GPS揭示的郯庐断裂带中南段闭锁及滑动亏损

李彦川，单新建，宋小刚，姜宇，甘卫军，屈春燕，王振杰

1 地震动力学国家重点实验室，中国地震局地质研究所，北京 1000292 地球科学与技术学院，中国石油大学(华东)，青岛 266580



GPS揭示的郯庐断裂带中南段闭锁及滑动亏损

李彦川1,2，单新建1*，宋小刚1，姜宇1,2，甘卫军1，屈春燕1，王振杰2

1 地震动力学国家重点实验室，中国地震局地质研究所，北京 1000292 地球科学与技术学院，中国石油大学(华东)，青岛 266580

利用华北地区2009—2014年GPS水平运动速度场数据，采用块体负位错模型反演了郯庐断裂带中南段断层深部滑动速率、断层闭锁程度分布、断层滑动亏损速率分布及地震矩积累率，结合地表应变率分布，对郯庐断裂带中南段深、浅部形变、应变特征以及华北地区的地壳形变模式进行了分析.结果表明：郯庐断裂中南段的北端主要为右旋走滑特性，南端则表现为右旋走滑兼拉张性运动，断层滑动速率在0.9 mm·a-1至1.2 mm·a-1，且沿断层走向由北至南逐次增大.断层闭锁程度分布沿走向分布不均一，断层闭锁深度由最北端的27 km增加到中段的32 km，至最南端变为5 km，断层闭锁最深处与1668年郯城MS8.5震中位置相对应.断层滑动亏损速率沿走向由0.9 mm·a-1增加到1.2 mm·a-1，沿倾向由地表至深部逐渐减小为0 mm·a-1.地震矩积累率在郯庐断裂带中南段郯城附近较大，而地表对应区域为第二应不变分量的低值区.华北地区地壳变形以块体运动为主，块体内部应变及断层闭锁产生的负位错效应次之；郯庐断裂带中南段断层形变沿走向呈条带状分布，形变宽度单侧小于50 km，形变量不超过1 mm·a-1，且上盘形变略大于下盘.

郯庐断裂；GPS；断层闭锁；滑动亏损

1 引言

郯庐断裂带横跨中国东部，是亚洲东部著名的深大断裂带之一，其新活动构造诱发了一系列近代地震，对现代地震活动起着重要的控制作用(方仲景等，1980；王小凤等，2000；刘保金等，2015).郯庐断裂带是由多组呈斜列分布的多条断裂组成，按构造习性、演化历史和地震活动性可分为北、中、南三段，其中渤海湾以南称为中南段(国家地震局地质研究所，1987；Xu，1993；万桂梅等，2009)，该段作为郯庐断裂的主体，总体走向北18—25°东，是一条中生代的大陆裂谷构造，是一条从地表直达上地幔的贯通断裂(高维明等，1980)，第四纪以来活动断裂最为发育，是我国主要的地震活动带之一(吴大铭等，1981)，先后发生了多次M6以上地震(图1).2008年5月12日汶川8.0地震和2011年3月11日日本宫城地震分别对郯庐断裂带中南段造成了不同程度的影响(刘东旺等，2009；王敏等，2011；杨少敏等，2011；尹海涛等，2013；尹京苑等；2015)，加强对该断裂现今地壳形变的研究和认识，对评价区域地震危险性具有重要的价值.更好地量化郯庐断裂的地壳形变，一定意义上要依赖于断层的滑动速率；同时，断层滑动速率为我们辨别地壳形变模式、了解应力加载过程、探索大地震复发周期及评估该区域地震危险性提供了不可或缺的约束(Cavalié et al.,2008).此外，了解断层的闭锁、滑动亏损及应力积累的空间分布，也为我们更好地理解断层的地震活动性奠定了基础(Jolivet et al.,2013).

