青藏高原现今构造变形特征与GPS速度场

文章以青藏高原的GPS观测数据为基础 ,结合活动地质构造资料 ,研究了青藏高原的现今构造变形状态和机制 ,并探讨青藏高原现今构造变形所反映的大陆内部动力学过程。GPS观测的速度矢量揭示了青藏高原整体向北和向东运动的趋势 ,平行于印度和欧亚板块碰撞方向上的地壳缩短量约是 38mm/a ,而青藏高原周边主要断裂带的滑动速率均在 10mm/a以下。大约 90 %的印度与欧亚板块相对运动量被青藏高原的地壳缩短所吸收和调节。GPS速度矢量由南向北逐渐向东偏转 ,向东的分量也增加 ,形成了以羌塘地块北部 (或玛尼—玉树—鲜水河断裂 )和祁连山中部为中心的两个地壳物质向东流动带。青藏高原的向东挤出实际上是地壳物质在印度板块推挤下和周边刚性地块阻挡下围绕东构造结发生的顺时针旋转。     

青藏高原及周边地区下地壳地球物理异常及成因

青藏高原及周边地区下地壳普遍发育电性高导层、波速低速层和热流密度值异常区.下地壳电性结构和速度结构明显具有纵向分层和横向分块的特点,其热流密度值具有明显的南北条带性和东西分块性.下地壳高导层、低速层和热流密度值异常区与青藏高原及周边地区各构造单元有一定的匹配性,异常区的形成与青藏高原和周边盆地耦合过程中下地壳岩石的热软化以及韧性流动有关.下地壳层流是下地壳岩石热软化和韧性流动的结果,青藏高原的隆升是层流作用的表现,目前层流作用的动力来源于恒河盆地下地壳,层流方向由恒河盆地流入青藏高原.     

花岗岩部分熔融及其对青藏高原南部地壳速度结构的约束

青藏高原南部地壳平均速度偏低和壳内广泛存在低速层是地壳物质组成、岩石物性状态和温度压力等综合因素在岩石弹性性质上的表现。依据岩石物理学和部分熔融实验获得的青藏高原南部地壳岩石弹性参数和熔体分布的结构信息,本文模拟青藏高原南部地壳岩石在不同的地温梯度条件下波速和密度随深度的变化,从而为探讨青藏高原南部地     

青藏高原地壳地震纵波速度的层析成像

本次研究利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到分辨率达到1°×1°×20 km的地壳纵波三维速度结构,揭示了青藏高原地壳内部地壳波速结构特征。结果表明,青藏高原P波波速随深度产生巨大变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切,用传统的地块运动不能准确地描述地壳物质运动。从P波波速扰动图上看到,青藏高原上地壳和上地幔的P波波速扰动为大范围正异常区,可以认为青藏高原在同碰撞和后碰撞期频繁的岩浆活动和结晶作用,造成了现今相对比较坚固的上地壳和岩石圈地幔,使青藏高原保持一个整体。分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,反映为青藏高原地壳的P波波速扰动负异常带,从上地壳到下地壳都有分布。说明由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量地幔流体物质上涌和火山爆发,对高原的形成和隆升都有一定的贡献。通过地震层析成像取得的三维地壳波速图像,进一步证实了由密度扰动三维成像指出的存在青藏高原下地壳流和新生代裂谷深部到达了中地壳底部的结论。     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

晚白垩世后青藏高原和塔里木地块的整体北移

本文根据塔里木地块及其以南的昆仑、羌塘和拉萨地块晚中生代特别是晚白垩世古地磁数据,提出青藏高原自晚白垩世后北向移动两千余公里,主要并不是通过它本身的大规模地壳缩短来完成,而是与塔里木地块一起作大规模整体北移的结果。一种可能的解释是,在欧亚大陆北部稳定区和塔里木地块之间广大的中亚构造带,自晚白垩世后发生了大规模的地壳缩短。     

