第 4 期郭良迁等 :GPS 连续站的基线变化与青藏块体的现代活动 11 观测数据, 选用 ITRF2005 新的全球框架及 IGS 精密星历作为 GPS 数据处理星历, 使用版本的 GAMIT 软件, 从 SIO 网站上获取 GAMIT 软件处理的控制参数, 取区域网处理模式, 进行

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斌辈业
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1 第 29 卷第 4 期 2009 年 8 月 JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICS Vol.29No.4 Aug.,2009 文章编号 : (2009) GPS 连续站的基线变化与青藏块体的现代活动郭良迁胡新康张风霜陈长云孙东颖 ( 中国地震局第一监测中心, 天津 ) 摘要基于近 10 年的 GPS 观测资料, 计算了青藏块体及周边的 GPS 连续观测站点间的基线变化, 并以此研究了空间大尺度的地壳块体和构造带的活动青藏块体的西部北西方向的基线表现为伸长, 地壳在该方向上呈现拉张变化, 东部北东方向的基线缩短速率较大, 表明该方向地壳压缩强烈在昆仑山口西 8.1 级地震前和汶川 8.0 级地震前, 基线在数月至 1 年以上的时间内出现显著的异常变化, 反映出浅源大地震的发生与大区域构造活动增强有关关键词 GPS 连续观测 ; 基线变化 ; 前兆 ; 大地震 ; 构造活动中图分类号 :P 文献标识码 :A BASELINEVARIATIONOFGPSCONTINUOUSSITES ANDCURRENTACTIVITYOFQINGHAI TIBETBLOCK GuoLiangqian,HuXinkang,ZhangFengshuang,ChenChangyunandSunDongying (FirstCrustMonitoringandApplicationCenter,CEA,Tianjin ) Abstract OnthebasisoftheGPSobservationsduring10years,thevariationsofthebaselinesbetweenadja centgpscontinuoussitesintheqinghai Tibetblockandthesuroundingareasarecalculated,andthentheactivi tiesoflarge scalecrustalblocksandtectoniczonesarestudiedonthebasisofobtainedtendencyandnon linearvar iations.thenw wardbaselineinthewesternpartoftheqinghai Tibetblockshowsavariationofextensionandthe crustdisplaysatensilechangeinthedirection.thenewardbaselineintheeasternpartshowsalargeconvergent velocity,indicatingthatthecrustcontractsintensivelyinthedirection.beforethewestkunlunshanmountain M8.1earthquakeandtheWenchuanM8.0earthquake,thebaselinesshowedobviouslyanomalousvariationsduring aperiodofseveralmonthstomorethanayear,whichreflectsthattheoccurenceoflargeearthquakewithshalow focusisasociatedwiththeintensificationoflarge areatectonicmovement. Keywords:GPScontinuousmeasurement;baselinevariation;precursor;largeearthquake;tectonicmovement 1 引言 1999 年随着网络工程的实施, 在内陆地区建设了由 25 个连续观测站组成的基准网, 其中部分站点分布在青藏块体及邻近地区, 这些站点至今已经积累了近 10 年的观测资料, 为研究青藏块体的地壳和边界带的连续变化创造了条件根据 GPS 连续站的观测资料用小波分析等方法, 研究其变化与地震的关系, 已有专家做过这方面的工作 [1-4] 本文主要利用 GPS 基准网从年的收稿日期 : 基金项目 : 中国地震局全国地震区划图编制项目 ; 天津市科技基础项目 (08JCZDJC18900); 十一五国家科技支撑课题 (2006BAC01B ) 作者简介 : 郭良迁, 男,1950 年生, 研究员, 主要从事地形变构造活动和地震预测研究. guoliangqian@163.com

第 4 期郭良迁等 :GPS 连续站的基线变化与青藏块体的现代活动 11 观测数据, 选用 ITRF2005 新的全球框架及 IGS 精密星历作为 GPS 数据处理星历, 使用 10.