利用现代大地测量测量手段(GPS)对郯庐断裂震间地壳形变及应变的研究已有很多(郭良迁和应绍奋，1998；黄立人和郭良迁，1998；许才军等，2002；Wang et al.,2009；郭良迁等，2011；Wang et al.,2011；刘晓霞等，2012；张希等，2013；朱泽等，2014)，这些研究结果不仅提供了郯庐断裂中南段现今滑动速率，也勾勒出了该断裂的活动特征，但仍有一些问题有待解决，如不同研究结果得到的郯庐断裂活动习性不一致；未有对断层闭锁程度和滑动亏损空间连续变化情况的研究；依据块体-应变模型对郯庐断裂形变的研究，未考虑断层闭锁产生的负位错效应；地表应变、断层闭锁程度、断层滑动亏损、地震矩积累率等断层深、浅部过程的对应关系有待于进一步揭示.本文利用2009—2014年密集的GPS水平速度场结果，采用块体负位错模型(TDEFNODE程序)(McCaffrey,2009)反演了郯庐断裂现今滑动速率、断层闭锁、断层滑动亏损速率及地震矩积累率，结合该区域的应变结果，分析了郯庐断裂中南段深浅部地壳形变特征，并将实测GPS速度分解，量化了该区域的地壳形变，最后讨论了反演结果的不确定性.

2 数据及模型

2.1 GPS数据

作为现代地壳运动获取的主要手段，GPS被广泛应用于形变监测及地球物理反演研究(Wang et al.,2001).考虑到2008年5月12日汶川地震同震、震后效应可能对周围流动测站造成持续影响(Zhao et al.,2015)，收集了研究区中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络2009—2014年流动站数据(分别在2009、2011和2013年进行了复测)和1998—2014年连续站的GPS数据，采用GAMIT10.4软件(Herring et al.,2010)联合中国大陆周围10个IGS站进行宽松约束处理，其中高度角设为10°，加入EGM08重力模型并考虑了固体潮、大气延迟效应、电离层改正等；将解算得到的单天解与SOPAC全球单天解进行合并，剔除时间序列中跳值点；为了得到“干净”的时间序列，分别在时间序列中对2001年可可西里地震、2004年苏门答腊地震、2008年汶川地震、2010年玉树地震、2011年日本311地震、2013年芦山地震和2014年于田地震的同震及震后效应进行了剔除；选取全球均匀分布的50个稳定IGS站，采用七参数转换，得到ITRF2008下速度；最终利用欧亚块体的欧拉矢量(Altamimi et al.,2011)，将ITRF2008下速度场转换为稳定欧亚板块下的速度场(Zhao et al.,2015)(图2).在模型反演前，对方向、大小明显偏离区域运动背景的GPS测站进行了剔除，最终选定了653个GPS测站数据，其中流动GPS测站水平方向平均误差为0.40 mm·a-1，连续运行GPS测站水平向平均误差为0.26 mm·a-1.

图1 研究区构造及历史地震分布黑色实线表示郯庐断裂，黑色空心圈为M≤5历史地震分布，白色实心圈为M>5历史地震分布，黄色线框为图6微震剖面位置，左上角插图表示研究区域所在位置.Fig.1 Tectonics and historical earthquakes in the study area Black line represents the Tanlu fault.Black circles are earthquakes with magnitude equal or smaller than 5 and white circles correspond to earthquakes with magnitude greater than 5.Yellow rectangle marks location of profiles of micro-earthquakes in Figure 6.Inset map on the upper left shows the study area.

图2 稳定欧亚板块下的GPS速度场黑色箭头表示处理得到的GPS速度，蓝色箭头为反演得到的郯庐断裂滑动速率，误差椭圆为95%置信区间，红色线框为图3GPS速度剖面，灰色线框表示断裂分段；右上角插图中红色框线为研究区所在位置，黑色实线为划分的块体边界.Fig.2 GPS velocities with respect to the stable Eurasian plateBlack arrows are processed GPS velocities.Blue arrows are slip rates of the fault from inversion.Error ellipses show with 95% confidence level.Red rectangle marks the profile of velocities in Figure 3 and the grey is flags for fault segmentation.The red rectangle in the inset map on the upper left shows the study area and black bold lines mark boundaries of blocks.

