2018, Vol. 38
随着空间测量技术的不断发展，连续运行观测站(CORS)的建立不仅提高了相对定位的精度，也为地球物理研究提供了便利条件。GPS具有高精度、全天候和高机动性等特点，使通过获得大范围地壳运动时间序列研究某一地区速度场成为可能[1]。四川盆地位于构造活动比较活跃的几个断裂带上，如龙门山断裂带、鲜水河断裂带、安宁河-则木河断裂带等[2]，近年来地震频发。本文利用GAMIT/GLOBK软件解算2006~2015年的观测数据，得到四川省CORS站在ITRF2008框架下的水平速度场和垂直速度场，并将其转换到欧亚框架下，为揭示四川省的地壳运动规律提供依据。
1 CORS网数据处理本文选择覆盖四川地区的50个CORS站作为研究速度场的基准站。为了提高数据解算的精度，并入13个均匀分布在我国及周边地区的IGS站组成区域网[3]。先用GAMIT进行基线解算得到单日松弛解，然后用GLOBK进行滤波平差，最终获得四川省CORS站的速度场模型。
1.1 IGS站选取引入IGS站可以对整个四川CORS网起到控制作用[4]。本文选择我国11个IGS站(BJFS、CHAN、SHAO、WUHN、HKWS、KUNM、LHAZ、URUM、GUAO、TWIF、NCKU)以及周边2个站(SUWN、ULAB)。
1.2 获取速度场方案主要考虑以下几个因素：电离层的折射影响用LC观测值；截止高度角为10°；海潮文件改正采用GAMIT提供的模型。速度场获取步骤如下：
1) 用GAMIT进行处理，得到单日松驰解，检查基线重复率和post_nrms是否符合精度要求。
2) 由于GLOBK的主要原理是卡尔曼滤波，将单时段获得的h-file作为GLOBK的输入并获得测站的原始坐标时间序列，通过分析找到异常点予以剔除，获得干净的时间序列[5]。
3) 把所有单日解得到的h-file合并成一个单独的H-file，然后运行glred/glorg得到所有CORS站新的坐标时间序列，然后运行scgps程序获得速度场。图 1给出CHDU站的坐标时间序列。
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图 1 CHDU站坐标时间序列图 Fig. 1 Coordinate time series of CHDU station |
由GPS连续观测站获得速度场，一般都是根据连续观测站得到的坐标时间序列，估计由于同震位移或者仪器更换产生的阶跃以及可能存在的周期性运动，从而构建模型求得速度场。从时间序列角度，两点就能确定一条直线，即2 d的数据就能求得一个速度。经计算认为3 a是求稳定速率的最低时间长度要求，且数据连续性要好[6]，因此本文选用10 a的数据长度得到的速度是可靠的。表 1给出了ITRF2008框架下四川省CORS站的三维速度估值及中误差统计。
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表 1 ITRF2008框架下四川CORS的三维速度估值及中误差统计/mm ·a-1 Tab. 1 Three dimensional velocity estimation and error estimation of Sichuan CORS under ITRF2008 framework |
由表 1可知，CORS网的速度场解算精度都比较高，N、E、U方向上的均方根误差均值优于0.7 mm，水平方向整体运动速度较垂直方向要快，说明四川省的地壳运动在水平方向运动较为活跃。
由于四川盆地位于几个地质构造活动比较活跃的断裂带上，为了对比断裂周围的CORS站运动速度和平原非断裂带上CORS站运动速率大小，给出龙门山断裂带、鲜水河断裂带、安宁河-则木河以及平原地带的CORS站结果，如表 2所示。
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表 2 平原非断裂带与断裂带CORS站三维速度估值/mm ·a-1 Tab. 2 Three dimensional velocity estimation of nonfault zone and fault zone CORS station in plain |
由表 2可知，无论是N方向或E方向，还是整体水平方向，位于断裂带或者断裂带周边CORS站的运动速率都高于平原地区非断裂带CORS站的速率，但在垂直方向上不能确定断裂带上CORS站的运动速率就一定大于非断裂带上的运动速率。
2.1 水平速度场分析图 2给出四川省CORS站水平方向速度场模型。结合表 1看出，四川省CORS站在东西方向的最大运动速率为50.71 mm/a，最小为31.6 mm/a，平均为37.95 mm/a；南北方向的最大运动速率为-0.9 mm/a，最小为-19.62 mm/a，平均为-11.05 mm/a；水平方向平均运动速率为38.72 mm/a，优势方向为S73.9°E，与青藏高原物质整体沿川滇活动地块东南向运动这一结论相符[7]。
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图 2 四川CORS网ITRF2008框架下水平方向速度场模型 Fig. 2 Horizontal direction velocity field model of Sichuan CORS network ITRF2008 framework |
NNR-NUVEL-1A模型作为ITRF的国际标准模型，它是基于地质和地球物理数Ma的资料建立的[8]，如表 3所示。通过NNR-NUVEL-1A模型将ITRF2008框架下水平方向速度转换到欧亚框架下[9]，表 4给出了欧亚框架下的四川省CORS站的三维速度估值及中误差统计。
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表 3 NNR-NUVEL1-1A模型 Tab. 3 NNR-NUVEL1-1A model |
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表 4 欧亚框架下四川省CORS站的三维速度估值及中误差统计 Tab. 4 Three dimensional velocity estimation and error estimation of CORS stations in Sichuan province under the framework of Eurasia |
