應(yīng)用高精度GPS監(jiān)測鮮水河斷裂的現(xiàn)代地殼運動

PAGEPAGE1應(yīng)用高精度GPS監(jiān)測鮮水河斷裂的現(xiàn)代地殼運動有飯無范兒贊助項目：〔青藏高原東部現(xiàn)代地殼運動GPS監(jiān)測〕和〔青藏高原東北緣巖石圈現(xiàn)今的變形和位移〕。劉宇平唐文清陳智梁張清志趙濟(jì)相張選陽〔成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都，610059〕【內(nèi)容摘要】近年來用GPS對鮮水河斷裂的活動性進(jìn)行監(jiān)測，獲得了鮮水河斷裂帶及鄰區(qū)的現(xiàn)代地殼運動速度矢量場。GPS結(jié)果表示清楚鮮水河斷裂的左旋走滑是由于西南盤的運動速度高于東北盤的表現(xiàn)，同時鮮水河斷裂的南段速度高于北段的運動速率。鮮水河斷裂的構(gòu)成與印度板塊東北角的南迦巴瓦—阿薩姆犄角向歐亞板塊楔入有關(guān)，楔入的結(jié)果構(gòu)成東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)和圍繞它的順時針旋轉(zhuǎn)構(gòu)造。【本文關(guān)鍵詞語】鮮水河斷裂帶GPS觀測現(xiàn)今地殼形變1引言眾所周知，鮮水河斷裂是現(xiàn)今青藏高原上最活動斷裂，也是青藏高原東部一個主要的構(gòu)造界限。自第四紀(jì)十分是晚更新世以來，呈強(qiáng)烈左旋走滑運動，斷裂帶內(nèi)屢次反復(fù)發(fā)生強(qiáng)震，發(fā)震頻度較高。作為川滇菱形塊體的東北界限，鮮水河斷裂以左旋走滑為特征，廣義的鮮水河斷裂以甘孜拉分盆地為界分為北段的甘孜—玉樹斷裂帶和南段狹義的鮮水河斷裂帶。甘孜—玉樹斷裂帶起于四川甘孜，經(jīng)青海玉樹、結(jié)隆、當(dāng)江，消失于冬布里山北麓勒瑪曲第四紀(jì)盆地，全長650km，呈北60°～70。方向展布，總體傾向北東，傾角在60°～80°，是一條高角度走滑逆沖斷裂。狹義的鮮水河斷裂帶大致以乾寧惠遠(yuǎn)寺拉分盆地為界，可分為北西和南東兩個不同構(gòu)造的段落。北西段由爐霍、道孚和乾寧三段呈左階斜列而成，構(gòu)造較單一，總體走向NW50°～60°.南東段由乾寧—康定骨干斷裂及其西南側(cè)的色拉哈和折多塘斷裂構(gòu)成，走向NW10°～30°，構(gòu)造比較復(fù)雜。由于鮮水河斷裂的特殊性，已引起大量地質(zhì)和地震地質(zhì)研究者的留意，已有多位學(xué)者從地質(zhì)、地貌和地殼形變測量的角度進(jìn)行過大量深切進(jìn)入的研究并獲得了一些具有很高學(xué)術(shù)價值的結(jié)果。如聞學(xué)澤等〔1989〕、唐榮昌等〔1993〕重要利用地質(zhì)地貌推算出全新世以來狹義鮮水河斷裂帶北西段走滑速率約10～15mm/a。由于GPS(GlobalPositioningSystem，全球系統(tǒng)〕具有高精度、全天候、低成本、機(jī)動靈敏等眾多優(yōu)點，用GPS研究地殼運動及形變是國內(nèi)外大地測量及地球物理學(xué)者關(guān)注的前沿學(xué)科。本文通過鮮水河區(qū)域和部分GPS監(jiān)測的結(jié)果，討論鮮水河斷裂的現(xiàn)今形變活動特征，構(gòu)成鮮水河斷裂的地球動力學(xué)機(jī)制及與地震活動的關(guān)系。2鮮水河斷裂的GPS監(jiān)測及結(jié)果2.1GPS觀測及處理為了應(yīng)用GPS監(jiān)測鮮水河斷裂的現(xiàn)代運動量，2001年我們建立了云南中旬〔TAC3〕—四川紅原刷金寺〔SJS〕的鮮水河斷裂GPS監(jiān)測剖面，該剖面長約500km，呈北東30°走向，近于垂直鮮水河的南段的走向〔圖1中B-B′剖面〕，該剖面可監(jiān)測鮮水河斷裂的南段。