青藏高原东部晚新生代重大构造事件与挤出造山构造体系

文章系统梳理了青藏高原东部地区晚新生代重大构造事件的沉积记录、岩浆记录和构造变形响应,重新厘定了青藏运动或横断事件的起始时限,建立了青藏高原东部晚新生代构造演化序列与挤出造山构造体系。研究认为,发生在上新世之前的青藏运动是青藏高原东部最重要的构造作用阶段,起始于距今12~8 Ma,并持续到上新世早期,持续时间达6~8 Ma。在这个构造运动阶段,青藏高原东部地块(川滇地块、川青地块、西秦岭构造带和陇中地块等)有序地向东挤出,受到鲜水河、东昆仑、海原等WNW-ESE向大型断裂左旋走滑运动调节,构造挤出同时伴随地块内部逆冲褶皱变形,导致地壳增厚和高原东缘山脉快速崛起;构造挤出也超越了现今东缘地貌边界,向东扩展导致扬子地块盖层滑脱褶皱,形成龙泉山、大凉山等褶皱构造带。上新世出现的砾石层(东缘前陆地带的大邑砾石层、临夏盆地的积石砾石层、兰州盆地的五泉砾石层等)标志了青藏高原东部差异性构造地貌的形成。上新世晚期至早更新世时期(3.6~1.0 Ma)对应一个构造松弛阶段,青藏高原东部整体进入冰冻时期,沿其东缘发育一系列受正断层控制的南北向伸展断陷盆地,如安宁河谷地、元谋盆地、盐源盆地、滇西北盆地群等,其中加积了以昔格达组为代表的稳定河湖相沉积。发生在早、中更新世之交(距今1.0~0.6 Ma)的昆—黄运动或元谋事件使青藏高原东部地块进一步向东挤出、东缘地壳逆冲增厚和年轻山系加速隆升。晚更新世以来的构造运动称为共和运动或最新构造变动阶段,起始于距今约120 ka,青藏高原东缘构造变形系统出现重大分化,南段川滇菱形地块发生绕喜玛拉雅东构造结的顺时针旋转运动,形成川滇双弧形旋扭构造体系;而中段川青地块的挤出伴随东缘龙门山断裂带的右旋走滑运动和秦岭山系的向东挤出。在这个最新构造变动阶段,青藏高原东部下地壳通道流可能是重要的深部构造驱动因素。     

青藏高原地区地壳—上地幔结构与巨厚地壳的形成

基于在青藏高原地区所进行的地壳与上地幔的爆炸地震探测资料;雅鲁藏布江以南和以北两条近东西向纵剖面(长约1000km左右),近南北向纵剖面(长约1200km左右),通过计算与分析,给出了青藏高原地区地壳与上地幔结构、速度分布的综合立体剖面图,发现地壳中存在著两个低速层,雅鲁藏布江是一条近于陡立的略向南倾的深大断裂带。地壳结构不论在纵向与横向都是不均匀的,最后探讨了大陆板块碰撞与巨厚地壳的形成。     

龙门山多层分层拆离地壳结构:新构造变形与深部构造证据

2008年5.12汶川地震发生后,对于龙门山地壳结构及其与汶川地震的成生联系成为构造地质学研究极为关注的科学问题。然而,现有的多种龙门山地壳结构模式在综合解释表层构造变形及深部构造时与调查和探测资料均有不符。利用前人地球物理探测成果,结合穿过龙门山主要发震构造单元彭灌杂岩及雪隆包岩体的综合构造剖面,将地表构造与深部地壳探测资料结合进行了综合解释,认为龙门山逆冲构造带中的多重冲断推覆构造由约10 km深处的拆离断层分隔,因而应该只是浅层次构造变形的组合样式;在中、下地壳韧性流壳层的主导下,扬子地块基底被动?入并形成多层拆离的韧性流变构造组合。5.12汶川地震及余震是由于以彭灌杂岩和雪隆包岩体为代表的刚性体,在上部韧性流壳层前端的持续推挤作用下,发生破裂而形成的。     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

