天津gps觀(guān)測(cè)資料在地殼活動(dòng)中的應(yīng)用

1天津地區(qū)構(gòu)造分區(qū)天津位于燕山南緣構(gòu)造帶、北北東唐山-磁縣地震構(gòu)造帶和北西至渤海構(gòu)造帶的交匯處，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。天津地區(qū)發(fā)育北北東向和北西-東西向兩組斷裂,將該區(qū)地殼分割成不同的地塊。為研究天津地區(qū)現(xiàn)今地殼變形,于2004年建立了由12個(gè)連續(xù)觀(guān)測(cè)的站點(diǎn)組成新的GPS局域網(wǎng)。本文將根據(jù)新的GPS局域網(wǎng)的GPS站點(diǎn)位移速度和由此計(jì)算得到的應(yīng)變結(jié)果研究天津地區(qū)的地殼微動(dòng)態(tài)變化。2地震前震后n向分量的時(shí)序變化特征根據(jù)初步分析,其根據(jù)以下不同站內(nèi)特性將GPS連續(xù)觀(guān)測(cè)獲得的資料用GAMIT軟件進(jìn)行處理,計(jì)算時(shí)使用IGS精密星歷數(shù)據(jù),得到GPS站點(diǎn)的每天站坐標(biāo),進(jìn)而計(jì)算出變化量。在此基礎(chǔ)上滑動(dòng)推進(jìn),計(jì)算年速率,并根據(jù)多個(gè)站點(diǎn)的速率計(jì)算應(yīng)變率。各個(gè)站點(diǎn)的位移變化如下:1)天津南部地區(qū)KC02、SW01、CH01與DZ01站點(diǎn)分布于海河斷裂帶以南的天津南部地區(qū)(圖1)。KC02站點(diǎn)在靜海附近,位于NNE向天津-大城斷裂帶的上盤(pán)(即斷裂的東南側(cè)),距斷裂2.7km。站點(diǎn)的EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)2005—2006年6月20日上下往復(fù)變化,變化量在0.4～3.3mm,6月20日—7月17日,曲線(xiàn)急劇下降3.0mm,成為2005—2010年下降較快的顯著時(shí)段。2006年7月—2009年12月呈現(xiàn)微弱上升,變化量3.3mm。2010年1—9月時(shí)序曲線(xiàn)恢復(fù)到2006年5月以前的變化走勢(shì)(圖2)。EW向位移分量差異變化幅度為7.64mm。KC02站點(diǎn)的NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)2005—2006年6月17日相對(duì)平緩,2006-06-17—07-20日急劇下降,變化量4.7mm,而后至2007年5月緩慢下降,變化量2.2mm,2007-07—2009-08月呈現(xiàn)趨勢(shì)性上升,變化量6.5mm,2009-10—2010-09月曲線(xiàn)平緩。NS向分量差異變化幅度為7.7mm。KC02站點(diǎn)無(wú)論EW向還是NS向位移分量在2006年7月4日文安Ms5.1地震前約半個(gè)月出現(xiàn)了快速變化,到震后半月快速變化結(jié)束,其后改變了原來(lái)的曲線(xiàn)變化走勢(shì)。SW01站點(diǎn)位于天津地區(qū)的西南部邊緣。該站點(diǎn)從2007年1月下旬開(kāi)始運(yùn)行,2007—2010年EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)呈現(xiàn)往復(fù)變化,幅度值為1.9mm。在整個(gè)時(shí)間段中2008-07—08月上旬和2009-11—2010-09月變化幅度相對(duì)較大。該站點(diǎn)的NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)亦呈現(xiàn)上下反復(fù)變化,幅度約6.8mm,其中2008年4月下旬至6月中旬上升變化幅度相對(duì)較大。CH01站點(diǎn)北距海河斷裂帶4.9km,西距天津-大城斷裂8km。該站點(diǎn)的EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005—2007年升降變化較為平緩,幅度約3.0mm。2005—2006-06-22日,NS向位移分量的時(shí)序曲線(xiàn)曲線(xiàn)平緩,2006-06-22—07-22日呈現(xiàn)快速下降,變化幅度約3.0mm。2006-07—2007-04月曲線(xiàn)平穩(wěn),2007年下半年反向上升,速度較快,變化量達(dá)3.0mm。