基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

GPS观测结果反映的尼泊尔M_w7.8地震孕震特征

针对2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震的孕震特征,本文首先对覆盖尼泊尔及周边地区的5套GPS水平速度场结果进行了融合,得到了近似统一参考框架下的速度场结果;在此基础上通过对此次地震震源区及周边地区的速度场、应变率场、基线时间序列分析,识别了震前变形特征.GPS应变率场结果显示,喜马拉雅主边界断裂存在大范围挤压应变积累,震源区处于近南北向应变积累高值过渡区.跨喜马拉雅构造带的GPS基线时间序列结果表现为持续缩短现象,表明印度板块与欧亚板块之间的持续挤压变形特征,2012年以来的缩短增强现象反映了印度板块对青藏块体的推挤增强作用明显.距离震中较近的西藏南部GPS同震位移结果以南向运动为主且指向震中,反映了青藏高原存在逆冲应变释放现象.综合此次尼泊尔地震前变形和同震应变释放特征,认为此次地震的孕震区域和同震应变释放区域均较大,将会对青藏高原的地壳变形与强震孕育产生深远影响.     

张家口—渤海断裂带分段运动变形特征分析

利用张家口—渤海断裂带(张渤带)及其邻区1999—2007年的GPS观测数据, 研究了该区域现今地壳水平速度场特征。 运用最小二乘配置方法获得应变率场的空间分布特征, 根据区域地壳主应变率、 面膨胀率和最大剪切应变率等形变场的空间变化, 分析了张渤带各分段的形变特征。 结果表明: 相对于欧亚框架, 研究区内GPS速度场以SE方向运动为主; 应变场以NE方向的主压应变为主, 伴随着近NW方向的张性应变; 整个张渤带及其邻区的高剪切变形区主要位于河北香河、 文安以及唐山等三个地区。 利用跨断层GPS剖面分析得到张渤带以左旋走滑为主, 兼有挤压运动。 华北平原块体和燕山块体的相对运动是张渤带左旋走滑的直接动力来源, 而印度板块与欧亚板块碰撞后继续向北的推挤作用则是张渤带运动变形的根本动力来源, 太平洋板块的作用相对较弱。     

汶川MS8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10^-9/a与13.956×10^-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

汶川Ms8．0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了Ms8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀-北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10-9/a与13.956×10-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用足龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

天山南麓库车褶皱带晚第四纪地壳缩短及变形机制

<正>由于受到印度—欧亚板块碰撞远程作用的影响,天山自早—中中新世开始重新活动并快速隆升。现代GPS数据显示,横跨天山~80°E以西的地壳缩短速率为10~13 mm/a,至东部降低为2~5 mm/a。天山西部的地壳缩短速率是印度—欧亚板块汇聚速率45 mm/a的1/4。由于经历了强烈的构造变形,天山成为了探索陆—陆碰撞造山机制和演化历史的天然实验室。仪器和历史记录的综合地震资料显示,天山地区的活动变形主要集中在其南北两侧山麓地     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型与板内形变-应变场

用菲律宾海板块上7个站ITRF2000的速度建立了菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型. 结果认为菲律宾海板块的现今运动是顺时针方向旋转，与NNR_NUVEL_1A估计的旋转方向一致，但与NNR_NUVE_1A估计的旋转极位置和旋转角速度有较大差别. 本文模型与Sella等建立的刚体运动模型相比能更精确地描述菲律宾海板块的现今构造运动与板内形变. 菲律宾海板块内部存在强烈的形变-应变场. 在板块上存在一致的向东形变，形变速率在中央构造线附近小，东、西边界附近大，南、北两端小，中部大，在Mariana弧上向东的形变速率达到484 mm/a. 板块上南北方向的形变，东、西部存在明显差别，东部的南北向形变速率很小，西部在Manila海沟附近南北向形变速率较大，北端向北的形变速率为113 mm/a，南端向南的形变速率为293 mm/a. 板块的中央构造线把板块的主应变场分为东、西两个区. 东区存在非常强烈的张应变，压应变则很弱. 主张应变为近东西方向，从中央构造线向东主张与主压应变率逐渐增加，板块东南边界附近（148°E，15°N）主张应变率最大为858×10-8/a. 在西区，存在很强的主压应变而主张应变则较弱，主压应变为NW-SE方向，主压与主张应变率呈现从中央构造向西逐渐增加的特征，在板块西北边界（122°E，23°N）附近，主压应变率最大为571×10-8/a. 菲律宾海板块主应变场的空间变化与板块内部及周围的构造背景密切相关，是构造应力场的反映.     

