川滇地塊地殼運動GPS監(jiān)測*

康四林，李語強，熊耀恒

(中國科學院國家天文臺云南天文臺，云南 昆明 650011)

隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，高精度GPS定位技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于地殼運動的監(jiān)測研究。自20世紀80年代初以來，國內(nèi)外許多學者致力于GPS技術(shù)監(jiān)測板塊運動與地殼形變的研究，世界各地相繼建立了各種規(guī)模的GPS地殼運動監(jiān)測網(wǎng)。中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)是世界上規(guī)模較大，影響力較廣的地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)之一。中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)是中國“九五”期間國家級重大科學工程。工程以GPS觀測技術(shù)為主，輔之已有的甚長基線射電干涉(VLBI)和人衛(wèi)測距(SLR)等空間技術(shù)，結(jié)合精密重力和精密水準測量對中國大陸地殼運動進行大范圍、高精度、高時空分辨率的觀測。中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)由基準網(wǎng)、基本網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)4大部分組成?；鶞示W(wǎng)由27個GPS連續(xù)觀測站組成?；揪W(wǎng)由56個定期復測的GPS站組成。區(qū)域網(wǎng)由1000個不定期復測的GPS站組成，其中300個左右均勻布設(shè)，700個左右密集布設(shè)于斷裂帶及地震危險監(jiān)視區(qū)。中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)于1999年正式開始觀測。

川滇地塊位于青藏高原的東南隅，通常稱為川滇菱形塊體。川滇地塊具有復雜的邊界條件，由現(xiàn)今構(gòu)造活動強烈的鮮水河斷裂、安寧河斷裂、則木河斷裂、小江斷裂、紅河斷裂、金沙江斷裂等深大斷裂圍成，被甘青地塊、華南地塊、印支地塊所包圍。在持續(xù)的板塊碰撞、陸內(nèi)匯聚作用下，川滇地塊深部物質(zhì)塑性流動引起上部地殼大規(guī)模、高強度變形。川滇地塊所在區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造活動強烈、地震活動頻繁［1－2］。獨特的自然條件和地質(zhì)背景條件導致川滇地塊所在區(qū)域地形高差懸殊、地貌類型多樣、斷裂發(fā)育，成為突發(fā)性地質(zhì)災害的易發(fā)區(qū)和重災區(qū)［3］。川滇地塊及鄰近地區(qū)位于中國南北地震帶的中南段。該地區(qū)地震強度大、地震頻次高，是大震或強震分布區(qū)。本文選擇川滇地塊進行研究，通過研究川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)中的GPS監(jiān)測站的監(jiān)測結(jié)果，探討川滇地塊及其鄰區(qū)地殼運動、變形特征。

1 川滇地塊及其鄰區(qū)測站速度場

現(xiàn)今研究地殼運動及測站速度場，一般是在國際大地參考框架ITRF2000下研究。ITRF2000框架主要是基于最近20多年VLBI，SLR，GPS，DORIS等空間技術(shù)的實測資料建立起來的，代表了近20年跨度的全球地殼運動的特征，適用于現(xiàn)今全球板塊運動和地殼形變的研究。在ITRF2000框架下研究區(qū)域性地殼運動、形變，由于測站的位移和速率包含了首級大板塊本身的運動，而首級大板塊運動速率一般都比較大，因此，很容易掩蓋次級板塊內(nèi)各測站的局部相對運動。為了突出次級板塊內(nèi)監(jiān)測點的相對運動及局部相對變形，需要選擇合適的區(qū)域參考框架。

歐亞參考框架是一個重要的區(qū)域性研究參考框架。在2000年，S McClusky等人在用GPS研究東地中海和高加索地區(qū)的運動學和動力學時，首次使用了歐亞參考框架。歐亞參考框架是在國際大地參考框架ITRF的基礎(chǔ)上去除了歐亞板塊整體運動的參考框架，歐亞板塊整體運動是利用國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)發(fā)布的歐亞板塊內(nèi)穩(wěn)定區(qū)域的IGS站的ITRF速度場，根據(jù)板塊運動原理建立起來的。用歐亞參考框架作為研究歐洲、亞洲等地區(qū)區(qū)域性地殼形變和板塊構(gòu)造運動的區(qū)域參考框架，可以很好地消除歐亞板塊整體性運動趨勢的影響，因而，其結(jié)果更能準確地反映歐洲、亞洲等地區(qū)區(qū)域性地殼運動、形變特征。因此，為了更好地研究川滇地塊及周邊地區(qū)地殼運動、形變特征，文中采用歐亞參考框架。