同時在甘孜—玉樹斷裂的兩盤分別設(shè)石渠〔SEX〕、達(dá)日〔DAR〕、甘孜〔GAZ)GPS監(jiān)測站，加上1996年布設(shè)的玉樹站〔BTX4〕可監(jiān)控甘孜—玉樹斷裂。結(jié)合1991～2001年在鮮水河斷裂及鄰區(qū)建立的GPS站，可構(gòu)成一個部分的GPS網(wǎng)，可在鮮水河斷裂的走向及傾向方向上進(jìn)行監(jiān)控。所有GPS測站在2001年和2003年用Trimble4000SSI進(jìn)行了兩期觀測，部分測站〔如BTX4、HKZ、TAC等〕經(jīng)歷了三期以上的觀測。圖1歐亞框架下鮮水河斷裂帶及鄰區(qū)GPS測站速度矢量場分析處理采取美國麻省理工學(xué)院的GAMIT/GLOBK(10.1〕軟件，按三步進(jìn)行：第一步是用GAMIT軟件對每年天天GPS的觀測進(jìn)行解算；第二步用GLOBK軟件進(jìn)行多時段綜合解算以獲得網(wǎng)平差的結(jié)果，進(jìn)行反復(fù)度的計算及評估的質(zhì)量，對每年的進(jìn)行整體集合；第三步參考框架的選取及測站速度矢量計算，通過新老進(jìn)行聯(lián)算，獲得了不同參考框架下鮮水河斷裂的現(xiàn)代地殼運動速度場。為了便于比照研究，列出了歐亞框架下鮮水河斷裂及鄰區(qū)的GPS測站的東向量、北向量、垂向分量及水平矢量值〔表1，圖1〕。測量結(jié)果表示清楚，測站的水平運動速度約為[(9.4～22.68〕±〔1.5～4.2)]mm/a,3次及以上的監(jiān)測速度不定度可在2mm/a。GPS監(jiān)測結(jié)果表示清楚鮮水河斷裂的南段運動速率高于北段的運動速率。2.2鮮水河斷裂北段GPS監(jiān)測結(jié)果鮮水河斷裂的北段為甘孜—玉樹斷裂，在該斷裂帶的周邊有昌都〔CAD1〕、玉樹〔BTX4〕、石渠〔SEX1〕、達(dá)日〔DAR1〕、甘孜〔GAZ2〕等測站。GPS獲得的東向分量在[(18.81～26.81〕±〔1.15～3.38)]mm/a；北向分量為[(3.08～2.49〕±〔0.99+2.53)]mm/a；水平運動矢量為[(19～28.81〕±〔1.52～4.31)]mm/a。GPS監(jiān)測的結(jié)果表示清楚在歐亞框架下的總體運動速率值較高，并以東向分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北向量，且東分量的速率是北向分量的8～11倍，總體是向東運動，其中SEX1的東向分量到達(dá)26.81mm/a，為青藏高原東部最大的東向分量。表示清楚地殼運動總體以向東運動為特征，并以向東速度矢量降低為特征，由于整體的運動速度較高，相對差別較小，因而甘孜—玉樹斷裂的兩盤相對運動量不大。在橫切甘孜—玉樹斷裂的玉樹〔BTX〕、石渠〔SEX〕、達(dá)日〔DAR1)GPS剖面〔圖1中A-A′剖面，圖2〕，由于石渠表現(xiàn)出較大的東向分量，相對于石渠站，玉樹以4.6mm/a的速度NW45°方向運動，說明甘孜—玉樹斷裂在玉樹與石渠之間表現(xiàn)為右旋走滑性質(zhì)，沿斷裂走向方向的走滑速率為4.43mm/a，垂直斷裂方向擠壓速率為1.23mm/a；相對于石渠站，達(dá)日站以8.50mm/a向NW70°方向運動，兩站之間的玉曲河、達(dá)科斷裂等表現(xiàn)為左旋走滑的性質(zhì)，沿斷裂走向〔NM60°〕方向的走滑速率為8.35mm/a，垂直于斷裂方向的擠壓速率為1.55mm/a，表現(xiàn)為擠壓—走滑性質(zhì)。