银川盆地位于我国南北地震带北段，构造上属于鄂尔多斯块体西缘断陷带，新生代以来强烈的构造活动导致银川盆地及其周围地区地震频繁，据记载银川市区及邻区发生过1143年、1447年两次6.5级地震和1739年8级地震^[1]。王美芳等^[2]对银川盆地的地质构造特征进行研究，探讨盆地的演化阶段。柴炽章等^[3]利用灵武断裂危险率函数计算认为，灵武断裂未来10~100 a可能发生7.0~7.5级地震；随后通过对银川盆地内各断层古地震复发周期与离逝时间的研究，得出贺兰山东麓断裂和银川-平罗断裂地震危险性小、黄河断裂南段地震危险性大^[1]。王静等^[4]通过对银川地堑GPS基线时间序列进行分析认为，银川地堑正在持续拉张，且西部拉张强度大于东部，而南端变形较小，闭锁程度较高。前人对银川盆地的地质特征及盆地存在的强震背景进行了较多研究，但对盆地区域现今地壳形变和现今地震活动特征研究较少。

为了深入分析银川盆地水平运动特征和地震活动特征，本文通过分析银川盆地的断裂和构造演化确定其动力来源，利用GPS速度场剖面分析盆地内断裂不同位置的活动性，根据现今地震活动资料分析地震与断裂的相关性，最后分析讨论银川盆地GPS水平运动与小震活动相关性，为区域震害防御等研究提供基础依据。

1 区域地质概况 1.1 地层

银川盆地基底地层由古生界和前古生界组成，盆地基底呈南北高、中部低的船形，被银川断裂和芦花台断裂分割，形成“二坡夹一凹”的构造格局。盆地受其边界断裂控制，盆地内沉积了厚约5 000~8 500 m的新生界。盆地地表大部分为第四系覆盖，周缘零星出露有古近系与新近系及前新生界^[5-7]。

1.2 主要断裂

银川盆地夹于贺兰山构造带与鄂尔多斯地块之间，总体走向NNE向，南北长逾180 km，东西宽约60 km^[1](图 1)。银川断陷盆地中发育了4条NNE向断裂：1)贺兰山东麓断裂，是银川盆地西缘主控断裂，新生代以来控制了盆地的形成与沉降，是一条由一系列张性和张扭性(右旋)断裂组成的锯齿状断裂带；2)芦花台断裂，走向为北北东，长约80 km，是一条向东南倾的隐伏正断层；3)银川-平罗断裂，走向北北东，长约66 km，为隐伏断裂，断面倾向北西；4)黄河断裂为银川盆地的东边界，全长160 km，断裂带以东为第四纪以来缓慢上升的鄂尔多斯地块西缘，断面向北西倾斜，为正断层，第四纪以来该断裂仍有持续活动^{[1, 8-9]}。

1.3 新生代构造演化

银川盆地位于稳定的阿拉善地块和鄂尔多斯地块之间，同时处于青藏高原块体的东北缘。银川盆地的形成和演化，完全受控于这几个块体间的相互作用，其中以青藏块体北东向的推挤作用最为关键，所以可以通过分析银川盆地的形成演化，为盆地形成的动力来源提供有力证据。

根据前人对银川盆地内部沉积序列的研究，银川盆地的形成在新生代主要经历了两个构造演化阶段。第一阶段为银川盆地的发育，从始新世开始^[11-12]，再到中新世华北构造体系发生转变^[13-14]，最后到上新世-早更新时，青藏高原向北东挤压，在前缘受鄂尔多斯地块和阿拉善地块的阻挡^[15]，在盆地内形成4条断裂^[14]。在构造动力学上，盆地早期活动可能受太平洋板块NW向俯冲影响，引起盆地NW-SE向伸展，断裂以正断活动为主^[16]，盆地持续沉降，后期可能受青藏高原北东向挤压影响。第二阶段从晚更新世晚期开始，盆地受NE-SW向挤压作用^{[13, 15]}，造成其东西边界断裂发生强烈右旋走滑活动，同时盆地具有NW-SE向的拉张作用，所以盆地内的断裂以右旋走滑为主，兼有正断活动，银川盆地发生剪切拉分断陷活动，动力学上主要受青藏高原北东向挤压作用影响^{[9, 14]}。

