胡良晨等

【摘 要】利用2011～2013年新疆天山地區(qū)近200個(gè)GPS測站觀測資料，計(jì)算得到研究區(qū)域水平運(yùn)動(dòng)速度場，然后采用利用基線的邊長變化量的方法獲取研究區(qū)域現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)應(yīng)變場。分析結(jié)果表明：研究區(qū)域的運(yùn)動(dòng)特征為由南向北、由西向東地殼縮短遞減，由于受到印度板塊持續(xù)的向北推擠作用力，南天山西側(cè)與帕米爾高原以及西昆侖山交匯區(qū)是天山地區(qū)運(yùn)動(dòng)最為活躍的地區(qū)，天山地區(qū)由于印度板塊和歐亞板塊的持續(xù)擠壓整體處在壓縮狀態(tài)中，烏恰伽師一帶為地震高發(fā)區(qū)。

【關(guān)鍵詞】GPS；速度場；基線；主應(yīng)變；剪應(yīng)變

0 引言

天山山系位于歐亞大陸腹地[1]，是亞洲最主要的年輕山系之一[1]。天山雖然從西向東逐漸遠(yuǎn)離板塊邊界，但是由于受到歐亞板塊與印度板塊的持續(xù)擠壓和碰撞，成為大陸內(nèi)部現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈的地區(qū)[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2012年4月至今，新疆地區(qū)已發(fā)生地震600余次，其中6級以上地震4個(gè)，7級以上地震1個(gè)。

眾多學(xué)者利用利用應(yīng)變場研究地殼變形特征，如克里金插值法，最小二乘法以及三次樣條函數(shù)法等[8-9]。

GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用使其成為研究地殼形變的重要手段之一。本文利用GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)兩期測量得到的坐標(biāo)變化來計(jì)算地殼應(yīng)變率場。

1 觀測資料的處理

本文觀測資料來源于新疆地震局提供的新疆地區(qū)近200個(gè)流動(dòng)站（觀測時(shí)間段為2011年4～6月和2013年4～8月）和中國大陸陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心提供的新疆地區(qū)8個(gè)連續(xù)站。同時(shí)選取新疆周邊20個(gè)IGS測站參與計(jì)算以保證研究區(qū)域與全球基準(zhǔn)的聯(lián)系和統(tǒng)一。

資料處理分析采用由瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所所研究開發(fā)的高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件BERNESE5.2軟件。數(shù)據(jù)處理分為四個(gè)步驟。第一步，應(yīng)用自動(dòng)處理模塊BPE里的PPP.PCF處理單日數(shù)據(jù)，計(jì)算得到單日所有測站精密單點(diǎn)定位結(jié)果。第二步，應(yīng)用BPE的RNS2SNX.PCF計(jì)算得到單日的法方程（R1.NEQ）。第三步，利用ADDNEQ2程序?qū)⒚科诘乃蟹ǚ匠谭謩e進(jìn)行平差，采用最小約束解，得到每期所有測站的平均坐標(biāo)，用于計(jì)算應(yīng)變場。

2 根據(jù)邊長變化量求解應(yīng)變

BRENESE軟件計(jì)算結(jié)果表明，兩期觀測中測站的X分量變化量不超過0.1m，Y分量的變化量不超過0.01m。為了保證結(jié)果可靠，剔除變化量過大的測站。

得到測站的平均坐標(biāo)后即可計(jì)算計(jì)算每條基線的長度。為了提高精度，應(yīng)計(jì)算測站之間的橢球面距離。本文以白塞爾大地投影為基礎(chǔ)，用球面三角學(xué)公式來求解橢球面上兩點(diǎn)間的距離[11]。

本文采用四邊形模型法求解應(yīng)變。以1°×1°為間隔劃分研究區(qū)域，其中緯度范圍為36°～49°，經(jīng)度范圍為74°～95°，一共有13×21=273個(gè)方框。本文最終選取了175個(gè)測站參與計(jì)算，形成基線數(shù)量為C2175=15225條。每條基線穿過了哪些方框和在每個(gè)方框里的長度都可以通過計(jì)算得到。

由于本文中基線條數(shù)為15225條，則方程數(shù)量為15225個(gè)；方框個(gè)數(shù)為273個(gè)，則未知數(shù)即應(yīng)變參數(shù)為273×3=819個(gè)?？梢姺匠痰臄?shù)量大于未知數(shù)的數(shù)量，可以根據(jù)最小二乘法求解，最終得到每個(gè)方框里的應(yīng)變參數(shù)[11]。

