基于GPS速度场的青藏块体东北缘应变场分析

武永彩 保长燕 唐红涛

1 西安思源学院，西安市水安路28号，710038 2 青海省测绘地理信息局，西宁市黄河路13号，810001 3 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054



基于GPS速度场的青藏块体东北缘应变场分析

武永彩1保长燕2唐红涛3

1 西安思源学院，西安市水安路28号，710038 2 青海省测绘地理信息局，西宁市黄河路13号，810001 3 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054

利用2004～2013年GPS速度场数据，分析青藏块体东北缘的应变场和剖面应变积累特征。结果显示：1)稳定的阿拉善地块及鄂尔多斯地块分别阻挡了祁连山断裂带与贺兰山构造区分别向NE、E方向的物质迁移；2)主压应变率、最大剪应变率高值区均分布在祁连山构造带东段、海原断裂东段至六盘山断裂西段，面膨胀率压性高值区主要在祁连山构造带东段，3)祁连山断裂东段显示为以压性为主、兼具左旋走滑，海原断裂东段至六盘山断裂西段则表现为以左旋走滑为主、压性为辅的相对运动特征。

GPS速度场；应变场；应变积累

通过对地壳应变场的分析可以判断中强地震的危险性[1-2]。本文利用2011～2013年的GPS水平运动速度场数据获取了青藏块体东北缘网格点速度场函数，借助“位移-应变”偏导关系解算了该区域地壳视应变场，从而得到反映站点间相对运动差异的最大剪应变率、面膨胀应变率及主应变率，并讨论了研究区近年来构造应力及应变场的分布特征，最后利用2004～2007年、2009～2011年及2011～2013年3个周期的GPS速度场数据，在祁连山构造带东段、海原断裂东段至六盘山断裂西段选取两个GPS剖面，解算、分析了该构造区域地震频发段的应变积累特性。

1 区域构造运动特征

青藏块体东北缘内部自北向南发育着NWW-NW 向的祁连山-海原-六盘山断裂带、西秦岭北缘断裂带等新构造时期以来的活动断裂带(图1)，可将其分为3个重要构造区：走廊北侧断裂、祁连山北缘断裂与皇城-塔尔庄断裂、昌马-俄博断裂、门源-陶莱山断裂均属祁连山断裂带；西秦岭北缘断裂、临潭-宕昌断裂、礼县-罗家堡断裂组成西秦岭构造区；磴口-本井断裂、贺兰山东麓断裂、黄河-灵武断裂、烟筒山断裂属于贺兰山构造区。受印度板块北推碰撞欧亚大陆的主动力驱使，以及受相对稳定的阿拉善地块、鄂尔多斯地块一定程度的阻挡，青藏块体东北缘活动断裂带地质构造活动以NE向挤压-逆冲和走滑-旋转(左旋走滑)为主要特征[3]。

F1磴口-本井断裂；F2贺兰山东麓断裂；F3黄河-灵武断裂；F4烟筒山断裂；F5香山-天景山断裂；F6固关-功县断裂；F7西秦岭北缘断裂；F8临潭-宕昌断裂；F9礼县-罗家堡断裂；F10光盖山-迭山北麓断裂；F11光盖山-迭山南麓断裂；F12迭部-白龙江断裂；F13日月山断裂；F14拉脊山断裂；F15庄浪河断裂；F16中祁连北缘断裂；F17门源-陶莱山断裂；F18祁连山北缘断裂；F19阿尔金断裂图1 青藏高原东北缘主要活动构造与地震[4-6]Fig.1 Active tectonics and earthquakes in the northeastern margin of Tibet plateau

青藏块体东北缘自上世纪70年代至今共发生700余次MS4.0以上地震(图1中实线框为所选祁连山北缘断裂东段GPS剖面范围，虚线框为所选海原断裂东段GPS剖面范围)，主要分布于祁连山构造带东段、海原断裂东段至六盘山断裂西段。针对该区域构造运动背景，本文选取了两处GPS剖面(图1实线与虚线矩形区域)计算、分析其应变积累特性，对整个青藏块体东北缘地区解算并探讨其主应变率、最大剪应变率、面膨胀率等地壳应变场特征(图1小图虚线范围)。

2 地壳应变场特征分析

利用2011～2013年GPS水平运动速度场数据，获取了该周期的GPS网格化水平运动速率、主应变率、最大剪应变率及面膨胀率(图2)。

图2 青藏块体东北缘2011～2013年应变场计算结果Fig.2 The results of strain field in the northeastern margin of Tibet plateau from 2011 to 2013

图2(a)在计算区域内插、拟合了1 599个GPS水平运动速率值，祁连山构造带运动方向为NE，其中玛曲至德令哈段运动速率较大，约10 mm/a，西秦岭及贺兰山构造区整体接近于正E方向运动，表明其遇到阿拉善刚性地块的阻挡，物质流发生了方向转变。

