剪切波分裂揭示的青藏高原东北缘分层各向异性形态:从海原断裂至银川地堑

印度板块与欧亚板块的挤压导致青藏高原隆升,青藏高原东北缘的变形模式对于青藏高原隆升机制有重要意义,地震各向异性可用于揭示岩石圈变形以及壳幔作用模式.本文基于青藏高原东北缘15个固定地震台站的远震地震波形,通过SKS、PKS、SKKS(简称XKS)震相的剪切波分裂分析,分析并拟合各台站的视各向异性参数,发现海原断裂带和银...     

深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变

由于活动的青藏高原不断的隆升和推挤作用,在西南向东北的推挤作用和周缘块体的阻挡以及东北缘内部块体挤压形变的作用下,形成了多个走向不同的青藏高原东北缘构造体系.新生代构造变形和地震活动强烈,区内分布多条大型深断裂带.海原断裂是青藏高原东北缘发育的弧形活动断裂带中规模最大、活动最为强烈的一条左旋走滑型断裂带,是重要的大地构造区边界,也是控制现今强震活动的活断层.本文利用2009年完成的高分辨率深地震反射剖面的北段资料,对其进行初步构造解释,揭示出海原断裂带的深部几何形态和其两侧地壳上地幔细结构.结果显示海原断裂并不是简单的陡立或者较缓,其几何形态随着深度变化.在海原断裂之下的Moho并未错断的反射特征显示海原断裂并不是直接错断莫霍面的超壳断裂.海原断裂带及两侧岩石圈结构和构造样式的研究为探讨青藏高原东北缘岩石圈变形机制提供地震学依据.     

龙门山南段及其前陆区晚第四纪构造变形的河流地貌研究

正作为青藏高原的东边界,巴颜喀拉块体与四川盆地的接触带,龙门山自中新世以来发生了强烈隆升,形成了世界上最陡峻的地形梯度带。从四川盆地西边界到青藏高原仅50 km范围内高差达4.5 km,龙门山因此成为研究青藏高原物质向东运动及青藏高原东缘隆升机制的重要场所。关于青藏高原东缘的变形机制主要有两种端元模型:一种是以地壳缩短为主的大陆逃逸模式,认为青藏高原东缘的变形主要集中在重要的活动边界断裂上;另一种是下地壳流模     

青藏高原东北缘地壳地震各向异性研究进展

青藏高原东北缘是青藏块体与华北块体的接触前缘部位,是研究青藏高原隆升扩张和深部动力学问题的重要区域。本文收集了青藏高原东北缘及其邻区由不同方法和不同资料获得的地壳地震各向异性结果,介绍了中上地壳和全地壳各向异性特征;结合区域地质构造、地表运动、构造应力和深部结构,分析了研究区域地壳各向异性的区域分布特征及其与地质构造的关系。结果表明,青藏高原东北缘地震各向异性存在明显的横向区域差异性,体现区域深部构造和地壳介质变形的复杂性;上地壳与全地壳的垂向差异性,反映出该区域可能存在各向异性分层现象。由于青藏高原隆升在其东北缘的伸展边界、物质运移及深部动力模式等尚处在探讨之中,结合多种数据并综合多种方法分析,有助于获得精细、准确的地震各向异性信息,为研究青藏高原隆升演化机制和深部动力模式提供有效的约束。     

青藏高原东北部现今地壳形变

<正>地壳空间变形模式是探究青藏高原隆升的关键,青藏高原东北部作为高原隆升和扩展的前缘,是由不同构造背景且被活动断裂分割的地块组成。因此,有必要研究不同地块在应变从高原内部向外迁移、分配中的各自行为,及地壳垂直变形对侧向扩展的响应。对GPS水平速度场和应变率场的分析表明:研究区应变向东的耗散主要沿东昆仑和海原断裂。而其应     

