基于GPS观测的柯坪块体现今地壳形变特征研究

发布时间：2020-10-30 02:39

　　 新生代以来,作为内陆最年轻的复活造山带—天山,地质构造情况复杂,强震多发、小震频发,成为国内外地学领域研究热点地区之一。近些年来,以GPS、In SAR技术为代表的空间大地测量技术飞速发展,为研究地壳板块精细的运动特征提供了绝佳的技术手段,成功而广泛地应用到地壳形变监测研究领域并取得了丰硕的研究成果。位于西南天山山前的柯坪块体在天山新生代构造演化过程中具有典型意义。尽管国内外众多学者对天山地区GPS运动速率取得了广泛的认识,运动速率高达10~20 mm/a。但是柯坪块体内部被南北走向的皮羌断裂割裂为地壳缩短速率、地震活动性都有强弱之分的两个不同区域,这些问题依然没有厘清。受限于研究区内部交通自然条件,GPS点位分布稀疏、间距大,该区域内以GPS为代表的大地测量研究成果屈指可数。本文以柯坪块体为主要研究对象,利用新疆维吾尔自治区地震局在柯坪块体内部加密布设的2014~2018年3期GPS数据以及块体周边站点数据,应用GAMIT/GLOBK软件进行解算得到相对于欧亚大陆ITRF14框架下的速度场结果,在一定程度上填补和丰富了基于GPS观测数据的柯坪块体现今地壳运动研究成果。在此基础上,根据GPS速率剖面方法得到块体内皮羌断裂现今以来走滑速率及多排逆冲推覆体的地壳缩短速率。基于负位错反演原理和Defnode/Tdefnode软件计算了研究区柯坪塔格断裂、皮羌断裂和迈丹断裂的闭锁系数和滑动亏损速率分布特征,对于该区域未来强震危险性科学研究具有一定的参考意义。取得的主要成果和结论如下:1.获取了研究区内相对于欧亚框架下更加丰富、精准的GPS水平速度场特征。研究区内部各站点GPS速率在15±2 mm/a,运动方向为整体上表现为NNE方向,密集的GPS观测数据弥补了前人在该地区的GPS大地测量研究空间上的不足。2.从主压应变来看,主压应变与张应变最大的地方均集中在柯坪块体内部。剪应变率最大的地方在皮羌断裂西侧,量值在(20~30)310-9左右,根据已有研究结果来看剪应变率最大的地方通常预示着中强地震发生的可能。3.GPS速率剖面显示皮羌断裂左旋走滑速率不一,表现为由南往北从1 mm/a逐渐增大至5 mm/a的分段特征,和杨少敏等得到的皮羌断裂整段4 mm/a的结果大体一致。而块体内部多排推覆体剖面显示,块体内部各排推覆体内部地壳缩短速率介于0~5 mm/a。4.块体南缘柯坪塔格断裂闭锁程度变化平稳,20 km以内处于完全闭锁状态,20~40 km之间处于部分闭锁状态,40 km以下处于完全蠕滑状态。5.皮羌断层闭锁深度在10 km以内,10~30 km之间处于部分闭锁状态,30 km以下处于完全蠕滑状态。滑动亏损速率则介于0~2 mm/a之间,0~15 km亏损速率在1 mm/a以上,15~30 km滑动亏损速率小于1 mm/a,30 km以下滑动亏损速率基本为0。6.迈丹断裂闭锁情况复杂,存在明显的分段现象,断层从西南端到东北端断层闭锁深度逐渐递减,从35 km逐渐递减到10 km以内。滑动亏损速率介于0~3 mm/a之间,西南端滑动亏损速率介于2~3 mm/a之间,深度也逐渐由35 km过度到20 km左右,迈丹断裂西南端滑动亏损速率深度明显深,很可能受到大型右旋走滑断裂—塔拉斯-费尔干纳断裂—深部构造的影响。
【学位单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P315.2
【部分图文】：