所以，通过对银川盆地新生代构造演化的分析认为，盆地受到的动力主要来自太平洋板块北西向俯冲影响和青藏高原北东向挤压作用影响，盆地处于剪切拉分断陷环境。

2 横跨断裂的GPS水平变形特征

银川盆地内的4条主要断裂控制了盆地的发育及运动状态，但各断裂的活动性并不完全相同。有学者^[17-20]对银川盆地内4条断裂晚第四纪以来的垂直滑动速率进行研究，得出贺兰山东麓断裂晚第四纪以来活动强烈，垂直滑动速率约0.88 mm/a，芦花台断裂北段在全新世活动，垂直滑动速率0.18 mm/a，南段在晚更新世以来不活动，银川隐伏断裂全新世垂直滑动速率为0.14 mm/a，黄河断裂晚第四纪活动性弱，垂直滑动速率为0.04 mm/a，而南段垂直滑动速率为0.24 mm/a。对比认为，贺兰山东麓断裂和黄河断裂晚第四纪以来活动性较强，对银川盆地的地震活动性分析具有重要意义。

本文基于1999~2007年、2009~2015年两期区域GPS速度场资料对这两个断裂的水平运动特征进行分析。将GPS数据绘制到研究区平面图上(图 2黑色为1999~2007年，绿色为2009~2015年)，并且选取了北段、中段、南段3个横跨贺兰山东麓断裂、黄河断裂的GPS站速度剖面(图 2北段为红色、中段为蓝色、南段为绿色)，通过对银川盆地及周边地区GPS资料进行分析，研究银川盆地的动力学特征和汶川地震前后速度场的变化特征，对盆地内地震危险性作出评价。

由GPS速度场平面图可以看出，1999~2007年GPS速度场速率总体比2009~2015年小，而两者位移的方向基本一致。研究区运动方向从西边的正东向东边变为南东向，在黄河断裂附近转变为南东向，可能是受鄂尔多斯稳定块体的阻挡而造成。

1999~2007年垂直断层速度分量图和平行断层速度分量图显示，北、中、南3段的GPS数据拟合曲线变化具有较好的一致性，盆地整体表现为右旋走滑及拉张性质。2009~2015年垂直断层速度分量图显示，北、中、南段GPS数据拟合曲线不具有较好的一致性，盆地整体表现为拉张性质。而在平行断层速度分量图中，北、中段GPS数据拟合曲线具有较好的一致性。

对比1999~2007年3个GPS速率剖面的垂直速率场与平行速度场可以发现，首先在垂直速度场中东边黄河断裂的向东移动速率大于西边的贺兰山东麓断裂，银川盆地一直处于拉张环境下，贺兰山东麓断裂与黄河断裂各自的垂直速度分量基本一致，说明所受的应力条件应该相同。根据大地构造理论，印度板块与欧亚板块在挤压碰撞后形成青藏高原，运移方向为NNW向，经过青藏高原构造带后，块体的东北缘应力方向向东偏转，而银川盆地就位于青藏高原块体的东北缘，一直受到青藏高原块体北东向的挤压。其西侧为阿拉善地块，东侧为鄂尔多斯地块，西南则为祁连地块同鄂尔多斯地块相互作用的前缘地带，当青藏高原块体北东向挤压遇到稳定的阿拉善古地块时，物质运移以及应力方向都会发生改变，在银川盆地变为向东运移，再向东遇到鄂尔多斯地块时，运移方向及应力方向又向东南向偏移。所以，银川盆地的向东运移主要是受到青藏高原块体北东向的挤压应力。另外，中国大陆受到太平洋板块的俯冲作用，也使内部有一个向东的拉张应力场，银川盆地处于拉张环境有可能是受西太平洋俯冲作用的影响。其次在平行速度场中可以看出，3个剖面的拟合曲线形态基本一致，说明银川盆地内断层受到的剪切变形作用一致，黄河断裂和贺兰山东麓断裂都是右旋走滑断层。北段和中段的速度分量一致，变化不大，而南段的速度分量变化较大，可以看出在贺兰山东麓断裂的剪切作用基本一致，黄河断裂的北、中段剪切作用一致，而南段的剪切作用较强一些，说明黄河断裂的南段和贺兰山东麓断裂南段活动性比较强。

对比1999~2007年和2009~2015年3个GPS速率剖面的垂直速度场可以看出，2009~2015年与1999~2007年GPS速度剖面的拟合曲线形态不一致，没有明显的阶梯状，2009~2015年中3个剖面曲线虽然没有很好的一致性，但是曲线总体还是保持着逐渐上升的形态，说明还是处于拉张的环境。2009~2015年的GPS垂直速率变化范围在5.3~7.1 mm/a之间，比1999~2007年高(3.1~4.7 mm/a)，有可能是2008-05-12汶川地震和2011-03-11日本地震造成，地震后能量释放导致块体之间的应力状态增大，加速了块体运移的速度。比较黄河断裂和贺兰山东麓断裂之间的速率差异发现，2009~2015年(0.2~0.5 mm/a)小于1999~2007年(0.8~1.0 mm/a)，说明从2008年和2011年大地震后，银川盆地整体向东移动速率加快，但是拉张速率变小了，断层可能处于应变积累的过程^[21]。