青藏高原东北缘地壳应变与应力特征研究

青藏高原东北缘是青藏高原隆升和变形的前缘,地壳变形剧烈,研究其地壳运动和变形对理解该区的构造活动特征和动力学机制具有重要的意义。本研究收集1991—2016年的GNSS速度场数据,采用多尺度球面小波方法计算应变率张量,分析主应变率、面应变率和最大剪应变率的空间分布特征。面应变率结果显示青藏高原东北缘大部分区域具有轻微的压缩,平均压缩率小于15 nstrain/a,压缩率较高的区域集中在青藏高原东北缘的边缘地区,其中祁连山断裂带和海原断裂带区域的面压缩率大于20 nstrain/a。东昆仑断裂带、祁连山断裂带、海原断裂带和六盘山断裂带具有较高的剪应变率,最大约为40 nstrain/a。研究还收集青藏高原东北缘1904—2021年2.0级以上地震的震源机制解,通过区域阻尼应力反演方法得到该区域的应力场,最大主应力方向显示青藏高原东北缘35°N以南的区域表现为近EW向的挤压,而35°N以北的区域表现为NE向的挤压。根据最大、最小主应力的倾角把研究区划分为正断、逆冲和走滑3类区域,发现青藏高原东北缘内部的大部分区域和六盘山断裂的北部区域表现出走滑的运动特征,而祁连山断裂带、海原断裂带和西秦岭...     

青藏高原隆升过程的三阶段模式

综合分析了前人对青藏高原岩石层构造和动力学研究的成果,提出印度板块和欧亚板块会聚、大陆碰撞及大陆形变的基本特征为青藏高原地壳的加厚和地壳缩短,地壳物质的横向流动;青藏高原隆升过程呈现出阶段性、多样性和复杂性;组成青藏高原的各块体可能有不同的主导隆升机制．认识到在板块构造理论所揭示的全球构造格局中,青藏高原不仅仅是印度板块和欧亚板块会聚、碰撞以及大陆形变的结果,它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的结果．从地幔动力学的角度出发讨论了青藏高原隆升的断离险升－挤压隆升－对流隆升三阶段模式（ＢＣＣＭ）,结合数值模拟的结果分析了与此模式相对应的该区域岩石层构造、运动的地幔深部物质运移和动力学背景．     

龙日坝断裂带晚第四纪活动及其与周边断裂的运动学关系

正欧亚板块与印度板块的碰撞,导致了青藏高原的大幅度隆升,并造就和改变了整个欧亚大陆的构造格局,对亚洲地区的气候与环境产生了重大影响。同时,还造成了青藏高原向东运动。青藏高原东缘形成了整个高原最为陡变的地形梯度,是目前研究青藏高原向东运动及青藏高原东缘隆升机制的重要场所。2008年汶川MS8.0地震造成了龙门山断裂带的破裂,这更激发了对青藏高原东缘隆升机制研究的兴趣。关于青藏高原东缘的变形机制主要有两个     

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.     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

青藏高原东南缘的新生代盆地古高度重建研究与进展

掌握青藏高原的高程演化历史对检验高原边界的变形机制和理解深部地球动力学具有重要意义.文中对青藏高原东南缘的囊谦盆地、贡觉盆地、芒康盆地、黎明-剑川-兰坪盆地、洱源盆地、怒河盆地和岔科-小龙潭盆地等不同区域的典型新生代盆地的古高度重建研究成果进行了系统梳理、总结以及部分重新计算后,恢复了青藏高原东南缘新生代隆升过程的时空...     

