两种活动块体模型在地壳形变场分析中的比较

摘要： 根据地质构造特征，我们对青藏东北缘地区进行了活动块体的划分，运用GPS观察和检测资料，用刚体旋转加线性应变模型与刚体旋转加均匀应变模型来调研该地区地壳形变场，并对这两种模型在该区形变场分析中的应用情况进行了比较，得出的就是刚体旋转加均匀应变模型比刚体旋转加线性能更好地描述这个区域的形变场。

Abstract： Active block demarcation is done on the basis of geologic tectonic characteristic in northeast margin of Qinghai-Tibet. This paper makes research on crustal deformation field with REHSM and RELSM singly with data observed by GPS， compares the models， and reveals that REHSM is better than RELSM in northeast margin of Qinghai-Tibet deformation field analysis.

关键词： 刚体旋转加均匀应变；刚体旋转加线性应变；活动块体理论；地壳形变场

Key words： rotation in the entire block and homogeneous strain model（REHSM）；rotation in the entire block and linear strain model（RELSM）；active block theory；crustal deformation field

中图分类号：P553 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）23-0325-02

0 引言

中国大陆有很多不同级别的板块，这些板块是被不同运动方向和运动方式的构造带分割而成的，这种板块就是地壳运动也就是板内地壳变形。地块表面上发生的强震一般就分布在地块的边界上，对于中国大陆的地震活动来说，应该以块体为中心来研究。因此我们在研究区域地壳变形的情况时，也可以依照构造活动把研究区域分成较小的块体，通过块体来观察研究形变。黄立人等人[1] 用刚体运动加均匀应变模型对祁连山-河西走廊地区作了块体的相对变形与运动的研究。本文则对青藏东北缘地区的应力应变场用刚移加均匀应变模型进行了研究之后，又用刚移加线性应变模型对其进行了实验，并且把两种模型得出的结果与以前研究的人进行了对比。李延兴等人[2]建成了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型，进行了速度残差中误差的检验，也对块体应变参数唯一性的最小检验，对中国境内大陆块体的应变状态进行了估计和预测，结果得出与其他人使用其他模型得出的结果基本一致。

1 活动块体的划分

在用活动块体模型进行研究地壳的变形的时候，我们首先要衡量的是如何合理的划分研究区域，一旦区域划分不合理的话，就会得出不合理的物理解释。块体的边界大多是活动断裂带，而划分块体的根本是活动断裂，因为块体如何运动是通过块体内部的断裂活动性质显现出来的。

有不少学者对中国大陆地壳块体的运动都进行了研究，而且都对如何划分块体提出了自己的意见。张晓亮等人（2003.12）运用自己建立的青藏块体东北缘地区一级块体和包括相对细块体划分的运动模型，对他们的运动变化进行分析。

张培震对中国大陆一二级块体的划分看起来是合理的，我们基于它的划分情况，结合该区的强震分布区域与该地区的地质构造背景，第四纪以来该区域的主要断裂分布情况（如图1），然后考虑张希等人（2003.7）对青藏块体东北缘的划分情况[3]和GPS观测点的位置，认为应该把这个区域的块体划分成9部分。图1是青藏东北缘断裂分布图，图2是青藏东北缘断裂分区速率图。

观察图2我们可看出7号块体水平运动速率是最大的，然后是9号块体，1号块体的速率是最小的，因此我们可以判定1号块体所属的阿拉善块体是相对稳定块体，在西北方向的8号块体速率也看起来比较小。依据活动断裂分布点，把祁连山—海原断裂带作为中心，北侧向东偏南运动，南侧则往东偏北运动，而且北方位置与南方位置比较起来更弱。

对于青藏东北缘区域来说，它的水平运动的特点是：祁连山地以北东西运动与柴达木盆地地壳以缩短为主，柴达木盆地和祁连山区主干断裂以南呈近线性均匀地壳缩短。祁连地区往北的区域，地壳缩短速率加速，可以判断该区域可能正遭受着剧烈的逆冲推覆构造运动[4]。

以柴达木盆地为界，到位于六盘山旁边的甘青块体的东中部地区是按顺时针方向运动旋转的。鄂尔多斯块体则是反方向运动旋转的，其中六盘山断裂带附近是速度最大的地方。但由于数据的不全，可以对鄂尔多斯块体进行判断。但它的逆时针旋转是甘青块体顺时针旋转的原因，在北西向的六盘山褶皱断裂带就是这两个块体的耦合作用。阿拉善块体内部则没有块体旋转运动的痕迹，GPS测点的运动速率差异也相对小，这充分表明了它是一个稳定的块体。

2 活动块体理论研究地壳形变场

对于块体的划分，我们运用了刚体旋转加均匀或线性应变模型这两种模型对地壳应力应变场进行了观察，并且对这两种模型得出的结论进行了对比。

2.1 研究应力应变分布通过应用刚体旋转加均匀应变模型 通过此种模型可求得块体旋转参数和块体线应变及其中误差值，块体速率残差及运动速率值，解出每个块体的最大剪应变率、面膨胀率、主应变率大小和方向值，主应力的大小和方向值。（见图3）