表1歐亞框架下鮮水河斷裂GPS測站速度各分量值2.3鮮水河斷裂南段監(jiān)測結(jié)果鮮水河斷裂南段即是狹義的鮮水河斷裂，從中旬〔TAC3〕—刷金寺〔SJS1)GPS剖面〔圖1中B-B′〕可獲得鮮水河斷裂的地殼運動，在歐亞框架下自南向北，鮮水河斷裂剖面各測站的速度為：中旬〔15.99±1.65)mm/a—道孚乾寧色卡〔22.68±3.50)mm/a—刷金寺〔11.38±3.61)mm/a，速度矢量方向〔自南向北〕為SE—E，西南盤各測站的運動速度明顯高于東北盤各測站的運動速度，因此表現(xiàn)出強(qiáng)烈的左旋走滑。在歐亞框架下、鮮水河斷裂GPS監(jiān)測剖面上，鮮水河斷裂剖面的GPS監(jiān)測結(jié)果表示清楚斷裂的強(qiáng)應(yīng)變帶較窄、陡立，變形集中，而且活動的深度不大；顯示強(qiáng)左旋平移兼伸展的運動。這些特征顯示鮮水河斷裂是主要的地形變的分界斷裂，也是主要的地震斷裂。假如將各測站的速度投影于垂直于鮮水河斷裂走向〔N30°E〕和平行于斷裂走向〔S60°E〕,GPS速度矢量在斷裂帶附近表現(xiàn)出明顯的突變〔圖3〕，以鮮水河斷裂表現(xiàn)出明顯的突變，表示清楚其活動性較強(qiáng)；以乾寧色卡〔SKX2〕速度最大，它的東盤運動速率總體上減小。假如相對于SKX2，東盤的運動速率大于西盤，表現(xiàn)出左旋走滑的特征；相對于SKX2，鮮水河斷裂的東盤向北西運動，其運動速率在〔9.64±4.30)mm/a～〔12.97±4.81)mm/a〔圖4〕。圖2鮮水河斷裂北段垂直于走向〔N30°E〕剖面方向上GPS獲得的速度變化圖圖3鮮水河斷裂南段GPS剖面測站速度矢量變化圖4沿NE30°方向鮮水河斷裂各GPS測站相對于SKX2的速度變化剖面經(jīng)過了理塘—德巫斷裂，GPS結(jié)果顯示理塘—德巫斷裂兩盤的速度平緩變化，相對西盤，東盤向北西30°～50°方向以3.5～4.3mm/a速率位移，與地質(zhì)地貌法估算的5mm/a的平均滑位速率接近，理塘—德巫斷裂表現(xiàn)左旋走滑。3構(gòu)造解釋及地質(zhì)意義鮮水河一小江斷裂是川滇地塊和川青地塊的界限斷裂〔圖5〕，GPS結(jié)果指導(dǎo)川滇地塊和川青地塊總體向SEE運動，但由于川滇地塊的運動速率高于川青地塊，兩地塊之間相對表現(xiàn)為左旋走滑的運動特征。鮮水河斷裂的南段，相對速度差較大，斷裂的相對運動速率在9～12mm/a，而在甘孜—玉樹斷裂段，相對運動速率較小，斷裂相對運動速率在8.5mm/a。根據(jù)GPS監(jiān)測，印度板塊與阿拉善地塊〔華北地塊〕的青藏高原中部〔沿班加羅爾—拉薩—格爾木—金塔一線方向〕，地殼運動的重要方向為N20°E，從印度板塊的南部班加羅爾到華北地塊上的金塔，速度從〔40.90±1.30)mm/a降為〔5.48±1.11)mm/a，印度板塊與華北地塊之間向北會聚速率逐步被吸收[10]。GPS監(jiān)測表示清楚青藏高原東界限與華南地塊的速度差沒有轉(zhuǎn)換成逆沖和地殼縮短，而是被順時針的旋轉(zhuǎn)所調(diào)節(jié)和吸收。由于印度板塊東北角的南迦巴瓦—阿薩姆犄角的楔入作用和揚子地塊的阻攔作用，在青藏高原東部構(gòu)成以東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)〔EHS〕和以EHS為中心的順時針的渦旋〔圖5〕。印度板塊東北角向北東方向的運動轉(zhuǎn)換為順時針的旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)速率的差別，在順時針渦旋的內(nèi)部構(gòu)成右旋走滑性質(zhì)的斷裂構(gòu)造，而在外部構(gòu)成左旋走滑性質(zhì)的斷裂，鮮水河—小江斷裂是渦旋的外部界限，具有左旋走滑的特征，因此表現(xiàn)出極強(qiáng)的活動性，因而它是主要的地震活動帶。