青藏高原东缘变形机制的讨论: 来自数值模拟结果的限定

青藏高原东缘的地壳结构是两种主流青藏高原隆升模式争辩的焦点之一.中下地壳流曾经被认为是高原东缘隆升的主要构造驱动力,但是中上地壳之间低阻低速层的发现及其与2008 M_S8.0汶川地震良好的对应关系表明,高原东缘具有向东刚性挤出的可能性.然而大部分关于龙门山断裂的数值模拟仍建立在下地壳流的基础上,仅将低阻低速层作为断裂的延续或是弱化地壳物性参数的软弱层,而非能够控制块体滑动的"解耦层",也没有考虑到刚性块体变形中的断裂相互作用.本文建立了包含相互平行的龙门山断裂与龙日坝断裂的刚性上地壳模型,用极薄的低阻低速层作为块体滑动的解耦带,采用速率相关的非线性摩擦接触有限元方法,基于R最小策略控制时间步长,计算了在仅有侧向挤压力作用下,低阻低速层对青藏高原东缘的刚性块体变形和断裂活动的作用.计算结果显示,低阻低速层控制了刚性块体的垂直变形和水平变形分布特征.在侧向挤压力的持续作用下,在低阻低速层控制下的巴颜喀拉块体能够快速隆升,而缺乏低阻低速层的四川盆地隆升速度和隆升量均极小,隆升差异集中在龙门山断裂附近,使其发生应力积累乃至破裂.龙日坝断裂被两侧的刚性次级块体挟持着一起向南东方向运动,但该断裂的走滑运动分解了绝大部分施加在块体边界上的走滑量,使得相邻的龙门山次级块体的走滑分量遽然减少,也使得龙门山断裂表现出以逆冲为主,兼有少量走滑的运动性质.本文所得的这些计算结果显示了在缺乏中下地壳流,仅在低阻低速层解耦下刚性块体隆升过程及相关断裂活动,提供了青藏高原东缘刚性块体挤出的可行性,为青藏高原东缘隆升机制的研究讨论提供了重要依据.     

Deformation mechanism of the eastera Tibetan plateau: Insights from numerical models

青藏高原东缘的地壳结构是两种主流青藏高原隆升模式争辩的焦点之一.中下地壳流曾经被认为是高原东缘隆升的主要构造驱动力,但是中上地壳之间低阻低速层的发现及其与2008 Ms8.0汶川地震良好的对应关系表明,高原东缘具有向东刚性挤出的可能性.然而大部分关于龙门山断裂的数值模拟仍建立在下地壳流的基础上,仅将低阻低速层作为断裂的延续或是弱化地壳物性参数的软弱层,而非能够控制块体滑动的“解耦层”,也没有考虑到刚性块体变形中的断裂相互作用.本文建立了包含相互平行的龙门山断裂与龙日坝断裂的刚性上地壳模型,用极薄的低阻低速层作为块体滑动的解耦带,采用速率相关的非线性摩擦接触有限元方法,基于R最小策略控制时间步长,计算了在仅有侧向挤压力作用下,低阻低速层对青藏高原东缘的刚性块体变形和断裂活动的作用.计算结果显示,低阻低速层控制了刚性块体的垂直变形和水平变形分布特征.在侧向挤压力的持续作用下,在低阻低速层控制下的巴颜喀拉块体能够快速隆升,而缺乏低阻低速层的四川盆地隆升速度和隆升量均极小,隆升差异集中在龙门山断裂附近,使其发生应力积累乃至破裂.龙日坝断裂被两侧的刚性次级块体挟持着一起向南东方向运动,但该断裂的走滑运动分解了绝大部分施加在块体边界上的走滑量,使得相邻的龙门山次级块体的走滑分量遽然减少,也使得龙门山断裂表现出以逆冲为主,兼有少量走滑的运动性质.本文所得的这些计算结果显示了在缺乏中下地壳流,仅在低阻低速层解耦下刚性块体隆升过程及相关断裂活动,提供了青藏高原东缘刚性块体挤出的可行性,为青藏高原东缘隆升机制的研究讨论提供了重要依据.     