2.2 反演模型

文中用到的块体负位错模型(McCaffrey,2002,2005)假设地壳形变是由块体旋转、块体内部应变、块体边界断层闭锁产生的负位错效应共同作用下的地表弹性变形之和(公式1)，该模型结合了块体旋转、块体均匀应变和Okada位错，可在大地测量(GPS、InSAR、水准)、地质(如断层滑动速率)及地震(如断层同震滑动方位角)等数据的约束下，采用网格搜索和模拟退火法同时反演块体旋转欧拉极、断层滑动速率、块体边界断层闭锁系数(PHI)等.断层闭锁系数取值在0～1，PHI=0表示断层自由滑动，断层两盘的相对运动不产生应变能积累；PHI=1表示断层完全闭锁，断层两盘相对运动量将完全转化为应变能；PHI处于0和1之间表示断层处于部分滑动状态，两盘相对运动量部分转化为应变能(McCaffrey et al.,2007).模型由开源程序TDEFNODE实现(http:∥web.pdx.edu/～mccaf/www/defnode/;McCaffrey,2009).模型原理、反演过程及参数控制，相关文献已有详细的描述(McCaffrey,2002；赵静等，2012).公式(1)为

(1)

前人根据地质、地震及GPS速率资料将我国东部划分为华南和华北两个一级活动地块，其中华北地块划分为两个亚板块：华北平原和鲁东—黄海块体(以下简称鲁东块体)(张培震等，2003；Wang et al.,2011)，两者以郯庐断裂中南段为界(图2).参考前人研究成果(Zhang et al.,2005)，在反演过程中，设置华北平原块体和鲁东块体内部存在均匀应变，华南块体为刚性；同时，简化郯庐带为单一深大断裂，断层走向为SSW，倾角为65°，倾向为NW(邓启东，2007).模型中断层是由一系列节点组成的面，我们的断层模型沿断层走向共有10排节点，节点之间的平均距离约为70 km，节点沿断层面分别设在0.1 km、5 km、10 km、15 km、20 km、25 km、35 km和45 km深度.尚未有研究发现郯庐断裂带中南段存在地表浅层蠕滑现象，因此在反演时对断层闭锁施加强约束(McCaffrey,2002;Wang et al.,2003)，即在地表完全闭锁，在45 km深度以下自由滑动，处于两者之间的节点在反演时闭锁系数沿断层倾向随深度递减(图3).在讨论部分，我们将对模型反演结果的不确定性做进一步分析.

图3 郯庐断裂中南段简化示意图黑色圆点为节点所在位置，红色线表示PHI在地表完全闭锁，蓝色表示PHI自由滑动，绿色表示PHI反演时为自由参数.Fig.3 Sketch of simplified geometry and boundary conditions for the model Block dots are fault nodes.The red line on the top indicates the Tanlu fault fully locked at surface and the blue line on the bottom indicates the Tanlu fault is freely slipping below 45 km.The PHI in the green area between the surface and 45 km at depth would be inverted from GPS data.

3 郯庐断裂中南段断层闭锁及滑动亏损特征

3.1 断层滑动速率

断层滑动速率是根据最优化模型反演的块体旋转欧拉矢量计算而来(McCaffrey,2002)，反映的是大地测量时间尺度的断层在深部的运动情况.我们得到了郯庐断裂中南段断层现今滑动(图2，表1)，为方便分析，将郯庐断裂带中南段分为A(35.5°N—37.5°N)、B(33°N—35.5°N)、C(31°N—33°N)三段(图1).

从表1及图2中反演结果可以看出，郯庐断裂带中南段呈现右旋走滑兼拉张运动的特性，断裂运动速率为0.9～1.2 mm·a-1，且运动速率从南向北逐渐递减.断裂在南部以右旋走滑为主，张性形变为辅，拉张分量向北逐步递减，到最北端基本为0，断层变为纯右旋走滑.为验证模型的可靠性，横跨断裂做了三个速度剖面a、b和c，剖面估值(表1和图4)与模型反演值具有较好的一致性.平行断裂方向c剖面值与模型结果相差较大，可能与该区域处于块体交界的地方，形变相对较为复杂有关(Thatcher,2007).刘晓霞等(2012)利用2007—2009年两期GPS速度场资料，基于块体的整体旋转与均匀应变模型反演了郯庐断裂中南段的运动，结果显示断裂在北段呈右旋拉张、南段呈左旋挤压，但走滑分量占主导；此外郭良迁等(2011)利用1999—2009年华北地区GPS速度场为约束，同样采用块体-应变模型反演了郯庐断裂的滑动速率，得到郯庐断裂带运动速度从北向南逐渐减小(1.24 ～1.06 mm·a-1)，呈现右旋挤压特征.上述结论与我们反演的结果相互矛盾，原因前者用到的数据均为2009年以前的数据，而我们反演时GPS数据跨度为2009—2014年，期间发生了2011年3月11日日本宫城MW9.0巨震，位于我国的GPS连续站显示同震在华东地区造成了3～10 mm的水平位移(主要为东西向)(王敏等，2011；殷海涛等，2013)，导致东北和华北地区一系列北北东走向的断裂产生了不同程度的张性应变，对郯庐断裂起到了拉张作用.这些远场同震位移虽然不大，却对郯庐断裂(中南段)运动性质产生了影响.

