六盘山构造带应变积累特征及其变形机制研究

苏小宁

1. 兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070； 2. 同济大学测绘与地理信息学院，上海 200092

六盘山构造带位于青藏高原向中国大陆内部挤压扩展的最前缘部位，其东部是构造稳定的鄂尔多斯块体，西部是新生代强烈隆升与快速生长的青藏高原东北隅。论文在六盘山地区进行GNSS加密观测，结合已有观测数据，给出青藏高原东北隅高空间分辨率的三维GNSS速度场，并分析形变场空间分布特征；研究GNSS应变率场计算方法，对方法的有效性和稳健性进行验证，解算不同空间尺度的应变率场；基于GNSS形变场聚类分析结果，结合研究区地震活动性和深浅地球物理资料，提出该区域改进的块体模型，探讨区域变形机制。论文研究内容与成果如下：

(1) 提出一种探测GNSS坐标时序中突跳的方法。该方法以ARMA模型预测为基础，结合局部坐标均值差平方时序，能准确探测出在真实GNSS坐标时序中加入的突跳。

(2) 基于位错模型方法的模拟研究，验证了多尺度球面小波方法解算应变率场的有效性和稳健性。该方法的优点是通过建立空间不规则分布的小波基函数体现出GNSS测站不均匀分布的特点，从而给出不同空间尺度的应变率场。

(3) 给出了青藏高原东北隅高空间分辨率的三维速度场。相对于鄂尔多斯参考基准的GNSS水平向速度场显示，青藏高原东北隅的扩张运动受到稳定的鄂尔多斯块体阻挡之后呈现出大范围的挤压运动。新增加的测站更加精细地刻画了六盘山构造带西侧的地壳缩短变形，但在六盘山构造带两侧不存在显著的地壳形变。六盘山构造带作为青藏高原东北隅与鄂尔多斯块体的分界构造，其并不是GNSS速率变化的分界线，而该分界线位于六盘山构造带的西侧，且穿过了西秦岭北缘断裂。该分界线与近南北向分布的7级以上历史地震条带在空间上基本重合。

(4) 利用GNSS连续观测站资料解算的垂直向速度场显示，陇西块体内部的隆升速率从北西至南东逐渐增加，其平均的隆升速率比鄂尔多斯块体小1.0 mm/a。结合该区域地震反射剖面和华东克拉通的整体隆升特征，论文推测鄂尔多斯块体的垂向隆升与华北卡拉通的整体隆升耦合，与青藏高原东北隅的扩张运动解耦。

(5) 提出青藏高原东北隅改进的块体模型。新的块体模型以聚类分析方法对高空间分辨率GNSS速度场的分簇结果为基础，结合地震活动性与深浅地球物理资料，其最重要的改变是在六盘山构造带西侧新增了穿过西秦岭北缘断裂走向为北北东向的断裂。该断裂是GNSS连续变形图像、地震各向异性、莫霍面深度变化和布格重力异常的分界线，与7级以上历史地震的分布条带重合。基于新的块体模型反演的六盘山构造带的挤压速率为1.0 mm/a，该值与地质资料给出的0.9 mm/a的长期速率一致，表明以往大地测量反演的3.0 mm/a的挤压速率是对其存在明显的高估。

(6) 青藏高原东北隅的变形模式为北向逃逸运动、陇西块体内部变形和断层滑动3种方式的共同作用。其中，祁连山构造带东段的海原断裂和深部的右旋剪切带是该区域的主要控制断裂，而位于右旋剪切带东侧的六盘山构造带现今并没直接承接青藏高原东北隅的推挤作用。论文推测北北东向的右旋剪切带发育较晚，它的出现改变了该区域原有的构造格局，也分担了六盘山构造带原有的应变积累，使得六盘山构造带现今应变积累较弱。