DZ01站點(diǎn)在天津地區(qū)的東南部近邊緣地區(qū)。該站點(diǎn)的EW向位移分量根據(jù)2005—2010年時(shí)序曲線(xiàn)形態(tài)可分為兩時(shí)段:2005—2006年和2007—2010年。兩個(gè)時(shí)段都以微弱趨勢(shì)上升為特征。2006年下半年變化幅度相對(duì)較大,并且出現(xiàn)下降臺(tái)階,變化量約2.9mm。NS向位移分量在2005-07—9月曲線(xiàn)有一突出的下降-恢復(fù)變化,幅值為4.25mm。2006—2007年曲線(xiàn)平緩,2008-06—08月曲線(xiàn)上升,2008-08—2010年時(shí)序曲線(xiàn)呈現(xiàn)趨勢(shì)性下降,變化量為2.4mm。上述表明,海河斷裂帶以南多數(shù)站點(diǎn)位移在2006年上半年有明顯變化,而且位于西部的站點(diǎn)變化相對(duì)顯著。其他時(shí)段的位移量相對(duì)較小。2)天津中部地區(qū)DZ02、KC03、YC01、KC01和TJA1站點(diǎn)位于天津中部地區(qū),在海河斷裂帶與寶坻-薊運(yùn)河斷裂帶之間,DZ02和KC03站點(diǎn)在武清塊體上,YC01站點(diǎn)位于潘莊塊體上,KC01和TJA1站點(diǎn)位于北塘塊體上。DZ02站點(diǎn)西距河西務(wù)斷裂3.3km,北距寶坻斷裂5.5km。該站點(diǎn)的EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2006-04-12—07-09日出現(xiàn)“∨”形變化,6月15日處于下降底端,變化幅度1.8mm。2009年上半年出現(xiàn)了類(lèi)似變化(圖3)。其他時(shí)間變化相對(duì)平穩(wěn),整體變化幅度2.78mm。NS向位移分量在2005—2008-07月時(shí)序曲線(xiàn)相對(duì)平穩(wěn),2008-08—2009-10月變化幅度增大,幅值達(dá)2.8mm。其后至2010-02月曲線(xiàn)下降,變化量1.6mm。2010-03—09月曲線(xiàn)平穩(wěn)。NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005—2008-07月相對(duì)平穩(wěn),變化幅值在-1.78～1.44mm之間。2008-08—2010-02月曲線(xiàn)變化幅值增大,為-1.69～2.90mm。其后曲線(xiàn)變化平穩(wěn)。KC03站點(diǎn)的EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005年相對(duì)平緩,2006年變化幅度增大。2006-02月曲線(xiàn)上升幅度最大,達(dá)8.8mm,2007—2008-06月曲線(xiàn)平緩,2008-06—2010年曲線(xiàn)呈現(xiàn)趨勢(shì)性下降,變化量為4.0mm。NS向位移分量在2005—2006-05月和2006-07—2009-09月變化平穩(wěn),2006-05—06月出現(xiàn)快速上升,變化量為4.7mm,2009-08月以后,曲線(xiàn)呈趨勢(shì)性下降,變化量4.2mm。KC03站點(diǎn)EW和NS兩個(gè)方向的位移分量在2006年上半年均出現(xiàn)了相對(duì)較大幅度的變化。YC01站點(diǎn)西距天津北斷裂6.0km。YC01站點(diǎn)EW向位移分量2005—2008年總體變化幅度為5.0mm,根據(jù)曲線(xiàn)形態(tài)可分為2005—2006-07月、2006-08—2007-04月和2007-05月—2010年3個(gè)時(shí)段,2005—2006-06月曲線(xiàn)變化相對(duì)平緩,2006-07—2007-04月為下降變化,2007-05—2010年為“∧”形上升-下降變化。YC01站點(diǎn)的NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005—2007-05月出現(xiàn)“∩”形變化,變化幅值為6.5mm。其間2005-12—2006-07-21日相對(duì)變化顯著。2007-07月以后曲線(xiàn)呈現(xiàn)上升趨勢(shì),2008-03—7月上升加快。YC01站點(diǎn)位移曲線(xiàn)起伏較大。KC01站點(diǎn)南距海河斷裂帶1.3km。