2 第 4 期郭良迁等 :GPS 连续站的基线变化与青藏块体的现代活动 11 观测数据, 选用 ITRF2005 新的全球框架及 IGS 精密星历作为 GPS 数据处理星历, 使用版本的 GAMIT 软件, 从 SIO 网站上获取 GAMIT 软件处理的控制参数, 取区域网处理模式, 进行计算处理, 得到站点坐标, 并且基于站点坐标, 进一步计算, 求解 GPS 连续观测站点之间的基线 ( 即两站点之间的距离 ) 变化, 研究空间大尺度的地壳和构造带的现今活动, 及其与大地震孕育发生的关系 2 思路与方法 GPS 基准网的站点数量较少, 点距较远, 用基准网的观测资料研究地壳细部变化运动是困难的, 但是用来研究空间大尺度的变化是可行的将 GPS 站点间的基线值, 用线性拟合方法求解基线 10 年的趋势性变化速率和最近 1 年的近期变化速率 10 年尺度的变化速率反映了地壳趋势性活动,1 年来的变化反映了地壳最近的活动, 是分析判别近期有无异常的基础另一方面从 GPS 连续观测站资料的时序变化中, 剔除其线性趋势变化, 并且将非线性变化部分的年变干扰, 用取年滑动均值的计算方法滤去, 剩余的非线性部分能较好地反映突发性构造事件的变化, 使得与大地震孕育有关的变化部分得到增强凸现基于趋势性变化近期变化和非线性变化的结果, 综合分析构造活动, 及其与大地震孕育的关系 3 青藏块体基线变化特征 3.1 基线速率在青藏块体建有拉萨塔什库尔干 (TASH) 德令哈 (DLHA) 西宁 (XINI) 下关 (XIAG) 和昆明 (KMIN)6 个 GPS 连续站观测站 ( 图 1, 断层和边界 [5,6] 带据张培震邓志辉等改绘 ) 在青藏块体上的 GPS 站点组成拉萨塔什库尔干拉萨德令哈拉萨西宁和拉萨昆明 4 条基线其中拉萨塔什库尔干基线呈北西方向, 跨青藏块体西部西昆仑构造带可可西里巴颜喀拉地块羌唐块体冈底斯块体可可西里玉树断裂带班公湖断裂带拉萨德令哈基线呈北北东方向, 从青藏块体中东部地区穿过昆仑山断裂带可可西里巴颜喀拉地块可可西里玉树断裂带羌塘地块和班公湖怒江断裂带拉萨西宁基线呈北东向, 从青藏块体东部地区穿越可可西里巴颜喀拉块体羌塘地块拉萨昆明基线穿越印度板块向东北楔入的阿萨姆角, 以及穿越横断山脉, 呈北西西方向展布各条基线年和年的变化速率见表 1 图 1 GPS 站点间基线分布 Fig.1 DistributionofbaselinesbetweenadjacentGPSsites 表 1 块体内部基线变化速率 Tab.1 Variationratesofbaselinesinblock 速率 (mm/a) 基线方向年年拉萨塔什库尔干 NW 拉萨德令哈 NNE 拉萨西宁 NE 拉萨昆明 NWW 注 : 速率正数表示基线伸长, 负数表示缩短由表 1 可见, 拉萨塔什库尔干基线为伸长变化, 年基线变化速率比年增加了近 3mm/a 拉萨德令哈基线拉萨西宁基线和拉萨昆明基线均为缩短变化, 年的缩短速率较长期趋势变化有所减小青藏块体西部的北西向的基线伸长速率大于东部的缩短速率基线变化显示, 青藏块体西部在北西方向上呈现拉张, 近一年来的基线伸长加快 ; 东部在北东方向上压缩最强烈, 在北西西方向上为弱挤压变化, 最近一年基线缩短速率减小 3.2 时序曲线青藏块体各条基线的时序曲线变化如图 2 所示拉萨塔什库尔干基线的时序曲线, 在年初为缩短变化, 缩短量为 9.7mm 年 10 月变化相对平稳 2007 年 10 月至 2008 年 4 月呈快速伸长变化, 伸长量约 3.8mm 2008 年 5 月至今, 时序曲线变化相对平稳, 无明显加速变化现象拉萨德令哈基线的时序曲线在年快速缩短约 12mm, 年 3 月呈现缓慢伸长,2007 年 4 月 2008 年 4 月, 拉萨德令哈基线伸

