用GPS研究西南天山现今变形、应变积累及其与区域大震活动关系

西南天山不仅发育逆断裂-褶皱挤压变形带（如柯坪塔格、迈丹-喀拉铁克），而且形成一系列具有"类转换断层"性质的北西向走滑断层（如普昌断裂），与区域内中强地震密切相关。由于观测资料空间分辨率不足，对这些断层在第四纪天山南北向缩短变形过程中的调节作用认识有限，各断层活动与区域强震群的关系也不十分清楚。本研究拟在未来3年，对本申请人于2007和2008年在西南天山布设的GPS加密监测网进行两期复测，结合该区域其它GPS监测网资料，采用优化的地球物理模型和数据处理与正反演技术，精确确定西南天山逆冲-褶皱断层缩短速率、走滑断层滑动速率及闭锁状况、断层几何学特征与应力分配样式，深化认识断层活动与区域强震的关系，以及该区域应力应变累积状况，为区域强震趋势分析提供科学依据。

本课题在西南天山地区加密布设了65个GPS观测站，同时有效利用天山地区各类GPS观测网近700个GPS测站长达20年的观测成果，结合2003-2007年间的200多景SAR图像，采取层叠InSAR技术，获取天山地区三维运动速度场、应变场、喀什凹陷区域精细垂直形变场。同时利用二维弹性位错模型和最小二乘算法，求解西南天山地区三个主要的东西向逆冲推覆构造带和南北向走滑断层的滑移特征。结果表明：1）天山地区的构造运动呈西强东弱、南强北弱的特征，并且南北向的汇聚变形呈不均匀分布特征，天山压缩变形分布与历史大震发生具有一致性，有历史记录的7~8级大震多发生在主滑脱断层闭锁与蠕滑的交接部位。说明主滑脱断层闭锁使弹性应变集中于山盆过渡带地壳盖层内, 通过周期性大震活动释放, 天山整体上作为一个楔状弹性地块，整体抬升且向两侧持续扩展。2）天山地区的垂直变形整体上可表现为山体褶皱带隆升、盆地下降，垂直形变幅度在3mm/a以内。具体到喀什凹陷，其垂直变形具有明显的分界特征，以阿图什南翼断层、乌泊尔断层、塔里木盆地所围限的喀什坳陷区表现为1mm/a的垂直下沉，而喀什坳陷区的外围为隆升，幅度约为1mm/a，隆升速度由西往东逐渐减小，表明塔里木盆地基底与南天山及帕米尔高原交界的前缘界线分别为阿图什南翼断层及乌泊尔断层，柯坪推覆构造体内的垂直运动也表现为山体褶皱带隆升、谷地沉降，幅度约为1~-1.5mm/a；普昌断裂虽然横切柯坪推覆构造体，但普昌断裂两侧没有表现出明显的垂直运动。3）迈丹-喀拉铁克断裂带是一条主要的山前形变吸收带，起到了调节与分割天山地震活动的作用，但这种调节并没有自西向东均匀减弱，反而是中部区域的逆冲活动最为强烈，其汇聚速率达到了(13.9±0.6)mm/a；普昌断层的左旋走滑运动速率为2.9±0.6mm/a，具有控制柯坪塔格推覆构造分段性的重要作用，具有“类转换断层”的特性，由其分割的柯坪塔格东段的逆冲活动只有1~3mm/a，说明柯坪塔格东段调节山盆过渡带的变形量十分有限，与柯坪塔格并排的迈丹-喀拉铁克断裂吸收了塔里木向天山俯冲的大部分速率。4）通过天山地区构造应变场分析，最大剪应变的高值区主要集中在帕米尔高原与西南天山交汇地区，量级达到8×10-8/a，位于喀什坳陷北缘的南天山褶皱逆冲断裂带附近则达到4×10-8/a，说明该地质构造区域累积应变能，值得重点关注。