川滇块体东边界主要断裂带现今运动特征分析

基于2009年以来的GPS观测数据,利用块体模型和GPS剖面方法分别计算川滇块体东边界主要断裂带的滑动速度,并结合跨断裂带的区域应变时间序列分析断裂带现今的运动特征。结果表明:从速度场变化来看,2013—2015期的速度场在川滇块体东北部有东向增加的微弱变化;从滑动速率结果来看,鲜水河北段的左旋走滑运动有所增强,拉张运动有所增加;小江断裂带的左旋走滑运动普遍有微弱的增强;从去掉线性的区域应变时间序列结果来看,小江断裂带南段主张应变在2014年底出现了趋势性转折,值得进一步关注。     

活动断裂带构造变形定量分析

为了把较高空间分辨率区域的GPS观测资料用于强震地点预测,提出了活动断裂带构造变形定量分析方法. 该方法主要通过沿断裂带主断层线两侧划分若干形变单元,求解各单元的几何变形和相对错动参数等,定量估算断裂带各分段滑动及应变速率;进一步基于断裂带整体变形的协调性,确定可能存在的异常段及其性质和程度. 利用1991——2001年GPS速度场资料对川滇块体东边界带的实例分析显示, 则木河-小江断裂的冕宁-宁南-东川一带,为主断层活动相对闭锁而左旋剪应变积累速度较高的异常段.      

基于GPS资料研究云南地区地壳形变动态特征

基于1999—2007年和2011—2013年2期云南地区的GPS速度场资料,结合最小二乘配置方法给出了2个时段应变参数和GPS速度剖面结果,综合分析了汶川8.0级地震前后云南地区地壳变形动态演化特征。GPS速度场动态演化结果表明:整体上GPS速度场方向从川滇块体南部的南向逐渐转为滇南块体的南东向,块体边界断裂带附近存在明显的相对运动特征。相比于1999—2007年,点位更加密集的2011—2013年GPS速度场结果还反映了断裂带分段变形特征;在滇南块体及周边地区,南东向的运动有显著的增加。应变参数动态演化结果表明:整体上呈现"中部拉张、两端挤压"的特点;区域变形(剪切、拉张或挤压)的分布特征与区域主要断裂带的背景运动及变形特征密切相关;相比于1999—2007年,2011—2013年的拉张变形区有所扩大,并且有向东和向南扩展的趋势;川滇块体东边界(小江断裂带)整体的挤压变形已经不再显著,主要集中在小江断裂带北段靠北的区域。跨断裂带GPS速度剖面结果显示:小江断裂带左旋滑动速率从北向南逐渐减小(由10 mm/a减至5mm/a),北段变形宽度较宽;红河断裂带右旋滑动速率约为4 mm/a,变形宽度较宽;动态结果表明,汶川地震对2条断裂带变形模式影响较小。     

川滇地区重力场与深部结构特征

川滇地区地处青藏高原东缘强烈变形区,区内的龙门山断裂带、安宁河断裂带与鲜水河断裂带构成了华南块体、川滇块体与松潘-甘孜块体的重要分界.为研究川滇地区深部地壳结构特征,本文利用布格重力数据,并应用小波多尺度分析方法对重力场进行了分离,进而对该区地壳介质密度结构进行了分析.研究结果表明:川滇块体与松潘-甘孜块体中上地壳密度...     

川滇地区活动地块现今地壳形变特征

利用川滇地区1998～2002年间200多GPS点位的多期复测结果, 将川滇地区分为9个次级活动块体, 计算了各个活动块体的欧拉旋转矢量和主要活动断裂的运动速度, 并分析了该地区的应变场特征. 结果表明, 川滇地区的地壳运动速度具有北强南弱、西强东弱、以菱形块体为主顺时针旋转的特征; 菱形块体外各个块体运动速度大幅衰减; 与地质结果的差异表明, 川滇菱形块体的现今地壳运动由北往南逐渐增强; 青藏高原物质的侧东向挤出在滇中块体南部明显下降, 而丽江—小金河断裂带的吸收作用并不明显; 川滇地区以压应变为主,四川石棉和云南新平一带出现的应变集中地区也许具有发生中强地震的可能性.     

巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、形变特征及构造意义

基于活动块体的基本概念,综合对研究区内活动断裂带空间展布、地震活动性等资料的分析将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉块体（I）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（IV）等4个一级块体.利用GPS形变场、地球物理场等资料结合F检验法,将巴颜喀拉块体划分为阿坝（I₁）、马尔康（I₂）和龙门山（I₃）3个次级块体,将西秦岭块体划分为岷县（IV₁）和礼县（IV₂） 2个次级块体.利用分布在各个块体内部的GPS测站,计算各活动块体及块体边界断裂带的运动变形特征.结果表明：各活动块体的整体运动包括平移和旋转运动;东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率;巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋拉张的特性;走向北东的边界断裂带,除成县—太白断裂带外,均表现出右旋走滑兼挤压的活动特征.巴颜喀拉块体的东向运动存在自西向东的速度衰减,衰减主要被龙日坝断裂带和岷江断裂带分解吸收,其中龙日坝断裂带的水平右旋分解非常明显,约为~4.8±1.6 mm/a,岷江断裂带的水平分解较弱.龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县等次级块体分成南、中、北三段,龙门山断裂带中段上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率,其北西侧变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,表明其在震前已经积累了较高的应变能,有利于发生破裂滑动.汶川地震后,地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲运动为主,逐渐转为逆冲兼走滑的特征可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关.马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带低应变率、强闭锁的特征都决定了汶川地震前龙门山断裂带低滑动速率的运动特征.     

川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模型研究

通过分析中国地壳运动观测网络的GPS数据得到川滇地区地壳水平运动速度场 ,由此划分活动块体并分析其运动特征。结果表明 :相对欧亚板块 ,滇中、雅江和中甸次级块体的顺时针转动速率分别为 0 37°± 0 16°/Ma ,0 84°± 0 39°/Ma和 0 90°± 0 39°/Ma ,造成块体间跨木里弧形断裂带约 3mm/a的SN向挤压、丽江 -大理断裂带约 4mm/a的EW向拉张和理塘断裂带约 6mm/a的近EW向拉张。鲜水河断裂带左旋走滑速率 8～ 10mm/a ,安宁河 -则木河 -小江断裂带左旋走滑 5～6mm/a。龙门山断裂带没有明显的地壳消减 ,而断裂带西北约 15 0km处有一形变速度阶跃带 ,右旋走滑速率 4～ 5mm/a。阶跃带两侧的岷山块体和阿坝地区逆时针转动速率分别为 0 13°± 0 0 8°/Ma和0 5 3°± 0 19°/Ma。鲜水河 -小江断裂带以南、以西地区 ,青藏高原物质的E向挤出和重力滑塌造成川滇块体东移 ,在东部相对稳定的华南地块的阻挡下 ,川滇块体沿鲜水河 -小江断裂带由东转向南运动 ,从而引起川滇块体内部各次级块体的顺时针转动     

青藏块体东北缘近期水平运动与变形

利用青藏块体东北缘地区13、1年GPS观测资料，给出了本区地壳水平运动速度场及视应变场分布图，提出了由位移观测值直接求解块体旋转和变形参数的方法，初步研究了本区构造块体运动与变形特征.结果表明：①本区存在整体性向东-东南方的运动(速率约mm/a)；②南部的甘肃-青海块体的运动较快，而北部的阿拉善块体的运动较慢，二者运动速率相差近6mm/a，祁连-海原断裂带左旋走滑运动显著.③自西向东存在北北东-北东东向压性运动；④阿拉善块体、甘肃-青海块体内部存在北西西向张性变形，阿拉善块体的整体张性变形更显著，鄂尔多斯块体西侧的块体交接地带为压性运动.     