3.2 断层闭锁程度分布

表1 郯庐断裂中南段断层滑动速率(右旋拉张为正)、闭锁深度、滑动亏损及地震矩积累率

图5给出了郯庐断裂带中南段闭锁程度沿断层走向的三维分布，表1给出了统计的A、B和C段的闭锁深度.可以看出，断层闭锁深度在沿走向从北向南呈现先深后浅的特征，断层闭锁最深可达32 km，且正好位于1668年7月25日郯城MS8.5震中附近.地震实际上是在区域构造应力作用下，应变在活动断裂带上不断积累并达到极限状态后而突发失稳破裂的结果(Scholz,1990,1998；张培震等，2013)；而断层只有在闭锁(或部分闭锁)的状态下，断层两盘相对运动才会产生亏损，转化为能量并逐渐累积，直至某次地震(或无震蠕滑)进行释放，并进入下一个地震周期(Wallace et al.,2004).由此可以推论地震发生在断层闭锁的区域.周翠英等(2013)采用郯城地震震源区重新定位的现今中小震数据，反演得到1668年郯城地震震源断层下界面深度约为32 km，上界埋深约为4 km.这与我们反演断层闭锁深度较为吻合.值得思考的是，现今距1668年郯城地震离逝仅347年，如果地震发生时断层发生了完全破裂，那么断层怎样在短时间内重新形成闭锁的.依旧精定位结果，周翠英等(2013)给出了郯城大地震断层面现代小震的深度分布，结果显示震源以南(对应图5中B、C段交接处)的深度较浅(25 km左右)，向北渐次加深，最深达33 km.上述结果与我们模型反演的结果基本一致.

图4 GPS速度剖面图(a)(b)(c)剖面位置在图2中，左图为平行断裂速率，右图为垂直断裂速率；图中黄色方框用于估计断层滑动速率，红色线为中值.Fig.4 GPS slip rates along and across the middle and southern segments of the Tanlu faultLocations of each profile are shown in Figure 2.Figures on the left show fault-parallel velocities and fault-normal velocities on the right.The stations in light yellow rectangle would be used for estimating slip rates.

图5 郯庐断裂中南段断层闭锁程度分布Fig.5 Locking degrees of the middle and southern segments of the Tanlu fault

收集了1970年以来沿郯庐断裂带中南段分布的现代微震(图1)，并将震源深度进行垂直展布(图6)，结果显示几乎所有微震均发生于30 km以内，这表明在断层以下30 km内应变能在不断地释放，也反映了断层处在闭锁状态.文中反演的断层闭锁深度深于当代地震的震源深度，这证明了我们的反演结果具有合理性.张希等(2013)利用2009—2011年全国GPS水平运动场资料，借助负位错反演得到郯庐断裂带平均闭锁深度仅为16 km，该结果与我们反演结果不一致，这可能是模型及数据集不一致导致的；朱泽等(2014)虽然用同样的方法对郯庐带中南段进行了反演，但其模型设置仅为两排节点，且断层倾角(SE50°)与现有的认识(邓启东，2007)存在不一致，但结果与我们的反演结果基本一致.

3.3 断层滑动亏损分布

量化断层面上应变能的分布及积累速率，对该断层地震危险性的判断具有重要意义(Jolivet et al.,2013).断层滑动亏损速率由断层滑动速率乘以断层面闭锁系数得到(图7).由于断层闭锁产生的滑动亏损，将以应变能的方式在断层面及附近累积(McCaffrey et al.,2007).从图7可以看出，滑动亏损速率整体分布于断层闭锁程度基本一致，且沿断层走向由南向北量值逐次减小(1.2～0.9 mm·a-1)；断层倾向上，滑动亏损速率从地面到深部逐渐变小，这与实际地球物理现象是吻合的(Wang et al.,2003).