得到應(yīng)變參數(shù)之后，就可求得每個(gè)方框里面的最大主應(yīng)變，最小主應(yīng)變，面膨脹率和最大剪應(yīng)變率。

3 新疆地區(qū)應(yīng)變特征

圖1顯示的是121個(gè)1°×1°網(wǎng)格內(nèi)平均最大主應(yīng)變率。該應(yīng)變率圖顯示，研究區(qū)域內(nèi)以南北向主壓應(yīng)變?yōu)橹?，方向沿塔拉?費(fèi)爾干納斷裂，與天山山脈走向基本正交。南天山應(yīng)變量值大于北天山應(yīng)變量值，最大主壓應(yīng)變量值位于天山褶皺帶，其中南天山西部與西昆侖北緣及帕米爾高原交界地區(qū)較為明顯。塔里木塊體北面為逆沖斷裂，南面為走滑斷裂，西面為山脈，其壓應(yīng)變和張應(yīng)變量值較小且基本均勻，即相鄰點(diǎn)位之間不發(fā)生相對位移，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，說明在印度板塊的推擠和青藏高原隆起時(shí)的向北推擠作用力下，能量大部分被昆侖山吸收。準(zhǔn)格爾盆地應(yīng)變率更小，因?yàn)樘焐綁K體也吸收了一部分的能量。

整個(gè)新疆地區(qū)地殼以壓縮狀態(tài)為主，拉張成分較小，面膨脹率的大小在-4.172×10-8/a至2.1168×10-8/a之間。南天山面膨脹率大于北天山面膨脹率。擠壓變化比較明顯的區(qū)域?yàn)榭κ布捌湟阅蠀^(qū)域，喀什地區(qū)發(fā)生過多次5.0級以上地震。塔里木盆地和準(zhǔn)格爾盆地面膨脹率量值都較小，體現(xiàn)出其剛性特征。

研究區(qū)域最大值集中分布在南天山西段、帕米爾弧形斷裂北緣與塔里木塊體西北地區(qū)所圍區(qū)域，量值最大為3.182×10-8/a。該地區(qū)有許多逆沖斷裂，斷層的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)引起了較強(qiáng)的剪切變形。高剪應(yīng)變率值的出現(xiàn)反映出該地區(qū)今后發(fā)生強(qiáng)震的可能性。

從歷史地震記錄來看，新疆地區(qū)大部分中強(qiáng)地震集中發(fā)生在天山褶皺帶上，其中南天山山前構(gòu)造帶與帕米爾西昆侖北緣斷裂帶交匯區(qū)地震次數(shù)最多，主要集中在烏恰、喀什一帶，與本文的研究結(jié)果一致。

受印度板塊的快速向北推擠運(yùn)動(dòng)的影響，帕米爾西昆侖北緣斷裂帶與南天山山前地震構(gòu)造帶積累了大量的應(yīng)變能量。該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，活動(dòng)斷裂密集且規(guī)模較大，地震構(gòu)造能量的積累和釋放速率較高，從而形成了目前的強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)[1]。

4 結(jié)論

本文通過計(jì)算2011年～2013年的新疆天山地區(qū)GPS觀測數(shù)據(jù)，采用利用基線邊長變化量求解應(yīng)變的方法獲得了新疆地區(qū)的應(yīng)變場。分析發(fā)現(xiàn)新疆地區(qū)處在壓縮狀態(tài)中，同時(shí)存在部分拉伸狀態(tài)，其中南天山西側(cè)與西昆侖山以及帕米爾高原交匯區(qū)因?yàn)槭艿接《劝鍓K的向北推擠運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈。最大剪應(yīng)變出現(xiàn)在烏恰一帶，為強(qiáng)震高發(fā)區(qū)。

雖然天山區(qū)域內(nèi)布設(shè)的GPS點(diǎn)數(shù)量很多，但是由于沒有周邊的數(shù)據(jù)，無法獲得完整的天山應(yīng)變場。四邊形法雖然克服了三角形法受三角形的形狀、大小的誤差影響的缺點(diǎn)，但是由于對測站分布情況要求較高，仍需要改進(jìn)。

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