甘肃省自然科学基金项目《连续GPS观测研究甘肃东南部区域现今地壳垂向变形特征》简介

青藏高原及周缘GPS水平速度场（2009~2019），选用ITRF2014全球参考框架，同时移除研究区的相对于全球框架下的东西向平移分量获得新的参考框架，以确保新的框架平移原点位于柴达木盆地和祁连山附近，移除平移量的参考框架可以更好地揭示出印度板块与欧亚板块碰撞的相对运动，在青藏高原内部形成的地壳形变场的运动学状态，可以发现东亚地区（鄂尔多斯块体以东地区到华北、阿穆尔板块）在新的框架下向南运动，而西喜马拉雅地区到帕米尔高原直到南天山地区，整体向北运动，因此在两者之间产生了南北向的大型右旋剪切运动，而这一运动正是目前青藏高原整体以喜马拉雅东构造结为中心产生的巨型旋转运动，用此参考框架可以进一步清晰地描述青藏高原及周缘内部变形特性。

位于甘肃省东南部的青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间相互作用形成六盘山逆冲造山带，在这一框架下鄂尔多斯地块向南运动，与东北缘的兰州陇西地块碰撞，形成一个巨型的右旋剪切带，向南交汇于甘肃东南部的武都-文县-碧口一带，与龙门山断裂带相接；而东侧从整体上鄂尔多斯与华南地块相对运动较小，地壳缩短与增厚主要发生在西秦岭-松潘构造结一带。在2009-2019速度场水平方面可以很好揭示出2008年汶川地震的震后变形，表明目前龙门山地区存在显著的地壳缩短和地壳增厚，汶川县城东侧的流动GPS站点表明现今龙门山隆升速率达到13mm/a；在六盘山地区，由海原断裂左旋走滑转换为六盘山逆冲运动中，GPS速度场揭示出现今六盘山水平向相对运动分量较小，水平分量跨整个六盘山地区，有1~2mm/a的隆升。

（1） 甘肃东南部区域现今地壳垂向变形特征

甘肃省东南部的垂向速度场揭示出六盘山具有显著的快速隆升过程，表明现今青藏高原东北缘局部山脉和区域处于快速地壳缩短，并且转化为山脉隆升，在没有同震等影响，GPS站点垂向速率较为稳定，区域隆升具有稳定性。另外，龙首山、合黎山北部低海拔地区也呈现出一个地壳抬升速率较高的区域，表明现今青藏高原北东向推挤向外部扩展，以及扩展到河西走廊北部、阿拉善西部的巴丹吉林沙漠地区。

（2） 西秦岭－松潘构造结地貌演化与GPS速度场的变形关系

研究结果表明若尔盖－红原盆地北侧及东北侧下地壳的黏滞系数小于东侧及东南侧，下地壳流具有向NE低黏滞系数区流动的趋势，进而推测下地壳流从青藏高原扩散过程中经过西秦岭－松潘构造结时在东南侧遇到黏滞系数较大的四川盆地的阻隔， 进而开始快速的造山运动， 下地壳流转而往黏滞系数较低的NE向运动时，带动脆性的上地壳一起向坚硬的鄂尔多斯地块、阿拉善地块方向运动，受到远程效应在区域内缓慢造山，形成了现今的3km等高线和2km等高线的阶梯弧形地势展布。

同时，下地壳流向NE的扩散导致西秦岭形成一系列向NE凸出的断裂，且具有明显的逆冲性质，如临潭－宕昌断裂等，并在东侧产生NS向或NE向的逆走滑断裂，如岷江断裂和哈南－稻畦子断裂等；更南侧发育具有右旋性质的NE向断裂，如龙日坝断裂和龙门山断裂。较好地解释了该区域造山运动过程、弧形等高线分布及“V“形断裂展布的发育。并且，GPS数据揭示的现今地表运动方向与黏滞系数反演的下地壳历史演化方向一致， 说明下地壳与上地壳可能具有良好的耦合特征。

（3） 甘肃省东南部主要断裂的地震危险性分析

反演获得的香山-天景山断裂滑动速率为1.746 ±1.78 mm/yr，而地质学结果揭示的晚第四纪左旋走滑速率为1.62-5.18mm/a（李传友，2005；尹功明等，2013；Guo et al., 2016）；反演获得的海原断裂滑动速率为4.159±1 mm/yr，而Li等人(2009)通过地质学结果揭示的晚第四纪左旋走滑速率为3.5-5.5mm/yr；反演获得的六盘山断裂滑动速率为2.602±1 mm/yr，而邓起东等人(1989)通过地质学结果揭示的第四纪水平滑动速率为1-3mm/yr，垂直滑动速率约为0.9 mm/yr；反演获得的西秦岭北缘断裂滑动速率为2.012±0.350 mm/yr，而李传友等人(2007)通过地质学结果揭示的晚第四纪左旋走滑速率为2.1-2.8mm/a。块体模型反演的其他断裂的滑动速率与地质学结果有些微的差别，可能是因为约束块体模型用的GPS数据是近十几年的地壳运动数据，而地质学结果揭示的大部分是活动断层长期的平均滑动速率，但总体来说结果基本吻合。

分析闭锁程度三维分布，西秦岭北缘断裂中西段的部分区域处于强闭锁状态，闭锁深度约在12km左右，结合大地震破裂空区判定图，西秦岭北缘断裂中西段强闭锁区域基本对应西秦岭中西段地震空区。同时结合历史地震发现此段，历史地震较少。同时，经过块体模型反演的六盘山断裂中段的部分区域处于强闭锁状态，闭锁深度约在15km左右，具有较强的地震危险性，断裂两侧的闭锁深度在10km左右。海原断裂西北段区域存在强闭锁状态，该区域在深度10km-15km以上区域处于完全闭锁装状态，15km以下闭锁程度开始逐步减弱。结合大地震破裂空区判定图，海原断裂西北段强闭锁区域基本对应天祝-大靖地震空区。并且，观察海原断裂中段可以发现该段基本处于蠕滑状态，仅在地表闭锁，可能是因为1920年发生海原M8.6地震释放能量，因此该段现在还未完全重新耦合。最终得出，海原断裂西段、西秦岭断裂中西段和六盘山断裂西北段等区域处于强闭锁状态，以上区域的地震危险性大于甘肃省东南部的其他区域。

同时，根据反演获得的断裂震间滑动亏损速率，以及该断层的大震离逝时间，定量评估该六盘山断裂目前潜在的最大地震震级为Mw6.0，西秦岭北缘断裂目前潜在的最大地震震级为Mw6.1。