基于GPS和水准资料的拉脊山断裂带西段地壳形变研究

周 琳 王庆良 李长军 郝 明 宋尚武

1 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054 2 防灾科技学院学科与研究生处，北京市东燕郊学院街465号，101601



基于GPS和水准资料的拉脊山断裂带西段地壳形变研究

周 琳1王庆良1李长军1郝 明1宋尚武2

1 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054 2 防灾科技学院学科与研究生处，北京市东燕郊学院街465号，101601

利用拉脊山地区1983～1995年水准资料，结合1999～2007年、2009～2014年GPS数据对拉脊山断裂带西段进行三维地壳形变分析。拉脊山断裂带西段垂直运动速率约为1±0.5 mm/a，表明该段处于隆升状态；与GPS数据显示出的水平挤压一致，拉脊山地区仍处于地壳水平挤压缩短状态，2008年之后断层两侧差异运动更加明显，地壳缩短速率增加并表现出明显的左旋走滑分量，与卫星影像解译和野外地质地貌调查结果一致。拉脊山断裂西段受挤压环境控制下的构造变形现今仍在持续进行，同时受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力影响。该地段是地震孕育的敏感部位，应该引起关注。

拉脊山断裂带；GPS；水准测量

拉脊山西起日月山，东至民和龚亭，全长200 多km，宽10～20 km，呈NNW-SSE向并向NE凸出[1]，是青藏高原腹地与黄土高原之间地貌梯级带的分界线。拉脊山断裂以晚更新世活动为主，仅局部段活动时代可能为全新世早期。拉脊山南北两侧有历史记载的 5 级左右中等破坏性地震 20余次[2]。地质考察未发现该地区存在大范围发震的区域性断裂，这些地震可能表明拉脊山断裂带的全新世活动已经扩展到两侧的盆地，公元138年的金城-陇西6.75级地震可能与拉脊山断裂活动在盆地内的扩展相关[3]。拉脊山南北两条边界断裂作用显著，岩石地球化学非常复杂，剥露历史存在争议，一直是中外地质学家的研究热点。本文在前人研究基础上，通过水准资料和GPS数据资料，进一步综合探讨该地区的三维地壳形变特征。

1 资料概况

本文使用覆盖该区内主要活动断裂的陕甘宁青地震水准监测网[4]西宁环1983～1995年水准数据(图1中实心圆所示)，测线横跨拉脊山断裂带西段，拉脊山与日月山相接地区东侧，总长近100 km。本文在“中国地壳运动观测网络”1999、2001、2004、2007、2009、2011和2013年7期GPS区域站高精度观测资料的基础上[5-6]，结合中国地震行业重大科研专项“中国综合地球物理场观测”2010～2011年、2012～2014年GPS新测资料进行研究。

实心三角形代表GPS点，实心圆代表水准点，左下角插图为研究区域的地质构造背景图1 研究区域数据点位分布图Fig.1 Distribution of data points in study area

2 数据处理

选取西宁附近(西宁环55)作为基点，利用1983和1995年两期水准数据，计算每期数据的相对高差值，并与两期数据时间差值相除得到研究区域相对于基点的垂直形变速率，见图2。

图2 拉脊山断裂带西段垂直形变速率图Fig.2 Vertical deformation velocity in the west section of Lajishan fault

GPS观测数据采用GAMIT/GLOBK软件进行精化处理。首先利用GAMIT软件计算单日松弛解，解算时采用SOPAC数据中心提供的精密星历，加入中国大陆及周边IGS测站的观测数据进行处理；之后通过 GLOBK软件计算多时段综合解，结合单日松弛解和全球IGS站单日松弛解，选取全球均匀分布的90多个稳定站为基准点，将区域站速度场固定到ITRF2008框架下；最后利用ITRF2008框架下欧亚板块欧拉极，获取研究区域相对于稳定欧亚板块的水平运动速度场图像，结果见图3。

图3 拉脊山地区GPS水平速度场(相对于欧亚板块)Fig.3 Horizontal velocity field for the Lajishan fault area with respect to Eurasia block