本文共選擇中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)中處于川滇地塊及其鄰區(qū)的151個GPS監(jiān)測站進行研究。其中基準站2個(昆明和下關(guān))，基本站8個(馬爾康、乾寧、馬邊、鹽源、麗江、思茅、理塘、騰沖)，區(qū)域站141個(阿壩、紅原、翁達等)。這151個GPS監(jiān)測站在川滇地塊及其鄰區(qū)中的分布情況如圖1。

圖1 川滇地塊及其鄰區(qū)中GPS監(jiān)測站的分布情況Fig.1 Distribution of the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas(①鮮水河斷裂;②安寧河斷裂;③則木河斷裂;④小江斷裂;⑤紅河斷裂;⑥金沙江斷裂;⑦麗江—小金河。)

所選基準站從1999年開始，都有連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)?；菊久磕暧^測1次，連續(xù)觀測8天。區(qū)域站在1999～2006年期間共觀測3次，觀測方式為每站至少連續(xù)觀測4天，首期觀測于1999年3～8月完成，2001年3～8月間完成了第2次觀測，2004年3～8月完成第3次觀測。利用中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)1999～2006年的觀測數(shù)據(jù)，采用高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件CAMIT/CLOBK對觀測數(shù)據(jù)進行相應處理。最終計算出上述151個監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度。水平速度精度在1 mm/a左右。由于篇幅所限，在此沒有詳細列出上述151個監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度。由川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)上述151個監(jiān)測站在歐亞參考框架下的水平速度可以繪制出川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的速度場。川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)GPS監(jiān)測站在歐亞參考框架下的速度場如圖2。

圖2 川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)GPS監(jiān)測站在歐亞參考框架下的速度場Fig.2 Velocity field sampled by the GPS monitoring stations in the Chuan-Dian block and its adjacent areas

川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的水平運動速度大小在3.44～19.74 mm/a之間，平均為11.68 mm/a，測站東向運動速度大小在－5.33～16.97 mm/a之間，平均為4.71 mm/a，北向運動速度大小在－16.35～0.27 mm/a之間，平均為－9.41 mm/a，說明川滇地塊及其鄰區(qū)現(xiàn)今活動性較大?？傮w來說，在鮮水河斷裂帶的東北地區(qū)(屬于甘青地塊)，測站運動速度較大;在川滇地塊內(nèi)部的測站，運動速度也較大;在川滇地塊的東部地區(qū)(屬于華南地塊)，測站運動速度相對有所減小;在川滇地塊的西南部地區(qū)(屬于印之地塊)，測站運動速度也較小。

川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)測站運動方向變化較大，在鮮水河斷裂帶的東北地區(qū)，測站運動方向為東向或東南向;在川滇地塊及川滇地塊的東部地區(qū)，測站運動方向為東南向;在紅河斷裂帶的南部地區(qū)，測站運動方向則表現(xiàn)為南向;在紅河斷裂帶的西部地區(qū)，測站運動方向變?yōu)槟舷蚣澳衔飨?。由圖2及以上分析可以得出，川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點作順時針旋轉(zhuǎn)，且明顯存在著南北向的擠壓及東西向的延伸，這與陳智良等人［4］及王琪等人［5］的研究結(jié)果基本一致。

2 川滇地塊整體運動特征

總的來說，川滇地塊內(nèi)的測站具有比較相似的運動特征。但由于川滇地塊構(gòu)造活動并非均一，為了準確地反映川滇地塊的整體運動特征，在本文計算中，對川滇地塊內(nèi)的測站進行選擇使用，以減弱川滇地塊內(nèi)部各種斷層對整個地塊的運動的影響。因為是研究川滇地塊的整體活動性，這里假定川滇地塊為剛性塊體，以川滇地塊內(nèi)所選測站的重心速度代表川滇地塊的整體運動速度。

選取 H057、H063、H066、H067、H068、H069、H074、H075、H079、H083、H080、H107、H184、H189、 H190、 H192、 H195、 JB40、 H096、 H097、 H103、 H104、 H106、 H113、 H114、H109、H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、 H128、 H129、 H130、 H131、H134、H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、 H151、 H155、 H156、 H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共56個測站代表川滇地塊。以上述所選測站在歐亞參考框架下的運動速度為基礎(chǔ)，首先用最小二乘法求出川滇地塊的重心東、北方向的速度，再由川滇地塊重心東、北方向的速度，求解川滇地塊的整體運動速度。最終的計算結(jié)果顯示，川滇地塊整體運動速度的大小13.36 mm/a，川滇地塊的運動方向為東偏南64.9°。

