辽宁地区地壳垂直形变演化特征*

郭良迁 马 青 杜雪松 陈聚忠 张俊青 郑智江

(中国地震局第一监测中心，天津 300180)

辽宁地区地壳垂直形变演化特征*

郭良迁 马 青 杜雪松 陈聚忠 张俊青 郑智江

(中国地震局第一监测中心，天津 300180)

利用辽宁地区多期复测的水准资料，得到1959—1979年、1979—1997年、1997—2010年和1959—2010年多个时间段的垂直形变速率。在此基础上研究了辽宁地区50年的地壳垂直形变演化和构造活动性，以及垂直形变场与地震活动的相关性。结果表明:1959—1979年的垂直形变速率差异变化量最大，地壳活动性较强烈，该时间段内发生了海城7.3级地震。1979—1997年和1997—2010年两个时间段垂直形变速率差异变化量减小，地壳活动性减弱，同时期本区无大震发生。垂直形变速率变化显示出，辽宁地区地壳活动以北北东向和北西-北西西向构造为主，不同时期的垂直形变分别受它们控制。

地壳垂直变化速率;垂直形变演化;构造活动性;地震活动

1 引言

地壳垂直形变是地壳运动的一个侧面。一个地区的垂直形变速率、梯度大小和差异变化量反映了现今构造活动强度。垂直形变的梯度带分布一般与现在活动性显著的构造带相一致。因此，可以利用垂直形变资料来研究地壳的现今构造活动性。与其他方法相比，地形变用于地壳活动性研究，具有直观这一显著的优点。早在1970年已开始利用大面积水准资料研究地壳的垂直运动，并发展成为研究大震孕育、发展、发生过程的重要手段［1-8］。

本文主要根据辽宁地区1956年以来多期水准复测资料，计算 1959—1979、1979—1997、1997—2010和1959—2010年的地壳垂直变化速率，在此基础上研究辽宁地区的现代地壳垂直运动及其构造活动。

辽宁地区是现代构造活动相对强烈的地区，中国大陆东部规模最大且活动性显著的断裂带——郯庐断裂带通过本区(即下辽河断陷带)，它控制着该区大震的孕育和发生。1975年海城7.3级地震就发生在下辽河断陷带东侧的海城-营口断裂带与北西向海城河-大洋河断裂的交汇部位［9］。根据新构造活动特征，辽宁地区可分为辽西隆起、下辽河断陷和辽东隆起三个地质构造单元，它们主要受北北东向断裂控制(图1)。辽西隆起主要发育有朱录科-刀尔登断裂带、北票-朝阳断裂带和阜新-锦州断裂带;下辽河断陷主要发育有张家街断裂带、台安断裂、辽中断裂、牛居-油燕沟断裂和海城-营口断裂;辽东隆起主要有金州断裂带、庄河断裂带、鸭绿江断裂带和NW向海城河-大洋河断裂带［10］。

图1 辽宁地区构造略图Fig.1 Sketch of tectonics in Liaoning area

2 水准资料处理

整理的水准资料时间跨度为1956—2011年，第一期资料施测时间为1956—1970年，第二期资料施测时间为1977—1982年，第三期资料施测时间为1997年，第四期资料施测时间为2009年至2011年。平差计算获得 1959—1979、1979—1997、1997—2010年和1959—2010年的垂直形变速率。水准平差使用的是黄立人教授编制的水准网平差程序中的经典动态平差方法，计算时以沈阳的水准线路交汇点为基准，平差结果的单位权中误差为1.12 mm/a。为了研究本区的构造活动性，最终将速率结果转换为各期水准点速率平均值作为参考基准，得到不同时间段的垂直形变速率。

本次使用水准资料线路西起凌源，东到丹东，北起内蒙的库伦旗，南到大连，基本上覆盖了辽宁地区(图2)。

图2 平差水准网Fig.2 Adjusted leveling network

3 垂直形变分析

辽宁地区1959—1979、1979—1997、1997—2010和1959—2010年各个时间段的垂直形变各具特点，不同阶段的构造活动存在差别。

3.1 1959—1979年

1959—1979年的垂直形变速率(图3)显示出辽西隆起和下辽河盆地为相对下降区，其中绥中-锦州-辽河口和海城地带下降速率相对较大，为-2.5～-3.0 mm/a。辽东隆起主要表现为上升，而且由西向东上升速率增大，在庄河-丹东一带上升速率为3.0～3.5 mm/a。从垂直形变速率等值线的走向和相对密集带的展布可见，沿NNE向朝阳-北票断裂带、下辽河断陷带和庄河断裂带为形变梯度带。朝阳-北票断裂带两侧垂直形变速率差异约2.0 mm/ a，整个下辽河断陷带的差异变化约4.0 mm/a，庄河断裂带的差异变化约2.0 mm/a。其他地段形变速率等值线相对稀疏。辽宁中北部地区的岫岩-海城-北票地带形变速率等值线呈北西向延伸，以下降变化为主，形成北西向的下降形变活动带。下降带的东南段与北西向海城河-大洋河断裂带展布一致。该时间段本区发生过海城7.3级地震(1975-02-04)，震中位于下辽河断陷带东侧海城-营口断裂带与海城河-大洋河断裂带交汇处。说明大震的孕育发生与北北东向和北西向两组构造活动相关。这一时间段的垂直形变突出反映了与大震有关的构造变形。辽宁地区该阶段垂直形变总体特征是东部上升，西部下降，北西向下降带横穿海城7.3级地震区。