大陆下地壳麻粒岩的流变学研究进展

大险下地壳麻粒岩的流变学研究可以解释地壳变形、壳幔物质交换以及岩石圈深部动力学过程等科学问题.前人通过研究各矿物的显微构造变形特征与变形机制,运用广义混合流变律探讨多矿物复合岩石的流变性质,结合水与流体对岩石变形强度的弱化作用,阐明在大陆下地壳变形环境下复矿麻粒岩的塑性变形和韧性流变性质.目前人们致力于对天然变形岩石和...     

祁连山中部地壳各向异性研究:来自远震接收函数的证据

青藏高原的隆升由印度-欧亚板块的碰撞而驱动,其生长演化,特别是从内到外的扩展机制仍尚存争议。祁连山地处青藏高原向东北扩展的前缘位置,其地壳结构与各向异性对于理解青藏高原向北扩展的生长机制具有重要意义。祁连山中部是青藏高原东北缘地壳遭受挤压强烈变形的区域,已有的研究已经揭示出地壳内部非耦合不均匀变形的几何行为,揭露其对应机制是亟待探索的前沿科学问题。此前该区域的各向异性研究大多基于面状台网数据,台站间距大,无法反映横跨祁连山地壳各向异性的精细变化。为此,本研究选用一条密集线性地震台阵,使用H-κ-c叠加方法,得到了横过祁连山中部的地壳厚度,泊松比以及地壳各向异性的横向变化。结果显示,在中祁连以及南祁连北部地壳厚度最大,平均泊松比最低,反映了地壳加厚过程中铁镁质下地壳的丢失以及长英质中上地壳的水平缩短。此外,偏长英质成分的泊松比值也不支持地壳流在该区域存在。在祁连山内部,地壳各向异性快波的偏振方向与地壳向外扩展方向一致,而与地幔各向异性快波方向近垂直,揭示了壳幔变形可能是解耦的。而在地壳较薄的南祁连和北祁连南部区域,快波方向与古缝合线的走向一致,说明早古生代的构造格局仍对现今的祁连山缩短隆升产生影响。     

青藏高原东部壳幔速度结构和地幔变形场的研究

在青藏高原东部地球动力学问题中,笔者在文中主要考虑与地壳上地幔速度结构和地幔变形场有关的问题,它涉及当前流行的下地壳流动模型和壳-幔的耦合-解耦模型。在2000年完成的穿过川西高原和四川盆地的深地震测深剖面,揭示了川西高原的地壳结构具有地壳增厚(主要是下地壳增厚)、地壳平均速度低等特点,显示地壳的缩短与增厚的碰撞变形特征。根据川西高原上设置各爆炸点的记录截面图共同呈现PmP(莫霍界面反射波)弱能量的特点,推断在川西高原的下地壳介质具有强衰减(Qp=100～300)的性质,支持存在下地壳流动的模型。青藏高原东部和川滇西部地区的上地幔各向异性(SKS波快波偏振方向和快慢波延迟时间)的初步结果表明,这两个地区的壳-幔变形特征是不同的,尽管它们在地理位置上属于同一个板块碰撞带。在青藏高原内部的壳幔变形属于垂直连贯变形,它以缩短为主,而高原外部的地壳(或岩石圈)则相对于其下方地幔运动。在高原内部和外部之间存在一个重要的地幔变形过渡带。然而,高原内部的垂直连贯变形与高原内部存在大范围下地壳流动的模型不一致。笔者在该地区开展了近两年的宽频带流动地震观测,试图从地震记录中确定过渡带的位置和探讨它的流变性质。文中扼要回顾已经取得的结果,并介绍正在进行的研究。     

