天津地區(qū)垂直形變的空間分布特征

天津地區(qū)垂直形變的空間分布特征

1地質(zhì)意義和地震活動(dòng)天津位于中國北方和東北地區(qū)的大陸架邊界帶中段，位于燕山升降帶和冀渤海坍塌帶的二級(jí)構(gòu)造區(qū)。這里也是北東向唐山-磁縣地震構(gòu)造帶和北西西向張家口-渤海地震構(gòu)造帶的交匯地區(qū)。唐山-磁縣地震構(gòu)造帶和張家口-渤海地震構(gòu)造帶是區(qū)域性控震和發(fā)震構(gòu)造。發(fā)生在本區(qū)周邊的M≥7的地震都和這兩組構(gòu)造密切相關(guān)。北東-北北東向斷裂和北西西-東西向斷裂帶是本區(qū)的控震和發(fā)震構(gòu)造,中強(qiáng)地震主要發(fā)生在這兩個(gè)構(gòu)造帶上。無論地震是在本區(qū)還是在周圍地區(qū)孕育發(fā)生,本區(qū)的地殼形變都會(huì)有所響應(yīng)。由于天津地區(qū)處在兩個(gè)構(gòu)造帶上,構(gòu)造復(fù)雜,構(gòu)造活動(dòng)性變化敏感,因而為許多地震工作者所關(guān)注。研究區(qū)內(nèi)北東-北北東向斷裂和北西西-東西向斷裂較為發(fā)育,其中規(guī)模相對(duì)較大的有滄東斷裂、天津-大城斷裂、海河斷裂、寶坻斷裂和薊運(yùn)河斷裂,它們將本區(qū)分為不同的塊體,對(duì)現(xiàn)代活動(dòng)起著控制性作用,它們的活動(dòng)性為地學(xué)工作者長(zhǎng)期關(guān)注。大地測(cè)量方法是了解現(xiàn)今地殼構(gòu)造活動(dòng)的最為直接有效的方法之一。使用過去的地形變測(cè)量資料研究天津地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)已有專家做過工作,取得了一些可喜的成果。本文將根據(jù)近幾年水準(zhǔn)觀測(cè)資料研究本區(qū)近期的地殼變化和斷裂的活動(dòng)性。2常規(guī)動(dòng)態(tài)平差方法處理的水準(zhǔn)資料的觀測(cè)時(shí)段為2005—2012年,整理水準(zhǔn)測(cè)線總長(zhǎng)2900多千米,重合水準(zhǔn)點(diǎn)285個(gè),平均點(diǎn)距5.1km。為獲得每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的變化速度,數(shù)據(jù)處理時(shí)以北京原點(diǎn)為基準(zhǔn),用經(jīng)典動(dòng)態(tài)平差方法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果單位權(quán)中誤差為。由于天津中部和南部平原地區(qū)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá)的地區(qū),大量開采地下水和石油,致使地面強(qiáng)烈下沉,為了減少沉降干擾影響,獲取地殼構(gòu)造活動(dòng)信息,對(duì)沉降干擾進(jìn)行了排除。由開采地下水造成的地面下降主要是以井孔為中心形成沉降漏斗,沿水準(zhǔn)測(cè)線的形變速率剖面曲線形態(tài)類似“V”型,多處井孔過量開采地下水,則形成以開采區(qū)為中心的相對(duì)較大面積的下降,其形態(tài)在測(cè)線剖面上也與前者相似。因此,在計(jì)算地殼垂直形變時(shí)我們采用文獻(xiàn)中使用的多項(xiàng)式函數(shù)沿水準(zhǔn)測(cè)線進(jìn)行擬合和清除,然后再按照構(gòu)造單元分塊擬合出塊體的垂直運(yùn)動(dòng)。3武清-寶北緣下降中心及區(qū)域差異圖1是由水準(zhǔn)觀測(cè)資料直接平差計(jì)算得到的垂直形變速率。從圖1可見,北部的燕山山區(qū)和寶坻山前地帶為上升區(qū),中部和南部廣大平原地區(qū)為下降區(qū),垂直形變速率值自北而南由大變小,北部薊縣附近最大上升速率為4mm/a,玉田-寶坻以北降至0mm/a,中部武清-潘莊-寧河一帶以北下降速率為0~-15mm/a,天津市及其以南地區(qū)強(qiáng)烈下沉,沉降速率多在-40mm/a以下,最大沉降速率在天津西部為-90mm/a。研究區(qū)有多個(gè)沉降中心,其沉降速率多達(dá)-70mm/a。