东亚地区现代地壳运动特征与构造变形

根据“中国地壳运动观测网络”首次发布的GPS观测结果以及国际地球自转服务中心在 2 0 0 0年发布的ITRF97下的站速度矢量和“东南亚地球动力学项目”GPS网的观测结果 ,讨论了东亚地区现今地壳运动和构造变形特征。在ITRF97参考系下 ,中国大陆东部现今地壳运动以向南东方向(12 0 130°)运动为主 ,量值平均为 35mm/a ,西部受印度板块向北东碰撞的影响 ,运动方向发生偏转 ,呈显北东—近东西向运动 ,但这种影响涉及的范围达到了准噶尔盆地北缘一线 ,说明碰撞型板块边界对板内变形的影响远大于俯冲型板块边界。平均来看 ,75 %以上的印度板块相对于欧亚板块间的南北向缩短是通过地壳增厚变形来吸收的 ,这意味着在调节整个青藏高原构造变形的过程中 ,逆断和地壳增厚起了主要的作用。东南亚块体总体上与欧亚板块的运动有所差异 ,相对于欧亚大陆有 10mm/a左右向东的运动。菲律宾板块南部向西的运动速度只有 2 4mm/a。包括华南地块在内的东南亚块体的运动不仅仅是与印度板块的碰撞过程有关 ,也应当与沿着东南亚块体东边界的俯冲过程有关。     

从GPS水平矢量场对中国及全球地壳运动的新认识

利用中国GPS矢量场和IERS公布的全球矢量场,对中国及全球地壳水平运动的状态进行了从全球到局部不同空间尺度的构造运动的描述和理解,其要点如下：①GPS矢量场定量地显示了中蒙构造区是全球大陆内变动最强的地区;②中蒙构造区（或中蒙次板块）内部可分出三级各具特色的构造区块、条块和地块;③中蒙西部区块呈大"",3条边缘带都是地壳厚度陡变带,是结构性地震带,控制了全球大陆内 2／3以上的 8级地震;④中蒙东部构造区块是挤压型和伸展型大陆边缘最典型地区,GPS矢量场展现了现今向东的伸展蠕散运动;⑤中国西部2001年在昆仑山发生的 8．1级地震与西部从GPS矢量场算得的视应变场中高应变带相关;⑥全球GPS矢量场揭示 N／S半球之间存在明显的运动不协调带,该带（B带）直接表现为13条左列的走滑兼挤压断裂带,该带控制的强震活动与环太平洋俯冲带（A带）控制的地震自1897年以来交替活动已有七幕。讨论提出：①全球 4个构造系（环太平洋构造系、洋脊构造系、北半球大陆高原构造系和环赤道构造系）是否与地球的 N／S半球、0～180°半球的双重非对称有关？②全球GPS矢量场所描述的板块运动可否作为约束推算地幔三维运动的表层条件？     

利用ITRF速度场计算中国大陆与周围板块的现今三维相对运动

利用几何大地测量监测数据考察某一岩石圈板块或块体的运动 ,目前的主要方法是选择某一相对稳定点或直接选择地固参考系作为运动参考系 ,计算被考察的板块或块体相对于该相对稳定点的运动或在地固参考系中的运动。显然 ,这种计算结果无法全面直观地表达被考察板块或块体的内部相对运动 ,以及周围板块或块体相对于被考察板块或块体的运动。文中首次尝试了直接选择被考察板块或块体即欧亚板块东南部块体作为参考块体 ,利用一种高精度的几何大地测量监测数据 ,即国际地球参考框架 (ITRF)速度场计算了欧亚板块东南部块体在ITRF参考系中的线性运动模型 ,从而建立了欧亚板块东南部块体的块体参考系 ,并在该块体参考系中计算欧亚板块东南部块体内部及周围板块现今三维相对运动 ,进而分析中国大陆及周围板块的现今相对运动规律 ,以及板块边界处板块的现今相对运动规律。     

亚洲板块运动欧拉参数的确定及其板内形变的分析

板块运动的欧拉参数是表征板块运动的最基本特征。地质模型和独立空间技术实测资料建立的ITRF序列模型都将欧亚板块视为一个整体,由于80%的台站集中在西欧,因此整个欧亚作为一个背景场来研究亚洲区域形变,不能真正反映亚洲板内形变。本文利用国际地球自转服务(IERS)发布的ITRF2000速度场,独立确定亚洲区域板块运动欧拉参数,进而分析亚洲区域现今板内形变,并与地质模型NNR-NUVEL1A和ITRF2000VEL模型得到的结果进行比较,揭示亚洲区域现今运动特征:中南部形变最大,向北逐渐减小,东西向拉伸,南北向收缩;亚洲东部地区相对于亚洲是一稳定的区域;另外亚洲西伯利亚地区不属于亚洲区域块体,而属于独立的稳定的欧亚构造块体,具有刚性块体特征。     

