大地测量学的主要任务是通过精密测量，确定地面点位、地球形状大小和地球重力场。在研究我国大陆地壳形变位移的邻域中，则需要用到大地测量学中的GPS 精确定位，只有定位准确了，才能通过各种方法来分析大陆地壳板块之间的相对运动特征。而监测、研究地壳板块位移，同时也属于大地测量学的范畴。本文通过运用长期观测的GPS 大地测量解算成果，在选取的研究区域内，探讨了其GPS 水平运动速度场的变化特征，同时，计算了该研究区域的主应变率与面膨胀率等应变场的时空演化特征。事实证明GPS 速度场（大地测量数据）在监测与研究大陆地壳形变的过程中发挥着重要的作用。 1 GPS数据与研究区域的选取 近年来，“中国大陆构造环境监测网络”（以下简称“陆态网络”）项目陆续开展，该项目主要用于监测中国大陆地壳运动、重力场形态及变化，陆态网络由260 个连续站和2 000 个流动站组成，每2 a 观测 一期[1-2]。流动站数据采样间隔30 s，24 h 为一时段，一次观测不少于4 个时段。本文所用数据为剔除个别非构造作用导致运动方向及观测误差与周围测站差异较大的GPS 站点后的速度场结果。如图2 所示，图2a、2b、2c 分别代表1999-2001 年、2004-2007 年与2011-2013 年周期的GPS 水平运动速度场数据。 本文选取位于鄂尔多斯东缘的山西凹陷带作为研究区域。如图1 所示，自新生代以来形成并不断发展的地堑和盆地，最引人注目的是中部盆地带，如大同、忻州、太原、临汾和运城盆地等。由此向南对接而组成的地堑-裂谷系，总体呈“S”形雁行排列，长达一千多公里。地堑两侧或一侧均有山前大断裂存在，地堑内部则存在一系列与盆地边缘大断裂平行、垂直、斜交的隐伏断裂，将地堑底部基岩切成许多断块，形成地堑内部许多次一级隆起与凹陷构造。区域内部分地壳相对减薄，各地堑均有温泉分布。新构造活动最强烈的地区是地堑带断陷区，周围地区的水系格局明显受活动断裂的控制，区内多数北东向的断裂具有倾滑或斜滑的运动方式[3-8]。 图1 山西凹陷带地质构造分布 2 GPS速度场分析 从山西带GPS 站点分布来看，北段点位布设较为密集，尤其是凹陷带及其以东地区，太原以南点位相对稀疏，但在2011-2013 年周期，凹陷带南段增加了观测站点，分布密度增强。整体来看，前两周期的GPS 水平运动方向与速率都比较相近：北部运动方向为EES，平均运动速率约为2.5 mm/a；南部运动方向为ES，平均运动速率约为5.0 mm/a。第三周期中，山西地区水平运动方向较前两周期发生了偏转，转为近E 方向，运动速率上，北部有所增加，但增量微弱，南部变化不大。 因此，从GPS 大地测量数据上，即可获知山西凹陷带上地壳的水平运动状态，整体发生EES 方向上的微量位移，位移量值的大小在图2 中表现地更为直观。 图2 GPS 水平运动速度场分布 3 应变场动态演化过程 根据三期GPS 水平运动速度场数据，可以求解该区域的主应变率与面膨胀率等应变场物理特性，而分期求解又可以呈现其动态演化特征。 3.1 主应变特征 自1998 年张北6.2 级地震之后，根据上述三期GPS 速度场资料，分别计算了研究区域的1999-2001 年、2004-2007 年、2011-2013 年主应变率，图3 为其时空演化图。 1999-2001 年周期，在整体鄂尔多斯块体东缘地区，主压应力与主拉应力基本集中沿着山西断陷带分布，向断陷带两侧逐渐递减，分布特征较为明显。从北、南分布特征上看，其计算结果显示了在整个山西地堑系北段以NNE、NEE 向拉应力为主，可以理解为是1998 年张北地震后的地壳应力调整阶段，中、 南段则以NE、NEE 向压应力为主，到最南端临汾、长治一带则变化最小，约1.0×10-8/a。 2004-2007 年周期，整个山西地陷带均表现为压应力变化，北段为NNE 方向，中、南段则以EW、NEE 方向为主；北段大同-朔州-太原，应力变化小，平均约1.0×10-8/a，较前期1999-2001 年显著减小，中南段太原-临汾-运城的压应变率与拉应变率的变化则与1999-2001 年周期大致相当，最大变化率分布于长治东北地区，主压应变率约8.0×10-8/a。 2011-2013 年周期，本期整体变化率较前两期显著增强，尤其在太原- 阳泉、临汾-运城等2 个集中区。