图3 1959—1979年辽宁地区垂直形变速率Fig.3 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1959—1979

3.2 1979—1997年

图4 1979—1997年辽宁地区垂直形变速率Fig.4 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1979—1997

1979—1997年的垂直形变速率(图4)表明，辽东隆起的北段和下辽河盆地、以及辽宁西部的凌源-赤峰地区为下降区，最大下降速率在辽河口地段，达-5.0 mm/a。辽西隆起的中、北部和辽东隆起南部为上升区，上升速率0.5～1.5 mm/a。该时期的形变速率等值线沿下辽河断陷带比较密集，形成梯度带，下辽河断陷的整体差异变化量5 mm/a。说明该时期下辽河断陷带活动性较强。其他地段垂直形变速率等值线相对稀疏。该时间段，海城7.3级地震后，地壳应力松弛调整，处于海城7.3级震区的辽东隆起从上一时期以形变上升为主转为本阶段的以下降为主。1979—1997年辽宁地区总体垂直形变特征为西部上升，与前一期变化相反，东部北区反向下降，南区继续上升。

3.3 1997—2010年

辽宁地区1997—2010年的垂直形变速率(图5)显示，形变下降区和上升区呈北西向延伸，东北部为库伦旗-沈阳-丹东上升区，上升速率较大地段在沈阳及其以西，为1.5 mm/a。中部为北票-盘锦-岫岩下降区，其中北票、阜新和辽河口地带下降速率相对较大，为-3.0～-2.0 mm/a。辽宁的南部地区为上升区，最大上升速率为2.5 mm/a。1997—2010年的垂直形变升降区与活动构造单元不一致，形变下降区切穿构造单元，沿断裂带也未形成显著的梯度带，断裂活动性相对较弱。

该阶段的垂直形变态势与前两个阶段明显不同，形变升降带由北东向变为北西向。

图5 1997—2010年辽宁地区垂直形变速率Fig.5 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1997—2010

3.4 1959—2010年

1959—2010年辽宁地区的长期垂直形变速率(图6)变化显示，北部和南部地区为上升带，最大上升速率位于北部上升区的阜新东部一带，为2.5 mm/a，北部上升区主要发育在辽西隆起上。中部凌源-锦州-海城-岫岩为下降带，最大下降速率位于下辽河，为-3.0 mm/a。它横穿辽西隆起、下辽河断陷带和辽东隆起。南部上升区主要位于辽东隆起南段。

辽宁北部的垂直形变上升区的上升中心和下降中心呈北西西向相间分布。敖汉旗-沈阳-宽甸上升带，自西向东有敖汉旗-建平上升区、库伦旗-义县下降区、黑山上升区、灯塔下降区和本溪上升区。这些次级升降区中心分布受断裂带控制，敖汉旗-建平上升区西侧为朱录科-刀尔登断裂，东侧为北票-朝阳断裂，黑山上升区西侧为阜新-锦州断裂，东侧为铁岭-辽中断裂，本溪上升区西侧为本溪断裂，东侧为鸭绿江断裂。断裂带仅在垂直形变上升带或者下降带中的更小区域的上升及下降变化上有所显示。

图6 1959—2010年辽宁地区垂直形变速率Fig.6 Vertical deformation rates in Liaoning area during 1959—2010

3.5 各时段形变差异

辽宁地区 1959—1979年、1979—1997年和1997—2010年3个时间段的垂直形变速率图变化显示出，辽东隆起的演进过程为整体上升→北部下降南部上升→中部下降南北两端上升，整个垂直形变过程显示出从构造单元一致的上升变为非统一的局部升降变化。下辽河断陷带的演进过程为北部和南部上升，中部下降→下降为主→北部上升南部下降。不同时间段的变化均无整体性。辽西隆起的演进过程为整体下降→上升为主→下降为主。不同时间段的变化整体性亦不显著。1959—2010年长期垂直形变也显示出各块体构造无整体性活动，与1979—1997年和1997—2010年两个阶段的变化相似。

1959—1979年，块体形变的整体性与海城7.3级地震有关，辽东构造块体整体性上升和辽西整体性下降可能是地壳应力的强积累强释放的表现，非整体性形变可能是应力较弱，或者松弛的表现。

不同时间段的区域垂直形变的差异变化量大小反映了地壳活动性的强弱。从表1可见，辽宁地区1959—1979年的差异变化最大，活动性增强，随后两个时间段差异变化减小，活动性相对较弱。而长期垂直形变反映了地壳的相对稳态变化，所以1959—2010年的差异变化小于各时间段。

