基于最小二乘配置在椭球面上解算喜马拉雅地区GPS应变分布

随着空间大地测量技术不断发展,GPS观测的地壳水平形变速度场精度也在不断提高,更加严密的GPS应变分析模型将有助于促进更高精度的地壳运动模型的构建.大地线长度与对应球面弧长之间的差异与纬度、经度变化均有关,并且与纬度变化影响最为显著,纬度越低,相应的椭球面效应约显著.本文在最小二乘配置模型的基础上进一步研究并推导了基于椭球坐标系的GPS应变分析模型,通过该模型进一步计算了青藏高原南部喜马拉雅构造带及阿萨姆构造结地区现今GPS应变分布.最大、最小主应变的显示喜马拉雅山脉中部的南北向压缩变形最强,西部次之,东部最弱.在印度板块的俯冲推挤作用下,喜马拉雅构造带内部地壳的变形过程并不统一.本文研究发现雅鲁藏布江缝合带与亚东—古鲁断裂带是该区域地壳水平形变的两条重要分界构造,雅鲁藏布江缝合带南部、亚东—古鲁断裂西侧的条带状地区可能是青藏南部吸收来自印度板块俯冲挤压作用的主要区域,最大剪应变分布及面膨胀值分布均表明亚东—古鲁断裂带是喜马拉雅构造带东西向拉伸变形过程中的一条重要的分界构造.沿喜马拉雅构造带分布的地壳剧烈变形区域集中分布在断裂以西,向东跨过该断裂的GPS应变场大幅减弱.青藏高原东南缘以阿萨姆构造结为中心的顺时针旋转变形存在旋转内、外圈层速度不一致现象,旋转速率由内向外逐渐增强.     

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。     

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.     

西藏南部地区现今构造变形分析

近十多年来藏南地区GPS网的多期观测结果为研究其构造变形提供了精确数据。本文将该区划分为冈底斯、西喜马拉雅、中喜马拉雅、拉萨4个块体,建立了各块体的弹性运动模型。以藏北高原的旋转框架为参考基准,得到藏南地区的水平形变场和应变场,分析形变场和应变场的空间变化,发现藏南地区存在强烈的S-N向挤压缩短变形,同时也有明显的E-W向伸展变形。南北边界之间的平均缩短速率16.9±2.5mm/a,大约吸收了印度与欧亚汇聚速率的42.4%。在雅鲁藏布江缝合线与班公错—嘉黎断裂之间,从80°E到90°E,地壳E—W向的伸展速率16.3±2.4mm/a。因此,藏南地区现今构造变形是以挤压缩短为主,S-N向挤压缩短与E—W伸展共存的复合变形模式。印度板块向欧亚板块的俯冲推挤是该区域变形的主要驱动力,重力作用对其变形也有重要贡献。     

中国大陆及周边地区现代岩石圈演化动力学模拟

采用有限元方法模拟了近20万年来青藏高原岩石圈形变演化过程，探讨了印度-欧亚大陆的碰撞对中国大陆岩石层形变和应力场的影响以及它们与强地震活动性的关系.结合现代GPS、地震和地质学观测的结果，对比分析了中国大陆在百万年、十万年和十年尺度上的形变和构造应力场的基本格局.研究表明：（1）印度-欧亚大陆的碰撞以及印度大陆的持续向北推进、挤压所产生的应力环境，一直主导了以青藏高原为核心的我国西部地域岩石圈构造、运动和演化，但其影响随着远离青藏高原地区而逐渐变小.（2）断层滑移和重力势作用对于青藏高原东西部以及塔里木盆地的影响相当大，它们导致青藏高原岩石层东西向形变速率增大，对青藏高原的中南部地区产生拉张效应，同时导致塔里木盆地出现整体的右旋趋势.（3）青藏高原区域水平方向形变速率和GPS观测结果吻合较好.但在垂直方向上，一些地区计算结果与观测数据相差较大，这说明单纯的挤压作用不是现代青藏高原隆升的惟一机制.现代青藏高原的隆升可能与其他驱动机制，如地幔对流、重力均衡以及剥蚀作用等有关.（4）印度板块的挤压作用基本上决定了中国大陆西部的主压应力场分布.（5）印度板块的碰撞对中国大陆的强地震活动性有重要影响，但华北地区是个例外，该地区的地震活动性很强而印度板块的挤压在该区域产生的影响却很小，说明其他的驱动力在一定程度上活化了华北地块.     

