青藏高原递进式隆升的力学模式

根据青藏高原现代构造变形的GPS速度场、高原区喜马拉雅山等五大山脉之间的几何关系,及其在地貌构造上的褶皱结构特点、岩石圈的分层特征,提出在印度板块的推挤作用下,青藏高原具有递进式隆升特征的观点。在此基础上,建立了地壳层递进式弯曲隆升的力学模型,并利用FLAC有限差分法数值模拟软件,近似采用平面应变条件,模拟了在水平推力作用下,地壳层递进式挤压弯曲隆升的过程。根据所建立的力学模型和数值模拟结果认为,青藏高原隆升的主要动力源是印度板块北北东方向的推挤力,地壳层依照自南而北的次序逐步产生一系列弯曲隆起,从平面、剖面上均具有密切的时序因果关系;高原隆升与活动构造的发育、分布具有密切关系,断裂活动强度自南向北递进式扩展。     

青藏高原中段现今构造应力场的数值模拟

将地壳岩石看成粘性流体,对青藏高原中段进行了构造应力场和速度场的有限元模拟。模拟结果表明:青藏高原总体向北和向东位移,向北的位移速度是南部最大,由南向北逐渐减小;向东的位移速度以唐古拉断裂附近最大,南北两侧逐渐减小,形成"挤出"现象。最大主应力方向在南部以NNW向为主,北部以NNE向为主,总体为近SN向。将模拟结果与构造勘察、地震活动和GPS测量结果进行了对比,它们具有很好的一致性,良好地揭示了青藏高原构造活动规律、断层活动强度和东向位移的驱动机理,青藏高原现今活动是印度板块向北推挤和深部物质东流共同作用的结果。      

青藏高原的递进式隆升机制

根据青藏高原现代构造变形的GPS速度场、高原区喜马拉雅山等五大山脉之间的几何关系,及其在地貌构造上的褶皱结构特点、岩石圈的分层特征。作者提出在印度板块的推挤作用下,青藏高原具有递进式隆升的特征的观点。利用FLAC有限差分法数值模拟软件,近似采用平面应变条件,模拟了在水平推力作用下,地壳层递进式挤压弯曲隆升的过程。根据数值模拟结果认为,青藏高原隆升的主要动力源是印度板块NNE方向的推挤力,地壳层依照自南而北的次序逐步产生一系列褶皱隆起,从平面、剖面上均具有密切的时序因果关系;高原隆升与活动构造的发育、分布具有密切关系,断裂活动强度自南向北递进式扩展,因此,祁连山脉是高原最年轻的新生活动山链。     

青藏高原的递进式隆升机制

根据青藏高原现代构造变形的GPS速度场、高原区喜马拉雅山等五大山脉之间的几何关系，及其在地貌构造上的褶皱结构特点、岩石圈的分层特征，作者提出在印度板块的推挤作用下，青藏高原具有递进式隆升的特征的观点。利用FLAC有限差分法数值模拟软件，近似采用平面应变条件，模拟了在水平推力作用下，地壳层递进式挤压弯曲隆升的过程。根据数值模拟结果认为，青藏高原隆升的主要动力源是印度板块NNE方向的推挤力，地壳层依照自南而北的次序逐步产生一系列褶皱隆起，从平面、剖面上均具有密切的时序因果关系；高原隆升与活动构造的发育、分布具有密切关系，断裂活动强度自南向北递进式扩展，因此，祁连山脉是高原最年轻的新生活动山链。     