滑动亏损速率仅表示断层两盘滑动量转化为应变能快慢的量，但应变能积累的快并不表示应变能总量就一定大，2008年5月12日汶川地震前龙门山断裂带两盘相对低速的滑动速率就是一个很好的例证(Zhang,2013).为对郯庐断裂带中南段地震危险性有较为客观的分析，我们对断裂滑动亏损和闭锁深度进行积分(公式2)，计算了各分段(A、B和C)的地震矩积累率(表1).公式为

(2)

图6 历史微震剖面Fig.6 Profile of the historical micro-earthquakes

图7 郯庐断裂带中南段断层滑动亏损速率分布Fig.7 Slip rate deficits of the middle and southern segments of the Tanlu fault

表1中，地震矩积累速率与断层闭锁深度及滑动亏损速率成相关，反映的是地震矩积累的快慢程度.郯庐断裂中南段中B段地震矩积累速率较大，这可能反映了该段能量积累较快.刘晓霞等(2012)根据块体模型反演GPS数据的结果推断郯城附近具有发生强震的孕育背景，秦四清等(2014)运用孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法，在此段得到了相似的结论.

4 华北地区应变特征

文中用到的块体负位错模型利用地表形变速率，反演的是断层深部构造性变特征.为将断层深部特征与地表形变进行对比分析，我们首先采用L曲线方法，将华北地区的GPS速度场进行0.4°×0.4°插值，并计算了既包含正应变又包含剪应变的应变第二不变分量(Wang and Wright,2012)(图8).图8中，第二应变不变分量高值主要分布在环首都圈区域，该地区存在一系列的次级断裂；同时，第二应变不变分量的高值区也对应着主压应变的高值区.沿郯庐带走向由北向南，A段两侧主应变发生了方向改变，且该区域第二应变不变分量相对较高；郯庐带B段主应变几乎为零，第二应变不变分量也处于低值区；C段主应变率是连续变化的，且以主张应变为主，这与王敏等(2011)结论相同，推测该段可能仍在受日本311宫城MW9.0大地震的影响.

将地表应变分布与断层在深部的闭锁深度、滑动亏损速率及断层地震矩积累速率进行比较(图8，表1)，发现前者与后三者并不是正相关，尤其是在郯庐带B段，即断层深部高地震矩积累率在地表的映射关系却是低应变积累率，一种可能的解释是该段在浅地壳已经积累了一定的应变能，应变累积速度反而减小了，由此推测，郯庐断裂带中南段B段(即郯城附近)可提供地震孕育的环境.需要强调的是，对某条断层地震危险性的分析，不仅需要科学地分析其现今形变特征，完整的断层的结构及古地震研究也是必不可少的(Zhang,2013).

5 讨论

5.1 GPS速度分解

以GPS为约束，前人运用的块体模型(黄立人和郭良迁，1998；许才军等，2002；Zhang et al.,2005;Wang et al.,2009;郭良迁等，2011；刘晓霞等，2012)和考虑断层闭锁产生弹性负位错效应的块体模型(Wang et al.,2011；张希等，2013；朱泽等，2014)对华北地区的地壳形变进行了研究，均对数据进行了很好的拟合，但未对GPS数据进行各分量的分解，即块体旋转、块体应变和断层闭锁的GPS分量.我们在反演过程中，将华北地区实测GPS速度场转化到稳定华南块体框架下，并将该框架下理论的GPS速度场包含的各分量进行了分解(图9).