表1 差异变化量Tab.1 Differential change

4 垂直形变演化与地震活动

图7 辽宁及周边地区震中分布与M-T图(ML≥5.0)Fig.7 Epicentral distribution and M-T diagram in Liaoning and its surrounding area(ML≥5.0)

辽宁及邻近地区1956—2011年，大部分ML≥5.0地震分布在1975年海城7.3级地震震中地区，其他地区只有7次，其中3次分布在辽西隆起上，震级都小于6级;4次分布在辽东隆起，其中有一次6级地震(在鸭绿江断裂带附近)，下辽河断陷带除7.3级地震的余震外无大于5级的地震(图7(a))。辽宁地区地震分布总体上为北西向，呈宽阔的带状，震中具体位置受北北东向断裂切割的块体控制。现今垂直形变速率的升降区分布也呈现出北北东向和北西西向。地震与垂直形变揭示的现今构造活动是一致的。不同阶段的垂直形变速率差异变化大小也与地震活动序列在时间上呈现相关性。1959—1979年的垂直形变速率差异变化量最大，地震活动也最强烈。1979—1997年和1997—2010年垂直形变速率差异变化量相对较小，地震活动也相对较弱(图7 (b))。

5 结论

1959—1979年辽宁地区的垂直形变速率揭示出大致以下辽河断陷带为界，分为辽东上升区和辽西下降区两大形变单元，同时下辽河断陷带也是形变速率梯度带，活动性显著。1959—1979年的形变升降区受构造块体控制，是其显著特点，它反映了地壳应力作用较强。

1979—1997年辽宁地区垂直形变形态与1959—1979年不同，辽西地区和前期变化相反，以上升为主;辽东地区和前期变化不同，上升解体，变为“南升北降”。1997—2010年垂直形变在辽宁地区中部形成显著的北西向下降区，纵贯东南-西北，而其南北两侧表现为上升变化。1979—1997年和1997—2010年形变升降区受构造块体控制明显减弱，反映了地壳应力相对较弱或者松弛。1959—2010年，不同阶段的垂直形变显示辽宁地区的地壳运动由强向弱发展，由强变化状态趋向于稳态(或常态)。

垂直形变差异变化量在1959—1979年最大，1979—1997年和 1997—2010年明显减小，说明1959—1979年本区构造活动强烈，1979—1997年和1997—2010年活动性减弱。海城7.3级大震发生在构造活动性较强时段。

1959—2010年的长期垂直形变反映了辽宁地区的稳态变化，形变差异量相对较小，垂直形变图形形态受构造控制不显著。

地震的孕育和发生与地壳形变密切相关，形变弱的阶段地震少，震级小;反之形变显著，地震强度大，频度高。地壳垂直形变与地震活动强弱具有一致性。

致谢 感谢黄立人教授提供计算方面的帮助!

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2 黄立人，杨国华，刘天奎.用速率面拟合法研究华北部分地区的现今地壳垂直运动［J］.地壳形变与地震，1989，(3):26-35.(Huang Liren，Yang Guohua and Liu Tiankui.Study of present vertical crustal movements in part of north China with the fitting method of velocity surface［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1989，(3):26-35)

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9 朱凤鸣，吴 戈.一九七五年海城地震［M］.北京:地震出版社，1982.(Zhu Fengming and Wu Ge.Haicheng earthquake in 1975［M］.Beijing:Seismological Press，1982)

10 马杏垣.中国岩石圈动力学地图集［M］.北京:中国地图出版社，1989.(Ma Xingyuan.Atlas of the lithospheric dynamics in China［M］.Beijing:China Cartographic Publication Press，1989)

EVOLUTIONAL CHARACTERISTICS OF VERTICAL CRUSTAL DEFORMATION IN LIAONING AREA

Guo Liangqian，Ma Qing，Du Xuesong，Chen Juzhong，Zhang Junqing and Zheng Zhijiang
(First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180)

The repetitive leveling data in Liaoning area was sorted out to obtain the vertical deformation rate during 1959—1979，1979—1997 and 1997—2010.On the basis of the results，the author studied the evolution of vertical crustal deformation，tectonic activity of Liaoning area in 50 years，and the correlation of vertical deformation field with seismic activities.The results show that during 1959 to 1979，the differential change of the vertical deformation rate is the biggest，that reflects the crustal activity is intense，and a Ms7.3 earthquake occurred in Haicheng in this period.During 1979 to 1997 and 1997 to 2010，the differential change of the vertical deformation rate decreased，the crustal activity weakened，and there was no big earthquake occurred in this period.In the period，the differential change of the vertical deformation rate shows that the predominant direction of crust activity of Liaoning area was NNE and NW-NWW，and the vertical deformation in different periods was respectively under the control along these directions.

rate of vertical crust change;evolution of vertical deformation;tectonic activity;seismic activities

1671-5942(2012)03-0017-05

2011-12-30

中国地震局“全国地震区划图编制项目”;天津市应用基础研究(08JCZDJC18900)项目;“十一五”国家科技支撑课题(2006BAC01B02-02-03)

郭良迁，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

P315.72+5

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