西藏中南部格仁错断裂张剪性质及其区域动力学意义

喀拉昆仑-嘉黎断裂带(KJFZ)是青藏高原中南部一条规模宏大断裂带,因其是青藏高原向东运移的南边界,其构造展布和活动性质与高原隆升、侧向挤出和东西向伸展等科学问题关系密切,也是研究高原变形机制和地球动力学重要场所.本文选取该断裂带中部NW向格仁错断裂(GRCF),对断裂沿线进行较详细地质地貌调查,对冲沟位错和断层陡坎等地貌单元进行测量,并进行探槽开挖,结合天然剖面揭示了断裂产状,详细研究断裂活动性质,发现断裂除前人认为的右旋走滑性质外,还具有明显的张性正断性质,断裂向北陡倾,且北盘相对南盘下降,全新世以来右旋走滑速率和正断速率分别为2.98 mm/a和0.2~0.5 mm/a之间.前人在共轭的北东向断裂研究中,也发现除左旋走滑性质外,同样具有正断分量,表明现今高原中南部上地壳除传统认为处东西向张性应力场环境外,南北向也具有明显张性特征.而受印度板块向北东向挤压作用,高原岩石圈总体应处于挤压应力状态.因此,推测现今该区域上下地壳处于应力解耦状态,并尝试建立区域张剪性地壳动力学模型:在南北向挤压应力场的作用下,中下地壳缩短凸起隆升,导致上地壳在各方向都表现为不同程度的张性特征.     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）反映的新进展

印度板块与欧亚板块的碰撞是新生代全球最重要的地质事件,由此青藏高原快速隆升,成为了世界第三极,并不断向外扩展,其内部大型断裂体系发育、地质构造复杂、地震及火山活动性强烈。青藏高原东部及其周边地区作为研究高原隆升、深部变形的动力学机制的天然试验场,也是国际地学领域、地球物理与大陆动力学领域的一个重要焦点。本文根据第八届青藏高原东部构造与地球物理研讨会（WTGTP2020）的学术报告,对高原深部结构与动力学研究的一些新进展进行阐述。本次研讨会对青藏高原及其周边地区岩石圈结构、变形机制及物质运移动力学模式等关键问题进行了较为系统的讨论,围绕青藏高原的形成演化历史,从深部构造与岩浆变质响应,到浅部地表过程以及其对资源气候的影响进行探讨研究,将地球深部动力学、地表过程和气候变化等不同圈层的相互作用有机地联系在一起。      

GPS观测及断裂晚第四纪滑动速率所反映的青藏高原北部变形

断裂晚第四纪滑动速率及现今GPS观测揭示了青藏高原向北扩展与高原边缘隆升的运动特征.主要断裂晚第四纪滑动速率及跨断裂GPS应变速率的结果表明,青藏高原北部边缘的断裂以低滑动速率（＜10 mm/a）为主,特别是两条边界断裂：阿尔金断裂和海原—祁连山断裂.两条主要边界断裂上的滑动速率分布显示了断裂间滑动速率转换及调整特征.阿尔金断裂自95°E以西的8～12 mm/a稳定滑动速率,向东逐渐降低到最东端的约1～2 mm/a,而海原断裂自哈拉湖一带开始发育后滑动速率为1～2 mm/a,到祁连一带（101°E以东）增大到相对稳定的4～5 mm/a,直到过海原后转向六盘山一带,滑动速率降低到1～3 mm/a,甚至更低.滑动速率的变化及分布特征显示,阿尔金断裂滑动主要是通过祁连山内部隆起及两侧新生代盆地变形引起的缩短来吸收的,海原—祁连山断裂的低滑动速率及沿断裂运动学特征表明断裂尾端的陇西盆地变形及六盘山的隆起是断裂左旋走滑速率的主要吸收方式.这一变形特征表明,青藏高原北部边缘的变形模式是一种分布式的连续变形,变形发生自高原内部,边界断裂的走滑被高原内部变形所吸收.     