圖5青藏高原東緣構(gòu)造及現(xiàn)代地殼運動略圖在青藏高原東部，由于印度板塊東北角南迦巴瓦一阿薩姆“犄角〞楔入作用和揚子地塊的阻攔作用，與東部、川西和滇西地區(qū)發(fā)生物質(zhì)的向東流動擠出有關(guān)，然而這種擠出運動在高原東部及東部邊沿以多種形式大部分被吸收[5]。青藏高原上的GPS觀測結(jié)果的地殼運動圖像[6,12]與模仿結(jié)果[7,8]和地質(zhì)考察相吻合，如在青藏高原中部重要表現(xiàn)為北到北東向的地殼縮短；而在青藏高原東部的運動為順時針旋轉(zhuǎn)，表征了高原物質(zhì)的向東流動。以下為參考文獻(xiàn)[1]唐榮昌，韓渭賓等.四川活動斷裂與地震〔M).北京：地震出版社，1993:67～138[2]劉本培，朱智勤，廖華等.鮮水河斷裂帶的構(gòu)造大地測量.地殼形變與地震.第21卷第4期，2001:17～25[3]聞學(xué)澤，CRAllen，羅灼禮等.鮮水河全新世斷裂帶的分段性、幾何特征及其地震構(gòu)造意義[J].地震學(xué)報，1989,11(4〕:362～371[4]張存德，向家翠.從形變看鮮水河斷裂帶的活動特征[A].見：中國活動斷裂[C].北京：地震出版社，1982[5]汪一鵬，沈，王琪，熊熊.川滇塊體的側(cè)向擠出問題.地學(xué)前緣〔中國地質(zhì)，北京〕.第10卷特刊，2003,188～192[6]QiWang,Pei-ZhenZhang,FreymuellerJ,BilhamR,LarsonK,XianLai,etal.Present-daycrustaldeformationinChinaconstrainedbyGlobalPositioningSystemmeasurements.Science,2001,294:574～577[7]FengShen,LeighHRoydenandBCBurchfiel.Large-scalecrustaldeformationoftheTianPlateau.Vol.106,No.B4.JournalofGeophysicalResearch,2001:6793～6816[8]RoydenLH,BurchfielBC,KingRW,WangE,ChenZ,ShenF,LiuY..SurfacedeformationandlowercrustalflowineasternTi.Vol.276.Science,1997:788～790[9]WEHolt,NChamot-Rooke,XLePichon,etal.VelocityfiledinAsiainferredfromQuatemaryfaultslipratesandGlobalPositioningSystemobservations[J].JournalofGeophysicalResearch,2001:106(B9),19,185～19,209[10]劉宇平，陳智梁等.青藏高原東部及周邊現(xiàn)時地殼運動.沉積與特提斯地質(zhì).Vol.23.No.4,2003:1～8[11]劉宇平，潘桂堂，耿全如等.南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)的楔入及其地質(zhì)效應(yīng).No.1.沉積與特提斯地質(zhì).Vol.20,2000:52～59[12]YupingLiu,ZhiliangChen,WenqingTangetal.GPSMonitoringofCrustaldeformationinEasternTianPlateau,EOS.Trans.AGU,2002,83(47),Fall,Meet.Suppl.,Abs