对比表 1和表 4看出，在欧亚框架下四川省CORS站在东西向和南北向的测站速度均小于ITRF2008框架下的速度，尤其是东西向测站速度平均减小24 mm/a。欧亚框架下测站水平方向的平均速度为14.40 mm/a，较ITRF2008框架下的速度降低24.32 mm/a。图 3为欧亚框架下四川省CORS站的水平方向速度场模型。
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图 3 四川CORS网欧亚框架下水平速度场模型 Fig. 3 Horizontal velocity field model under the framework of Sichuan |
由图 3看出，所有测站水平方向的速度方向具有较好的一致性，优势方向为S77.78°E，在龙门山断裂带、鲜水河断裂带和安宁河-则木河断裂带上的测站水平方向运动速度平均值大于平原非断裂带测站。
2.2 垂直速度场分析图 4给出四川省CORS站垂直方向速度场模型。结合表 1，相较于水平方向，所有测站的垂向构造运动速度相对比较微弱，平均为3.43 mm/a。通过图 1给出的坐标时间序列也可以看出，在垂直方向非构造干扰比较显著，且具有明显的周期性变化。四川省CORS站的垂向速度在大部分区域表现为隆升趋势，有较少的一部分测站区域表现为下降状态。从整体上看，川西地区的测站表现为隆升状态而且北部CORS站上升的平均速度要大于其他地区，出现下沉现象的测站基本上位于东部平原地区。
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图 4 四川CORS网ITRF2008框架下垂直方向速度场模型 Fig. 4 Vertical velocity field model under the framework of ITRF2008 in Sichuan |
关于四川盆地地壳隆升问题，国内学者普遍认为与青藏高原物质的南东向滑移受阻密切相关，但具体的滑移受阻机制仍然有着不同的观点。而对于地表下沉则可能与地下水过度流失以及煤矿、石油等自然资源的过度采伐有关。通过图 4可以看出，地表下降的主要测站有ANYU、CAXI、GANL、JIGE、QLAI、XICH、YBIN、ZTON、CHDU、KAIY，主要位于东部平原地区，如成都、宜宾、邛崃、西昌，这些地方人口密度较大，且工农业发达，在城市建设中地面工程垂向破坏较大。例如，成都的下沉速度为0.23 mm/a，下沉原因主要包括：近年来随着地铁的修建以及房地产建设的迅速发展，使得垂向地表破坏较大；其次，在施工建设中需要抽取地下水，过度采伐也是地表下沉的原因之一；地质构造方面，成都平原处于挤压状态，成都西侧受逆冲作用的影响呈现抬升趋势，东侧呈现沉降趋势。
3 应变场分析速度场虽然能够直观地反映CORS站区域运动特性，但其与参考基准的选取密不可分，且速度场无法反映一些精细的形变特征。而应变场则与参考基准无关，且区域应变场直接反映局部应力应变的空间分布特性[9]。
图 5为四川区域地壳主应变率。可见，四川地区最小主应变率表现为主压应变，为-5.4×10-11/a；最大主应变率表现为主张应变，为7.31×1011/a。总体来看，川西地区和鲜水河断裂东北部主应变率相对较大，以主张应变为主；东部平原地区主应变率较小，以主压应变为主。三大主要断裂带上主应变率相对较大，以主张应变为主；东部平原地区主应变率较小，以主压应变为主。
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图 5 四川地区地壳主应变率 Fig. 5 Crustal principal strain rate in Sichuan area |
由图 6和图 7知，四川地区大部分区域地壳膨胀变形，其中较大的区域为龙门山断裂带和鲜水河断裂带南部以及四川西南部，最大膨胀率达到3.14×10-11/a；断裂带区域膨胀率为负，代表压缩变形，最小量为-8.59×10-11/a；最大剪切应变率在鲜水河断裂带的北西段和南东段附近达到峰值，幅度最大为8.33×10-11/a，另一高值区位于安宁河-则木河断裂带北部及龙门山断裂带南部。
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图 6 四川地区地壳面膨胀率 Fig. 6 The expansion rate of crustal surface in Sichuan area |
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图 7 四川地区地壳最大剪切应变率 Fig. 7 Maximum shear strain rate of crust in Sichuan area |
1) ITRF2008框架下四川省CORS站的东西方向平均速度为37.95 mm/a，欧亚框架下东西方向速度为13.76 mm/a；ITRF2008框架下南北方向平均运动速度为-11.05 mm/a，欧亚框架下南北方向速度为-1.46 mm/a。欧亚框架下的速度更准确，且水平方向的速度大于垂直方向。
2) ITRF2008框架下四川省CORS站的水平方向平均运动速率为38.72 mm/a，优势方向为S73.9°E；欧亚框架下水平方向的平均运动速率为14.40 mm/a，优势方向为S77.78°E，较ITRF2008框架下的速度降低了24.32 mm/a。CORS站整体向南东方向运动。
3) 四川省CORS站垂直方向平均运动速度为3.43 mm/a，大部分测站区域表现为隆升状态，位于东部平原的少数CORS站处于下降趋势。北部测站的隆升平均速度大于其他地区。
4) 四川地区地壳平均最大主应变率为7.31×1011/a，最小主应变率为-5.4×10-11/a，且大部分川西区域地壳膨胀变形，面膨胀率低值区域和最大剪切应变率的高值区域分布在鲜水河以及其他断裂带附近。
致谢 数据资料由陆态网络及四川省地震局提供，在此表示感谢。
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