基于GPS研究天山西南地区现今应变场特征

利用1992~2012年多期境内外天山西南地区GPS观测数据,计算得出天山西南及帕米尔地区现今构造变形运动速度场,并计算给出了研究区内最大主应变、剪应变率和面膨胀的分布情况。结果表明:在西天山地区受印度板块西构造结挤压作用下,帕米尔高原快速向北俯冲,造成天山沿这一经度带发生了强烈的地壳缩短;盆—山结合带的变形大于山体内部变形,形变幅度最大的地方往往就是历史上多次发生7~8级大震的地方;天山主压应变方向随经度增加逐渐由北北西向转向南北及北北东向,基本上与天山山脉走向垂直;主压应变较大的地区集中在西天山南北褶皱带上,最大剪应变率位于西天山南缘与帕米尔高原及西昆仑结合部,高值区是强地震的主要分布区。     

新疆伽师及邻近地区现今地壳形变的GPS监测与研究

利用高精度数据软件对伽师及邻近地区的GPS监测网观测数据进行计算分析(基线精度达到了 10 - 8～ 10 - 9) ,获得了该地区的现今地壳形变速率图 .结果表明 ,伽师及邻近地区在印度板块的推挤作用下 ,地壳正快速缩短变形 ,主压应力为近南北方向 .各地块运动速率不同 ,平均应变率为 0 .0 4× 10 - 6 /a .     

利用应变场和基线变化率研究新疆南天山地区近期地壳运动特征

利用GPS数据研究南天山地区地壳运动特征,截取了该区域2005 ～ 2009年GPS数据,在统一框架下进行解算,并绘制出不同时段的主应变、剪应变以及基线变化速率等图像,研究表明该区域的地壳形变具有自西向东、自南向北减弱的特点,主压应变主要表现为受印度板块向北推挤而形成的近南北向压性应力场.2005～2009年基线变化速率表明,以喀什沿经线南北向为界,其东部区域基本上为压缩区,其西部区域基本上为拉张区,东部的基线缩短平均速率(4.84 mm/a)大于西部基线伸长的平均速率(3.06 mm/a),以喀什沿纬线东西向为界,其南部区域基线变化平均速率(5.58 mm/a)明显高于北部区域基线变化平均速率(3.52 mm/a),且伸长、压缩变化速率最大基线均在南部地区,说明南部区域受到塔里木块体和青藏高原挤压比较强烈,表明喀什南部区域地壳运动相对活跃.     

川滇地区应变率场分布及其变化特征研究

基于GPS多期复测资料, 利用最小二乘配置方法计算川滇地区应变参数, 分析该区域应变率场分布及其变化特征并探讨其分布与强震关系。 研究结果表明: ① 各时段应变率场空间分布的明显变化应属于大于GPS资料误差的真实地壳构造形变信息; ② 最大剪应变率及第一、 第二剪应变率的结果反映了走滑断裂对区域变形的显著控制; ③ 主应变率, 东西、 南北向应变率场动态结果反映的汶川地震孕震的空间尺度较大; ④ 在本区大致反映北东向与北西向剪切变形的第一剪应变率、 东西向应变率、 南北向应变率及最大剪应变率与6级以上地震对应较好。     

青藏高原及邻区现今地应变率场的计算及其结果的地球动力学意义

许多研究人员利用GPS测量的速度资料计算了地应变率场，但其结果差异较大. 本文将地质统计学中的Kriging方法引入到GPS观测的速度场研究中, 通过Kriging插值得到青藏高原及邻区均匀网格节点上的速度值，然后运用有限单元中形函数(Lagrange插值函数)的求导方法，计算每个网格单元积分点处的地应变率分量，从而获得青藏高原及邻区的地应变率场的分布. 计算结果显示，青藏高原主体处在南北向受挤压、东西向被拉张的应变状态之中，但高原东部地区则正好相反，即南北向拉张、东西向出现挤压. 青藏高原及邻区主应变率的方位与震源机制解中P轴、T轴的方向基本一致；最大主压应变率的高值区分布在喜马拉雅主边界冲断带及附近地区，高原内部出现主张应变率大于压应变率的现象，且高原内部处在拉张应变状态. 面膨胀率结果也表明，喜马拉雅山及附近地区为面收缩区，而高原内部其他地区主要为膨胀区；最大剪应变率分布清晰地显示出青藏高原周边的主要断裂带轮廓. 文中的应变率计算结果预示青藏高原及周边地区现今的地应变与较长期的地质活动之间有一定的继承关系.     

Moment Tensor Solutions of Earthquakes in the Indian Ocean from Surface Waves and their Tectonic Implications

—Rayleigh and Love waves generated by sixteen earthquakes which occurred in the Indian Ocean and were recorded at 13 WWSSN stations of Asia, Africa and Australia are used to determine the moment tensor solution of these earthquakes. A combination of thrust and strike-slip faulting is obtained for earthquakes occurring in the Bay of Bengal. Thrust, strike slip or normal faulting (or either of the combination) is obtained for earthquakes occurring in the Arabian Sea and the Indian Ocean. The resultant compressive and tensional stress directions are estimated from more than 300 centroid moment tensor (CMT) solution of earthquakes occurring in different parts of the Indian Ocean. The resultant compressive stress directions are changing from north-south to east-west and the resultant tensional stress directions from east-west to north-south in different parts of the Indian Ocean. The results infer the counterclockwise movement of the region (0°–33°S and 64°E–94°E), stretching from the Rodriguez triple junction to the intense deformation zone of the central Indian Ocean and the formation of a new subduction zone (island arc) beneath the intense deformation zone of the central Indian Ocean and another at the southern part of the central Indian basin. The compressive stress direction is along the ridge axis and the extensional stress manifests across the ridge axis. The north-south to northeast-south west compression and east-west to northwest-southeast extension in the Indian Ocean suggest the northward underthrusting of the Indian plate beneath the Eurasian plate and the subduction beneath the Sunda arc region in the eastern part. The focal depth of earthquakes is estimated to be shallow, varying from 4 to 20 km and increasing gradually in the age of the oceanic lithosphere with the focal depth of earthquakes in the Indian Ocean.     

