應(yīng)用高精度GPS監(jiān)測(cè)鮮水河斷裂的現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)

PAGEPAGE1應(yīng)用高精度GPS監(jiān)測(cè)鮮水河斷裂的現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)有飯無范兒贊助項(xiàng)目：〔青藏高原東部現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)GPS監(jiān)測(cè)〕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(duì)鮮水河斷裂的活動(dòng)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得了鮮水河斷裂帶及鄰區(qū)的現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)速度矢量場(chǎng)。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(yùn)動(dòng)速度高于東北盤的表現(xiàn)，同時(shí)鮮水河斷裂的南段速度高于北段的運(yùn)動(dòng)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(shí)針旋轉(zhuǎn)構(gòu)造?！颈疚年P(guān)鍵詞語】鮮水河斷裂帶GPS觀測(cè)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(dòng)斷裂，也是青藏高原東部一個(gè)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(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)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(gè)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(cè)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(jià)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(dòng)靈敏等眾多優(yōu)點(diǎn)，用GPS研究地殼運(yùn)動(dòng)及形變是國內(nèi)外大地測(cè)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(cè)的結(jié)果，討論鮮水河斷裂的現(xiàn)今形變活動(dòng)特征，構(gòu)成鮮水河斷裂的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制及與地震活動(dòng)的關(guān)系。2鮮水河斷裂的GPS監(jiān)測(cè)及結(jié)果2.1GPS觀測(cè)及處理為了應(yīng)用GPS監(jiān)測(cè)鮮水河斷裂的現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)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(cè)剖面，該剖面長(zhǎng)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(cè)鮮水河斷裂的南段。同時(shí)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(cè)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(gè)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(cè)站在2001年和2003年用Trimble4000SSI進(jìn)行了兩期觀測(cè)，部分測(cè)站〔如BTX4、HKZ、TAC等〕經(jīng)歷了三期以上的觀測(cè)。圖1歐亞框架下鮮水河斷裂帶及鄰區(qū)GPS測(cè)站速度矢量場(chǎng)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(duì)每年天天GPS的觀測(cè)進(jìn)行解算；第二步用GLOBK軟件進(jìn)行多時(shí)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(jì)算及評(píng)估的質(zhì)量，對(duì)每年的進(jìn)行整體集合；第三步參考框架的選取及測(cè)站速度矢量計(jì)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(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)。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(cè)站的東向量、北向量、垂向分量及水平矢量值〔表1，圖1〕。測(cè)量結(jié)果表示清楚，測(cè)站的水平運(yùn)動(dòng)速度約為[(9.4～22.68〕±〔1.5～4.2)]mm/a,3次及以上的監(jiān)測(cè)速度不定度可在2mm/a。GPS監(jiān)測(cè)結(jié)果表示清楚鮮水河斷裂的南段運(yùn)動(dòng)速率高于北段的運(yùn)動(dòng)速率。2.2鮮水河斷裂北段GPS監(jiān)測(cè)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(cè)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(yùn)動(dòng)矢量為[(19～28.81〕±〔1.52～4.31)]mm/a。GPS監(jiān)測(cè)的結(jié)果表示清楚在歐亞框架下的總體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)總體以向東運(yùn)動(dòng)為特征，并以向東速度矢量降低為特征，由于整體的運(yùn)動(dòng)速度較高，相對(duì)差別較小，因而甘孜—玉樹斷裂的兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)于石渠站，玉樹以4.6mm/a的速度NW45°方向運(yùn)動(dòng)，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?cái)嗔炎呦蚍较虻淖呋俾蕿?.43mm/a，垂直斷裂方向擠壓速率為1.23mm/a；相對(duì)于石渠站，達(dá)日站以8.50mm/a向NW70°方向運(yùn)動(dòng)，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?cái)嗔炎呦颉睳M60°〕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(cè)站速度各分量值2.3鮮水河斷裂南段監(jiān)測(cè)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(yùn)動(dòng)，在歐亞框架下自南向北，鮮水河斷裂剖面各測(cè)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(cè)站的運(yùn)動(dòng)速度明顯高于東北盤各測(cè)站的運(yùn)動(dòng)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(cè)剖面上，鮮水河斷裂剖面的GPS監(jiān)測(cè)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(dòng)的深度不大；顯示強(qiáng)左旋平移兼伸展的運(yùn)動(dòng)。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(cè)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(dòng)性較強(qiáng)；以乾寧色卡〔SKX2〕速度最大，它的東盤運(yùn)動(dòng)速率總體上減小。假如相對(duì)于SKX2，東盤的運(yùn)動(dòng)速率大于西盤，表現(xiàn)出左旋走滑的特征；相對(duì)于SKX2，鮮水河斷裂的東盤向北西運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)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(cè)站速度矢量變化圖4沿NE30°方向鮮水河斷裂各GPS測(cè)站相對(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)，但由于川滇地塊的運(yùn)動(dòng)速率高于川青地塊，兩地塊之間相對(duì)表現(xiàn)為左旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征。鮮水河斷裂的南段，相對(duì)速度差較大，斷裂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率在9～12mm/a，而在甘孜—玉樹斷裂段，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率較小，斷裂相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率在8.5mm/a。根據(jù)GPS監(jiān)測(cè)，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(yùn)動(dòng)的重要方向?yàn)镹20°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(huì)聚速率逐步被吸收[10]。GPS監(jiān)測(cè)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(shí)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(yáng)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(shí)針的渦旋〔圖5〕。印度板塊東北角向北東方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)速率的差別，在順時(shí)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(dòng)性，因而它是主要的地震活動(dòng)帶。圖5青藏高原東緣構(gòu)造及現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)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(yáng)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(dòng)擠出有關(guān)，然而這種擠出運(yùn)動(dòng)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(cè)結(jié)果的地殼運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表征了高原物質(zhì)的向東流動(dòng)。以下為參考文獻(xiàn)[1]唐榮昌，韓渭賓等.四川活動(dòng)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(cè)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(bào)，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(dòng)特征[A].見：中國活動(dòng)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(shí)地殼運(yùn)動(dòng).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