北段凹陷带内部主要显示了NW 向的拉张，其中变化最大处位于太原附近，约8.0×10-8/a，以WE 向主拉应变为主，中、南段应力变化幅度整体增强，最大主压应力变化区分布于临汾北部，显示了NE 向的挤压与NW 向的微弱拉张，主压应变率约9.0×10-8/a，主拉应变率约为2.0×10-8/a。 3.2 面膨胀特征 根据1999-2001 年、2004-2007 年、2011-2013 年三期GPS 速度场数据，计算了研究区域的面膨胀率，面膨胀率时空演化特征分布见图4，图中黑色等值线（正值）表示面膨胀，黄色等值线（负值）代表面压缩。对比主应变率图（图3），面膨胀等值线图显示更直观、含义更明确。 1999-2001 年周期，自北向南沿整个山西断陷带，其面膨胀与面压缩特征并不统一，出现拉张与压缩交替的现象。北段面膨胀率等值线高值区分布于大同东北部，接近张北地区，约6.0×10-8/a，沿凹陷带至大同以南，降至4.0×10-8/a，到朔州附近转变为面压缩，朔州南部约-4.0×10-8/a，太原北部的凹陷带面膨胀率达到最大值，约8.0×10-8/a，膨胀区向SE 方向延伸至阳泉，而太原南部则出现挤压特征，再向南至临汾一带继而交替为拉张。此外，长治地区主要显示了微弱的面压缩特征。 2004-2007 年周期，本期山西凹陷带变化特征相对较为简单，北段大同附近显示了面膨胀特征，量值微弱，约2.0×10-8/a，沿凹陷带一直向南，均显示了微弱的面压缩特征，表明本期来自鄂尔多斯地块内部E 向的挤压明显增强，导致在凹陷带内部出现物质挤压与E 向逃逸。此外，在长治东北附近，出现了面膨胀与面压缩的显著变化梯度带，（-10 ～10）×10-8/a，对比上期数据，暗示了长治东侧本周期内出现了强烈的面膨胀变化特征。 2011-2013 年周期，凹陷带北段大同附近继承了前两期的面膨胀特征，而其以南的凹陷带则与2004-2007 年周期变化相反，呈现了以正值为主的面膨胀变化特征，其高值区位于太原地区，约达22.0×10-8/a，与其东侧的-14.0×10-8/a，形成了张、压变化的高梯度带。 图3 主应变率时空演化特征分布 图4 面膨胀率时空演化特征分布 4 结 语 本文通过运用GPS 大地测量数据，体现出其在大陆地壳形变监测中的重要作用。并选取鄂尔多斯地块东缘作为研究区域，根据GPS 数据，计算并分析了该地区在1999-2013 年间地壳的水平运动、主应变率以及面膨胀率的动态演化特征，并获知了以下几点初步结论： 1）通过实例表明了GPS 速度场（大地测量数据）在监测与研究大陆地壳形变的过程中，发挥着重要的作用； 2）山西地堑系虽然两侧有山前大断裂、地堑内部存在一系列与盆地边缘平行、垂直、斜交的隐伏断裂，错综复杂，但从主应变等整体应变场结果，可获知山西断裂带整体表现为NE-NEE 挤压、NW 拉张的运动特征； 3）1989 年大同-阳高6.1、1998 年张北6.2 级地震发生之后，山西带北段断裂内部构造应力得以释放；山西带南部尤其在霍山山前断裂、罗云山断裂、中条山北麓断裂存在应力积累现象。 [1] 李强,游新兆,杨少敏,等.中国大陆构造变形高精度大密度 GPS 监测－现今速度场[J].中国科学(地球科学),2012,42(5): 629-632 [2] 张培震, 王敏, 甘卫军, 等. GPS 观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约[J].地学前缘,2003,10(特刊):81-92 [3] 杨博,刘志广,占伟,等.山西带近期水平运动状态[J].华北地震科学,2012,30(4):14-18 [4] 路鹏,杨国华,张风霜,等.昆仑山口西8.1 级地震与山西断陷带水平运动变化的探讨[J].国际地震动态,2007(7):92-98 [5] 王学忠,韩月萍,杨博,等.山西断陷带水平形变分析[J].山西地震,2009(3):8-12 [6] 杨国华,王敏,韩月萍,等.山西地震带近期水平运动状态及活动性[J].地壳形变与地震,1999,19(4):50-55 [7] 杨国华,王敏,韩月萍,等.山西断裂带活动趋势与动态特征[J].中国地震,2002,18(2):148-156 [8] 马杏垣.中国岩石圈动力学图集[M].北京:中国地图出版社,1989 大地测量学的主要任务是通过精密测量，确定地面点位、地球形状大小和地球重力场。