青藏高原东缘旋转变形机制的数值模拟

在印度板块与欧亚板块的碰撞作用下,青藏高原受到华南块体、鄂尔多斯块体等不同程度的阻挡,引起高原的整体隆升。青藏高原东南缘发生物质向南"逃逸",青藏高原东缘现今的地壳运动表现为围绕青藏高原东构造结发生顺时针的旋转。针对青藏高原东缘的旋转变形特征,基于以大型活动断裂为界的块体构造模型,利用粘弹性接触单元有限元模拟,分析了控制青藏高原东缘旋转变形的动力学环境,模拟的GPS速度与实测GPS速度能够较好的地吻合,构造应力场分布特征和活动断层的性质也能够较大程度地吻合,模拟过程采用的边界及其代表的动力学环境表明,青藏高原东缘整体受控于印度板块的持续碰撞和稳定的华南板块的阻挡,在下地壳的拖曳和重力作用下,青藏高原物质从南部边界"逃逸"。在"逃逸"过程中,受印度板块斜向俯冲作用的影响,沿实皆断裂缅甸板块对巽他板块的剪切拉升作用是形成围绕喜马拉雅东构造结的旋转运动和地壳变形的重要因素,也是青藏高原东南缘旋转活动构造体系的主要影响因素之一。     

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。     

青藏高原的隆升缩短及其粘弹性形变分析

本文依据新生代以来喜马拉雅和青藏高原发生的强烈的构造形变特征,用二维粘弹性有限元数值方法模拟估算了在印度板块向北推挤欧亚大陆的动力条件下,高原各构造单元的形变速率以及由此推算出40Ma以来青藏高原的隆升量和缩短量。反演了各地体岩石力学参数,特别是有效粘性系数η的数量级。认识到物性参数对构造应力场和形变速率的极重要的影响作用。阐明了除了动力机制和边界条件外,岩石圈各圈层材料力学性质的不均一是造成位移场、应力场和形变速率的差异,从而引起各种复杂地质构造现象的基本因素之一。      

甘肃北山旧井地区晚第四纪活动断裂分布及其构造意义

通过对甘肃北山地区遥感影像分析、地质填图和断裂活动性研究,探讨了北山地区晚第四纪以来的变形机制。结合青藏高原北部区域构造应变、应力场,认为北山地区现今构造格局是在印度板块与欧亚板块相碰撞形成的北东向挤压构造应力场的作用下,重新激活东西向的晚古生代、中生代断裂,并产生北东向新生断裂。说明印度板块与欧亚板块相碰撞并持续向北运移所产生的构造变形不仅局限于青藏高原内部及其边界,更影响到青藏高原以北的地区。     

中国东部海域及其邻区现代构造应力场研究

中国东部海域是指渤海、黄海和东海地区。前人利用震源机制解、井壁崩落和水压致裂等资料,分别对有关海区的现代构造应力场作过不同程度的研究。文中根据前人的工作并结合海陆地区新构造运动及其动力条件分析,对东部海域及邻区的现代构造应力场进行较深入的研究。该区现代构造应力场以水平至近于水平挤压作用为主要特征,压应力方向从北到南由NE逐渐转为NEE、EW、SEE至SE向,总体呈向东发散的扇形分布。构造应力作用强度具有非一致性,北强南弱。海域具有与大陆统一的现代构造应力场,相应可划为东北、华北和华南3个应力区。中国东部大陆和海域在青藏高原东部被印度板块挤出的构造块体往NE-SE方向滑动推挤及东边太平洋和菲律宾海板块向NWW俯冲推挡的共同作用下,形成现代构造应力场,且青藏高原东部被挤出块体东向滑动的推挤是现代构造应力场产生的主要动力。     

长江经济带构造应力场特征及动力学环境分析

综合已有的研究成果,根据长江经济带活动构造块体和构造应力场的分布特征进行了构造应力场分区,总体上划分为华北应力分区、华南应力分区以及青藏高原应力分区,其中华南应力分区是长江经济带的主体应力分区。在此基础上,根据长江经济带的活动断裂及构造块体划分建立了有限元网格模型,利用二维有限元对长江经济带的构造应力场进行模拟,并分析了长江经济带的动力学环境。研究表明,长江经济带构造应力场受印度板块、太平洋板块和菲律宾板块联合作用控制,印度板块与欧亚板块的碰撞作用决定了长江经济带总体构造应力场的主要趋势,局部区域受到周边构造环境的影响;东南部处于菲律宾板块向欧亚板块俯冲所诱发的拉张环境,表现为冲绳海槽,西南部受印度板块北移所诱发的缅甸板块的剪切拉张作用,表现为实皆断裂及其西侧的缅甸中央盆地;青藏高原东缘物质横向挤出过程中受到太平洋板块和菲律宾板块的联合俯冲作用,对长江经济带地应力场的分布特征产生重要影响。      