3 12 29 卷图 2 青藏块体基线时序曲线图 Fig.2 TimesequencecurvesofbaselinesinQinghai Tibet block 长加速, 变化量约为 5.5mm 2008 年 6 月以后至今变化平缓拉萨西宁基线的时序曲线 2001 年 4 月 2002 年 5 月为快速缩短, 变化量约为 -7.9mm 2002 年 6 月 2007 年 3 月曲线升降变化幅度较小, 相对平稳, 地壳活动相对较弱 2007 年 4 月 2008 年 4 月, 时序曲线快速伸长, 变化量为 6.4mm 其后变化平缓拉萨昆明基线的时序曲线在 2005 年 6 月 2008 年 4 月出现一次先缩短后伸长的变化过程 2007 年上半年是这一变化过程的转折点, 该变化的幅度约为 4mm 2008 年 6 月至今时序曲线变化平稳拉萨塔什库尔干拉萨德令哈和拉萨西宁基线在年出现大致同步缩短变化, 与昆仑山口西 8.1 级地震 ( ) 的孕育发生的时间相吻合, 可能是大震孕育造成的地壳变化拉萨昆明距离地震区较远, 构造的关联性差, 基线反映不明显拉萨塔什库尔干拉萨德令哈拉萨西宁和拉萨昆明 4 条基线在年 4 月又一次准同步出现快速变化, 其时间与 2008 年 5 月 12 日的汶川 8 级大震的孕育发生时间相吻合, 该次基线的加速变化可能是汶川 8 级大震孕育产生的地壳变形拉萨塔什库尔干基线的加速变化可能还含有于田 7.3 级地震 ( ) 的孕育发生的作用年, 青藏块体没有发生 7 级以上地震, 该时间段多数基线未出现同步加速变化, 相对平缓昆仑山口西 8.1 级地震的时序曲线加速变化表现为基线缩短, 而在汶川 8 级大震时期表现为伸长 4 边界带基线变化特征 4.1 活动速率青藏块体边界带各条基线的变化速率如表 2 所示塔什库尔干 POLZ 基线与西昆仑构造带和西天山构造带近于垂直, 塔什库尔干乌什基线与西昆仑构造带交角较大, 与西天山构造带斜交 ; 两条基线年缩短速率较年长趋势变化都略有增加, 表现出西昆仑和西天山构造带挤压有所加强, 塔什库尔干乌什基线变化还说明了西天山构造带具有走滑活动鼎新德令哈基线与祁连山构造带大致垂直, 年的缩短速率较年有所增加, 说明祁连山构造带的挤压活动在加强鼎新西宁基线与祁连山构造带斜交, 表 2 边界带基线变化速率 Tab.2 Variationratesofbaselinesinboundarybelt 基线跨断裂带基线方向速率 (mm/a) 年年塔什库尔干 POLZ 西昆仑构造带南天山构造带 SN 塔什库尔干乌什西昆仑构造带南天山构造带 NE 鼎新德令哈祁连山构造带 NE 鼎新西宁连山构造带 NNW 鼎新盐池银川断陷带 NW 西宁盐池海原断裂带六盘山断裂带 NEE 西宁西安南北地震构造带中北段 NW 西宁泸州龙门山断裂带西秦岭构造带 NNW 下关泸州南北地震构造带中南段 NE 下关昆明南北地震构造带及影响带内 NWW 注 : 速率正数表示基线伸长, 负数表示缩短

4 第 4 期郭良迁等 :GPS 连续站的基线变化与青藏块体的现代活动年呈趋势缩短, 年为伸长变化, 反映出祁连山构造带长趋势具右旋运动, 近期发生反向, 为左旋活动鼎新盐池基线年的趋势变化和年的近期变化, 均为伸长, 基线速率基本相同, 反映了银川断陷带的拉张活动无明显增强西宁盐池和西宁西安两条基线年近期的缩短速率较年长趋势速率明显增大, 显示出青藏块体对华北亚板块的推挤作用增强, 该地段的南北地震构造带挤压变化显著加强西宁泸州基线与龙门山断裂带斜交, 年基线长期变化表现为伸长, 反映了龙门山断裂带为右旋走滑活动 ; 年基线呈缩短变化, 近期龙门山断裂带发生反向运动, 呈左旋走滑, 但是速率较小下关泸州基线与南北地震构造带中南段斜交, 年趋势性伸长速率较大, 反映了南北地震带的南段为强烈的左旋走滑活动 ; 年速率较长趋势变化明显减小下关昆明基线年趋势性变化表现为伸长, 显示出滇中地块在东西方向上为拉张变化 ; 年的变化与长趋势相反, 显示为缩短挤压表 2 还表明, 西昆仑构造带西段和南北地震构造带的运动速率较大, 活动性较显著 4.2 时序变化塔什库尔干 POLZ 基线的时序曲线变化在年先下降, 后上升, 变化幅度为 1.38 mm;2001 年 11 月 2003 年 1 月变化相对平缓 ; 年下降幅度相对增大, 为 -3.5mm; 2005 年 10 