在研究我国大陆地壳形变位移的邻域中，则需要用到大地测量学中的GPS 精确定位，只有定位准确了，才能通过各种方法来分析大陆地壳板块之间的相对运动特征。而监测、研究地壳板块位移，同时也属于大地测量学的范畴。本文通过运用长期观测的GPS 大地测量解算成果，在选取的研究区域内，探讨了其GPS 水平运动速度场的变化特征，同时，计算了该研究区域的主应变率与面膨胀率等应变场的时空演化特征。事实证明GPS 速度场（大地测量数据）在监测与研究大陆地壳形变的过程中发挥着重要的作用。1 GPS数据与研究区域的选取近年来，“中国大陆构造环境监测网络”（以下简称“陆态网络”）项目陆续开展，该项目主要用于监测中国大陆地壳运动、重力场形态及变化，陆态网络由260 个连续站和2 000 个流动站组成，每2 a 观测 一期[1-2]。流动站数据采样间隔30 s，24 h 为一时段，一次观测不少于4 个时段。本文所用数据为剔除个别非构造作用导致运动方向及观测误差与周围测站差异较大的GPS 站点后的速度场结果。如图2 所示，图2a、2b、2c 分别代表1999-2001 年、2004-2007 年与2011-2013 年周期的GPS 水平运动速度场数据。本文选取位于鄂尔多斯东缘的山西凹陷带作为研究区域。如图1 所示，自新生代以来形成并不断发展的地堑和盆地，最引人注目的是中部盆地带，如大同、忻州、太原、临汾和运城盆地等。由此向南对接而组成的地堑-裂谷系，总体呈“S”形雁行排列，长达一千多公里。地堑两侧或一侧均有山前大断裂存在，地堑内部则存在一系列与盆地边缘大断裂平行、垂直、斜交的隐伏断裂，将地堑底部基岩切成许多断块，形成地堑内部许多次一级隆起与凹陷构造。区域内部分地壳相对减薄，各地堑均有温泉分布。新构造活动最强烈的地区是地堑带断陷区，周围地区的水系格局明显受活动断裂的控制，区内多数北东向的断裂具有倾滑或斜滑的运动方式[3-8]。图1 山西凹陷带地质构造分布2 GPS速度场分析从山西带GPS 站点分布来看，北段点位布设较为密集，尤其是凹陷带及其以东地区，太原以南点位相对稀疏，但在2011-2013 年周期，凹陷带南段增加了观测站点，分布密度增强。整体来看，前两周期的GPS 水平运动方向与速率都比较相近：北部运动方向为EES，平均运动速率约为2.5 mm/a；南部运动方向为ES，平均运动速率约为5.0 mm/a。第三周期中，山西地区水平运动方向较前两周期发生了偏转，转为近E 方向，运动速率上，北部有所增加，但增量微弱，南部变化不大。因此，从GPS 大地测量数据上，即可获知山西凹陷带上地壳的水平运动状态，整体发生EES 方向上的微量位移，位移量值的大小在图2 中表现地更为直观。图2 GPS 水平运动速度场分布3 应变场动态演化过程根据三期GPS 水平运动速度场数据，可以求解该区域的主应变率与面膨胀率等应变场物理特性，而分期求解又可以呈现其动态演化特征。3.1 主应变特征自1998 年张北6.2 级地震之后，根据上述三期GPS 速度场资料，分别计算了研究区域的1999-2001 年、2004-2007 年、2011-2013 年主应变率，图3 为其时空演化图。1999-2001 年周期，在整体鄂尔多斯块体东缘地区，主压应力与主拉应力基本集中沿着山西断陷带分布，向断陷带两侧逐渐递减，分布特征较为明显。从北、南分布特征上看，其计算结果显示了在整个山西地堑系北段以NNE、NEE 向拉应力为主，可以理解为是1998 年张北地震后的地壳应力调整阶段，中、 南段则以NE、NEE 向压应力为主，到最南端临汾、长治一带则变化最小，约1.0×10-8/a。2004-2007 年周期，整个山西地陷带均表现为压应力变化，北段为NNE 方向，中、南段则以EW、NEE 方向为主；北段大同-朔州-太原，应力变化小，平均约1.0×10-8/a，较前期1999-2001 年显著减小，中南段太原-临汾-运城的压应变率与拉应变率的变化则与1999-2001 年周期大致相当，最大变化率分布于长治东北地区，主压应变率约8.0×10-8/a。2011-2013 年周期，本期整体变化率较前两期显著增强，尤其在太原- 阳泉、临汾-运城等2 个集中区。