喜马拉雅东构造结及周边岩石圈变形特征

<正>喜马拉雅造山带是印度板块与欧亚板块相碰撞的结果,由于陆-陆碰撞导致的喜马拉雅崛起过程已为许多学者所关注。喜马拉雅东构造结位于喜马拉雅造山带东侧,处于印度板块、缅甸板块和青藏块体的陆-陆碰撞的核心部位,是青藏高原东南缘地形变化最剧烈、构造最复杂的地区,这里曾经在1950年发生察隅MS8.6级大地震,是开展地球动力学研究的天然实验室。本文利用128个地震台站分析的横波分裂结果表征的地幔变形场与~3000个GPS和断裂第四纪滑动速率数据得到的地表变形场数据联合分析了东构造     

中西天山现今地壳形变特征及地震危险性分析

自新生代以来,由于受印度板块对欧亚板块强烈碰撞和持续挤压的远程效应影响,天山造山带重新活动并再次隆升,成为欧亚大陆内部规模最大的再生造山带。GPS观测结果显示,跨天山（74°E～76°E）的现今地壳缩短速率约为20mm／a,几乎占印度板块与欧亚板块汇聚缩短总量的一半。     

Crust Shortening of the Daliangshan Tectonic Zone in the Cenozoic Era and Its Implications

The Daliangshan tectonic zone is a rhombic area to the east of the Anninghe and Zemuhe fault zones in the middle segment of the Xianshuihe-Xiaojiang fault system along the southeast margin of the Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau. Since the Cenozoic era, the neotectonic deformation in the Daliangshan tectonic zone has presented not only sinistral slip and reverse faulting along the Daliangshan fault zone, but also proximate SN-trending crust shortening. It is estimated that the average crust shortening in the Daliangshan tectonic zone is 10.9±1.6 km, with a shortening rate of 17.8±2.2% using the method of balanced cross-sections. The crust shortening from folding occurred mainly in the Miocene and the Pliocene periods, lasting no more than 8.6 Ma. Based on this, a crust shortening velocity of 1.3±0.2 mm/a can be estimated. Compared with the left offset along the Daliangshan fault zone, it is recognized that crust shortening by folding plays an important part in transferring crustal deformation southeastward along the Xianshuihe-Xiaojiang fault system.     

川滇地块古新统宁蒗组磁组构特征及构造意义

对川滇地块程海断裂附近的宁蒗地区古新统宁蒗组地层进行了详细的磁组构研究,沿战河-西布河布置了22个采点（钻取287块样品）,综合分析表明研究区内存在四种磁组构类型,分别为初始变形磁组构和铅笔状磁组构以及介于上述两者之间的两种过渡型磁组构. 研究区西侧（采点1-9）K₁轴优势方向为近NNE-SSW方向,东侧（采点13-22）K₁轴优势方向则为近S-N向,K₁轴方向的突然变化可能与研究区内的隐伏断层活动有关.另外,磁组构也可以很好判断断层所夹持块体之间的相对旋转运动.将两组K₁轴优势方向经过旋转校正之后,发现研究区内中-晚始新世时古应力方向为近E-W向,该应力方向主要与新生代印欧碰撞有关.此外,E-W向的古应力场明显不同于现今的近S-N向的应力场方向,这可能与印欧碰撞后青藏高原从前期的挤压缩短阶段进入到后期的E-W向伸展阶段有关.     