月 2006 年 10 月基线上升较快, 上升幅度为 4.7mm; 年呈缩短变化, 变化量为 -2.2mm( 图 3) 2005 年 10 月 2006 年 10 月的基线快速上升, 反映了西天山和西昆仑构造带短时间拉张活动加强, 其产生时间正是巴基斯坦北部发生 7.8 级地震 ( ) 后 7.8 级地震和塔什库尔干 POLZ 基线位于帕米尔角的内外两侧, 属同一构造带控制, 构造带的张性活动可能是 7.8 级地震能量释放, 构造应力松弛的表现塔什库尔干乌什基线的时序曲线变化, 在年年和年变化幅度较大, 年和年变化平缓年和年基线缩短量为 -6mm, 前段时间变化大 ( 快 ) 于后段时间年的大幅度缩短与在青藏块体东昆仑断裂带上的 8.1 级地震孕育发生的时间相吻合年基线继续以较快速率缩短, 与 2003 年 9 月 28 日阿勒泰构造带上的 7.9 级地震和同年图 3 跨青藏块体边缘带的基线变化 Fig.3 Variationsofbaselinesspanningmarginalbeltof Qinghai Tibetblock 10 月 1 日 7.3 级地震的孕育发生时间向吻合, 这两次地震都位于新疆块体上, 基线变化和地震发生是新疆块体活动性增强的显示鼎新德令哈基线的时序曲线变化显示, 年出现先缩短后伸长的变化, 幅度相对较大, 为 3.4mm 年基线快速缩短, 说明祁连山构造带遭受挤压, 这是伴随昆仑山口西 8.1 级地震的孕育而发生的, 显示了应变能的积累年基线快速伸长, 是祁连山构造带产生拉张活动, 昆仑山口西 8.1 级地震能量释放后, 应力松弛调整变化所致年时序曲线变化幅度相对较小, 祁连山构造带未产生较大的挤压或拉张活动鼎新西宁基线的时序曲线在年为快速伸长, 表明祁连山构造带呈左旋活动, 这是与昆仑山口西 8.1 级地震的孕育相伴随的构造活动年基线先缩短, 后伸长, 祁连山构造带出现先右旋, 后左旋的运动年和年曲线平缓, 祁连山构造带无显著的加速活动鼎新盐池基线的时序曲线变化, 在年表现为先缩短, 后伸长, 变化幅值为 1.8mm/a, 在总体上是相对变化较大的时段, 说明该时段银川断陷带活动性相对增强这一变化过程与昆仑山口西 8.1 级地震孕育发生时间吻合一致年曲线波动幅度小, 反映出银川断陷带活动性无明显

5 14 29 卷增强西宁盐池基线的时序曲线变化显示, 年 3 月经历了相对较大幅度的先缩短后伸长的变化, 变化幅度值为 2.7mm, 说明该时段六盘山构造带和海原构造带活动性相对增强, 而这一变化过程与昆仑山口西 8.1 级地震的孕育发生时间基本一致年变化幅度较小, 构造带活动无明显增强西宁西安基线的时序曲线在昆仑山口西 8.1 地震前后的年和汶川 8 级地震前后的 2006 年 8 月 2008 年 9 月, 曲线升降变化幅度较大前一时段变化幅度为 3.3mm, 曲线为先下降后上升后一时段变化幅度是 4.1mm, 曲线为先上升后下降昆仑山口西 8.1 级地震前后, 南北地震构造带中北段经历了先压后张的活动汶川 8 级地震前后经历了先拉张, 后挤压的活动过程中间年, 曲线平缓, 断裂带活动无明显增强西宁泸州基线的时序曲线在年呈快速缩短, 断裂带呈现左旋走滑年时序曲线上升, 并转平缓, 表明断裂带活动相对稳定年 7 月, 时序曲线上升, 断裂带右旋走滑活动增强 2007 年 8 月到 2008 年 5 月, 曲线转平, 断裂走滑不明显汶川 8 级地震使基线缩短约 11.5mm, 断裂左旋滑动, 震后曲线平缓下关泸州基线的时序曲线在年曲线平缓, 断裂带无显著的加速变化年基线伸长, 其中 2003 年 12 月至 2004 年 4 月短时间基线伸长较快 2005 年 10 月 2007 年 3 月, 时序曲线平缓, 断裂活动无明显的增强 2007 年 4 月至 2008 年 9 月, 时序曲线呈快速下降, 变化幅值 12.9 mm, 断裂带右旋活动显著在这一加速变化过程中发生了汶川 8 级地震下关昆明基线的时序曲线在年曲线平缓, 滇中地块活动无明显增强 2004 年 1 5 月曲线上升, 