北段凹陷带内部主要显示了NW 向的拉张，其中变化最大处位于太原附近，约8.0×10-8/a，以WE 向主拉应变为主，中、南段应力变化幅度整体增强，最大主压应力变化区分布于临汾北部，显示了NE 向的挤压与NW 向的微弱拉张，主压应变率约9.0×10-8/a，主拉应变率约为2.0×10-8/a。3.2 面膨胀特征根据1999-2001 年、2004-2007 年、2011-2013 年三期GPS 速度场数据，计算了研究区域的面膨胀率，面膨胀率时空演化特征分布见图4，图中黑色等值线（正值）表示面膨胀，黄色等值线（负值）代表面压缩。对比主应变率图（图3），面膨胀等值线图显示更直观、含义更明确。1999-2001 年周期，自北向南沿整个山西断陷带，其面膨胀与面压缩特征并不统一，出现拉张与压缩交替的现象。北段面膨胀率等值线高值区分布于大同东北部，接近张北地区，约6.0×10-8/a，沿凹陷带至大同以南，降至4.0×10-8/a，到朔州附近转变为面压缩，朔州南部约-4.0×10-8/a，太原北部的凹陷带面膨胀率达到最大值，约8.0×10-8/a，膨胀区向SE 方向延伸至阳泉，而太原南部则出现挤压特征，再向南至临汾一带继而交替为拉张。此外，长治地区主要显示了微弱的面压缩特征。2004-2007 年周期，本期山西凹陷带变化特征相对较为简单，北段大同附近显示了面膨胀特征，量值微弱，约2.0×10-8/a，沿凹陷带一直向南，均显示了微弱的面压缩特征，表明本期来自鄂尔多斯地块内部E 向的挤压明显增强，导致在凹陷带内部出现物质挤压与E 向逃逸。此外，在长治东北附近，出现了面膨胀与面压缩的显著变化梯度带，（-10 ～10）×10-8/a，对比上期数据，暗示了长治东侧本周期内出现了强烈的面膨胀变化特征。2011-2013 年周期，凹陷带北段大同附近继承了前两期的面膨胀特征，而其以南的凹陷带则与2004-2007 年周期变化相反，呈现了以正值为主的面膨胀变化特征，其高值区位于太原地区，约达22.0×10-8/a，与其东侧的-14.0×10-8/a，形成了张、压变化的高梯度带。图3 主应变率时空演化特征分布图4 面膨胀率时空演化特征分布4 结 语本文通过运用GPS 大地测量数据，体现出其在大陆地壳形变监测中的重要作用。并选取鄂尔多斯地块东缘作为研究区域，根据GPS 数据，计算并分析了该地区在1999-2013 年间地壳的水平运动、主应变率以及面膨胀率的动态演化特征，并获知了以下几点初步结论：1）通过实例表明了GPS 速度场（大地测量数据）在监测与研究大陆地壳形变的过程中，发挥着重要的作用；2）山西地堑系虽然两侧有山前大断裂、地堑内部存在一系列与盆地边缘平行、垂直、斜交的隐伏断裂，错综复杂，但从主应变等整体应变场结果，可获知山西断裂带整体表现为NE-NEE 挤压、NW 拉张的运动特征；3）1989 年大同-阳高6.1、1998 年张北6.2 级地震发生之后，山西带北段断裂内部构造应力得以释放；山西带南部尤其在霍山山前断裂、罗云山断裂、中条山北麓断裂存在应力积累现象。参考文献[1] 李强,游新兆,杨少敏,等.中国大陆构造变形高精度大密度 GPS 监测－现今速度场[J].中国科学(地球科学),2012,42(5): 629-632[2] 张培震, 王敏, 甘卫军, 等. GPS 观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约[J].地学前缘,2003,10(特刊):81-92[3] 杨博,刘志广,占伟,等.山西带近期水平运动状态[J].华北地震科学,2012,30(4):14-18[4] 路鹏,杨国华,张风霜,等.昆仑山口西8.1 级地震与山西断陷带水平运动变化的探讨[J].国际地震动态,2007(7):92-98[5] 王学忠,韩月萍,杨博,等.山西断陷带水平形变分析[J].山西地震,2009(3):8-12[6] 杨国华,王敏,韩月萍,等.山西地震带近期水平运动状态及活动性[J].地壳形变与地震,1999,19(4):50-55[7] 杨国华,王敏,韩月萍,等.山西断裂带活动趋势与动态特征[J].中国地震,2002,18(2):148-156[8] 马杏垣.中国岩石圈动力学图集[M].北京:中国地图出版社,1989

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