站點(diǎn)的EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2004—2007-03月總體趨勢(shì)呈微弱上升,其中2005-12—2006-07月變化幅度相對(duì)較大,曲線(xiàn)形態(tài)呈“N”形,幅度為3.7mm。2007-04—05月曲線(xiàn)上升較快,幅度為3.4mm。2007-05—2010年曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì),變化量為5.9mm,KC01站點(diǎn)的NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2004年12月之前變化平穩(wěn),2004-12—2006-06月表現(xiàn)為先升后降,變化幅度相對(duì)較大,變化量為9.0mm。2006-07—2010-09月曲線(xiàn)為緩慢上升,變化量為7.4mm。KC01站點(diǎn)位移在2005—2007年相對(duì)變化顯著。TJA1站點(diǎn)EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005—2007-07月相對(duì)平穩(wěn),往復(fù)變化于-2.6～1.7mm。2007-07—2009-11月曲線(xiàn)呈趨勢(shì)性下降,變化量5.2mm。2009-12—2010-09月反向上升,尤其在2010-06—07月上升量相對(duì)較大,為4.6mm。NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)總體變化于-2.13～2.47mm之間,2005-02—07月出現(xiàn)相對(duì)較大的“∨”形變化,幅值3.8mm,2005-07—2007-04月呈現(xiàn)下降趨勢(shì),變化量4.3mm。2007-05—2010年呈微弱上升趨勢(shì)。綜上所述,位于天津中部地區(qū)的GPS站點(diǎn)不同方向的位移分量多數(shù)在2006年上半年前后有不同程度的增大,2008年下半年少數(shù)站點(diǎn)的位移分量出現(xiàn)相對(duì)較大幅度的變化,其他時(shí)段曲線(xiàn)變化較平穩(wěn),表明在2006年上半年和2008年下半年本區(qū)地殼活動(dòng)有所增強(qiáng)。3)天津北部地區(qū)TJA2站點(diǎn)在寶坻附近,南距寶坻斷裂5km。該站點(diǎn)EW向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005—2006-07月往復(fù)升降幅度相對(duì)較大,幅度在5.5mm以上。2006-08月—2010年變化幅度較小,在-1.56～1.12mm之間波動(dòng)(圖4)。該點(diǎn)NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)在2005-10—2006-07月呈“∪”形變化,幅度較大,幅值為11.15mm。2006-09—2010年曲線(xiàn)一直呈現(xiàn)趨勢(shì)性下降,變化量約6.5mm。TJA2站點(diǎn)在2006-07月以前有較為明顯地變化。JIXN站點(diǎn)在薊縣山前斷裂的南側(cè),距斷裂約1km。該站點(diǎn)EW向位移分量2005-12—2006-03月下降幅值相對(duì)較大,為1.7mm,2006-04—2008-08月曲線(xiàn)平緩,幅度為1.2mm,2008-08—2009-04月上升幅值增大,為1.4mm,其后曲線(xiàn)一直呈下降趨勢(shì),2010-08—09月曲線(xiàn)呈陡直下降,變化量1.5mm。NS向位移分量時(shí)序曲線(xiàn)總體上表現(xiàn)為2004—2006-07月為上升,2007-08—2010年下降。在這一過(guò)程中不同時(shí)段的變化又有相對(duì)明顯的差別。2004年較為平緩,2005—2006-02月呈上升趨勢(shì),2006-04—11月曲線(xiàn)幅度相對(duì)較大,為2.5mm,2006-12—2008-07月曲線(xiàn)相對(duì)平緩,2008-08月出現(xiàn)快速下降,最大變化量2.0mm,其后曲線(xiàn)為緩慢下降,2010年曲線(xiàn)變化幅度增大。CH02站點(diǎn)西南距薊運(yùn)河斷裂14.0km。該站點(diǎn)的EW向位移分量在2006-06—07月出現(xiàn)“∨”形升降變化,時(shí)間持續(xù)短,變化相對(duì)明顯,變化量3.6mm。2006-08—2009-08月曲線(xiàn)變化相對(duì)平緩,幅值較小。