图2(b)主应变率最大压应力分布于祁连山构造带东段的庄浪河断裂、门源-陶莱山断裂、拉脊山断裂以及海原断裂东段至六盘山断裂西段，最大可达12.0×10-8，方向自NE转至NEE，六盘山断裂东南段表现正E方向的挤压；贺兰山构造区北部以NW方向的拉张为主，南部为NNE向挤压，NWW向拉张；西秦岭构造区表现为近E向的挤压，N方向的拉张，整体上应力挤压高值区与以往地震频发区(图1)重合较好。

图2(c)反映了青藏块体东北缘地区2011～2013年最大剪应变率的分布特征，其高值区主要分布于祁连山构造带东段的门源-陶莱山断裂、拉脊山断裂、海原断裂东段，以及西秦岭构造区的礼县-罗家堡断裂、光盖山-迭山北麓断裂与成县盆地北缘断裂，量值约10.0×10-8，这与其主应变率的高值分布一致。

图2(d)为面膨胀率等值线图，其高值区主要在祁连山构造带东段，为挤压特性，其值达-8.0×10-8；扩张区分布于西秦岭构造区的光盖山-迭山北麓断裂及其以南，最大值约为10.0×10-8。整个祁连山构造带基本显示以挤压为主，只在中祁连北缘断裂西段、民勤及日月山断裂出现拉张变化；贺兰山断裂带主要为压缩特性，北段较南段显著，约-4.0×10-8。揭示了稳定的阿拉善地块及鄂尔多斯地块分别阻挡了祁连山断裂带与贺兰山构造区分别向NE、E方向的物质迁移。

3 GPS剖面应变积累分析

针对上述应变场高值区及图1地震活动集中区，选取两个GPS剖面(祁连山断裂带东段、海原断裂东段至六盘山断裂西段)，计算、分析其应变积累特征。

3.1 祁连山断裂东段

在平行断裂走向上(图3(a))，3期GPS数据均显示上盘对下盘的左旋趋势运动(正值0～200 km为上盘，负值为下盘；曲线正值代表左旋走滑，负值为右旋走滑，均相对于下盘最远点计算)，2009～2011年左旋走滑微弱，2011～2013年变化明显，最高相对走滑量达5.1 mm/a；在垂直断裂走向上(图3(b))，3期GPS数据均显示了上盘相对下盘的挤压特性(正值为压，负值为拉)，2004～2007年挤压较强，最高达8.8 mm/a，2011～2013年挤压相对运动强度次之，约7.0 mm/a。从平行断裂走向与垂直走向上看，上下两盘相对位移差异性明显，显示了祁连山断裂东段以压性变化为主，兼具左旋走滑的应变积累特征。

图3 祁连山断裂东段剖面变化Fig.3 Section variation at the eastern of Qilianshan fault

3.2 海原断裂东段至六盘山断裂西段

在平行于断裂走向上，从图4(a)中2004～2007年、2009～2011年及2011～2013年3期数据可知，无论从上盘相对下盘最远点还是相对下盘整体，都显示了其左旋运动趋势，且非常明显，体现了近10 a时间尺度海原断裂东段至六盘山断裂呈左旋走滑的运动特征。在相对运动方向上，上盘较下盘左旋走滑运动速率达2.0～5.5 mm/a，与文献[10-11]研究结果一致；垂直方向上(图4(b)，下盘各点较最远基准点不如平行于断裂走向稳定性强，但3期GPS水平运动速度场数据年变趋势一致性强。从上盘对下盘的相对运动上看，3期点位在断裂垂直运动方向上具有较好的一致性，即上盘相对下盘表现为整体压性运动，其变化幅度与趋势表现一致，相对运动速率微弱，约0.5～3.0 mm/a。无论在上盘较下盘相对运动的一致性上或是在运动速率的差异性上，断裂两侧在垂直方向上的运动特征都不如其在走滑方向表现显著，因此，在近10 a时间尺度上，海原断裂东段至六盘山断裂西段，均表现为以左旋走滑为主，兼具压性变化的运动特征。

图4 海原断裂东段至六盘山断裂西段剖面变化Fig.4 Section variation at the eastern of Haiyuan fault and the western of Liupanshan fault

4 结 语

1)2011～2013年的最大剪应变率、面膨胀率、主应变率及以往地震目录，均揭示了青藏块体东北缘在祁连山断裂东段、海原断裂、六盘山断裂及部分西秦岭构造区存在显著的应变场变化，地壳物质流向由祁连山构造区的NE向转为贺兰山、西秦岭构造区的正E向。

2)利用2011～2013年GPS速度场计算的应变场获知，主压应变率、最大剪应变率高值区均分布于祁连山构造带东段、海原断裂东段至六盘山断裂西段，分别为12.0×10-8和10.0×10-8；面膨胀率压性高值区在祁连山构造带东段，约-8.0×10-8，扩张区在西秦岭构造区的光盖山-迭山北麓断裂及其以南，最大约10.0×10-8。

3)从3个周期GPS速度场的应变积累上分析，祁连山断裂东段显示为以压性为主、兼具左旋走滑，而海原断裂东段至六盘山断裂西段则表现为以左旋走滑为主、压性为辅的相对运动特征。