川滇块体及周边区域现今震源机制和应力场特征

利用CAP（Cut and paste）方法获取了川滇块体及周边区域2007年8月至2013年4月75次3.5级以上中等地震的震源机制解,结合哈佛大学历史地震震源机制解,分析了震源机制解和震源深度的空间分布特征,并探讨了其构造动力学背景。结果表明：1）川滇块体各不同断裂带、块体内部各次级块体之间、块体内外表现出不同的震源机制解空间分布特征,揭示出位于青藏高原东南缘的川滇块体及周边地区应力场的非均匀性;2）研究区各主要断裂带所反映的与构造背景作用一致的震源机制分布特征表明,川滇块体及周边近期断层破裂方式主要受到各个断裂带的构造活动以及次级块体之间相互作用的控制;3）丽江-小金河断裂带上特殊的震源机制特征和发震应力轴的分布特征,进一步证实了丽江-小金河断裂带对高原逃逸物质的抵挡和屏蔽的作用;4）震源深度分布特征表明,川滇块体及周边地震震源深度主要分布于15km的上地壳,优势分布在5～15km的范围,揭示出研究区的地壳脆性孕震层位于5～15km的上地壳。     

川滇地区强震活动分布特征及其与地壳块体构造背景关系的研究

研究了川滇地区强震活动分布特征及其与地质构造背景，重点是与川滇、川青地壳块体的关系，认为: ①川滇强震主要集中分布在川滇和川青两个地壳块体. 其外侧的中强震活动也明显受这两块体向南东方向滑移侧压的影响；②川滇和川青块体的强震主要分布在边界断裂带上. 块体内部的活断层上也有一些强震或中强震发生. 规模较大的也许是划分次一级块体的边界；③也确有个别强震与活断层关系不明显，表现出地震与地质构造关系的复杂性；④这两块体各边界带的地震活动性，包括盛衰交替性有一定程度的相关性，但也各有特点. 川滇块体东带7级以上地震比西带的多，且最大地震强度达8级，而西带的中强震频度高于东带. 东带的b值低于西带. 无论是地质证据，还是近年GPS观测资料都表明，东带左旋走滑速率都大于西带右旋走滑速率. 川青块体的西边界鲜水河带的地震活动性总的来说高于东边界松潘、龙门山带，且震级越高，差异越大. 前者的b值低于后者. 说明块体各带介质的不均匀性或应力状态是有所不同的；⑤ 川滇和川青块体的边界断裂带在地壳深部速度结构上都有异常变化. 多数边界断裂带切割了莫霍面，尤以倾滑为主的龙门山断裂带切割得最明显. 典型的走滑型鲜水河断裂带虽无切割莫霍面的明显迹象，但确在不同深度上都是明显的低速异常带.      

川滇地区活动块体边界断裂现今运动和应力分布

基于川滇地区活动块体划分及断裂构造现有认知,文中构建了包含块体主要边界断裂的二维有限元接触模型,利用1991—2015年长期GPS观测结果,采用"块体加载"方法模拟块体边界带现今的运动,得到了断裂滑动速率和应力分布.结合震源机制解、地震活动性等资料,对川滇地区大型左旋走滑断裂带滑动速率分配、传递与应力转换的关联,局部区域正断型震源机制解的构造机制以及红河断裂南、北段地震活动性差异的可能成因进行了初步探讨.主要结论包括:1)东昆仑断裂带和鲜水河-小江断裂带的左旋走滑由NW向转变为近SN向,断裂强烈转折区吸收了部分走滑分量并转化为应变积累,呈高应力分布特征.2)受小江断裂左旋剪切的影响,红河断裂中南段以右旋走滑兼微弱挤压运动为主,并牵引断裂北段右旋走滑,与金沙江和德钦-中甸断裂共同构成右阶斜列右旋剪切变形带,正断型震源机制解多分布于该变形带的构造拉分区内.3)红河断裂中南段为弱压性,北段呈弱张性,更易破裂,地震活动明显强于中南段.     

青藏块体东北缘及其周围地区现今时空运动变形科特征

依据非连续变形分析(DDA)方法,考虑特定块体边界不同程度的适度侵入,利用3期GPS观测资料(1991、1999、2001年),建立了青藏块体东北缘及其周围地区的一级块体运动模型和划分较细的、反映较小区域运动变形的较理想块体运动模型.模拟得到了研究区内北西西向大断裂间一级块体的运动变化特征、研究区主应变率场的分布特征及青藏块体北边界断裂的分段非均匀时空运动特征.     