对中国大陆地壳水平变形的初步探索

根据全国ＧＰＳ网１９９４和１９９６年两期观测资料的处理结果,讨论了中国大陆地区现阶段应变场和应力场。青藏亚板块的西部和东部张应变起主导作用,中部压应变占优势,主压应变方向为北北东向;青藏亚板块东南部东南段云南地区的主压应变方向为北西向,压应变和张应变量级相当。新疆亚板块的主压应役北北东向至北东向为主,应变量存在差别。华北亚板块的主压应变方向是北东至近东西向为主导,局部地段存在差别,大部分地区压应变     

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.     

基于GPS应变、地震应变率与震源应力场对帕米尔高原现今构造变形特征的分析

研究帕米尔高原的构造变形特征对于理解印度板块向北推挤过程中的应变分配方式以及应力转换模式具有重要的意义.本文利用区域GPS应变场、地震应变场与震源应力场分析帕米尔高原的构造形变特征.主要结论为:(1)该区域变形主要以NNW-SSE或近N-S向的挤压为主,在高原内部伴有明显的近ENE-WSW或E-W向拉张,应力方向在帕米尔高原与塔吉克盆地区域呈现逆时针旋转的趋势,而在塔里木盆地则显示几乎与帕米尔高原的一致的应力状态,这可能与两侧盆地块体的强度差异有关.(2)安德森断层参数A∅显示帕米尔高原北缘与西侧区域为逆断层应力状态,在高原内部为正断层应力状态,这与GPS应变的结果显示的应变主要集中在主帕米尔断裂与阿莱谷地附近而在高原内部应变较低是一致的,另外应力在喀喇昆仑断裂北段的方向基本平行于断层走向,以及断层北端较低的滑动速率,这说明了地壳挤压缩短可能是帕米尔高原主要的的构造变形特征,并不支持由于边界走滑断裂导致的应变分异或者块体挤出的模式.(3)综合考虑地震应变方向与SHmax从帕米尔北部NNW-SSE方向到天山北部的近N-S方向的转换,GPS应变方向在帕米尔高原两侧盆地都存在不同程度的旋转,应力场安德森参数A∅显示的应力状态以及SKS的结果显示的近ENE-WSW方向,我们认为印度板块向北推挤与天山造山带碰撞导致帕米尔高原不对称的径向逆冲是帕米尔高原现今构造变形的主要成因与构造模式.     

中国大陆应变应力场研究

根据1999～2009年网络工程GPS观测资料计算得到的应变率参数,研究了中国大陆地壳的应变应力场及其地壳现今的水平活动特征。结果表明,中国大陆地壳西部青藏亚板块的压应力主方向围绕藏南和阿萨姆构造结向北、东、南依次辐射撒开。新疆亚板块自西向东由近SN向变为NE向。中国大陆东部地壳的压应力主方向自北向南由NEE变为近EW向,再变为SEE向。中国大陆主压应力作用强度西部显著大于东部。中国大陆地壳西部强于东部,南部强于北部,现今西部地壳以挤压、走滑为主,东部地壳既有挤压、走滑,也有拉张。     

利用GPS数据探讨鄂尔多斯地块西南缘地壳动态演化特征

利用GPS大地测量数据,借助最小二乘配置方法构建位移与应变间的偏导关系,探讨了鄂尔多斯地块西南缘地震空区近10年尺度地壳运动速度场、应变场的动态演化特征,分析了研究区域较少发生地震的成因。结果表明：地壳物质流在阿拉善地块、鄂尔多斯地块与西秦岭构造区的复杂地质构造交汇处,地壳内部物质流加速东移,板块间应力积累特征不显著;六盘山断裂、陇县—宝鸡断裂带以西,显示了EW向或NE向的压应变,而沿断裂走向则以拉应变为主,表明西侧地壳物质沿鄂尔多斯地块西南缘东迁顺时针旋转的运动状态;在岐山至扶风一带,出现了面膨胀的特征,释放了地壳内部的压应力,但构造内部运动并无闭锁现象出现,这可能降低了研究区域地震孕育与发生的风险。     

Evaluation of micro-behavior of strain field in Chinese mainland with the GPS time series

Introduction In the last 20 years, with observation technique development in space monitoring to Earth, a large progress has been made in monitoring crustal movement. This makes it possible for us to study crustal movement and the present geodynamic. Continuous GPS observation conducted in Chinese mainland and its neighboring region provides us for studying the present strain field of crustal micro-behavior tectonic. Crustal micro-behavior tectonic means that we can study the dif-ference bet…     

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.     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.