天津gps观测资料在地壳活动中的应用

天津gps观测资料在地壳活动中的应用

1天津地区构造分区天津位于燕山南缘构造带、北北东唐山-磁县地震构造带和北西至渤海构造带的交汇处，结构复杂。天津地区发育北北东向和北西-东西向两组断裂,将该区地壳分割成不同的地块。为研究天津地区现今地壳变形,于2004年建立了由12个连续观测的站点组成新的GPS局域网。本文将根据新的GPS局域网的GPS站点位移速度和由此计算得到的应变结果研究天津地区的地壳微动态变化。2地震前震后n向分量的时序变化特征根据初步分析,其根据以下不同站内特性将GPS连续观测获得的资料用GAMIT软件进行处理,计算时使用IGS精密星历数据,得到GPS站点的每天站坐标,进而计算出变化量。在此基础上滑动推进,计算年速率,并根据多个站点的速率计算应变率。各个站点的位移变化如下:1)天津南部地区KC02、SW01、CH01与DZ01站点分布于海河断裂带以南的天津南部地区(图1)。KC02站点在静海附近,位于NNE向天津-大城断裂带的上盘(即断裂的东南侧),距断裂2.7km。站点的EW向位移分量时序曲线2005—2006年6月20日上下往复变化,变化量在0.4～3.3mm,6月20日—7月17日,曲线急剧下降3.0mm,成为2005—2010年下降较快的显著时段。2006年7月—2009年12月呈现微弱上升,变化量3.3mm。2010年1—9月时序曲线恢复到2006年5月以前的变化走势(图2)。EW向位移分量差异变化幅度为7.64mm。KC02站点的NS向位移分量时序曲线2005—2006年6月17日相对平缓,2006-06-17—07-20日急剧下降,变化量4.7mm,而后至2007年5月缓慢下降,变化量2.2mm,2007-07—2009-08月呈现趋势性上升,变化量6.5mm,2009-10—2010-09月曲线平缓。NS向分量差异变化幅度为7.7mm。KC02站点无论EW向还是NS向位移分量在2006年7月4日文安Ms5.1地震前约半个月出现了快速变化,到震后半月快速变化结束,其后改变了原来的曲线变化走势。SW01站点位于天津地区的西南部边缘。该站点从2007年1月下旬开始运行,2007—2010年EW向位移分量时序曲线呈现往复变化,幅度值为1.9mm。在整个时间段中2008-07—08月上旬和2009-11—2010-09月变化幅度相对较大。该站点的NS向位移分量时序曲线亦呈现上下反复变化,幅度约6.8mm,其中2008年4月下旬至6月中旬上升变化幅度相对较大。CH01站点北距海河断裂带4.9km,西距天津-大城断裂8km。该站点的EW向位移分量时序曲线在2005—2007年升降变化较为平缓,幅度约3.0mm。2005—2006-06-22日,NS向位移分量的时序曲线曲线平缓,2006-06-22—07-22日呈现快速下降,变化幅度约3.0mm。2006-07—2007-04月曲线平稳,2007年下半年反向上升,速度较快,变化量达3.0mm。DZ01站点在天津地区的东南部近边缘地区。该站点的EW向位移分量根据2005—2010年时序曲线形态可分为两时段:2005—2006年和2007—2010年。两个时段都以微弱趋势上升为特征。2006年下半年变化幅度相对较大,并且出现下降台阶,变化量约2.9mm。NS向位移分量在2005-07—9月曲线有一突出的下降-恢复变化,幅值为4.25mm。2006—2007年曲线平缓,2008-06—08月曲线上升,2008-08—2010年时序曲线呈现趋势性下降,变化量为2.4mm。上述表明,海河断裂带以南多数站点位移在2006年上半年有明显变化,而且位于西部的站点变化相对显著。其他时段的位移量相对较小。2)天津中部地区DZ02、KC03、YC01、KC01和TJA1站点位于天津中部地区,在海河断裂带与宝坻-蓟运河断裂带之间,DZ02和KC03站点在武清块体上,YC01站点位于潘庄块体上,KC01和TJA1站点位于北塘块体上。DZ02站点西距河西务断裂3.3km,北距宝坻断裂5.5km。该站点的EW向位移分量时序曲线在2006-04-12—07-09日出现“∨”形变化,6月15日处于下降底端,变化幅度1.8mm。