中国大陆地壳的应变应力场研究

根据全国ＧＰＳ网１９９４年和１９９６年两期测量结果,研究了中国大陆地壳现阶段的水平形变应力场。结果显示,西部青藏块体与新疆块体主压应力场为近南北至北 北东向,而南北地震带以东、长江以及北地区为北东东至近东西向,华南块体上为北 北西至北西向,与滑线场理论模型基本吻合。反映出中国大陆地壳变形的压应力主要来自印度板块与欧亚板块的俯冲碰撞。而太平洋板块与菲律宾板块对欧亚板块的作用力以及地幔向上的作用力总体     

鲜水河断裂带区域第四纪构造应力场的分期研究

利用断层滑动方向资料反演构造应力张量的分期计算方法，获得鲜水河断裂带区域第四纪以来两期主要构造应力作用：第１期为早～中更新世，构造应力作用以北东－南西向挤压为特征；第Ⅱ期自晚更新世至今，构造应力作用以近东西向挤压和近南北向拉张为特征     

中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究

系统研究了1918～2006年间中国大陆及其周缘发生的3115个M4.6以上中、强地震的震源机制解,得到中国大陆地壳区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计结果.探讨了大陆应力场的结构,以及周围板块运动对中国大陆应力场影响作用范围及其界线.结果表明,中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直至琉球海沟的广阔范围内存在的方位为170°引张应力场的控制.华北地区大地震的震源机制解反映出,该区地震发生为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果.印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、乃至延伸到天山及其以北的广大地区.在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量位于20°~40°,形成了近北东方向的挤压应力场,大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区以及天山等地区. 本文结果表明,正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区.证明了青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动.根据本文最新结果,得到了华北、华南块体之间地壳区域应力场的控制边界线,发现该分界线与大地构造、岩石圈板块构造图等有较大差异,特别是在大别及其以东地区, 该分界线向东南偏转,在沿海的温州附近转向东,最终穿过东海直至琉球海沟.台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界,来自北西西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场. 地震震源机制结果还表明,南北地震带南段西侧其P轴大约为NNE方向,与青藏高原的P轴方位一致.南北地震带南段东侧其P轴大约为NWW方向,与华南块体的P轴方位一致.因此,将中〖JP2〗国大陆分成东、西两部分的南北地震带南段是印度洋板块与菲律宾海板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线.     

2016年阿克陶MS 6.7地震地表破裂特征和帕米尔现代构造应力场初步分析

帕米尔高原位于地中海－喜马拉雅地震带上,晚新生代以来随着印度板块向欧亚板块持续不断地挤压汇聚,其构造运动是欧亚大陆最强烈的地区。高原腹地发育一系列近SN向正断层,包括近SN向的塔什库尔干正断层所处的帕米尔中部现代区域的构造应力场以EW向水平拉张为主。2016年11月25日发生的阿克陶M_S 6.7级地震的发震构造为塔什库尔干断层分支的NWW向木吉盆地北缘断层,其具有右旋走滑兼正断性质。地震在震中附近产生同震地表形变带,全长约1km,呈近SN－NNE向水平拉伸,发育近EW—NWW向的张裂缝,为地震破裂的产物,张裂缝的最大水平拉伸位移量和最大垂直位移量分别为46cm和16cm。地表破裂带中的NE和NW向张剪裂缝只是连接贯通这些雁列的张裂缝,其水平相对位移量取决于张裂缝的水平拉伸量和张裂缝之间的几何关系。地表形变带表现的拉张性质与帕米尔高原腹地区域现代应力场最大主压应力为垂直向基本一致,可能与深部热物质上涌造成的上地壳拉伸有关。而地表形变带呈近SN向水平拉张,与区域近EW向拉张应力场之间存在显著差异,这可能是木吉盆地北缘右旋走滑正断层阶区局部应力场调整的结果。     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与变形动态过程

利用GPS等观测资料研究了2008年汶川8.0级地震前的区域地壳运动与构造变形、应变积累,以及大区域地壳运动微动态变化过程,结合同震位移场分布等分析、讨论了汶川地震前近10年区域地壳变形的表象所反映的大震孕震最后阶段的物理过程.结果表明,发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带1999～2004年相对稳定的华南地块无明显的相对运动,2004～2007年有一定程度的相对运动显示,以右旋活动为主,年速率为1.6mm/a.龙门山断裂带西北侧的巴颜喀拉地块东部为右旋剪切为主兼有推挤的大尺度缓慢变形状态,右旋扭动变形率为2.1±0.2(10^-8/a),地壳总体缩短变形率为-0.7±0.1(10^-8/a).由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示,2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强,青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强.对汶川大地震前应变积累的特殊性等问题进行了初步讨论,分析认为,汶川大地震的发生是四川盆地西缘的龙门山断裂带受到其西侧巴颜喀拉地块推挤导致大尺度、长时期、缓慢的地壳应变积累的结果.在发震前不仅龙门山断裂带为显著闭锁状态,且孕震区域可能存在地壳弹性变形趋于极限后难以发生变形的相持阶段,大尺度地壳运动与动力环境的动态变化对汶川大地震的发生有促进影响.     