沉降區(qū)圍繞各沉降中心的形變等值線呈封閉狀態(tài)。-70mm/a以下的沉降中心多數(shù)分布在天津南部地區(qū),表明天津南部是下降強(qiáng)烈的地區(qū)。圖2是縱穿天津南北的垂直形變速率剖面,它北起薊縣東部,向南經(jīng)過寶坻以東、武清東部、天津市西部、靜海、直到天津南邊界。由圖2可見,天津北部地區(qū)的形變速度值差異相對(duì)小,中部差異顯著,南部次之,說明中部地面變化梯度大,北部相對(duì)較小,南部居中。4武清塊體的變形速度圖3是排除沉降干擾后的分塊擬合結(jié)果。從圖3可見,各塊體的變化特征為:寶坻塊體的形變速度等值線呈近東西向延伸,表明受近東西向燕山隆起的控制。寶坻塊體現(xiàn)今以上升為主,北部上升速度較大,形變速度在3mm/a以上,南部變小,在0mm/a左右。反映了寶坻塊體向南掀斜,呈現(xiàn)不均勻的上升運(yùn)動(dòng)。武清塊體東北部上升,變化速度為0~0.5mm/a,西南部下降,形變速度為0~-1.5mm/a。武清塊體總體上表現(xiàn)為向西南的掀斜運(yùn)動(dòng)。潘莊塊體上的形變等值線稀疏,以上升為主,變化速度0~0.5mm/a,表現(xiàn)為相對(duì)均勻的微弱上升運(yùn)動(dòng)。北塘塊體的垂直形變顯示北部下降,變化速度為0~-1.0mm/a,南部微弱上升,變化速度大于0mm/a。北塘塊體表現(xiàn)為向北的掀斜運(yùn)動(dòng)。勝芳?jí)K體為北部上升,垂直形變速度0~1.5mm/a,南部下降,形變速度為0~-2mm/a,表現(xiàn)為向南的掀斜活動(dòng)。雙窯塊體的垂直形變顯示出南北兩頭上升,上升速度0~1.0mm/a,北部相對(duì)大于南部,東西兩邊下降,形變速度為0~-1.5mm/a,東部變化速率大于西部。塊體呈北東-南西向的拗褶活動(dòng)。板橋塊體垂直形變表現(xiàn)為微弱的上升,形變速度在0~0.5mm/a,等值線分布稀疏,顯示塊體呈現(xiàn)緩慢抬升。研究表明,天津地區(qū)各個(gè)塊體的垂直變化存在差別,寶坻塊體、武清塊體、北塘塊體和勝芳?jí)K體為掀斜活動(dòng),潘莊塊體和板橋塊體以微弱的均勻上升為主,雙窯塊體呈現(xiàn)拗褶活動(dòng)。5天津—斷裂帶活動(dòng)由分塊擬合得到的塊體垂直形變速度計(jì)算出的邊界斷裂帶的垂直活動(dòng)參量見表1。由表1可見,寶坻塊體與武清塊體的分界斷裂———寶坻斷裂,呈近東西向走向,向南傾斜,南盤相對(duì)北盤表現(xiàn)為上升,平均速率0.56mm/a,反映出寶坻斷裂現(xiàn)今以逆斷活動(dòng)為主。潘莊塊體和北塘塊體北邊界的薊運(yùn)河斷裂,北西走向,傾向南西。垂直形變顯示,該斷裂總體上表現(xiàn)為西南盤相對(duì)東北盤下降,平均速率為1.01mm/a,為正斷活動(dòng)。海河斷裂位于塘沽至天津市區(qū)一帶,是天津南部各個(gè)塊體與中部各個(gè)塊體間的分界帶。海河斷裂帶總體走向北西西向,傾向南南西。垂直形變表明,海河斷裂總體上西南盤相對(duì)東北盤上升,平均速率為0.78mm/a,反映出斷裂以逆斷活動(dòng)為主。天津北斷裂是武清塊體與潘莊塊體的分界帶,該斷裂走向北北東,傾向北西西,垂直形變顯示,斷裂東盤相對(duì)西盤下降,速率為0.25mm/a,表現(xiàn)為逆斷活動(dòng)。滄東斷裂的北段是潘莊塊體與北塘塊體的分界帶,南段是雙窯塊體與板橋塊體的分界帶。滄東斷裂走向北北東,傾向南東。垂直形變表明,滄東斷裂的東盤相對(duì)西盤上升,北段差異速率為0.64mm/a,南段為1.16mm/a,南段的速率大于北段,反映出斷裂現(xiàn)今主要為逆斷活動(dòng),南段活動(dòng)強(qiáng)度大于北段。天津-大城斷裂是勝芳?jí)K體與雙窯塊體的分界帶,斷裂走向北東,傾向南東,垂直形變顯示,斷裂東盤相對(duì)西盤上升,速率為0.73mm/a。垂直形變反映出天津-大城斷裂為逆斷活動(dòng)。研究說明,天津地區(qū)的主要斷裂帶的現(xiàn)今活動(dòng)多數(shù)為逆斷活動(dòng)。6地殼垂直活動(dòng)特征1)天津地區(qū)現(xiàn)今的垂直形變總體態(tài)勢(shì)表現(xiàn)為北部上升,南部下降。與區(qū)域新構(gòu)造活動(dòng)性基本一致,屬于繼承性活動(dòng)。2)由天津地區(qū)的近期地殼垂直形變揭示出,