2009年上半年出现了类似变化(图3)。其他时间变化相对平稳,整体变化幅度2.78mm。NS向位移分量在2005—2008-07月时序曲线相对平稳,2008-08—2009-10月变化幅度增大,幅值达2.8mm。其后至2010-02月曲线下降,变化量1.6mm。2010-03—09月曲线平稳。NS向位移分量时序曲线在2005—2008-07月相对平稳,变化幅值在-1.78～1.44mm之间。2008-08—2010-02月曲线变化幅值增大,为-1.69～2.90mm。其后曲线变化平稳。KC03站点的EW向位移分量时序曲线在2005年相对平缓,2006年变化幅度增大。2006-02月曲线上升幅度最大,达8.8mm,2007—2008-06月曲线平缓,2008-06—2010年曲线呈现趋势性下降,变化量为4.0mm。NS向位移分量在2005—2006-05月和2006-07—2009-09月变化平稳,2006-05—06月出现快速上升,变化量为4.7mm,2009-08月以后,曲线呈趋势性下降,变化量4.2mm。KC03站点EW和NS两个方向的位移分量在2006年上半年均出现了相对较大幅度的变化。YC01站点西距天津北断裂6.0km。YC01站点EW向位移分量2005—2008年总体变化幅度为5.0mm,根据曲线形态可分为2005—2006-07月、2006-08—2007-04月和2007-05月—2010年3个时段,2005—2006-06月曲线变化相对平缓,2006-07—2007-04月为下降变化,2007-05—2010年为“∧”形上升-下降变化。YC01站点的NS向位移分量时序曲线在2005—2007-05月出现“∩”形变化,变化幅值为6.5mm。其间2005-12—2006-07-21日相对变化显著。2007-07月以后曲线呈现上升趋势,2008-03—7月上升加快。YC01站点位移曲线起伏较大。KC01站点南距海河断裂带1.3km。站点的EW向位移分量时序曲线在2004—2007-03月总体趋势呈微弱上升,其中2005-12—2006-07月变化幅度相对较大,曲线形态呈“N”形,幅度为3.7mm。2007-04—05月曲线上升较快,幅度为3.4mm。2007-05—2010年曲线呈下降趋势,变化量为5.9mm,KC01站点的NS向位移分量时序曲线在2004年12月之前变化平稳,2004-12—2006-06月表现为先升后降,变化幅度相对较大,变化量为9.0mm。2006-07—2010-09月曲线为缓慢上升,变化量为7.4mm。KC01站点位移在2005—2007年相对变化显著。TJA1站点EW向位移分量时序曲线在2005—2007-07月相对平稳,往复变化于-2.6～1.7mm。2007-07—2009-11月曲线呈趋势性下降,变化量5.2mm。2009-12—2010-09月反向上升,尤其在2010-06—07月上升量相对较大,为4.6mm。NS向位移分量时序曲线总体变化于-2.13～2.47mm之间,2005-02—07月出现相对较大的“∨”形变化,幅值3.8mm,2005-07—2007-04月呈现下降趋势,变化量4.3mm。2007-05—2010年呈微弱上升趋势。综上所述,位于天津中部地区的GPS站点不同方向的位移分量多数在2006年上半年前后有不同程度的增大,2008年下半年少数站点的位移分量出现相对较大幅度的变化,其他时段曲线变化较平稳,表明在2006年上半年和2008年下半年本区地壳活动有所增强。3)天津北部地区TJA2站点在宝坻附近,南距宝坻断裂5km。该站点EW向位移分量时序曲线在2005—2006-07月往复升降幅度相对较大,幅度在5.5mm以上。2006-08月—2010年变化幅度较小,在-1.56～1.12mm之间波动(图4)。该点NS向位移分量时序曲线在2005-10—2006-07月呈“∪”形变化,幅度较大,幅值为11.15mm。2006-09—2010年曲线一直呈现趋势性下降,变化量约6.5mm。TJA2站点在2006-07月以前有较为明显地变化。JIXN站点在蓟县山前断裂的南侧,距断裂约1km。