天津地区垂直形变的空间分布特征

天津地区垂直形变的空间分布特征

1地质意义和地震活动天津位于中国北方和东北地区的大陆架边界带中段，位于燕山升降带和冀渤海坍塌带的二级构造区。这里也是北东向唐山-磁县地震构造带和北西西向张家口-渤海地震构造带的交汇地区。唐山-磁县地震构造带和张家口-渤海地震构造带是区域性控震和发震构造。发生在本区周边的M≥7的地震都和这两组构造密切相关。北东-北北东向断裂和北西西-东西向断裂带是本区的控震和发震构造,中强地震主要发生在这两个构造带上。无论地震是在本区还是在周围地区孕育发生,本区的地壳形变都会有所响应。由于天津地区处在两个构造带上,构造复杂,构造活动性变化敏感,因而为许多地震工作者所关注。研究区内北东-北北东向断裂和北西西-东西向断裂较为发育,其中规模相对较大的有沧东断裂、天津-大城断裂、海河断裂、宝坻断裂和蓟运河断裂,它们将本区分为不同的块体,对现代活动起着控制性作用,它们的活动性为地学工作者长期关注。大地测量方法是了解现今地壳构造活动的最为直接有效的方法之一。使用过去的地形变测量资料研究天津地区的现代构造活动已有专家做过工作,取得了一些可喜的成果。本文将根据近几年水准观测资料研究本区近期的地壳变化和断裂的活动性。2常规动态平差方法处理的水准资料的观测时段为2005—2012年,整理水准测线总长2900多千米,重合水准点285个,平均点距5.1km。为获得每个水准点的变化速度,数据处理时以北京原点为基准,用经典动态平差方法进行计算。计算结果单位权中误差为。由于天津中部和南部平原地区是工农业生产较为发达的地区,大量开采地下水和石油,致使地面强烈下沉,为了减少沉降干扰影响,获取地壳构造活动信息,对沉降干扰进行了排除。由开采地下水造成的地面下降主要是以井孔为中心形成沉降漏斗,沿水准测线的形变速率剖面曲线形态类似“V”型,多处井孔过量开采地下水,则形成以开采区为中心的相对较大面积的下降,其形态在测线剖面上也与前者相似。因此,在计算地壳垂直形变时我们采用文献中使用的多项式函数沿水准测线进行拟合和清除,然后再按照构造单元分块拟合出块体的垂直运动。3武清-宝北缘下降中心及区域差异图1是由水准观测资料直接平差计算得到的垂直形变速率。从图1可见,北部的燕山山区和宝坻山前地带为上升区,中部和南部广大平原地区为下降区,垂直形变速率值自北而南由大变小,北部蓟县附近最大上升速率为4mm/a,玉田-宝坻以北降至0mm/a,中部武清-潘庄-宁河一带以北下降速率为0~-15mm/a,天津市及其以南地区强烈下沉,沉降速率多在-40mm/a以下,最大沉降速率在天津西部为-90mm/a。研究区有多个沉降中心,其沉降速率多达-70mm/a。沉降区围绕各沉降中心的形变等值线呈封闭状态。-70mm/a以下的沉降中心多数分布在天津南部地区,表明天津南部是下降强烈的地区。图2是纵穿天津南北的垂直形变速率剖面,它北起蓟县东部,向南经过宝坻以东、武清东部、天津市西部、静海、直到天津南边界。由图2可见,天津北部地区的形变速度值差异相对小,中部差异显著,南部次之,说明中部地面变化梯度大,北部相对较小,南部居中。4武清块体的变形速度图3是排除沉降干扰后的分块拟合结果。从图3可见,各块体的变化特征为:宝坻块体的形变速度等值线呈近东西向延伸,表明受近东西向燕山隆起的控制。宝坻块体现今以上升为主,北部上升速度较大,形变速度在3mm/a以上,南部变小,在0mm/a左右。反映了宝坻块体向南掀斜,呈现不均匀的上升运动。武清块体东北部上升,变化速度为0~0.5mm/a,西南部下降,形变速度为0~-1.5mm/a。武清块体总体上表现为向西南的掀斜运动。潘庄块体上的形变等值线稀疏,以上升为主,变化速度0~0.5mm/a,表现为相对均匀的微弱上升运动。北塘块体的垂直形变显示北部下降,变化速度为0~-1.0mm/a,南部微弱上升,变化速度大于0mm/a。北塘块体表现为向北的掀斜运动。胜芳块体为北部上升,垂直形变速度0~1.5mm/a,南部下降,形变速度为0~-2mm/a,表现为向南的掀斜活动。双窑块体的垂直形变显示出南北两头上升,上升速度0~1.0mm/a,北部相对大于南部,东西两边下降,形变速度为0~-1.5mm/a,东部变化速率大于西部。块体呈北东-南西向的拗褶活动。板桥块体垂直形变表现为微弱的上升,形变速度在0~0.5mm/a,等值线分布稀疏,显示块体呈现缓慢抬升。研究表明,天津地区各个块体的垂直变化存在差别,宝坻块体、武清块体、北塘块体和胜芳块体为掀斜活动,潘庄块体和板桥块体以微弱的均匀上升为主,双窑块体呈现拗褶活动。5天津—断裂带活动由分块拟合得到的块体垂直形变速度计算出的边界断裂带的垂直活动参量见表1。由表1可见,宝坻块体与武清块体的分界断裂———宝坻断裂,呈近东西向走向,向南倾斜,南盘相对北盘表现为上升,平均速率0.56mm/a,反映出宝坻断裂现今以逆断活动为主。潘庄块体和北塘块体北边界的蓟运河断裂,北西走向,倾向南西。垂直形变显示,该断裂总体上表现为西南盘相对东北盘下降,平均速率为1.01mm/a,为正断活动。海河断裂位于塘沽至天津市区一带,是天津南部各个块体与中部各个块体间的分界带。海河断裂带总体走向北西西向,倾向南南西。垂直形变表明,海河断裂总体上西南盘相对东北盘上升,平均速率为0.78mm/a,反映出断裂以逆断活动为主。天津北断裂是武清块体与潘庄块体的分界带,该断裂走向北北东,倾向北西西,垂直形变显示,断裂东盘相对西盘下降,速率为0.25mm/a,表现为逆断活动。沧东断裂的北段是潘庄块体与北塘块体的分界带,南段是双窑块体与板桥块体的分界带。沧东断裂走向北北东,倾向南东。垂直形变表明,沧东断裂的东盘相对西盘上升,北段差异速率为0.64mm/a,南段为1.16mm/a,南段的速率大于北段,反映出断裂现今主要为逆断活动,南段活动强度大于北段。天津-大城断裂是胜芳块体与双窑块体的分界带,断裂走向北东,倾向南东,垂直形变显示,断裂东盘相对西盘上升,速率为0.73mm/a。垂直形变反映出天津-大城断裂为逆断活动。研究说明,天津地区的主要断裂带的现今活动多数为逆断活动。6地壳垂直活动特征1)天津地区现今的垂直形变总体态势表现为北部上升,南部下降。与区域新构造活动性基本一致,属于继承性活动。2)由天津地区的近期地壳垂直形变揭示出,