3 形变分析

受青藏高原北东向扩展的影响，拉脊山断裂带自西向东其走向由N60°W转为近EW向，性质以挤压逆冲为主，体现为北东方向突出的弧形断裂，是NWW向的西秦岭北缘左旋走滑断裂带和NNW向的热水-日月山右旋走滑断裂带之间的挤压构造区和构造转换带，成为北侧西宁-民和盆地和南侧循化-化隆盆地之间重要的边界断裂[6]。拉脊山及邻区磁组构特征研究表明，在第三纪后期到第四纪曾发生过北东至南西向的构造应力挤压，为拉脊山地区的持续抬升提供了重要依据[7]。本文水准数据结果见图4，测线横跨拉脊山地区西段，拉脊山与日月山相接地区东侧。结果表明，拉脊山地区西段仍旧处于隆升状态，隆升速率为1±0.5 mm/a，隆升速率由拉脊山南缘断裂到北缘断裂不断变大，靠近西宁盆地隆升速率变小。拉脊山地区地形起伏大，与北侧西宁盆地形成明显高差[8]。从图4可以看出，拉脊山两侧5 km附近相对隆升速率变小。野外调查显示，该地区地貌形态受地表流水侵蚀，山体沟谷发育，是拉脊山北缘断裂带和拉脊山南缘断裂带仍旧活动的有力证据。

拉脊山地区弱震活动基本沿拉脊山南、北缘弧形断裂呈带状分布，历史上发生过20余次5级左右的中等破坏性地震。本文研究区域在拉脊山南缘断裂带和北缘断裂带的西段，卫星影像解译和野外地质地貌调查发现，拉脊山断裂西段左旋走滑活动迹象明显，兼具逆冲分量和左旋走滑分量，以挤压逆冲为主[6]。受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力的影响，拉脊山断裂西段应引起关注和重视。从图5所示的横跨拉脊山断裂带的GPS水平运动剖面可以看出，1999～2007年垂直分量表现出明显的缩短分量(图5(a))，断层两侧相对差异运动不明显；2009～2014年垂直分量同样表现出明显的缩短分量(图5(b))，断层两侧表现出明显的差异运动。西宁(XININ)点所处位置与断层不远不近，反映断层活动的代表性较强。从图5(b)可以看出，断层北侧与断层南侧地壳缩短速率相差较大，约3±0.5 mm/a。1999～2007年GPS水平运动剖面左旋走滑分量不明显(图5(c))；2009～2014年GPS水平运动剖面表现出明显的左旋走滑分量(图5(d))。结果表明，拉脊山地区仍旧处于地壳水平挤压缩短状态，2008年之后断层两侧地壳缩短速率增加并表现出明显的左旋走滑分量。考虑到2008年汶川8.0级大震发生之后，又发生了若干6级左右以右旋走滑破裂为主的强余震。从机制上分析，这些强余震的效应应该是龙门山断裂西侧向北东向的推挤增强，从而引起拉脊山断裂水平挤压增强。

(a)和(c)为1999～2007年横跨拉脊山断裂的GPS运动速度，(b)和(d)为2009～2014年横跨拉脊山断裂的GPS运动速度图5 横跨拉脊山断裂的GPS运动速度Fig.5 GPS velocity across the Lajishan fault

地质考察和卫星影像解译表明，拉脊山断裂西端是地震孕育的有利部位，应关注该地区发生5～6级中等地震的危险性[6]。本文根据横跨拉脊山断裂的水准资料估算出拉脊山垂直运动速率为1±0.5 mm/a，表明拉脊山断裂带西段处于持续抬升阶段。根据横跨拉脊山断裂的GPS水平运动速度剖面可以看出，拉脊山地区仍旧处于地壳水平挤压缩短状态，与卫星影像解译和野外地质地貌调查结果一致；拉脊山断裂西段左旋走滑活动迹象明显，以挤压逆冲为主。水准数据结果表明，拉脊山地区以抬升为主，与GPS数据显示出的水平挤压一致。