表现出滇中地块在东西向上拉张活动较强 2004 年 6 月 2007 年 3 月, 时序曲线缓慢下降, 滇中地块在东西向上出现弱挤压活动 2007 年 4 月 2008 年 9 月, 时序曲线出现相对快速下降, 变化幅度为 5.6mm, 滇中地块挤压活动加强, 在这一过程与汶川地震激化发生时间相吻合从各条基线的时序曲线变化看, 跨南北地震构造带中南段的基线在汶川 8 级地震前后变化加强, 跨昆仑山构造带和祁连山构造带的基线在昆仑山口西 8.1 级地震前后, 变化显著, 构造带活动性显著增强 5 讨论及认识 1) 青藏亚板块上的连续 GPS 观测站的基线变化表明, 在昆仑山口西 8.1 级地震和汶川 8 级地震前 1 年及 1 年以上时间, 大多数基线出现显著的伸长或缩短变化, 说明大地震的孕育发生是在块体活动增强的基础发生发展的一次大地震的孕育不是局部地段地壳活动的结果, 尤其是 8 级以上地震应该是伴随大区域构造活动加强, 才能有足够的能量供给积累区, 孕育形成大震根据大地震与构造关系的统计结果, 显示出大地震绝大多数都发生在 Ⅰ Ⅱ 级活动块区 ( 体 ) 的边界带上 [7], 反映出大地震是大区域地块活动的产物和边界活动带上容易积聚能量因此, 空间大尺度的地形变测量对大地震孕育产生的地壳变化有明显的显示 2) 青藏块体上 GPS 站点间的基线伸长或缩短变化反映了其本身的拉张或挤压活动跨边界带的基线伸长或者缩短变化, 反映了块体边界构造带的活动性其活动的力学性质随所处的构造部位不同断裂带的走向不同而有不同的变化 3)GPS 连续观测站的基线的时序曲线在大震前有较大的起伏变化, 无论速度和量值都显著超出平时的变化表明距大震发生 1~2 年时间内, 地壳块体随着大地震孕育其形变也显著加强, 表现为量值大速度快因此, 根据连续观测或者较短期间隔的形变复测结果可以捕捉到中长期大地震的孕育前兆信息 4) 青藏块体上的基线变化反映出其西部在北西方向上呈现拉张, 东部在北东方向上压缩最强烈, 而在北西西方向上为弱挤压变化参考文献 1 张燕, 等.GPS 时间序列揭示地震前兆的初步探索 [J].,2005,25(3): 杨国华, 等. 利用 GPS 连续观测资料进行强震危险性预测的探讨 [J]. 地震,2008,28(1): 方颖.GPS 事件序列与强震预测研究 [J]. 全球定位系统, 2004,4: 孟国杰, 等.GPS 高频数据处理方法及其在地震学中的应用研究进展 [J]. 国际地震动态,2007,7: 陆远忠, 等. 基于 GIS 的地震分析预报系统 [M]. 成都 : 成都出版社, 张培震, 等. 中国大陆的强震活动与活动地块 [J]. 中国科学 (D 辑 ),2003,33( 增刊 ): 邓起东, 等. 中国活动构造与地震活动 [J]. 地学前缘, 2003,10( 特刊 ):66-73.

6 33 卷 1 引言山西断陷带位于鄂尔多斯块体与华北平原块体衔接部位, 历史上曾发生多次 7 级以上强震, 是大陆重要地震活动区和地壳形变监测区 2008 年 5 月汶川 Ms8.0 地震发生后, 相继在河津大同太原发生级地震 [1] 为研究汶川地震引起的构造边界带

6 33 卷 1 引言山西断陷带位于鄂尔多斯块体与华北平原块体衔接部位, 历史上曾发生多次 7 级以上强震, 是大陆重要地震活动区和地壳形变监测区 2008 年 5 月汶川 Ms8.0 地震发生后, 相继在河津大同太原发生级地震 [1] 为研究汶川地震引起的构造边界带第 33 卷第 3 期 2013 年 6 月 JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICS Vol.33No.3 Jun.,2013 文章编号 :1671 5942(2013)03 0005 06? 汶川地震前后山西断陷带的地壳运动刘 1,2) 峡马 1) 瑾占 2) 伟 2) 张风霜 2) 梁福逊 1) 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室, 北京 100029 2)