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基于精密水准的鄂尔多斯西北缘现今垂直运动分析
基于精密水准的鄂尔多斯西北缘现今垂直运动分析
郭宝震*, 塔拉, 周海涛, 苏广利
(中国地震局第一监测中心,天津 300180)
 [收稿日期]: 2017-02-10
摘要

鄂尔多斯块体受青藏块体和华北块体的挤压,在其周缘形成一系列褶皱和压性断层,构造较为复杂。本文利用1980、1990和2014这3期精密水准资料计算了鄂尔多斯块体西北缘的垂直运动速率,分析结果表明:①位于阴山断块隆起与鄂尔多斯断块隆起之间的河套盆地相对下沉,其中临河盆地最为明显,下沉速率为2-4mm/a,位于鄂尔多斯块体西缘的吉兰泰-银川断陷带沉降速率有所减缓,目前沉降速率约为2mm/a;②整个测区表现为明显的山区上升、盆地下沉的继承性运动;③穿过乌拉山北缘断裂和磴口-本井断裂的2条水准剖面显示断裂两侧的垂直运动速率差异小于0.5mm/a。



引言

鄂尔多斯地块及周缘地区大致位于105°—115°E,34°—42°N,东西边界为吕梁山和桌子山,南界为渭北山地,北至黄河一线(范俊喜,2002)。地块四周除西南角为弧形断裂束外,四周被河套断陷带、山西断陷带、渭河断陷带和吉兰泰-银川断陷带环绕。鄂尔多斯块体与周缘的分异构造作用十分明显,在其周缘形成一系列褶皱和压型断层,构造较为复杂。目前随着大地形变资料的积累,多位学者曾分析过该区域的活动特征。胡惠民(1996)分析了鄂尔多斯及其周围地区地壳垂直形变与构造应力场;张四新等(2000, 2012)利用跨断层的水准资料分析了渭河断陷带附近的垂直运动差异,认为块体周缘近期小震活跃与汶川震后青藏亚板块挤压应力减弱、华北亚板块挤压应力相对增强造成的“暂态失稳”有关;邓明镜(2003)通过对鄂尔多斯西南缘近十年的水准资料分析表明该区域主要以山区上升、盆地下沉的继承性运动为主;张占阳等(2016)同样利用精密水准资料发现近期鄂尔多斯块体东北缘处于下沉期,并出现了Ⅴ型沉降漏斗。

受观测环境和经济发展的制约,鄂尔多斯西北缘的大地观测资料甚少,关于该区域的垂直形变特征多从地质考察资料中获取。鄂尔多斯北缘分布狼山山前断裂、色尔腾山山前断裂、乌拉山山前断裂、乌拉山北缘断裂和大青山断裂,控制着河套断陷带(李建华,2005)。鄂尔多斯西缘的贺兰山东麓断裂、黄河灵武断裂和磴口-本井断裂控制着吉兰泰-银川断陷带(图 1)。20世纪70年代以来,该区域曾发生过1979年五原M 6.0、1996年包头M 6.4及2015年巴音木仁M 5.8级地震,其中五原地震和包头地震发生在鄂尔多斯北缘断陷盆地,该区域地震活动受断陷盆地及活动断裂所控制,震源深度不大,一般位于地壳上部。本文根据该区域80年代、90年代、10年代(2014年)3期精密水准观测资料,分析该区域的垂直形变特征。


图 1 水准观测路线及主要断裂分布 Fig. 1 The distribution of Level route and main fault
1 资料概况与数据处理

用于获取垂直形变场的精密水准资料共3期,施测时间分别为1976—1980年、1990—1997年和2014年,路线长度分别为2682km、2709km和2898km,数据范围为105.5°—111°E,37°—41.5°N。平差时采用分段动态线性速率模型,获取区域内以位于鄂尔多斯内部的棋东49基为参考基准的垂直形变场,平差基本情况见表 1。平差结果中单位权中误差均小于1mm,说明本区域的数据内附精度满足要求。平差后删除速率量级过大的或与相邻点差异过大的突变点,采用多面函数法对结果进行格网化,得到该区域的2期垂直形变矢量图、等值线图,如图 23所示。