芦山—康定地区布格重力异常及其归一化梯度图像的构造物理涵义

芦山—康定地区是川滇块体、松潘—甘孜块体和华南块体三个块体过渡的"Y"型交汇区,构造变形十分强烈.本文对EGM2008计算的布格重力异常进行1~5阶离散小波变换,得到三方向分量平方和的平方根(HVDM)图像;利用实测剖面布格重力异常数据,得到剖面的布格重力异常归一化总梯度(NFG)图像.结果分析表明:(1)垂直于龙门山断裂带南段剖面的NFG图像显示推覆构造体前端切割较浅、后端逐步变深至中地壳,说明松潘—甘孜块体在深约10~30km之间存在滑脱构造,在青藏高原东向挤出和四川盆地的阻挡作用下,造成深、浅部构造差异性运动,形成逆冲推覆的龙门山构造带;(2)HVDM图像和剖面的NFG图像均显示龙门山断裂带西南段与中段和东北段不同,松潘—甘孜块体对四川盆地的逆冲推覆作用沿北东方向具有分段性;(3)雅江—洪雅剖面NFG图像显示鲜水河断裂带和龙门山断裂之间存在高梯度变化带,在鲜水河断裂带下方强变形带不仅在20km左右东倾至龙门山断裂带前缘,且逐渐近垂直向下伸入至少到下地壳,反映了两大断裂带交汇区域变形作用较强.川滇块体内部和四川盆地内部则显示低值,说明其变形作用较弱.强烈左旋剪切的鲜水河断裂带对芦山—康定地区构造活动具有主要的控制作用.     

南北地震带震源机制解与构造应力场特征

南北地震带作为中国大陆地应力场一级分区的边界,其构造应力场的研究对理解大陆强震机理、构造变形和地震应力的相互作用具有重要意义.本文收集南北地震带1970—2014年的震源机制解819条,按照全球应力图的分类标准对震源机制解进行分类,发现其空间分布特征与地质构造活动性质比较吻合.P轴水平投影指示了活动块体的运动方向,T轴水平投影在川滇块体及邻近地区空间差异特征最为突出,存在顺时针旋转的趋势.南北地震带的最大水平主应力方向具有明显的分区特征,北段为NE向走滑类型的应力状态,中段为NEE—EW—NWW向的逆冲类型,南段为SE—SSE—NS—NNE向走滑和正断类型,在川滇块体的北部和西边界应力状态为EW—SE—SSE的正断层类型,表明来自印度板块的NNE或NE向的水平挤压应力和青藏高原物质东向滑移沿大型走滑断裂带向SE向平移的复合作用控制了南北地震带的岩石圈应力场.川滇块体西边界正断层类型应力状态范围与高分辨率地震学观测得到的中下地壳低速带范围基本吻合,青藏高原向东扩张的塑性物质流与横向边界(丽江—小金河断裂带)的弱化易于应变能的释放,在局部地区使NS向拉张的正断层向EW向拉张正断层转变.反演得到的应力状态基本上与各种类型地震的破裂方式比较吻合,也进一步验证反演结果的可靠性,可为地球动力学过程的模拟和活动断层滑动性质的厘定提供参考.     

川滇地区下地壳流动对上地壳运动变形影响的数值模拟

根据活动断裂分布和区域流变结构建立川滇地区三维有限元模型, 采用上地壳为弹性介质,下地壳和上地幔为Maxwell体的粘弹性模型,模拟川滇地区地壳现今运动和应力分布,探讨川滇地区地壳运动变形的动力学机制. 通过4种不同边界条件和深度分层结构有限元模型的计算结果的对比,认为川滇地区绕喜玛拉雅东构造结顺时针旋转的地壳运动模式主要受川滇地区特殊的边界动力作用控制,川滇菱形块体下地壳流动对上地壳的拖曳作用亦不容忽视. 同时,川滇地区各块体的现今地壳运动场和应力场还受到区域主要活动断裂带的影响, 呈现分块特征.      