从求的结果可以看出，阿拉善块体旋转最小，青藏东北缘8号块体旋转速率是最大的是4.44×10-8，其次是位于西南部的7号块体，8号块体较大旋转速率可能是因为受到西侧的作用力。北向、东向应变和剪应变参数中误差都很小，可以确定为模型相对来说比较可靠，如果以εe、εn、εen的中误差来估计εe、εn、εen的显著性的话，且应变参数显著性的标准用二倍中误差来计算，3号、4号、6号和9号块体应变相对于其它块体应变显著。其中6号块体的误差是最大的，它的应变本应为-1.741±0.462mm/y，它产生了明显的应变。

每个块体的东边和西边速率值与它的GPS观测值的平均值最大为0.047mm/y，每个GPS测点的速率值与观测值的差也小于3mm/y，只有130号和133号例外，这可能和观测点分布不均有关，但都在位移速率中误差里，所以模型是可信的。

GPS观测值的运动方向和进行模拟后每个站点的运动速率状态相一致，整个运动方向由东北向慢慢变为东南向，且运动速率慢慢地降低，位置偏向西南部的7号块体块体运动速率看起来是最大的，达到了7.063mm/y，其中鄂尔多斯块体与甘青块体运动与这个区域GPS水平运动观测值相近，这说明了REHSM模型的可靠性。如果断裂带的滑动量以断裂带两侧块体的运动速度之差来计算的话，那么祁连断裂带东部的滑动量东边是4.310mm/y，西边是3.289mm/y，中部是4.613mm/y，东海原断裂带东部是829mm/y，西部是2.405mm/y。这个数据与张希等人（2003.7）测出的结果基本相同，都反映了祁连-海原断裂带有明显的左旋走滑兼挤压的运动。

2.2 采用刚体旋转加线性应变模型研究应力应变分布 如果这个区域块体内部的应变，是线性的，那么如果想得出这个区域的应变参数的话，应该使用的模型是刚体旋转加线性模型。参照应变参数，我们可以看出鄂尔多斯块体是相对稳定的，它旋转量是0.011×10-8，7号块体的旋转量和运动速率都是最大的分别为0.125×10-8和7.977mm/y，甘青块体中的4号、5号与6号块体的旋转量和运动速率也相对较大。从北向南块体旋转量和运动速率都逐渐增大，与观测速率的情况一致。从图4中对两种模型的观测值和模拟值比较的话，数据基本相同，但通过RELSM得出的块体残差平均值比REHSM得出的结果要大，所以在青藏东北缘地更适合用模型REHSM。

如果断裂带的滑动速率用断裂带的两侧刚体运动速率之差来计算的话，那么海原断裂带的东边是0.888mm/y，西边是1.588mm/y，祁连断裂带的东边是5.248mm/y，中部是5.269mm/y，西边是4.563mm/y。通过比较可以得出这个模型得出来的滑动量要相对那个大一点。从东往西，该区域呈现出东偏南到东偏北的逆时针方向运动。每个块体的运动都是不同的，在这些块体中，阿拉善块体是最稳定的，以祁连-海原断裂地带为界线划分的话，两侧块体的中间地带有左旋走滑和挤压的相对运动。位于祁连山断裂地带的两边的块体呈现为NE-NEE向挤压运动，海原断裂地带两边的块体是NEE-近E向挤压运动。

2.3 两种活动块体模型的比较 一个块体的整体应变状态是看它的应变参数的，而应变参数是根据块体理论求出的，这种应变状态也可叫做整体平均应变状态。有些专家甚至学者认为块体内部的真实形变状态通过线性应变模型相比均匀模型能更精确地反映出来，但经过以上的调查与研究，我们可以看出这两种模型任何一种都能较好地把地壳形变特征反映出来，但是在青藏东北缘这种构造特征基础上，从求出的应变参数模拟的该区GPS站点的运动速率残差情况或断裂带的滑动速率来看，REHSM模型要优于RELSM模型。这给出我们一个启示，究竟哪一种模型能更好地描述研究区域的特征，要结合具体的地质构造特点来分析，不能盲目。

参考文献：

[1]黄立人等.用速度场得到的华北地区活动块体及变形[J].地震学报，2003，25（1）：72-81.

[2]李延兴等.板内块体的刚性弹塑性运动模型与中国大陆主要块体的应变状态[J].地震学报，2001，23（6）：565-572.

[3]张晓亮，江在森等.对青藏东北缘现今块体划分运动及变形的初步研究[J].大地测量与地球动力学，2002，22（1）：63-67.

[4]王庆良等.青藏块体东北缘现今地壳运动[J].大地测量与地球动力学，2001，22（4）：12-16.

[5]张培震等.中国大陆的强震活动与活动地块[J].中国科学（D辑），2003，33（增刊）：12-20.

[6]江在森，马宗晋等.青藏块体东北缘水平应变场与构造变形分析，2001，23（3）：337-345.