一剪应变率(10-9)Fig.5 The first shear strain of Fujian area

图6 福建地区第二剪应变率(10-9)Fig.6 The second shear strain of Fujian area

其中：Vi=Hi-Hi-1,Vi断层形变速率;Hi为第 i期跨断层观测值,Hi-1为上一年同月份跨断层观测值; n为每个时间段内的速率总个数,i=1,2,3,…,n;Qi为断层形变速率累积强度 (即形变趋势累积率),变化范围为0～1。

用福建地区跨断层形变测点计算得到 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的 Qi值,并用双三次三角曲面光滑插值方法进行处理,得到的跨断层形变速率强度空间分布动态图像如图 7所示。

图7 跨断层形变速率强度空间分布Fig.7 Distribution of the strain rate accumulation intensity calculated from across-fault vertical deformation

对比图 7中 3个时段的跨断层形变速率强度空间分布,可以看出：

1)2005—2006年,政和-海丰断裂带与永安-晋江断裂带交界处属于形变速率强度高值区域,并以该区域为中心向四周减小;2007—2008年,长乐-诏安断裂带与永安-晋江断裂带交界处,政和-海丰断裂带与沙县-南日岛断裂交界处,为形变速率强度高值区域,并以此为中心,向东西两个方向递减; 2009—2010年,政和-海丰断裂带与沙县-南日岛断裂交界处,上杭-诏安断裂带与政和-海丰断裂带,长乐-诏安断裂带交界处为形变速率强度高值区。

2)2005—2006年和 2007—2008年,形变速率强度高值区在空间分布上与 2007—2008年福建地区几次中强地震有一定的对应关系。

3)政和-海丰断裂带与沙县-南日岛断裂带交界处一直是形变速率强度较高的区域。

4)龙岩-厦门-东山区域、福建与广东交界区域,2009—2010年形变速率强度明显比前两期增大,且形变速率强度非常高。

3.3 多种形变资料分析测点受力性质

利用福建地区流动跨断层短水准、体应变和伸缩仪观测资料得到的福建地区各测点 2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年的张压特性如图8所示。

从图 8可以看出：

1)压性测点主要分布区域 2005—2006年为：政和-海丰断裂带与永安-晋江断裂带交界处,以及长乐-诏安断裂带的中段;2007—2008年为政和-海丰断裂带与闽江下游断裂带交界,以及长乐-诏安断裂带南段;2009—2010年为政和-海丰断裂带与闽江下游断裂带交界及长乐-诏安断裂带中段。

2)政和-海丰断裂北段及水口库区近两期计算结果均以压性为主。

4 总结与讨论

1)龙岩-厦门-东山以主压应变为主,面应变率、剪应变率都为负值高值区域,构造活动性较强,为能量积累区域。南平-福州-永春为面应变率、剪应变率高值区域。

图8 各测点受力状态分布图Fig.8 Tensile or compression of each point based on deformation observations

2)2005—2006年、2007—2008年形变速率强度高值区为福建地区几次中强地震的发生区域。最近一期资料显示,政和-海丰断裂带与沙县-南日岛断裂带交界处、福建地区南部区域及福建与广东交界区域为形变速率强度高值区。

3)政和-海丰断裂带北段近两期资料显示以压性为主。

通过以上讨论可以看出,龙岩-厦门-东山、政和-海丰断裂带与沙县-南日岛断裂带交界处的构造活动性较强,形变速率强度较高,且以压性测点为主,所以我们认为在这些区域发生中强地震的可能性较大,应引起关注。

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10 杨少敏,王琪.昆仑山 8.1级地震前中国大陆的构造应变背景[J].大地测量与地球动力学,2003,(3)：61-65.(Yang Shaomin and Wang Qi.Tectonic strain background in China continent before Kunlun mountainMs8.1 earthquake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2003,(3)：61-65)

11 郭良迁,等.1996年包头 6.4级地震的地壳应变特征[J].地震学报,2002,24(4)：348-356.(Guo Liangqian,et al.Characteristics of crustal strain associated with M=6.4 Baotou earthquake in 1996[J].Acta Seismologica Sinica,2002,24(4)：348-356)

STUDY OF DEFORMATI ON CHARACTERISTICS IN FUJIAN AREA BASED ON A VARIETY OF DEFORMATI ON DATA

Wang Ziyan,Li Zuning,Liu Xuyan,Guan Yumei,Chen Chaoxian,Zhong Ji mao and Chen Guang
(Earthquake Adm inistration of Fujian Province,Fuzhou 350003)

Crustal strain field derived from the data from GPS observation net work of Fujian area,the intensity accumulation rate of deformation velocity calculated from across-fault vertical deformation and tensile or compression of each station based on across-fault vertical defor mation and other defor mation observations are calculated,and then,based on these,the defor mation characteristics in the periods：2005—2006,2007—2008 and 2009—2010 in Fujian area are studied.It shows that there are two areas,Xiamen-Longyan-Dongshan and the junction of Zhenghai and Shaxian Nanri island,with stronger tectonic activity,tendency accumulation,higher accumulation intensity, dominated mainly by compressive points,might be the zone with high risk ofmedium-strong earthquakes.

GPS;across-fault vertical defor mation;deformation observation;defor mation character;Fujian aera

1671-5942(2011)04-0032-05

2010-09-01

2010年度震情跟踪合同制定向工作任务(2010020704)

王紫燕,女,1983年出生,助理工程师,主要从事 GPS数据处理与地壳形变研究工作.E-mail：ziyanw@163.com

P315.72+5

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