对比1999~2007年和2009~2015年3个GPS速率剖面的平行速度场可以看出，两者GPS速度剖面的拟合曲线形态基本一致，呈阶梯状，并且1999~2007年两个断层间北、中段速率在-0.1~1.6 mm/a之间，速率变化差异值在1.4~1.7 mm/a之间，南段速率范围在-1.4~1.1 mm/a之间，速率差异值为2.5 mm/a；而2009~2015年两个断层间北、中段速率在0.8~1.8 mm/a之间，速率差异值在0.9~1.0 mm/a之间，南段速率范围在-1.5~0.7 mm/a之间，速率差异值为2.0 mm/a。首先，根据速率差异值可以发现，南段整体比北、中段的速率大，活动性较强。其次，2009~2015年北、中段速率总体比1999~2007年大，速率差异值比1999~2007年小，2009~2015年南段速率差异值比1999~2007年小，平行速率基本与1999~2007年一致。分析认为，2009~2015年北、中段平行速率的增大有可能是受汶川大地震的影响，增加了北东向的推挤速度，造成银川盆地整体北东向移动速率加大；而速率差异值的变小，也可能是大地震活动的结果，地震后银川盆地向东移动加快，东西向拉张作用减弱，对断层的剪切运动有一定的阻碍作用。2009~2015年南段速率与之前基本一致，说明汶川大地震对南段的影响不大，没有改变南段的平行速率，而速率差异值的减小很有可能与之前东西向的拉张作用减弱有关，说明南段走滑作用变弱，断层处于应变积累的过程，增加了地震发生的可能性。

通过对比分析得出，银川盆地内的断裂南段比北段活动性强，2009~2015年的水平拉张变形和剪切变形与1999~2007年的速率差异相比有所减小，而速率值相对增加，可能原因是银川盆地内断裂带的闭锁作用变强，应变处于积累状态。另外大地震后应力释放，造成盆地整体运动速率变大。

3 现今地震活动分布与断裂深部展布特征

为了研究银川盆地地震活动性与断层之间的关系，本文利用中国地震局地球物理研究所房立华研究员提供的小震重新定位目录，将该地区1970~2012年发生的小震绘制成图 4。可以看出，地震主要集中分布在贺兰山西麓隐伏断裂北部、银川-平罗断裂和芦花台断裂南段、黄河断裂南段西侧。另外，在北部的吉兰泰盆地也分布有地震，但是相对较离散。在银川盆地内，地震的位置基本是沿断裂带分布，地震主要分布于断裂倾向的一侧，具有南北向分布的特征，北边主要集中在石嘴山附近，南边集中在银川市、灵武县附近，其中在黄河断裂南段地震分布密集，并且主要分布在与断裂倾向一致的西侧，说明地震的发生可能受控于盆地内的断层活动，而鄂尔多斯和阿拉善块体内的地震稀少也说明了地震的发生主要是由断裂活动产生的。

在银川盆地内选取A、B、C三个震源深度剖面(图 4)，走向为北西-南东向，基本垂直断层走向，横跨银川盆地内部断裂，向西越过贺兰山进入阿拉善地块，向东延伸到鄂尔多斯盆地内。结合方盛明等^[22]由银川盆地高分辨深部地震反射探测剖面获得的地堑型断陷盆地深部断裂系(黄河断裂、银川断裂、贺兰山东麓断裂)特征及深浅构造关系，绘制了银川盆地的3个震源深度分布及构造剖面图，断裂产状参考方盛明的研究结果(图 5)。通过对震源深度和断层深部特征之间的关系进行研究，进一步分析在各个断裂带上的地震活动性及危险性。

剖面A中，震源深度分布在0~38 km。地震主要集中在贺兰山西麓隐伏断裂上，震源深度随深度的增加呈近似垂直分布，推测引起地震的动力来自地下深部，可能是上地幔热流上涌到下地壳造成的，也可能是在断裂深度40 km附近的断裂活动造成的。在银川盆地内，地震主要发生在贺兰山东麓断裂北段上，但数量不多，地震沿断裂向下分布至20 km左右。

剖面B中，震源深度主要分布在0~27 km。从震源深度较浅可以看出，引起地震的原因可能是盆地持续受到构造应力的挤压拉张作用造成断层不断滑动，从而引发地震。剖面B中地震较少，主要集中在芦花台断裂及与贺兰山东麓断裂交汇的位置。贺兰山东麓断裂、芦花台断裂和黄河断裂上地震很少，但也可以看出地震沿断裂分布。

剖面C中，震源深度主要分布在0~30 km。地震集中分布在黄河断裂南段，并且震源深度主要在9~22 km，而贺兰山东麓断裂南段上地震分布较少，说明在剖面C上，黄河断裂比贺兰山东麓断裂地震活动性强。另外，地震沿黄河断裂分布到30 km往下基本没有地震发生，有可能是贺兰山东麓断裂在30 km处与黄河断裂交汇，说明贺兰山东麓断裂也控制着黄河断裂上的地震分布。