该站点EW向位移分量2005-12—2006-03月下降幅值相对较大,为1.7mm,2006-04—2008-08月曲线平缓,幅度为1.2mm,2008-08—2009-04月上升幅值增大,为1.4mm,其后曲线一直呈下降趋势,2010-08—09月曲线呈陡直下降,变化量1.5mm。NS向位移分量时序曲线总体上表现为2004—2006-07月为上升,2007-08—2010年下降。在这一过程中不同时段的变化又有相对明显的差别。2004年较为平缓,2005—2006-02月呈上升趋势,2006-04—11月曲线幅度相对较大,为2.5mm,2006-12—2008-07月曲线相对平缓,2008-08月出现快速下降,最大变化量2.0mm,其后曲线为缓慢下降,2010年曲线变化幅度增大。CH02站点西南距薊运河断裂14.0km。该站点的EW向位移分量在2006-06—07月出现“∨”形升降变化,时间持续短,变化相对明显,变化量3.6mm。2006-08—2009-08月曲线变化相对平缓,幅值较小。2009-08—09月上升幅值有所增大,10月曲线转折下降,2010-04—09月,则大幅度下降,变化量为4.8mm。NS向位移分量2006-11—2007-06月也出现了类似于“∨”形变化,变化幅度为2.8mm。2007-07—2010-04月,曲线波动于-1.14～1.00mm之间。2010-05—09月变化幅度增大。天津地区GPS站点连续观测资料的计算结果表明,不同站点的位移变化在变化幅度和曲线形态上存在差别,反映出不同构造单元在同一时期活动强度不同。它们在2006年上半年多数站点位移量都有不同程度的增大,说明区域构造活动有所增强。其中KC02、KC03、YC01、KC01、TJA2和JIXN站点的EW向位移分量与NS向位移分量都有超出平常的明显变化。DZ02和CH02的EW向分量,CH01的NS向分量也出现了相对突出的变化。2008年也有部分站点(JIXN的EW和NS向、KC01的EW向、YC01的NS向、DZ02的NS向、DZ01的NS向、SW01的EW和NS向)也出现了相对明显的变化。在2009年下半年至2010年,CH02的EW和NS向分量、JIXN的EW和NS向分量、TJA1的EW向分量、KC03的NS向分量、DZ02的NS向分量、SW01和KC02的EW向分量亦出现了较大变化。GPS站点位移的变化反映出在2008年和2010年该地区地壳活动出现过相对的增强变化。3天津地区的主要存变量使用天津GPS连续观测资料,步长为一年的滑动均值求解各站的速度,并根据站速度计算天津地区整体应变参量,绘制各参数的时序图见图5～8。结果表明,在2006—2010年每月的应变参数中,主压应变率在2006-03—06月是绝对值最大的时段,变化幅度为(-67～-103)×10-9/a,其他时间段的主压应变率值为(3～-60)×10-9/a。天津地区2006—2010年的主压应变轴平均为NE79.6°,与华北地区压应力主轴方向(NEE)基本一致。反映出天津地区的地壳运动也主要是受NEE向主压应力作用。2006-03—04月主压应变轴方向偏离最大,呈南北向,05—06月转为北北东-南南西向,而后逐渐向东偏转,至2007-01月成为东西向,一直延续到9月。其后至2008-10月主压应变轴以北东向为主。2008-11—2009-04月主压应变轴为北西-南东向,后又转为北东向为主导。2006—2010年的面应变率时序图和最大剪应变率时序图上,2006-02—06月都达到了最大值,其变化基本同步,其他时段变化的同步性不显著。2006-02—06月的面应变率显示压性。说明在2006年上半年天津地区的压应力作用较为突出,压应变率显著增大,面应变率呈现压性,并且和最大剪应变率同步变化。4天津地区地震活动区域和点位移变化情况1)天津地区GPS局域网站点水平位移的时序微动态变化表明,2006年上半年12个GPS站点有10个出现了较显著的变化,反映出该时间段本区地壳活动性有一定程度的增强。其后,在天津西南部附近便发生了文安5.1级地震(2006-07-04)。距震中较近的站点位移变化较大,较远的站点变化较小。活动断裂附近的站点变