從地質(zhì)動力學分析:印度板塊與歐亞板塊的碰撞、擠壓是川滇地塊巖石層水平形變的主要驅(qū)動力［6］，青藏高原物質(zhì)的東向擠壓造成了川滇地塊的東移［7］，再在甘青地塊向南的擠壓力及相對穩(wěn)定的華南地塊的阻擋下，川滇地塊總體向東南方向運動。由上述所選川滇地塊內(nèi)GPS監(jiān)測站計算得到的川滇地塊整體運動結(jié)果與地質(zhì)動力學分析的運動結(jié)果完全相符。

3 川滇地塊內(nèi)不同區(qū)域的運動特征

在上述處理川滇地塊的整體運動時，將川滇地塊看作是一個內(nèi)部不發(fā)生形變的剛體。然而，實事并非如此，川滇地塊并不是完整不變的剛體，由于川滇地塊地區(qū)地質(zhì)條件的復雜性，川滇塊體運動具有不均勻性，川滇地塊被次級活動斷裂分割成不同的區(qū)域，不同部位局部變形各不相同。因而，為了更好地探討川滇地塊現(xiàn)今運動特征，需要對川滇地塊進行進一步分區(qū)，并對不同區(qū)域運動特征進行分析。

麗江—小金河斷裂是云南西北高原上的一條北東向活動構(gòu)造帶，它西南始于劍川，向東北經(jīng)麗江、寧蒗西北的寶地、天生橋、鹽源木里后在石棉一帶與安寧河斷裂相交匯。麗江—小金河斷裂總體走向為北偏東40°，全長約360 km［8］。麗江—小金河斷裂位于川滇菱形塊體中部，將川滇菱形塊體分為川西北和滇中兩個次級塊體。

川滇地塊內(nèi)部兩個次級塊體整體運動的計算過程與川滇地塊整體運動的計算過程相似。采用H057、H063、 H066、 H067、 H068、 H069、 H074、 H075、 H079、 H083、 H080、 H107、 H184、H189、H190、H192、H195、JB40共18個測站代表川西北次級塊體;采用 H096、H097、H103、H104、H106、 H113、 H114、 H109、 H110、 H116、 H117、 H121、 H122、 H123、 H124、 H127、H128、H129、 H130、 H131、 H134、 H135、 H136、 H138、 H144、 H145、 H146、 H149、 H150、H151、H155、H156、H157、H166、JB37、JB38、KMIN、XIAG共38測站代表滇中次級塊體。以上述測站在歐亞參考框架下的運動速度為基礎(chǔ)，采用剛性假設(shè)下的最小二乘法求出川滇地塊內(nèi)兩次級塊體的重心的東、北方向速度，再由川滇地塊內(nèi)兩次級塊體的重心的東，北方向速度，求解川滇地塊內(nèi)兩次級塊體的整體運動速度。計算結(jié)果如表1。

表1 川滇地塊內(nèi)部次級塊體運動速度的大小和方向Table 1 The moving velocities of subblblocks in the Chuan-Dian block

川滇地塊內(nèi)川西北次級塊體與滇中次級塊體運動速度的大小及方向相差較大。川西北次級塊體的運動速度的大小為15.66 mm/a，而滇中次級塊體的運動速度的大小為12.57 mm/a，說明川滇地塊內(nèi)部運動是不均勻的;川西北次級塊體運動的方向為東偏南52.1°，滇中次級塊體運動方向為東偏南72.4°，這與上面分析得出川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點作順時針旋轉(zhuǎn)的結(jié)論相符。

4 總結(jié)

川滇地塊及其鄰區(qū)測站在歐亞參考框架下的水平運動速度大小在3.44～19.74 mm/a之間，平均為11.68 mm/a，測站東向運動速度大小在－5.33～16.97 mm/a之間，平均為4.71 mm/a，北向運動速度大小在－16.35～0.27 mm/a之間，平均為－9.41 mm/a，說明川滇地塊及其鄰區(qū)現(xiàn)今活動性較大。從川滇地塊及其鄰區(qū)內(nèi)測站運動方向的變化可以得出，川滇地塊及其鄰區(qū)在圍繞喜馬拉雅東結(jié)點作順時針旋轉(zhuǎn)，川滇地塊南北方向上存在明顯的擠壓，東西方向上存在延伸現(xiàn)象。川滇地塊整體運動速度的大小為13.36 mm/a，運動方向為東偏南64.9°，這與地質(zhì)動力學分析的運動結(jié)果完全相符。麗江—小金河斷裂將川滇菱形塊體分為川西北和滇中兩個次級塊體。川西北次級塊體與滇中次級塊體運動速度的大小及方向相差較大說明川滇地塊內(nèi)部運動是不均勻的。

致謝:本文所采用的數(shù)據(jù)來源于中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)。在此，對中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的相關(guān)工作人員表示感謝。

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