通过震源深度分布剖面图总结得出，地震大部分分布于断裂附近，所以断层的活动是控制地震发生的主要因素，并且地震的震源深度受断裂控制，多终止于贺兰山东麓断裂与芦花台断裂和黄河断裂的交汇深度处。

4 现今GPS水平运动与小震活动相关性分析

GPS水平运动特征及小震活动特征与断裂的活动性具有一定的相关性。根据现今GPS资料分析得出，银川盆地水平运动特征总体为向东运动，具有拉张作用，小震活动主要分布在断裂附近，具有与断裂平行分布的特征。现结合两者资料，共同对银川盆地内现今断裂的活动性进行分析。

利用图 3中GPS速度场剖面垂直断层走向资料可以得出，银川盆地现今GPS垂直速率在逐渐增大，可能是2008-05-12汶川地震和2011-03-11日本地震造成GPS速度场的增加，地震后能量释放导致块体之间应力状态增大，加速了块体运移的速度。盆地内拉张速率变化差异变小，说明断层可能处于应变积累的过程。并且盆地内北、中、南三段GPS速率差异变化不大。分析GPS速度场剖面平行断层走向资料得出，盆地现今GPS平行速率总体在逐渐增大，而盆地内的走滑速率逐渐变小，可能是大地震活动的结果，地震后银川盆地向东移动加快，东西向拉张作用减弱，对断层的剪切运动有一定的阻碍作用，说明断层可能处于应变积累的过程。另外，图中显示黄河断裂和贺兰山东麓断裂的南段走滑速率比北段和中段大，说明现今的断裂活动主要在南段。

利用图 4和图 5对小震活动的特征进行分析发现，地震多集中在断裂倾向的一侧，沿断裂呈带状分布，在鄂尔多斯块体和阿拉善块体内地震活动弱，盆地北边地震集中分布在贺兰山西麓断裂附近，而黄河断裂和贺兰山东麓断裂北段之间地震分布较少，可能是因为1739年平罗大地震后，盆地北部应力场处于恢复阶段，断裂活动性不强。向南地震集中分布在芦花台断裂与贺兰山东麓断裂南段交汇附近，以及黄河断裂南段附近，说明地震主要沿断裂走向分布。根据地震剖面，地震的震源深度主要分布在0~30 km之间，而贺兰山东麓断裂与黄河断裂交汇于28~29 km^[25]，并且这两条断裂很好地控制着盆地内的地震分布，说明断裂对地震具有很好的控制作用，断裂的活动是引起地震发生的主要原因。

在对银川盆地现今GPS水平运动和小震活动特征综合研究后认为，小震活动与GPS平行速率具有较好的相关性，表现为盆地北部地震分布少、断裂走滑速率小，而南部地震分布密集、断裂走滑速率大。以黄河断裂南段为主，断裂走滑速率大，对应的小震活动频繁，而贺兰山西麓断裂上小震活动密集，没有对应较大的走滑速率，可能是断裂附近GPS站太少，没有可靠性。而小震活动与GPS垂直速率并没有太明显的相关性，盆地内垂直速率基本一致，说明垂直速率与小震活动分布的关系不大或者是因为GPS数据太少，不具有对比性。综上所述，认为盆地内GPS平行速率及小震活动与断裂活动性具有较好的相关性，GPS平行速率大，小震活动密集，断裂的活动性强。

5 结语

1) 银川盆地新生代以来的构造演化分为两个阶段，盆地受到的动力主要来自太平洋板块北西向俯冲影响和青藏高原北东向挤压作用影响，并且盆地处于剪切拉分断陷环境；黄河断裂第四纪以来持续活动，活动性强。

2) GPS速度场显示，银川盆地内断裂南段比北段速率大，2009~2015年的水平拉张变形和剪切变形与1999~2007年相比有所减小，而速率值相对增加，可能原因是银川盆地内断裂带的闭锁作用变强，应变处于积累状态；另外，大地震后应力释放，也可能造成盆地整体速率变大。

3) 现代地震资料及震源深度剖面显示，地震主要分布在断裂附近，并且震源深度受断裂控制，大多数地震都集中在断裂向下30 km内，说明断裂对地震有很好的控制作用。

4) 通过对银川盆地现今GPS水平运动和小震活动特征的综合研究后认为，盆地内GPS平行速率和小震活动与断裂活动性具有较好的相关性，GPS平行速率大，小震活动密集，断裂的活动性强。

致谢 感谢中国地震局地球物理研究所房立华研究员提供小震重新定位目录。