利用GPS数据反演青藏高原东北缘主要活动断裂滑动速率

GPS测量可以提供高精度的时空图像, 但前任对比研究尚未深入.通过使用线性球面块体模型理论, 在前人针对活动块体研究的基础上, 建立青藏高原东北缘地区三维块体几何模型.以1999—2007年的GPS水平速度场数据作为约束, 反演得到青藏高原东北缘的主要活动断裂长期滑动速率和广义海原断裂带的空间亏损滑动分布及其耦合变化.上述结果为青藏高原东北缘现今运动变形的动力学和强震中-长期危险性预测研究提供了约束和参考.      

中国大陆现今构造变形GPS观测数据与速度场

利用 1991— 1999年间 36 2个全球定位系统 (GPS)测站的观测资料 ,初步获得了中国大陆及周边地区现今地壳水平运动的统一速度场。该速度场主要涵盖青藏高原 ,天山 ,塔里木、川滇 ,河西走廊 ,福建东南沿海等重要构造活动区 ,测定精度总体优于 2～ 3mm/a ,速度场站点的分布和测定精度基本上满足中国大陆现今构造变形和动力学研究的需求。现代大地测量第一次比较全面、定量地展示出中国大陆在周边板块作用下大幅度构造变形的图像 ,为模拟大陆岩石圈动力过程提供了基础性的运动学约束条件。     

GPS技术应用于中国地壳运动研究的方法及初步结果

文中主要就中国利用GPS等空间测地资料研究地壳运动、构造变形 ,以及用于地震预测探索方面 ,从方法技术和近年来取得的一些初步结果进行了概要性论述。介绍了利用GPS技术资料研究地壳水平运动速度场、水平应变场、建立地壳运动模型等方法研究的进展。由GPS观测给出的地壳水平运动初步结果表明 :中国大陆现时水平运动在全球参考系中为整体向东 ,并兼有顺时针扭转运动。西部地区构造形变强烈 ,整个青藏块体及其边界带 ,以及新疆西部是应变值最高的区域 ,水平应变场主压应变优势分布方向为近NE向 ,空间差异显著 ,反映了印度板块碰撞推挤和青藏块体强烈构造运动的影响。中国大陆东部水平运动的差异性不显著。强震分布于地壳运动的大小、方向显著变化的区域 ,大地震通常发生在水平剪应变高值区或其边缘 ,尤其是与区域主干断裂的构造活动背景相一致的剪应变率高值区。     

全球构造运动与地球自转相关性的新证据

近20年来,国际地学界不同领域的学者应用多种先进的手段与方法,对现今地球各圈层的水平运动分别进行了长期观测与研究,揭示出地球不同圈层水平运动的基本规律,为全球构造运动与地球自转的相关性提供了新的重要证据。
对地球不同圈层水平速度矢量场的对比分析发现,现今地球各个圈层均存在速率量级不同的总体西向运动的特征,不同圈层的水平运动速度矢量场具有高度的相似性,且与地球自转密切相关;在中低纬度地区,各圈层西向速度矢量居主导地位;在中高纬度地区形成一些东向回流;速率大小与纬度存在统计相关关系,纬度愈小,速率愈大;岩石圈稳态水平运动速率在纬度φ=0°与φ=35°呈极大值。      

晋中盆地构造变形与地裂缝活动GPS监测分析

基于“数字地震网络工程”2007~2010年GPS监测数据,获取了晋中盆地现今地壳形变特征,并进一步利用椭球面块体应变模型研究了晋中盆地现今地壳应变场特征,据此分析了其与地质灾害发生的内在关系,揭示了盆地内地质灾害多发的成因.研究结果表明:晋中盆地现今地壳整体朝南东向运动,在盆地中部清徐—太谷区域表现出明显的拉张运动;晋中盆地现今地壳应变场整体以NW-SE向拉张为主,其中清徐—太谷、介休是应变高值区也是地震、地裂缝灾害多发区,最大主张应变量达1.8×10-6/a,且区域拉张应变方向与地裂缝呈近似垂直关系,进一步证实了晋中盆地地裂缝的强构造属性.     