[1] 张晓亮，江在森，陈兵，等．对青藏东北缘现今块体划分、运动及变形的初步研究[J]．大地测量与地球动力学，2002，22(1)：63-67(Zhang Xiaoliang, Jiang Zaisen, Chen Bing, et al. Preliminary Research on Present Block Demarcation, Movement and Deformation in Northeast Margin of Qinghai-Tibet[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2002, 22(1)：63-67)

[2] 张晓亮，江在森，王双绪，等．青藏块体东北缘地壳运动与孕震特征[J]．大地测量与地球动力学，2004，24(4)：77-81(Zhang Xiaoliang, Jiang Zaisen, Wang Shuangxu, et al. Recent Horizontal Movement and Seismogenic Features of Northeastern Margin of Qinghai-Tibet Block[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2004，24(4)：77-81)

[3] 张强，朱文耀，熊永清．关于ITRF96参考框架整体旋转性的探讨[J]．地球物理学报，2000，43(5)：598-606(Zhang Qiang, Zhu Wenyao, Xiong Yongqing. Discussion on the Whole Rotation of ITRF96 Reference Frame[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2000，43(5)：598-606)

[4] 郑文俊，袁道阳，何文贵，等．甘肃东南地区构造活动与2013年岷县-漳县MS6.6 级地震孕震机制[J]．地球物理学报，2013，56(12)：4 058-4 071(Zheng Wenjun, Yuan Daoyang, He Wengui, et al. Geometric Pattern and Active Tectonics in Southeastern Gansu Province: Discussion on Seismogenic Mechanism of the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake in 2013[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013，56(12)：4 058-4 071)

[5] 郑文俊，雷中生，袁道阳，等．1837年甘肃岷县北6级地震考证与发震构造分析[J]．地震，2007，27(1)：120-130(Zheng Wenjun, Lei Zhongsheng, Yuan Daoyang, et al. Structural Research on the 1837 Northern Minxian M6 Earthquake in Gansu Province and Its Causative Structure[J]. Earthquake, 2007，27(1)：120-130)

[6] 俞晶星，郑文俊，袁道阳，等．西秦岭西段光盖山-迭山断裂带坪定-化马断裂的新活动性与滑动速率[J]．第四纪研究，2012，32(5)：957-967(Yu Jingxing, Zheng Wenjun, Yuan Daoyang, et al. Late Quaternary Active Characteristics and Slip-Rare of Pingding-Huama Fault, the Eastern Segment of Guanggaishan-Dieshan Fault Zone[J]. Quaternary Sciences, 2012，32(5)：957-967)

[7] 张晓亮，师招梦，蒋风云，等．海原-六盘山弧型断裂及其附近最新构造变形演化分析[J]．大地测量与地球动力学，2011，31(3)：20-24(Zhang Xiaoliang, Shi Zhaomeng, Jiang Fengyun, et al. Research on Late Tectonic Deformation Evolvement of Haiyuan-Liupanshan Arc Fault and Its Surrounding Area[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2011，31(3)：20-24)

[8] 李强，江在森，武艳强，等．海原-六盘山断裂带现今构造变形特征[J]．大地测量与地球动力学，2013，33(2)：18-22(Li Qiang, Jiang Zaisen, Wu Yanqiang, et al. Present-Day Tectonic Deformation Characteristics of Haiyuan-Liupanshan Fault Zone[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2013，33(2)：18-22)

About the first author:WU Yongcai, lecturer,majors in engineering mechanics, structural mechanics, E-mail:921231003@qq.com.

Strain Field Analysis of Northeast Margin of Qinghai-Tibet Block Based on GPS Velocity Fields

WUYongcai1BAOChangyan2TANGHongtao3

1 Xi’an Siyuan University, 28 Shuian Road, Xi’an 710038, China 2 Qinghai Administration of Surveying，Mapping and Geoinformation，13 Huanghe Road, Xining 810001, China 3 Second Crust Monitoring and Application Center, CEA, 316 Xiying Road, Xi’an 710054, China

This article analyzed the strain field and sectional strain accumulation characteristics about Qinghai-Tibet block with the 2004-2013 GPS velocity field data. The results show that: 1)The stable Alashan and Ordos blocks stop the migration for northeast on the Qilian and Helan faults for east; 2)The high value areas of principal compressive strain rate and the maximum shear strain rate distribute the eastern of Qilianshan faults and from the eastern of Haiyuan fault to the western of Liupanshan fault, the high value areas of compressibility surface expansion distributes at the eastern of Qilianshan faults; 3)The relative movement features are mainly compression and both left-lateral strike-slip of the eastern of Qilianshan faults, mainly left-lateral strike-slip and both compreesion from the eastern of Haiyuan fault to the western of Liupanshan fault.

GPS velocity fields; strain field; strain accumulation

2015-12-31

武永彩，讲师，主要从事工程力学、结构力学方面的研究,E-mail:921231003@qq.com。

10.14075/j.jgg.2016.11.009

1671-5942(2016)011-0981-04

P315

A