川滇地区地壳应变能密度变化率与强震复发间隔的数值模拟

以最新的川滇地区深部构造成像为基础,以构造应力场、GPS观测和断裂带活动速率为约束,建立了川滇地区的3维黏弹性有限元模型,通过数值模拟计算讨论青藏高原高海拔地形蓄积的重力位能、区内主要活动断裂带的错动速率、由地震波速度计算出来的各地块的介质弹性参数以及岩石、介质蠕变性质差异对川滇地区地壳现今构造运动的影响。模拟计算出研究区域内各主要活动地块和主要活动断裂带的应变能密度积累速率,并探讨了应变能密度积累速率与强震复发间隔的关系,对模拟结果和地质观测方法得到的结果进行了比较分析。模拟结果显示:青藏高原及文中研究区域内高海拔地形蓄积的重力位能和块体间的相互作用是控制区内主要活动断裂现今滑动速率、各Ⅱ级活动块体运动性质和地壳内应变能积累速率的主要动力学因素。     

GPS结果揭示的龙门山断裂带现今形变与受力——与川滇地区其他断裂带的对比研究

本文构建川滇地区二维有限元接触模型,采用“块体加载”方法和1999-2007年GPS数据,模拟计算该区主要断裂带的形变运动,对比、分析其运动、受力特征和应力积累差异.结合区域强震研究汶川地震、芦山地震的力学背景.结果显示强震前龙门山断裂带保持低变形,右旋错动不超过1 mm·a^-1,挤压不超过0.5 mm·a^-1,明显低于其他断裂带,但其两侧应力值与其他断裂带相当,主压应力轴与断裂带走向垂直,形成很宽的挤压带,断层面法向挤压应力积累为-333.74 Pa·a^-1,为全区最高.揭示1999年以来,龙门山断裂带及巴颜喀拉块体东部的挤压应力快速增加,致使实际应力可能处于高水平并诱发地震活跃,期间强震呈丛集性,出现汶川、芦山地震接连发生的现象.     

现今区域活动块体划分方法研究

本文提出的将拟准检定法与DDA正分析方法相结合进行区域活动块体的划分，改善了观测资料缺乏区域的活动块体划分结果，为完整地研究区域活动块体运动变形提供了一种思路。另外，以川滇地区为实例，对该方法的具体实施作了简单的介绍。     

川滇交界东段昭通、莲峰断裂带的地震危险背景

川滇交界东段NE向昭通、莲峰断裂带的研究程度较低.为了了解该断裂带是否存在发生强震/大地震的危险背景,我们基于区域活动构造与动力学、重新定位的小震分布和震源机制解、历史地震破裂区、GPS形变场、现代地震活动及其参数图像等多学科的信息进行综合研究.结果表明:昭通、莲峰断裂带是川滇-华南活动块体/地块边界带的一部分,也是活动及变形的大凉山次级块体与相对稳定的华南地块之间的边界带;结构上表现为2个平行展布、朝南东推覆的断裂带,现今运动为带有显著逆冲分量的右旋走滑性质.沿昭通断裂带无大地震的时间至少为1700 余年,目前存在地震空区.GPS变形图像反映昭通、莲峰断裂带已不同程度闭锁.另外,昭通断裂带的鲁甸附近以及莲峰断裂带的南段分别存在异常低b值区或高应力区.已由低b值区和小震空白区识别出昭通断裂带上的鲁甸-彝良之间存在高应力闭锁段,并估计出其潜在地震的最大矩震级为M_W7.4.本研究因此认为昭通断裂带存在发生强震/大地震的中-长期危险背景, 而莲峰断裂带的危险性还需进一步研究.     

基于接收函数方法研究川滇块体东边界的地壳厚度和泊松比

本文使用沿川滇块体东边界主要断裂带(安宁河、则木河、小江断裂带)布设的37个临时台站和四川区域台网14个固定台站记录的远震波形资料,用时间域迭代反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-κ反演方法得到了30个台站下方的地壳厚度和泊松比。研究结果表明,川滇块体东边界的地壳厚度表现为自西向东由60km左右向华南块体(35km左右)逐渐减薄的过渡带特征:以安宁河—大凉山断裂带为界,以西地壳厚度平均在54km左右,以东作为华南块体与川滇块体的交界前缘,地壳厚度在42~48km之间。以小江断裂带与则木河断裂带交汇处为界,其南北两侧的地壳岩性和组分差异明显。小江断裂带北段泊松比值在0.20~0.27之间,表明其地壳物质组分主要为中基性岩石。而以北的安宁河、则木河及马边—盐津断裂带的泊松比值大多位于0.27~0.32之间。安宁河—则木河断裂带附近多数台站的泊松比值0.30,可能是部分熔融造成的。