论文研究路线

李瑞：基于GPS数据的柯坪块体现今地壳形变特征研究-8-走滑断裂—皮羌断裂，将柯坪块体分割为东西两部分。皮羌断裂北起皮羌北，南至柯坪塔格推覆体前缘，总体走向NNW，地表出露长度约70km。在卫星影像上其线性特征清晰，地貌标志明显。已有研究表明皮羌断裂经历了前新生代、早第三纪—中新世及、上新世-第四纪构造衍化过程，起始于24Ma左右，为柯坪隆起形成阶段。王鹏昊等通过ESR电子自选共振年龄检定发现皮羌断裂晚期可记录的年龄为（6.2～6.6）3104a，而中段可记录的年龄为（358.3±35）3104a，且断层带内发育有30～50m的断层碎裂带，带内碎裂石、糜棱石、断层泥、大理岩化十分发育[51]。杨庚等认为皮羌断裂是色力布亚断裂在柯坪隆起的延伸，深部具有逆冲性质而浅层则以走滑性质为主[52]。杨勇等也认为皮羌断裂新生代以来主要经历了中世纪末的冲断和上新世以来的左旋走滑[53]。乔学军等利用GPS和InSAR数据的研究结果认为皮羌断裂两侧没有明显的垂直形变运动，表明皮羌断裂是一条“类走滑断层”，以走滑运动为主[54]。图2.1柯坪块体地质构造图（李安，2013）2.2区域地震活动柯坪塔格逆冲推覆系1900年以来共发生6级以上地震15次，块体西段2003年巴楚—伽师6.8级地震后于2020年1月19日伽师地区（39.83°N，77.21°E）发生Ms6.4地震，打破了自1950年以来该地区6级地震平静15年的最长时长；块体东段2005年乌什6.3级地震后未发生6级以上地震，目前已经平静近15年（据新疆地震目录）。块体推覆构造上最新一次古地震事件发生在距今1700年左右[46]，目前该地区已经积累了较高的能量水平，具备发生强震的显著背景，因此深入研究柯坪塔格逆冲推覆系现今变形与构造活动更具实际应用价值。

高发时块体内部却表现的比较平静，很可能是区域内地震活动性受控于局部构造应力场[55]。唐兰兰等在研究柯坪断裂带重复地震时发现重复地震大多沿着主要推覆体分布，皮羌断裂西侧有着明显的环状丛集分布特征，重复性地震高于东部。仅仅占据该区域1/3面积的柯坪块体西侧小震活动占比就高达44％，地震活动性也明显高于东部地区。此外前缘柯坪塔格断裂上重复性地震分布较少可能是历经多次强震后应力得以释放，断层自我愈合[56]。我们根据新疆维吾尔自治区地震局提供的地震目录绘制了1930年以来Ms≥3.0以上震中时空分布图像如图2.2所示，也存在皮羌断裂带以西地震空间密集程度明显高于东部地区的现象。闵伟等根据探槽开挖发现全新世以来的4次古地震事件，块体内各个推覆体均存在地震破裂的古地震遗迹且具有准周期行特征[57]。天山地区7级强震有成组活动的特点，平均每20年发生一次7级地震[58]，自最近一次中亚天山地区的1992年吉尔吉斯苏萨梅尔7.5级地震后，目前已经维持了26年的7级强震平静，在近期地壳活动活跃期的大背景下，未来进入高潮释放期的可能性极大，地震趋势异常严峻。M7专项工作组基于地震地质、地震活动性等资料给出了天山及邻区历史地震破裂区未来10年或者稍长时间的地震危险区域存在7级大震的背景[59]。而逆冲挤压型构造使得构造应力强烈且集中容易积累，容易积累引发中强地震的能量，是孕育强震、巨震的温床，所以对天山山前的冲段褶皱的研究更有现实意义[9,60]。图2.2柯坪块体1970年以来3级以上地震震中空间分布图
【参考文献】

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本文编号：2861855