GPS水平运动剖面结果表明，2008年之后断层两侧差异运动更加明显，地壳缩短速率增加并表现出明显的左旋走滑分量。考虑为2008年汶川8.0级大震之后若干6级左右以右旋走滑破裂为主的强余震的影响，龙门山断裂西侧向北东向的推挤增强，从而引起拉脊山断裂水平挤压增强。晚更新世晚期以来拉脊山断裂主断裂活动不明显，断裂活动主要以隐伏断裂和活动褶皱的形式向两侧盆地内部扩展。在青藏高原北东向扩展的背景下，未来拉脊山断裂的活动将促使两侧地层发生更深刻而剧烈的褶皱和断裂变形。拉脊山断裂西段地区受挤压环境控制下的构造变形现今仍在持续进行，同时受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力的影响，该地区是地震孕育的有利部位，其地震危险性应该引起关注和重视。

4 结 语

根据拉脊山断裂带西段水准数据，估算出该地区垂直运动速率为1±0.5 mm/a，表明该地区以抬升为主；与GPS数据显示出的水平挤压一致，表明拉脊山断裂带西段处于隆升状态。横跨拉脊山断裂带的GPS水平运动剖面可以看出，拉脊山地区仍旧处于地壳水平挤压缩短状态，2008年之后断层两侧差异运动更加明显，地壳缩短速率增加并表现出明显的左旋走滑分量，与卫星影像解译和野外地质地貌调查结果一致。拉脊山断裂西段受挤压环境控制下的构造变形现今仍在持续进行，同时受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力的影响，是地震孕育的有利部位，应该关注和重视该地区的地震危险性。

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About the first author:ZHOU Lin, postgraduate,assistant engineer,majors in geodesy and geodynamics, E-mail: 429zl@163.com.

The Study of Crustal Deformation on Western End of Lajishan Fault Based on GPS and Leveling Data

ZHOULin1WANGQingliang1LIZhangjun1HAOMing1SONGShangwu2

1 Second Monitoring and Application Center, CEA, 316 Xiying Road , Xi’an 710054 ,China Discipline and Graduate Management Office,Institute of Disaster Prevention, 465 Xueyuan Street, Beijing 101601, China

The Lajishan area is an earthquake tectonic window to reflect on tectonic activity and earthquake activity. The Lajishan fault has caused about 20 moderate earthquakes on the both sides of Lajishan mountain in documented history. Lajishan fault is still an active fault zone, and has structural conditions of medium-strong earthquakes in the region. The Lajishan area is at 3 500 m above sea level and is not convenient for study. It remains doubtful whether the Lajishan regional crustal deformation is still in the uplift state. This paper uses 1983-1995 leveling data, combined with 1999-2007 and 2009-2014 GPS data, to analyze the three dimensional crustal deformation of this area. Research shows that the west section of Lajishan fault has a vertical rate of 1±0.5 mm/a ,which proves that the area is still in the uplift state. GPS data also show horizontal compression in this area. The Lajishan area remains a crustal horizontal shortening deformation. The crustal shortening rate of the region has become smaller, and shows an obvious left-lateral strike-slip component after 2008. The results are corroborated by satellite imagery interpretation and field geological survey results. Under the control of extrusion environment, tectonic deformation in the area is still ongoing. This area is also influenced by the Riyueshan right-lateral strike-slip fault. We should be concerned and put attention to seismic risk at the western end of Lajishan fault.

Lajishan fault; GPS; leveling measurement

The Spark Program of Earthquake Techndogy of CEA, No.XH15064Y; Special Fund for Earthquake Research of CEA,No. 201508009.

2015-11-16

项目来源：中国地震局地震科技星火计划(XH15064Y)；中国地震局地震行业科研专项(201508009)。

周琳，硕士，助理工程师，研究方向为大地测量与地球动力学，E-mail:429zl@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.12.005

1671-5942(2016)012-1056-04

P315

A