中国岩石圈构造单元

笔者根据地壳表层构造与深部构造相结合原则,提出岩石圈构造单元划分应遵循的6条原则。根据地质和地球化学,特别是地球物理场所显示的特征,以贺兰山—川滇南北构造带为界,初步把中国大陆及邻近海域划分为中亚岩石圈构造域和东亚岩石圈构造域2个一级岩石圈构造单元,并进一步划分出6个二级构造单元:西域岩石圈块体、青藏岩石圈块体、松辽岩石圈块体、华北岩石圈块体、华南岩石圈块体、南海岩石圈块体,分别阐述了它们的地质、地球物理、地球化学主要特征。最后,就岩石圈构造单元划分的几个问题进行了探讨,提出一些看法。     

中国及邻区重力特征与块体构造单元初划

以重力资料为基础,结合其分析结果和区域地质构造现象,以及前人研究成果,在总结中国海陆地质地球物理系列图编制项目组和前人对中国岩石圈三维结构宏观特征研究成果基础上,将块体构造理论应用于解释中国海陆宏观大地构造格架,并将其划分为3个构造域和20多个块体。对3个构造域及块体构造单元特征进行了分析,指出印支运动使中国岩石圈应力场发生了根本性变化,并为现今宏观大地构造格局的形成创造了条件。     

统一构造理论初探

以地球系统科学为指导思想,提出统一构造理论的新观点和理论基础,初步建立了理论体系框架。提出统一引力场表示理论,用Ｎｅｗｔｏｎ位算子将地球内、外扰动引力场统一。通过对地球不同圈层水平速度矢量场的对比分析,提出不同圈层的水平运动速度矢量场具有高度的相似性和统一性,且与地球自转密切相关的认识。根据观测数据,探讨板块的统一动力源。研究了幔柱构造特征,提出地幔热柱构造的动力学模型。利用积分关系法求出地表热流与岩石圈厚度的关系,提出大陆岩石圈的统一热模式和大陆地表热流经验关系式。     

青藏高原东缘旋转变形机制的数值模拟

在印度板块与欧亚板块的碰撞作用下,青藏高原受到华南块体、鄂尔多斯块体等不同程度的阻挡,引起高原的整体隆升。青藏高原东南缘发生物质向南"逃逸",青藏高原东缘现今的地壳运动表现为围绕青藏高原东构造结发生顺时针的旋转。针对青藏高原东缘的旋转变形特征,基于以大型活动断裂为界的块体构造模型,利用粘弹性接触单元有限元模拟,分析了控制青藏高原东缘旋转变形的动力学环境,模拟的GPS速度与实测GPS速度能够较好的地吻合,构造应力场分布特征和活动断层的性质也能够较大程度地吻合,模拟过程采用的边界及其代表的动力学环境表明,青藏高原东缘整体受控于印度板块的持续碰撞和稳定的华南板块的阻挡,在下地壳的拖曳和重力作用下,青藏高原物质从南部边界"逃逸"。在"逃逸"过程中,受印度板块斜向俯冲作用的影响,沿实皆断裂缅甸板块对巽他板块的剪切拉升作用是形成围绕喜马拉雅东构造结的旋转运动和地壳变形的重要因素,也是青藏高原东南缘旋转活动构造体系的主要影响因素之一。     

GPS观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约

活动断裂的滑动速率是晚第四纪构造变形的定量描述 ,是制约和研究现今大陆动力过程的重要基础数据。地震地质学研究给出主要活动断裂的长期和平均运动水平 ,横跨断裂的GPS观测能够提供断裂的现今滑动速率。文中利用重大科学工程“中国地壳运动观测网络”的 10 0 0多个GPS观测站的复测数据 ,计算中国大陆主要活动断裂的现今滑动速率。发现主要活动断裂的GPS滑动速率与晚第四纪滑动速率在运动方式和运动量上是大体一致的。从GPS观测到的断层滑动速率来看 ,中国大陆的大多数活动断裂的速率都在 10mm/a之下 ,而没有类似于板块边界的大于 2 0 30mm/a的滑动速率。这种现象意味着整个中国大陆的构造变形可能是分布式的 ,而不是仅仅集中在少数几条大型活动构造带上 ,沿主要活动断裂的刚性块体滑移可能不是构造变形的主要方式。现今构造变形的分块运动图像可能只是脆性上地壳的变形方式 ,中下地壳和上地幔的运动则以连续变形为特征 ,从下部驱动脆性上地壳的变形和运动 ,使得上部地壳的变形既表现出分块特征 ,又发生块内的变形。“连续变形”理论模型能够更好地描述大陆内部的构造变形。     

大凉山次级块体的整体抬升和逆时针转动

大凉山次级块体现今仍处于强烈隆升状态,周边地震活动频繁,对研究青藏高原东缘晚新生代以来的构造变形和隆升方式具有重要意义。本文基于90 m 分辨率的SRTM 数据,对大凉山次级块体及周边地区的高程进行了200 m 间隔的地形重分类,计算了地形起伏度、坡度及横跨主要断裂的廊带剖面,统计对比了该块体和相邻块体之间的高程-坡度分布。结合地震活动、大地电磁测深剖面、GPS 速度场和地质剖面,发现大凉山次级块的整体高程较高、地形较平坦,向四川盆地阶梯式下降。以安宁河断裂与则木河断裂交汇处为界,块体北部和南部的地形地貌差异较大。北部存在大量挤压抬升,南部挤压分量减少,走滑分量有所增加。在四川盆地和川滇块体的挟持下,大凉山次级块体在南东向运动时,以自身的逆时针旋转变形取代了块体内部的结构破坏和差异隆升,实现北部挤压至南部拉张的构造变形转换和整体抬升。     

