塔 拉 陈阜超 韩月萍

1)中国地震局第一监测中心，天津 300180

2)武汉大学，武汉 430070

利用水准资料研究天津地区沉降动态特征*

塔 拉1)陈阜超1，2)韩月萍1)

1)中国地震局第一监测中心，天津 300180

2)武汉大学，武汉 430070

利用1998—2006年天津地区水准观测资料，对该区地面沉降运动进行研究，结果表明:天津地区沉降特征表现为北弱南强，以39.3°N为界，以北地区沉降幅度非常小，以南地区沉降幅度较大;1998—2002年，中部偏东地区为沉降速率的高值区，2002—2004年该区沉降速率明显减缓;2004—2006年沉降速度加大。

天津地区;水准资料;误差分析;地面沉降;动态特征

1 引言

天津市位于华北平原东北部，北靠燕山山脉，东临渤海，地势为北高南底。大地构造上位于华北地台东北部的冀渤断块坳陷(渤海湾裂谷盆地)的中北部和燕山断块隆起的南部［1］。

由于天津地区多年来地下水的过量开采，引起地面沉降［2］。为了监测地面沉降，于1985年开始实施的水准测量项目已取得了一批珍贵的观测资料。利用这些观测资料，多位学者开展了深入研究并取得了丰硕成果［3－5］。但上述研究主要基于一些点位的时间序列分析，对全区域的地面沉降动态特征研究尚显不足。为此 ，本文利用1998—2006年天津地区水准测量资料，构建地面沉降的连续分布模型，研究该区平均沉降特征及分段变化结果。

2 资料处理

图1为公共测点分布情况，表明研究区测点分布不均匀，北部测点较稀疏，南部较密集。

资料处理以宝坻原点为起算点，采用经典自由网平差方法进行平差计算，再经过水准网整体平差计算，得到统一起算基准下的各期水准数据［6－8］。根据1992—2007年华北北部地区和天津市地面沉降水准测量数据，采用拟稳平差方法计算得到的宝坻原点垂直运动速率为－0.13±0.48 mm/a。

图1 1998年以来天津地区水准测点分布Fig.1 Distribution of leveling points in Tianjin region from 1998

3 1998—2006年天津地区整体沉降特征分析

图2为研究区1998—2006年垂直运动矢量图和等值线分布图(420个测点速率的平均误差为1.3 mm/a)。

从图2(a)可以看到，天津南部地区水准点年沉降量明显大于北部地区，天津市中部地区的水准点年沉降量明显小于东西两侧地区。

从图2(b)可以看出，以39.3°N为界，以北地区沉降幅度非常小，以南地区存在较大幅度的沉降，其中津南区南部的北义新庄地区最为明显，最大量值可达－60 mm/a;武清至宁河间也存在一定幅度的沉降，表现为该区东西两侧沉降速率明显大于中部，量值在 －20 mm/a左右。39.0～39.3°N 之间的沉降特征同样表现为中部沉降量值小于东西两侧，比如(117.5°E，39.2°N)附近测点的垂直运动速率明显弱于东西两侧。

4 1998—2006年天津地区分段沉降特征分析

为分析天津地区近年来地面垂直运动的动态特征，图3给出了分期计算结果。

图3(a)显示，宁河地区和津南区南部地区的沉降速度明显大于其他地区，宁河地区最大沉降速率为－60 mm/a，津南区南部地区为－50 mm/a。从图3(b)可以看出，宁河地区的沉降幅度至2000年以来继续加大，最大沉降速率高达－80 mm/a，同时沉降范围也向西侧的武清地区扩张;津南区的南部地区依然是沉降较明显地区，沉降速度保持在－40 mm/a。图3(c)显示出津南区的南部地区具有较为稳定的沉降速率和沉降范围，最大沉降速率仍为－50 mm/a，宁河地区的沉降幅度有了较大的调整，最大沉降速率减小到－30 mm/a。图3(d)显示，津南区的南部地区沉降速度依然大于北部地区，而天津中部地区的沉降速率明显小于宁河和武清地区。

图2 1998—2006年天津地区垂直运动Fig.2 Vertical movement results in Tianjin region from 1998 to 2006

考虑到研究区域测点分布不均匀，采用数据拟合推估方法得到的等值线图可能存在失真成分，图4给出了与图3对应的相同时段的矢量图。结果表明，图4(a)和图4(b)的天津中部偏东地区的沉降速度明显大于图4(c)和图4(d)，图4(b)尤为明显。仔细观察图4(b)，可以发现中部偏东地区的沉降速率为该时段最大，与图3(b)分布特征一致。

图5为利用2004、2005和2006年共1 083个测点得到的垂直沉降结果。通过研究图5(a)的测点垂直运动矢量特征可以发现，自39.5°N开始测点沉降速率越往南量值越大。图5(a)和图4(d)均为2004—2006年的结果，前者的数据个数比后者多2倍有余，但通过对比图3(d)和图5(b)可以发现二者差别不大，反映出的沉降分布特征基本一致。