图9中，相对于稳定的华南块体，华北地区的GPS速度(黑色箭头)呈逆时针旋转，这与江在森等(2009)给出的华南基准速度场类似.郯庐断裂中南段南端(C段)两侧，GPS速度呈现右旋拉张运动，向北则两盘差异运动不明显.由速度场的分布可以得出，华北地区主要以块体运动为主导(绿色箭头)，且华北块体和华东块体之间的相对运动，在郯庐断裂中南段南端表现为右旋走滑兼拉张特性，往北则相对运动不突出，这与我们模型计算的郯庐断裂中南段运动性质是一致的.块体内部应变部分的GPS速度(红色箭头)主要分布于块体边界，且量值小于1.0 mm·a-1，呈背离块体中心运动，这与反演模型假设块体为均匀应变有关，即远离块体中心，应变分量变大(李延兴等，2001).断层闭锁影响的GPS速度分量，沿断层走向两侧展布，量值不足1.0 mm·a-1，且在断层两盘呈反方向运动，这是由于断层闭锁产生弹性负位错阻碍两盘的相对运动，与断层右旋走滑的运动性质是相吻合的；图9中断层闭锁影响的GPS分量，主要分布于郯庐断裂带中南段的上盘(西盘)，这符合华北地区整体运动的动力学背景，即上盘是主动盘(张培震等，2013)；远离断裂两侧，GPS速度呈现快速下降，可推断郯庐断裂带中南段变形宽度很窄(<50 km)，从图4中GPS速度剖面可推测出同样结论.

5.2 反演结果的不确定性分析

统计了GPS速度残差及其分布(图10)，绝大部分速度残差(<2 mm·a-1)在其误差椭圆内，残差方向具有随机性，残差分布符合高斯正态分布；华北和鲁东块体内部应变残差均小于1.0nstrain/a，证明了模型反演结果内符合精度较高.值得注意的是，由于模型假设块体内部形变为均匀形变，未考虑形变、地壳介质、波速结构等空间分布的不均一性，这可能是反演结果不确定性的来源之一(Zhang et al.,2013).此外，沿块体边界以及块体内部次级断层周围(图10)，GPS速度残差相对较大(约2 mm·a-1)，这是由于块体边界形变的复杂性引起的(Thatcher,2007;Wang et al.,2011)，同时也说明块体负位错模型并非可完全模拟该地区地壳形变，这也给反演结果带来了不确定性.断层近场GPS观测站点的分布(特别是断裂带附近站点的数量和位置)也对反演结果有一定影响(赵静等，2013).

图9 相对于稳定华南块体的GPS速度场分解图中黑色箭头表示理论上相对于华南块体的速度，绿色箭头为块体旋转部分，红色箭头为块体内部应变部分，蓝色箭头为断层闭锁引起的负位错效应部分.Fig.9 Decomposition of velocity field with respect to stable South China Block arrows are velocities relative to the stable South China block.Green arrows are velocities induced by block rotation.Red arrows are velocities which lead to block internal strain.Blue arrows are velocities due to fault locking.

图10 块体应变及应变残差，GPS速度残差分布误差椭圆为1.5倍中误差，95%的置信区间，蓝色箭头为块体内部主应变，绿色箭头为应变残差.Fig.10 Residuals (observed minus calculated velocities) of GPS velocities,strain in blocks and its residuals GPS velocity residuals are within 95% confidence ellipses in 1.5 sigma.Blue cross represents the strain and yellow cross represents its residuals.

模型参数的设置(如是否设置块体内部应变、参考框架的选择等)对反演结果也会有影响.统计了不同参数设置下的反演GPS的结果精度(表2，表3)，可以看出，不同参考框架对反演结果的影响相对较小，不同稳定块体作为参考框架时对反演结果几乎不产生影响；块体是否为刚性块体(即是否存在内部应变)对反演结果有较大的影响；反演结果对断层倾角不敏感，断层初始深度对结果有较大影响.总之，我们利用块体负位错模型对华北地区的地壳形变取得了较好的描述，但模型结果亦受不确定因素的影响.

表2 不同模型参数设置

注：“×”没有内部应变，“√”为存在内部应变

表3 断层倾角及初始深度结果对比

6 结论

利用华北地区2009—2014年GPS水平向速度场数据，采用块体负位错模型对郯庐断裂带中南段断层深部滑动速率、断层深部闭锁系数、滑动亏损速率及地震矩积累率进行了反演，结合地表应变分布，对郯庐断裂带中南段形变、应变及华北地区地壳形变模式进行了分析，取得了如下认识：

(1) 模型估值及横跨断层GPS速度剖面均显示，受2011年3月11日日本宫城MW9.0地震影响，郯庐断裂带中南段表现为右旋走滑兼拉张的运动性质，滑动速率为0.9～1.2 mm·a-1，且断层沿走向逐次递增，在北端以右旋走滑运动为主，南端兼拉张特性.