2009-08—09月上升幅值有所增大,10月曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折下降,2010-04—09月,則大幅度下降,變化量為4.8mm。NS向位移分量2006-11—2007-06月也出現(xiàn)了類(lèi)似于“∨”形變化,變化幅度為2.8mm。2007-07—2010-04月,曲線(xiàn)波動(dòng)于-1.14～1.00mm之間。2010-05—09月變化幅度增大。天津地區(qū)GPS站點(diǎn)連續(xù)觀(guān)測(cè)資料的計(jì)算結(jié)果表明,不同站點(diǎn)的位移變化在變化幅度和曲線(xiàn)形態(tài)上存在差別,反映出不同構(gòu)造單元在同一時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)度不同。它們?cè)?006年上半年多數(shù)站點(diǎn)位移量都有不同程度的增大,說(shuō)明區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)有所增強(qiáng)。其中KC02、KC03、YC01、KC01、TJA2和JIXN站點(diǎn)的EW向位移分量與NS向位移分量都有超出平常的明顯變化。DZ02和CH02的EW向分量,CH01的NS向分量也出現(xiàn)了相對(duì)突出的變化。2008年也有部分站點(diǎn)(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)也出現(xiàn)了相對(duì)明顯的變化。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向分量亦出現(xiàn)了較大變化。GPS站點(diǎn)位移的變化反映出在2008年和2010年該地區(qū)地殼活動(dòng)出現(xiàn)過(guò)相對(duì)的增強(qiáng)變化。3天津地區(qū)的主要存變量使用天津GPS連續(xù)觀(guān)測(cè)資料,步長(zhǎng)為一年的滑動(dòng)均值求解各站的速度,并根據(jù)站速度計(jì)算天津地區(qū)整體應(yīng)變參量,繪制各參數(shù)的時(shí)序圖見(jiàn)圖5～8。結(jié)果表明,在2006—2010年每月的應(yīng)變參數(shù)中,主壓應(yīng)變率在2006-03—06月是絕對(duì)值最大的時(shí)段,變化幅度為(-67～-103)×10-9/a,其他時(shí)間段的主壓應(yīng)變率值為(3～-60)×10-9/a。天津地區(qū)2006—2010年的主壓應(yīng)變軸平均為NE79.6°,與華北地區(qū)壓應(yīng)力主軸方向(NEE)基本一致。反映出天津地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)也主要是受NEE向主壓應(yīng)力作用。2006-03—04月主壓應(yīng)變軸方向偏離最大,呈南北向,05—06月轉(zhuǎn)為北北東-南南西向,而后逐漸向東偏轉(zhuǎn),至2007-01月成為東西向,一直延續(xù)到9月。其后至2008-10月主壓應(yīng)變軸以北東向?yàn)橹鳌?008-11—2009-04月主壓應(yīng)變軸為北西-南東向,后又轉(zhuǎn)為北東向?yàn)橹鲗?dǎo)。2006—2010年的面應(yīng)變率時(shí)序圖和最大剪應(yīng)變率時(shí)序圖上,2006-02—06月都達(dá)到了最大值,其變化基本同步,其他時(shí)段變化的同步性不顯著。2006-02—06月的面應(yīng)變率顯示壓性。說(shuō)明在2006年上半年天津地區(qū)的壓應(yīng)力作用較為突出,壓應(yīng)變率顯著增大,面應(yīng)變率呈現(xiàn)壓性,并且和最大剪應(yīng)變率同步變化。4天津地區(qū)地震活動(dòng)區(qū)域和點(diǎn)位移變化情況1)天津地區(qū)GPS局域網(wǎng)站點(diǎn)水平位移的時(shí)序微動(dòng)態(tài)變化表明,2006年上半年12個(gè)GPS站點(diǎn)有10個(gè)出現(xiàn)了較顯著的變化,反映出該時(shí)間段本區(qū)地殼活動(dòng)性有一定程度的增強(qiáng)。其后,在天津西南部附近便發(fā)生了文安5.1級(jí)地震(2006-07-04)。距震中較近的站點(diǎn)位移變化較大,較遠(yuǎn)的站點(diǎn)變化較小?；顒?dòng)斷裂附近的站點(diǎn)變