表 1 平差统计 Table 1 The statistics of adjustment

图 2 1980—1990区域垂直形变矢量图和等值线图 Fig. 2 The vector and contour diagram of 1980—1990 vertical deformation

图 3 1990—2014区域垂直形变矢量图和等值线图 Fig. 3 The vector and contour diagram of 1990—2014 vertical deformation
2 区域垂直形变特征

从2期垂直形变图(图 23)看,图中所显示的区域形变特征基本一致,即各盆地相对下沉,而大部分山区隆起,表现为明显的继承性运动。其中位于贺兰山东麓断裂和黄河灵武断裂之间的银川盆地下沉速率有所减缓,1980—1990期得到的该区域下沉速率为-2—-4mm/a,1990—2014期为-2—-3mm/a。2期垂直形变图均显示位于阴山断块隆起与鄂尔多斯断块隆起之间的河套盆地相对下沉,其中以临河盆地最为明显,下沉速率约为2—3mm/a,这与地质考察认识的河套三大沉降中心中临河盆地沉降最为强烈的认识基本一致。鄂尔多斯内部表现为相对上升的态势,1990—2014期所计算的隆升速率与1980—1990期基本一致,为0—1mm/a,块体内部相对稳定。

1980—1990的垂直形变图(图 2)显示位于河套断陷盆地的监测点处于快速下沉的状态,沉降中心速率达到3mm/a,形成了明显的速率梯度带,意味着该区域处于快速的应变积累时期。这一结果与郭良迁等(2002)利用1992—1995年跨断层垂直形变和GPS观测资料计算结果显示的“包头以西,阴山块体、鄂尔多斯块体和河套断陷带形成了统一的高应变体”相同。鄂尔多斯北缘地区处于鄂尔多斯地台与阴山-燕山褶皱带交接地带,形成了断陷盆地与高山峡谷反差极为强烈的地貌景观,构造活动强烈。位于该地区的走向近EW、倾向S的色尔腾山山前断裂于1979年发生正断,导致五原M 6.0地震(闻学泽,2014);1996年在由乌拉山北缘断裂和色尔腾山断裂控制的锐角构造地段发生了包头M 6.4级地震。位于鄂尔多斯西缘的吉兰泰-银川断陷带同样处于快速下沉的阶段,其中位于贺兰山东麓断裂和黄河灵武断裂之间的银川盆地处于沉降中心地带,速率达到-4mm/a。鄂尔多斯块体内部处于稳态,垂直运动速率在零等值线处徘徊。

图 3为1990—2014的垂直形变图。由于监测路线布设有所不同,同名测点较少,所以在乌海附近有一块监测空白区。但从整个测区来看,位于银川盆地、吉兰泰盆地、临河盆地、白彦花盆地和呼包盆地内的监测点仍处于快速下沉的状态,位于鄂尔多斯块体内部的监测点显示,整个块体表现较为稳定,速率在0—1mm/a,淹没在误差之中。

3 跨断层水准数据分析

本文所用的水准数据多是用于国家基础建设而布置的一等水准网,大部分水准路线避开了构造活动强烈的活动断层,因此这里仅列出了穿过乌拉山北缘断裂和磴口-本井断裂的2条水准剖面(图 4),水准路线与乌拉山山前断裂小角度交汇,正交于乌拉山北缘断裂,剖面从西向东延伸至断层两侧50km左右。1980—1990期、1990—2014期水准剖面观测值均显示,乌拉山北缘断裂和乌拉山山前断裂两侧块体的垂直速率无明显不同,速率差异小于0.5mm/a,断层垂向运动不明显。蹬口-本井断裂是一条依据航磁资料推测的隐伏断裂,仅在东北段的磴口附近出露地表,形成高达20—50m的断崖,推测在晚更新世有活动。目前搜集到的水准资料中,1980、1990年施测的水准路线恰好在登口县附近穿过磴口-本井断裂,而2014年施测路线有所改变,所以这里只绘制了1980—1990年的水准剖面观测值曲线(图 5),剖面由北向南,在断层两侧延伸约60km。剖面显示磴口-本井断裂两侧块体的速率差异不明显,断层的垂向运动速率小于0.5mm/a。