(2) 郯庐断裂带中南段断层闭锁深度沿走向不均一分布，呈先加深后变浅(27～32～5 km)，断层最深闭锁段落与1668年郯城MS8.0地震震中位置接近；断层面上滑动亏损速率沿断层走向呈递增(0.9～1.2 mm·a-1)，沿倾向从地表至深部逐次减小；地震矩积累率计算结果显示，在郯庐断裂带中南段郯城附近地震矩积累较快；地表第二不变应变分量在郯城附近为低值区，推测该段可能已经积聚了较多的应变能.

(3) 华北地区地壳形变以块体旋转为主，块体内部应变和断层闭锁效应分别次之.郯庐断裂带中南段因断层闭锁产生的形变(<1 mm·a-1)沿断层两侧分布，单侧形变宽度不足50 km，且上盘形变量略大于下盘.

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(本文编辑 张正峰)

Fault locking and slip rate deficit on the middle and southern segment of the Tancheng—Lujiang fault inverted from GPS data

LI Yan-Chuan1,2,SHAN Xin-Jian1*,SONG Xiao-Gang1,JIANG-Yu1,2,GAN Wei-Jun1,QU Chun-Yan1,WANG Zhen-Jie2

1 State Key Laboratory of Earthquake Dynamics,Institute of Geology,CEA,Beijing 100029,China2 School of Geosciences,China University of Petroleum (East China),Qingdao 266580,China

By using GPS-derived horizontal velocities of 2009—2014 and a dislocation model,we inverted the slip rate,fault coupling and slip rate deficit on the middle and southern segments of the Tanlu fault.We also calculated the moment accumulation rate based on the fault slip rate and the fault locking depth and analyzed crustal deformation in East China.Along the middle and southern segments of the Tanlu fault,the results predict 0.9 mm·a-1of right-lateral strike-slip at the northern end,gradually changing to 1.2 dextrorotary extension at the southern end.The overall pattern of the interseismic locking depth is unevenly distributed along the middle and southern segments of the Tanlu fault.We estimated fault coupling down to 27 km depth or more for the northern part,and 25～32 km for the central part which is coincident with the epicenter of the 1668 Tancheng earthquake.The southern part,however,is only locked from 5 km to 25 km depth.Similar to spatial distribution of the fault coupling,the slip rate deficit changes from a lower value in the northern part to a higher level in the southern part,ranging from 0.9 mm·a-1to 1.2 mm·a-1along the middle and southern segments of the Tanlu fault.And it gradually decreases to 0 mm·a-1along the dip.The seismic moment accumulation rate per unit length of the fault is high on the fault plane beneath Tancheng city;however,it is negatively correlated with the strain rate on the surface.Our results also show that tectonic deformation occurring in East China is dominated by block rotation.While most sites in East China are affected by elastic strain within blocks to some degree.However,only sites in a narrow strip (less than 50 km with velocities less than 1 mm·a-1) along the middle and southern segments of the Tanlu fault are affected by elastic strain loading due to fault coupling.Compared with sites on the footwall,sites on the hanging wall are affected more by strain loading due to fault coupling.

Tanlu fault;GPS;Fault locking;Slip rate deficit

李彦川，单新建，宋小刚等.2016.GPS揭示的郯庐断裂带中南段闭锁及滑动亏损.地球物理学报，59(11):4022-4034,

10.6038/cjg20161108.

Li Y C,Shan X J,Song X G,et al.2016.Fault locking and slip rate deficit on the middle and southern segment of the Tancheng—Lujiang fault inverted from GPS data.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(11):4022-4034,doi:10.6038/cjg20161108.

国家自然科学基金(41461164002)和中央高校基本科研业务费专项资金(R1401038A)联合资助.

李彦川，男，1989年生，在读博士，主要从事GPS地球动力学研究.E-mail:yanliupc@163.com

*通讯作者 单新建，男，1966年生，研究员，主要从事地壳形变观测与动力学研究.E-mail:xjshan@163.com

10.6038/cjg20161108

P315

2015-12-04，2016-06-18收修定稿