青藏高原重力构造

青藏高原的范围大致由昆仑山、阿尔金山、祁连山、龙门山及喜马拉雅山所围限。是一个边部群峰耸立、内部相对平坦的广阔高原,具有山高地势平的地貌景观。地壳厚度一般为50—70公里,成为全球地势最高、地壳最厚的地区。 中新世晚期,喜马拉雅尚未成山,其高度接近海面,仅约数百米。而由冈底斯山至昆仑山的广大地区,此时形成了统一的夷平面,具有与喜马拉雅地区相似的高度。     

东昆仑、玉树、汶川地震的发生规律和形成机理:兼论大陆地震成因与预测

青藏高原东北部东昆仑、汶川、玉树等强震的同震地表破裂不对称发育,伴随余震有规律地分别向东、南东和北北东方向迁移,很可能是源于恒河盆地流经亚东、当雄、安多、库赛湖、治多、玉树、甘孜、汶川的弧形下地壳“热河”的流速和流向变化形成的,下地壳热流物质正在向云南及邻区汇聚形成下地壳“热海”,导致长时间跨季度构造热干旱,其影响超过大气环流的作用。地表破裂不一定受断层控制,震源也不在断层面上,下地壳流动导致中地壳发震并进一步影响上地壳形成同震脆性破裂系统。大陆板内盆山过渡带地震密集,大陆板内地震是在下地壳层流的热动力作用下导致活动地壳分层变形的产物。在大陆盆山耦合、圈层耦合的非线性开放系统中,从大洋底部的软流圈层流进入大陆底部使得地幔软流圈加厚,底辟上升为大陆下地壳流动,为地震活动提供了巨量热能;热软化的下地壳缓慢的韧性流动孕育了大陆板内地震;中地壳韧 脆性剪切带易于积累能量,发生热能与应变能的转化,产生地震,形成震源层;上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。地壳稳定性评价的依据应当是地壳的活动性而不是断层的活动性。大陆活动构造区地震活跃期与平静期交替实际上是下地壳地震能量的聚散过程,体现在下地壳热主导的韧性流动构造与上地壳应力主导的脆性破裂构造之间的相互作用。下地壳热软化物质流动过程中流速、流向等突然改变触发地震,并产生共振波。大陆下地壳流层在厚度、温度、粘度、流速、流向上的变化产生一定程度的温度异常、流体异常及与其相关的大气层、电场、磁场、重力场、地球化学场、应力场、应变场、生物场等异常。合理布置天空网、地面网、地下网,综合立体监测有效的地震前兆,系统地开展长期、中期和短临地震预测,能够不断地提高地震预测水平。     

利用航磁、重力资料研究川滇地区大陆变形特征

利用航磁、重力资料对川滇地区大陆变形特征进行了研究。航磁异常揭示了研究区内的基底性质及其横向差异,研究区内的强烈地震主要集中在航磁异常突变带上,基底性质横向差异有利于应力的相对集中,成为地震孕育和发生的有利部位。康定—绵阳一带刚性基底的阻挡造成了青藏高原下地壳物质向东的塑性流动被迫转向南东—南南东方向,进而造成了川滇菱形块体内广泛的地壳增厚,布格重力异常等值线呈向南东伸出的舌状是其地壳增厚作用的直观反映。川滇地区的大陆变形特征既存在广泛的地壳增厚现象,同时在下地壳塑性流动的驱动下,中、上地壳破碎成大小不一的块体,变形特征表现出整体刚性,因而不能简单地套用“地壳增厚”或“大陆逃逸”模式。     