LATE-QUATERNARY GEOLOGICAL EVIDENCE OF JIANQUANZI-BARKOL SINISTRAL FAULT SYSTEM IN EASTERNMOST TIENSHAN

As we all know, Eastern Tienshan and Altaid in central Asia accommodate~10mm/a crustal shortening, accounting for 1/4 shortening between India and Eurasia(~40mm/a). A substantial portion of these deformations was absorbed in Altaid in the north through a combination of right-lateral strike-slip and counterclockwise vertical axis rotation of crustal blocks, but how the crustal deformation was accommodated in Eastern Tienshan is still in debate. Based on the field investigation in Jianquanzi, Barkol Tagh and Karlik Tagh in Eastern Tienshan in recent years, we identified a sinistral strike-slip fault system mapped in Eastern Tienshan. From west to east, the Jianquanzi-Tuolaiquan Fault(JTF), South Barkol Basin Fault (SBF) and Central Karliktagh Fault(CKF)constitute the tectonic frame of this large-scale fault system, which plays an important role in adjusting the strain distribution during the process of orogening in Eastern Tienshan in Quaternary even since Ceonozoic era. The fault system displays different late-Quaternary characteristics when its orientation changes with regional tectonic principal stress(NE). Specifically, the EW-trending JTF exhibits sinistral slip with little vertical component which can extend to Xiongkuer segment on EW-NW-trending SBF. The EW-NW SBF displays sinistral slip from east of Luobaoquanto, Barkol County and reverse slip with little horizontal component at east of Barkol County. In easternmost, the WNW-EW trending CKF shows sinistral slip with no obvious vertical motion. This fault system's activity coupled in the orogenic process of easternmost Tienshan, adjusting and accommodating a portion of deformation included in the orogenic process, and in turn we suggest that the deformation associated with range front fault in the orogen root may not be the only decisive way of deformation releasing.     

中国南海海域北部地区现今地应力实测及综合分析研究

南海北部区域现今地应力场的状态和分布特征是进行海洋资源开发、地质环境和工程安全评价的主要参考依据,也是地球动力学研究的主要内容之一. 由于受到测量技术水平和自然条件等因素的影响,整个南海海域的地应力研究程度还比较低,有待于对该区域的地应力场的状态和控制因素进行较深入和细致的研究. 原地地应力测量是直接获取地壳浅表层现今主应力大小和方向特征的有效途径,同时利用海上油气田测井FMI资料能够有效地提取地应力信息. 结合区域构造环境,在实测地应力约束条件下,数值模拟方法能够有效地推测区域地应力的状态和分布特征. 在海南省乐东县开展了水压致裂原地地应力测量,测量获得的最大主应力方向区间为NW-NWW向. 根据Byerlee准则判别,钻孔附近的地应力远远小于引起断层活动地应力值的下限,钻孔邻近区域的断层活动性较弱. 对南海北部边缘海盆地有限的FMI测井资料进行地应力解译,获得莺歌海的最大主应力优势方位为NW-NNW向,琼东南的最大主应力优势方位为NWW向. 在对南海海域北部区域的板块构造环境和地球动力学背景分析的基础上,以上述地应力观测数据以及震源机制解资料为约束,对该区域现今地应力场进行了数值模拟分析,模拟结果表明,由于受印度板块、菲律宾板块和欧亚板块不同程度的影响,南海北部区域的地应力分布特征呈现了不同区域分化的趋势. 在靠近台湾岛区域,主要受到菲律宾板块与欧亚板块发生碰撞的影响,最大主应力方向为近E-W向;沿着滨海海岸带向西,由于受到欧亚板块在马尼拉海沟向下俯冲形成的拉伸作用,最大主应力的方向逐渐转换为S-N向、NW向.