2018, Vol. 38
精密水准测量是监测地壳形变的主要手段之一，通过对精密水准数据的分析处理，形成垂直形变速率场，反映研究区域的地壳垂直形变信息[1-2]。
依兰-伊通断裂带属于郯庐断裂带东北段，该断裂自沈阳向北经过黑龙江后进入俄罗斯境内，其南段(开原以南)切入华北克拉通内，而主体位于中亚造山带东部(也称兴蒙造山带)，由2条主干脆性断层构成。在白垩纪强烈的伸展活动中，依兰-伊通断裂西侧发育大型的松辽盆地，而东北侧发育三江盆地。该断裂纵贯中国东北人口稠密地带，是人类活动的重要地区[3-4]。对其运动规律的研究，有助于认识该区域的活动趋势、地震活动规律和相关地质灾害机理，同时也可以为该断裂影响区域的防震减灾工作提供参考。
1 资料整理和数据处理研究区域为125.5 °~135 °E，44 °~48.5 °N，有3期精密水准资料，分别施测于1976~1977年、1991~1993年以及2015年。在进行速率场计算时采用分段动态线性速率模型，得到2期的相对速率场[5-8]：1991~1993年相对于1976~1977年的垂直运动结果；2015年相对于1991~1993年的垂直运动结果。2期速率场数据的公共测点数分别为300个和121个。第2期的公共测点数明显少于第1期，其主要原因是我国在上世纪90年代前后对全国一等水准网进行了全面改造，使得一等水准路线与旧的一等水准路线重合度减少，这使得第2期的速率场效果差于第1期。由于1976~1977年水准观测资料距今已有40 a，并未搜集到该区域的速率基准资料，故对2期精密水准数据采取伪逆基准下的线性动态运动模型进行平差，并选取基准点(假定基准点的速率为0)，将该区域求得的速率归算到该基准点，获取2期速率场。平差计算后所得到的单位权中误差均在1 mm/km左右，说明采用的精密水准数据整体实测精度较好。平差后对结果进行预处理，删除个别量级过大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，并计算每个格网点的梯度模值，绘制垂直形变速率矢量(图 1(a)、图 2(a)，红色箭头表示隆升，蓝色箭头表示下沉)和等值线图(图 1(b)、图 2(b))。
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图 1 依兰-伊通断裂带北部区域第1期地壳垂直运动速率及值线图 Fig. 1 The vertical velocity and contour map of the vertical motion in the north of Yilan-Yitong fault of the first phase |
从图 1看出，1977~1991年期间依兰-伊通断裂带北部区域的垂直形变场具有以下特征：
1) 大致以依兰-伊通断裂带为界，东南地区相对于西北地区处于隆升状态，最大相对隆升速率为7.51 mm/a。选取的基准点位于平原地区，所以主要表现出山区隆升，盆地和平原地区相对不变或者略微下沉。整体的地质构造活动与地形地貌形态基本一致，是研究区大时空尺度的运动特征。
2) 在哈尔滨南部山区，出现相对于平原、盆地下沉的现象，可能与依兰-伊通断裂带的断层活动有关。由于小兴安岭南段与长白山北段的挤压运动，导致两侧相对隆升，断裂带附近区域相对下沉。同样的情况也出现在依兰-伊通断裂穿越的小兴安岭南段与长白山北段的接壤处和三江盆地地区。
3) 在山区，长白山北段的相对运动速率明显大于小兴安岭南段。
4) 兴凯盆地北部出现明显的相对隆升，最大隆升速率为5.72 mm/a。在图 1中，速率隆升区域可以看到较明显的隆起，且精密水准测线位于该隆起上。该隆起与长白山为一体山脉，所以其垂直形变特征与长白山脉南段的垂直形变特征一致。
2.2 1991~2015年区域垂直运动特征在第2期垂直速率场中，由于时间间隔较大，且在90年代对一等水准路线进行了改造，导致公共点稀少，对分析结果产生一定的影响。从图 2看出，1991~2015年期间依兰-伊通断裂带北部区域的垂直形变场具有以下特征：
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图 2 依兰-伊通断裂带北部区域第2期地壳垂直运动速率及等值线图 Fig. 2 The vertical velocity and contour map of the vertical motion in the north of Yilan-Yitong fault of the second phase |
1) 总体与上一期相比有明显的变化。依兰-伊通断裂带两侧的相对运动明显减弱，东南地区相对于西北地区的隆升运动消失，整个研究区域呈现出整体性的继承性运动，其相对运动速率最大仅为3.4 mm/a。2011年日本发生宫城大地震，距离研究区1 500 km以上。王敏等[9]和陈为涛等[10]的研究表明，在水平运动方面，地震的同震影响和震后弛豫形变影响与该区域的长期背景运动方式相反，降低了其原有的应变累计水平。本文认为在长时间运动背景下，且采用的是平均速率，此次地震的同震影响不占主导作用，所以宫城大地震在研究区的垂直运动方面有一定的影响，减弱了垂直运动，但导致运动速率减小程度较弱。同时，依兰-伊通断裂带东侧山体构造运动可能正在减弱，导致隆升速率减小，可能是造成依兰-伊通断裂带两侧的相对运动明显减弱的原因(即相对速率减小，整体速率差异性减小，相对运动减弱)。
2) 研究区域的山脉依旧相对于盆地、平原地区处于隆升状态，但相对隆升速率明显减弱，均小于1 mm/a。
3) 兴凯盆地北部区域依旧相对其他平原、盆地隆升，但隆升速率明显减弱。
4) 虽然研究区域整体处于隆升运动，但在密山-敦化断裂与长白山北段相交区域，出现相对于平原地区的下沉，相对速率均值为-0.39 mm/a，可能与密山-敦化断裂的构造活动有关。
3 结语分析不同时间段的精密水准数据表明，依兰-伊通断裂带北部地区处于继承性运动，山区相对隆升，盆地、平原地区相对下沉。1977~1991年以依兰-伊通断裂为界，研究区域呈现出东南部地区相对西北地区的隆升状态，最大相对速率为7.51 mm/a，且依兰-伊通断裂带相对于其他区域下沉。1991~2015年研究区域的相对运动明显减弱，最大相对速率仅为3.4 mm/a，其趋向于整体性的继承性运动。比较分析2期速率场认为，该地区现今处于相对稳定的继承性运动状态。
| [1] |