青藏高原东西向差异形变与隆升机制

高精度布格重力异常约束下的三维空间域挠曲形变模拟显示,大约以90°E为界,青藏高原东、西两部分的岩石圈强度存在明显的差异.在90°E以东,岩石圈有效弹性厚度为35~45 km,该岩层厚度可使刚性的上地壳与上地幔岩石通过中下地壳柔塑性地层的黏滞流动产生构造解耦;地壳处于区域均衡状态,下地壳热物质的流动膨胀是地壳隆升的主控要素.而在90°E以西,断裂带严重削弱了该区域的岩石圈机械强度,岩石圈有效弹性厚度小于15 km,向西逐渐减小,至喀喇昆仑断裂带变为零,断裂切穿莫霍面进入地幔,发生纯剪切构造形变;这里的地壳接近局部均衡,厚皮逆冲是地形隆升的主要因素.震源深度大于80 km的地幔地震大多发生在青藏高原西部,其岩石圈深部具有的脆裂特征很好地支持了岩石圈机械强度模拟的结果.     

南华北块体及邻区地质结构构造研究进展

本文通过对前人在南华北块体及邻区所做的地质及地球物理勘探研究成果进行了综合分析,发现一些构造单元的划分、岩石圈变形机制及应力变化过程等问题存在争议,甚至同一地区不同研究者研究结果相互存在着矛盾和差异性.为此,本文对上述有差异和争议的研究进行了系统详细的调研,认为在南华北及邻区地块范围内地表地貌整体呈现隆坳相间的形态,深部构造较为复杂,从地表地势到岩石圈构造都经历了不同程度多种方式的变形和多期演化.横向上岩石圈构造在原有基础上变形调整,岩石圈厚度具有南厚北薄、西厚东薄的特点,是受到NW向和NE向两组应力作用的结果,构造主体有序分布,研究区域被两个方向的断裂切割和围陷,进而划分为不同构造单元,构造单元呈长条状间隔分布,次级构造单元内部又可划分为更小的单元,具有分层次变形特征.在演化过程中,研究区域经历了多期构造运动变形,后期运动继承并改造了先存构造,发育有切穿地壳的深大断裂,这些先存大断裂影响并控制了区域隆坳发育,在浅部分散为多条小断裂,对区域中小地震的发生具有重要的影响.本文在分析横向及纵向大地构造特点的基础上,系统梳理了区域内重要构造单元,分南北两侧调研了区内断裂的发育情况,为后续该区相关地质研究提供借鉴和有价值的参考.     

青藏高原东北缘活动断裂剪切模量及应力状态数值模拟

作为控制断层两盘相对运动的重要因素,断裂带介质力学性能与断层面上的滑动速率及应力状态、区域地壳运动速度场等密切相关.受印度板块北东向推挤以及阿拉善地块和鄂尔多斯地块的阻挡作用,青藏高原东北缘构造变形复杂.本文在综合区域动力学环境、活动断裂空间展布以及下地壳黏滞性结构的基础上构建了青藏高原东北缘三维有限元动力学模型;以GPS速度场为约束模拟研究了断层剪切力学性能对区域地壳运动速度场图像的控制作用,进而在最优模型基础上分析了当前青藏高原东北缘不同断裂的应力状态.结果显示：阿尔金断裂东段和广义海原断裂对区域地壳运动速度场控制作用强烈,但二者剪切力学性能相反,阿尔金断裂东段断层剪切模量与周边地壳介质相当,而广义海原断裂断层剪切模量可低至周边地壳介质剪切模量的1/10000;六盘山断裂和西秦岭北缘断裂对区域地壳运动速度场的控制作用较弱,模拟结果显示二者均具有较强的剪切力学性能.基于最佳模型的应力状态分析指出：阿尔金断裂东段,广义海原断裂西段的木里—江仓断裂、中段的金强河—毛毛山—老虎山断裂、东段的六盘山断裂,以及西秦岭北缘断裂中西段当前应力率水平较高,且与前人给出的青藏高原东北缘高闭锁区域吻合.动力学上的高应力率与运动学上的强闭锁良好吻合,预示着这些断裂是地震危险分析值得关注的区域.