环青藏高原构造形变场的数值模拟研究

本文综合论述了环青藏高原地区主要断裂活动性及其内部构造块体运动状况两方面的构造形变场特征，并将其置于 青藏高原这个完整的地球动力学环境体系中，在建立青藏高原构造动力学模型式的基础上，用离散元法模拟分析了环青藏高原地区上述两方面的构造形变场特征。     

中国岩石圈动力学概要

本文是1:400万“中国及邻近海域岩石圈动力学图”说明书的节要。它对我国现今活动着或在新生代活动过的地质和地球物理作用过程作了综合概括,重点是板内现象,并从板块构造作用基本过程上对它们加以解释。 中国的岩石圈很不均匀。其动力学涉及8个活动亚板块和有关的17个构造块体的性质、它们的相对运动和构造应力场、以及新构造变形的特征。阐明了我国岩石圈现今运动和变形     

对东应和太平洋北西部之间过渡带构造的新探讨

通过对东亚和太平洋西北部之间过渡带构造资料的详细分析,得出如下结论,边缘海和岛弧的起源可能只是由于一种很普通的机制。这种机理就是地球自转速度的变化。地球物质的特性与流变体类似,这使得地球保持的形态看起来很象旋转椭球体的形态。然而,由地球自转速度的变化可以导致物质块体的运动。自转速度的减慢增加了大陆板块在地幔下层的压力,在这种情况下,大陆板块就从大陆边缘的下面被向上置换,并由于惯性能的积累,而使其运动速度超过已经减慢了的东     

青藏高原巴颜喀拉地块构造形变特征的数值模拟

1997年以来发生在青藏高原主体的一系列强震均围绕巴颜喀拉地块周缘断裂带分布。在现今GPS观测的约束下,利用弹塑性平面应力有限元模型,模拟分析了巴颜喀拉地块在周缘断裂带控制下的构造形变特征。结果表明,弹性模型不能解释现今利用GPS观测到的巴颜喀拉地块的构造形变特征,当昆仑山断裂带中段和玉树—鲜水河断裂带处于塑性屈服状态(有较大相对滑动)时,计算得到的速度场与GPS的观测值吻合较好,表明该区现今的地壳运动主要被这2条断裂的变形所吸收。进一步的模拟分析发现,如果依据断裂带上强震的复发周期给定各个断裂带的相对塑性屈服强度,则在玉树—鲜水河断裂带和东昆仑断裂带中段进入塑性屈服之后,玛尔盖茶卡—若拉岗日断裂带玛尼段和黑石北湖断裂带会先后进入破裂滑动状态,东昆仑断裂带东段和龙门山断裂带南段最后进入屈服状态,指示巴颜喀拉地块的整体运动在周缘断裂带控制下具有分段性和分期性。     

大陆岩石圈解耦及块体运动讨论——以青藏高原—川滇地区为例

块体构造理论的发展不断地深化着人们对现今大陆岩石圈运动 ,尤其是大陆强震的孕育和发生规律的认识。块体底部边界的构造性质是块体运动的核心问题之一 ,同时也是块体构造理论研究中的薄弱环节。确定块体底部边界的岩石物理性质是利用地球物理方法探测和识别块体底部边界的前提。文中依据现代实验岩石学、实验岩石物理学、地球物理学、地质学等的研究成果 ,对块体底部边界之成因属性和岩石物理性质进行了分析。将大陆块体划分为两种基本类型———地壳型块体和岩石圈型块体。地壳型块体是由大陆上部地壳所构成的“薄板” ,壳内软弱带的顶面为其底部边界和潜在的解耦带。岩石圈型块体在岩石圈尺度上是力学耦合的 ,以上地幔软流圈的顶面为其底部边界。壳内软弱带具有垂直方向低速和各向异性的基本特征 ,联合多种地震测深方法有望确定块体的底界。在现今构造活动区内 ,地壳型块体的潜在解耦带可能由壳内部分熔融带承担。青藏高原南部—川滇地区 2 0 35km的深度上广泛存在低速带。地热、岩石学、实验岩石学和模拟均显示该地区的低速带具有部分熔融的成因属性。块体沿着该壳内低速层与下伏地壳发生某种程度解耦。