图 4 乌拉山北缘、乌拉山山前断裂水准剖面观测值曲线 Fig. 4 The level profile of Ural north rim fracture, Ural before fracture

图 5 磴口-本井断裂水准剖面观测值曲线 Fig. 5 The level profile of the Dengkou-Benjing fault
4 总结与讨论

鄂尔多斯块体与周缘的分异构造作用十分明显,且构造运动多发生在块体周缘断陷盆地和断裂带上。鄂尔多斯西缘,在吉兰泰-银川断陷带及其邻区形成北北东—北东向的挤压构造带,其构造格局对新生代构造的形成、演化具有重要的控制作用。鄂尔多斯北缘受阴山断块隆起、河套断陷带、鄂尔多斯断块隆控制,构造活动强烈。综合水准资料分析可以看出鄂尔多斯周缘断陷盆地带现今垂直形变受区域地质构造控制,差异运动以继承性运动为主。各盆地相对下沉,而大部分山区隆起。其中鄂尔多斯块体、阿拉善块体、阴山及贺兰山和桌子山以上升为主,银川-河套断陷区内的临河、白彦花盆地、呼包盆地、吉兰泰和银川盆地则有相对沉降,形变梯度明显。

参考文献
邓明镜, 2003. 青藏块体东北缘地壳运动监测及动力机制研究. 西安: 长安大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11941-2003115071.htm
范俊喜, 2002. 鄂尔多斯地块运动特征研究. 北京: 中国地震局地质研究所. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-85402-2004096200.htm
郭良迁, 薄万举, 胡新康, 等, 2002. 1996年包头6.4级地震的地壳应变特征[J]. 地震学报, 24(4): 348-356.
胡惠民, 1996. 鄂尔多斯及其周围地区地壳垂直形变与构造应力场. 见: 中国地震学会第六次学术大会论文摘要集. 北京: 中国地震学会. http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGEM199610001183.htm
李建华, 2005. 鄂尔多斯北缘断陷盆地区强震孕育的卫星遥感影像研究[J]. 地震地质, 27(3): 374-381.
闻学泽, 2014. 内蒙古1979年五原6.0级和1996年包头6.4级地震的震源区构造[J]. 地震地质, 36(3): 586-597.
张四新, 张希, 陈兵, 等, 2000. 西-海-固地区垂直形变分析及地震趋势研究[J]. 地震, 20(3): 48-52.
张四新, 张希, 2012. 汾渭断陷带现今垂直形变与近期地震活动性[J]. 地震, 32(4): 123-130.
张占阳, 许明元, 何庆龙, 等, 2016. 鄂尔多斯块体东北缘近期地壳垂直形变监测[J]. 测绘工程, 25(5): 69-73.


Current Vertical Motion Analysis of Northwestern Margin of Ordos Based on Precise Leveling
Guo Baozhen*, Ta La, Zhou Haitao, Su Guangli
(First Crust Monitoring and Application Center, CEA, Tianjin 300180, China)
Abstract

Ordos block was squeezed by the Qinghai-Tibet an block and North China block, and the tectonic activity was intense. In the periphery of Ordos block, there was a series of wrinkles and compressive faults with complex constructure. This paper used three-phase data of 1980, 1990 and 2014 to calculate vertical velocity of northwestern margin of Ordos and the analytical results indicated that ①the Hetao basin between the rise of Yinshan fault block and Ordos fault block relatively sank, in which Linhe basin was the most evident and the sink rate was about 2-4mm/a. The sink rate of Jartai-Yinchuan rift zone on the western margin of Ordos block slowed and the sink rate was about 2mm/a; ② the whole testing zone exhibited the evident inherited movement characterized by mountain rise and basin sinking; ③the two leveling section through the northern margin fault and Dengkou-Benjing fault showed that the difference between vertical velocities flanking fault was less than 0.5mm/a.



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基于精密水准的鄂尔多斯西北缘现今垂直运动分析
郭宝震*, 塔拉, 周海涛, 苏广利
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20170308