薄万举, 章思亚, 刘宗坚, 等. 大地形变资料用于地震预测的回顾与思考[J]. 地震, 2007, 27(4): 68-76 (Bo Wanju, Zhang Siya, Liu Zongjian, et al. Review and Thinking about the Application of Geodetic Data to Earthquake Prediction[J]. Earthquake, 2007, 27(4): 68-76)
(  0) |
| [2] |
黄立人, 王敏. 中国大陆现今地壳水平运动[J]. 地震学报, 2000, 22(3): 257-262 (Huang Liren, Wang Min. Recent Crustal Horizontal Movement in Chinese Mainland[J]. Acta Seismologica Sinica, 2000, 22(3): 257-262)
( 0) |
| [3] |
葛荣峰, 张庆龙, 解国爱, 等. 郯庐断裂带北段及邻区现代地震活动性与应力状态[J]. 地震地质, 2009, 31(1): 141-154 (Ge Rongfeng, Zhang Qinglong, Xie Guoai, et al. Seismic Activity and Stress State of the Northern Tanlu Fault Zone and Its Adjacent Areas[J]. Seismology and Geology, 2009, 31(1): 141-154)
( 0) |
| [4] |
李志安, 闫义. 中国东北造山带-盆地系统动力学研究[J]. 大地构造与成矿学, 2000, 24(1): 31-37 (Li Zhian, Yan Yi. Dynamic Study on Orogenic Belt-Basin Systems in Northeast China[J]. Geotectonica et Metallogenic, 2000, 24(1): 31-37)
( 0) |
| [5] |
韩月萍, 杨国华, 董运宏, 等. 首都圈地区现今地壳垂直形变特征[J]. 华北地震科学, 2009, 27(1): 13-16 (Han Yueping, Yang Guohua, Dong Yunhong, et al. The Current Characteristics of Vertical Crustal Deformation of the Capital Circle[J]. North China Earthquake Sciences, 2009, 27(1): 13-16)
( 0) |
| [6] |
黄立人, 杨国华, 刘天奎. 用速率面拟合法研究华北部份地区的现今地壳垂直运动[J]. 地壳形变与地震, 1989, 9(3): 26-35 (Huang Liren, Yang Guohua, Liu Tiankui. The Study of Present Vertical Crustal Movements in Part of North China by the Fitting Method of Velocity Surface[J]. Crustal Deformation and Earthquake, 1989, 9(3): 26-35)
( 0) |
| [7] |
孔繁强, 林玉祥. 用速率面拟合法研究辽宁地区现今垂直运动[J]. 东北地震研究, 1997(1): 18-24 (Kong Fanqiang, Lin Yuxiang. Research of Vertical Motion by Fitting Method of Velocity Surface in Liaoning Area[J]. Seismological Research of Northeast China, 1997(1): 18-24)
( 0) |
| [8] |
郝明. 基于精密水准数据的青藏高原东缘现今地壳垂直运动与典型地震同震及震后垂直形变研究[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2012 (Hao Ming. Present Crustal Vertical Movement of Eastern Tibetan Plateau and Coseismic and Postseismic Vertical Deformation of Two Typical Earthquakes[D]. Beijing: Institute of Geology, CEA, 2012)
( 0) |
| [9] |
王敏, 李强, 王凡, 等. 全球定位系统测定的2011年日本宫城MW9.0级地震远场同震位移[J]. 科学通报, 2011, 56(20): 1 593-1 596 (Wang Min, Li Qiang, Wang Fan, et al. Far-Field Coseismic Displacement Associated with the 2011 Tohoku-Oki Earthquake in Japan Observed by Global Positioning System[J]. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(20): 1 593-1 596)
( 0) |
| [10] |
陈为涛, 甘卫军, 肖根如, 等. 3 ·11日本大地震对中国东北部地区地壳形变态势的影响[J]. 地震地质, 2012, 34(3): 425-439 (Chen Weitao, Gan Weijun, Xiao Genru, et al. The Impact of 2011 Tohoku-Oki Earthquake in Japan on Crustal Deformation of Northeastern Region in China[J]. Seismology and Geology, 2012, 34(3): 425-439)
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