5 结论

1)天津地区沉降分布总体表现出北弱南强的特点，以39.3°N为分界线，以北地区沉降幅度非常小，以南地区存在较大幅度的沉降，尤其在津南区南部的北义新庄地区最为明显;

图3 1998—2006年天津地区垂直运动分段计算结果Fig.3 Segmentation results of vertical movement in Tianjin region from 1998 to 2006

图4 1998—2006年天津地区垂直运动分段速度矢量分布Fig.4 Vector results of vertical movement in Tianjin region from 1998 to 2006

图5 2004—2006年天津地区垂直运动结果Fig.5 Vertical movement results in Tianjin region from 2004 to 2006

2)分段垂直沉降结果除表明北弱南强特征外，在宁河地区存在动态调整，其中1998—2002年表现为沉降速率的高值区，2002—2004年结果表明该区沉降速率明显减缓。据文献［9］，该区年开采地下水总量呈减少趋势。本文研究得到的的沉降动态演化特征对此有较好的反映。

1 天津市地质矿产局.天津市地质环境图集［M］.北京:地质出版社，2007.(Tianjin Municipal Bureau of Geology and Mineral Resources.Atlas of geological environment in Tianjin city［M］.Beijing:Geological Publishing House，2007)

2 胡惠民，等.地下水位变化引起的地面形变［J］.地震学报，1981，3(3):276 － 282.(Hu Huimin，et al.Ground surface deformation caused by The change of ground water level［J］.Acta Seismologica Sinica，1981，3(3):276 －282)

3 郭良迁，等.天津地区的垂直形变与构造活动研究［J］.大地测量与地球动力学，2009，(5):1 －5.(Guo Liangqian，et al.Vertical deformation and tectonic activity in Tianjin area［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2009，(5):1 －5)

4 周海涛，等.天津地区地壳垂向形变(GPS)与文安地震［J］.大地测量与地球动力学，2010，(5):32 －37.(Zhou Haitao，et al.Wenan earthquake and vertical crustal deformation(with GPS)in Tianjin area［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2010，(5):32 －37)

5 陈阜超，等.京津水准复测与垂直形变特征［J］.华北地震科学，2011，29(2)31 － 34(Chen Fuchao，et al.Repetition leveling and vertical deformation characteristic of Beijing-Tianjin region［J］.North China Earthquake Sciences，2011，29(2):31－34)

6 武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础［M］.北京:测绘出版社，1996.(Wuhan University of Science and Technology of Surveying and Mapping，Surveying Adjustment Teaching and Research Section［M］.The foundation of survey adjustment［M］.Beijing:Surveying and Mapping Publisher，1996)

7 於宗俦，鲁林成.测量平差基础［M］.北京:测绘出版社，1978.(Yu Zongchou and Lu Lincheng.The foundation of survey adjustment［M］.Beijing:Surveying and Mapping Publisher，1978)

8 武艳强，等.利用最小二乘配置在球面上整体解算GPS应变场的方法及应用［M］.地球物理学报，2009，52(7):1 707 － 1 714.(Wu Yanqing，et al.The application and method of GPS strain calculation in whole mode using leastsquares collocation in sphere surface［J］.Chinese J Geophys.，2009，52(7)，1 707 －1 711)

9 董克刚，等.天津地面沉降区地下水资源超采和涵养恢复阈值的讨论［J］.地下水，2010，32(1):30 －33.(Dong kegang，et al.Threshold of ground water over-exploitation and conservation-restoration in Tianjin land subsidence area［J］.Ground water，2010，32(1):30 －33)

致谢 衷心感谢武艳强副研究员的大力帮助!

RESEARCH ON DYNAMIC CHARACTERISTICS OF LAND SUBSIDENCE IN TIANJIN USING LEVELING DATA

Ta La1)，Chen Fuchao1，2)and Han Yueping1)
1)First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin300180
2)Wuhan University，Wuhan430070

We use the leveling data from 1998—2006 to analyze the dynamic characteristics of land subsidence in Tianjin.The results show that the land subsidence is larger in south of Tianjin than that of north，which the subsidence rate is very small from north boundary of Tianjian to 39.3°N，and the subsidence rate is large from 39.3°N to the south boundary.The results of multi-section reveal that the subsidence rate is large in the east region of middle Tianjin from 1998—2002，while it decelerates from 2002—2004 and it increases from 2004—2006.

Tianjin region;leveling data;error analysis;land subsidence;dynamic characteristic

P315.72+5

A

1671-5942(2013)05-0011-05

2012-12-19

中国地震局地震科技星火计划(XH13037Y);中国地震局地震行业科研专项(200908028)

塔拉，男，1976年出生，工程师，主要从事大地形变监测和地震工程工作.E－mail:tala333@163.com