大陆地震构造系统: 以青藏高原及邻区为例

青藏高原及邻区三角形发震构造域是全球大陆最显著的地震多发区.脆性活动断层及其弹性回跳模式无法合理解释该区深度集中分布在10~40 km的点状震源.针对发震构造和地震机理不明确这一重大科学问题, 以大陆动力学和地球系统动力学新思想为指导, 对青藏高原及邻区发震构造系统进行域、层、带、点相关研究, 阐明大陆地震构造系统的结构型式, 认为下地壳固态流变及其韧性剪切带是提供地震能量的孕震构造, 中地壳韧-脆性剪切带是累积地震能量的发震构造, 上地壳脆性断裂是释放地震能量的释震构造.在研究青藏高原及邻区地震构造系统及其形成背景的基础上, 进一步论证了大陆地震热流体撞击的形成机理: 地幔墙导致大洋中脊之下的软流圈热流物质层流到大陆特定部位汇聚加厚并底辟上升, 造成大陆下地壳部分熔融和固态流变, 并改变莫霍面的产状, 固态流变物质侧向非均匀流动, 形成大陆盆山体系, 流动的韧性下地壳与脆性上地壳之间具有韧-脆性剪切滑脱性质的中地壳不断积累由下地壳热能转换而来的应变能, 形成发震层, 震源定位于下地壳热流物质富集带("热河")中的固态-半固态流变物质撞击到强弱层块之间的构造边界, 不同热构造环境和撞击角度产生5种不同类型的地震.从而为大陆地震的科学预测奠定了全新的理论基础.      

中国大陆现今构造作用的地块运动和连续变形耦合模型

板块构造基本理论（特别是其刚性块体假设）能否应用于大陆，是大陆动力学研究所面临的主要问题之一，不同的理论模型给出不同的回答。缺乏完整、可靠的构造变形运动学图像使得无法对不同的理论模型给予约束和检验，以至于无法回答上述基本问题。本文以中国大陆及其周边近年来的1350个GPS观测资料为主，结合活动断裂和地震活动性资料，研究中国大陆现今构造变形的运动学特征。中国大陆的现今构造变形既有刚性地块的运动，如塔里木、鄂尔多斯、华南等地块；又有非刚性的连续变形，如青藏高原和天山。在大陆构造变形过程中，由于岩石圈性质的不同而造成变形的分区差异和上部脆性地壳的分块运动，不仅有整体性好的刚性地块运动，也有刚性很差的连续变形。以粘塑性流变为特征的下地壳和上地幔在周边板块作用下发生连续流动，从底部驱动着上覆脆性地块的运动，而不同活动地块本身的性质决定着地块的整体性和变形方式，中国大陆的现今构造变形可以用耦合的地块运动和连续变形模式来描述。     

内蒙古大青山古元古代造山带中-下地壳深熔流变研究

内蒙古大青山地区是典型的早前寒武纪造山带根部岩石出露区,大量下地壳高级变质-深熔岩石中保留了丰富的流变构造样式,是开展部分熔融岩石流变行为研究的天然实验室。本文对内蒙古大青山地区雪海沟和大庙-忽鸡沟构造带内变形岩石开展了宏观、微观构造解析、EBSD组构以及锆石U-Pb年代学研究,并结合前人研究成果,考查了不同构造层次、不同熔融程度岩石的流变特征及其与造山过程的耦合关系。研究结果表明,雪海沟至大庙-忽鸡沟地区体现了造山带地壳结构层次由深至浅的特点。深部构造层次（雪海沟）高级深熔条件下,宏观上以各种形式的浅色脉体参与岩石流变,深熔熔体夹矿物颗粒流形成网状的断续条带状构造。微观上斜长石受扩散蠕变、颗粒边界滑移和颗粒流动影响,一般没有明显的晶内变形组构,CPO（晶格优选方位）发育不明显。在中深部构造层次（大庙-忽鸡沟）深熔作用相对较弱,宏观上形成平行片麻理的较规则条纹/条带构造。微观上斜长石发生位错蠕变,CPO发育明显。此外,角闪石在不同构造层次下均表现出位错蠕变特征,结晶优选方向受深熔作用影响不大。上述变形样式和机制,体现了造山带根部高级变质-深熔岩石在固-液两相介质中,发生水平层状粘-塑性流动变形特点。随后深熔岩石的塑性流动变形伴随加厚地壳的伸展减薄-隆升过程而逐渐硬化并遭受剥露。     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。