Lithospheric Evolution and Geodynamic Process of the Qinghai-Tibet Plateau:An Inspiration from the Yadong-Golmud-Ejin Geoscience Transect

The Tibet Geoscience Transect (Yadong-Golmud-Ejin) has revealed the basic structures, tectonic evolution and geodynamic process of the lithosphere of the Qinghai-Tibet plateau. The evidence of northward thrusting of the Indian plate beneath the Himalayans on the southern margin and to southward compression of the Alxa block on the northern margin has been found. They were the driving forces causing the plateau uplift. The plateau is a continent resulting from amalgamation of eight terranes. These tenanes are separated by sutures or large-scale faults, and different terranes have different lateral inhomogeneities and multi-layered lithospheric structures. At depths of about 20-30 km of the crust in the ulterior of the plateau there commonly exists a low-velocity layer. It is an uncoupled layer of the tectonic stress; above the layer, the upper crustal slices were thrust and overlapped each other and the rocks underwent brittle deformation, thus leading to shortening and thickening of the upper crust Belo     

青藏高原及其周围地区区域应力场与构造运动特征

本文系统解析并分析了1931年8月-2005年10月期间青藏高原及其周围发生的905个震级M4．5-8．5地震的震源机制结果,研究了青藏高原岩石圈的区域应力场与构造运动特征。结果表明,来自印度板块的北北东或北东方向的水平挤压应力控制了青藏高原及其周缘地区的岩石圈应力场。从喜马拉雅到贝加尔湖以南包括中国西部的广大范围内,主压应力P轴的水平分量位于近NE-SW方向,形成了一个广域的NE-SW方向的挤压应力场。特别是青藏高原周缘地区,除其东部边缘外,南部的喜马拉雅山前沿以及青藏高原的北部、西部边缘地区所发生的绝大部分地震都属于逆断层型或走滑逆断层型地震,表现出周缘地区的水平挤压应力更为强势。应力场特征充分表明, 印度板块的北上运动,以及它与欧亚板块之间的碰撞,所形成的挤压应力场是青藏高原强烈隆起的直接原因。在青藏高原周缘地区受到强烈挤压应力场控制的同时,有大量正断层型地震集中发生在青藏高原中部海拔4000m以上的地区,其中许多地震是纯正断层型地震。震源机制结果显示,近E-W向或WNW-ESE向的水平扩张应力控制着该区的岩石圈应力场;正断层型地震的断层走向多为南北方向,断层位错矢量的水平分量大体位于近东西方向。这表明青藏高原中部高海拔地区存在着近东西方向的扩张构造运动,且扩张构造运动是该区引张应力场的作用结果。其动力学原因可能与持续隆升的高原自重增大引起的重力崩塌及其周边区域构造应力状况有关。研究青藏高原存在挤压应力场与引张应力场及其构造运动的区域特征,对于认识青藏高原形成、发展的地球动力学机制,有着极其重要的意义。     

拉脊山-化隆变质核杂岩构造及其隆升机制探讨

中祁连拉脊山、化隆地区的变质核杂岩是由韧性变形的太古宙、元古宙化隆群变质岩系组成核; 由脆-韧性变形和经受了低压变质的中、上寒武统和岩体组成中间层; 由脆性变形和未变质的下白垩统组成盖层.变质核杂岩的组成与结构显示了对称伸展和隆升的特征.23~ 32Ma是快速隆升的时期.主剥离断层剪切位移量约25~ 27km, 并根据矿物对计算, 变质核杂岩的伸展变质温度约625~ 630℃, 变质深度约20km, 变质压力约为0.63GPa, 属偏低压型区域热流变质作用.从青藏高原热壳、热幔、厚壳的演化历史及构造隆升活动来看, 认为拉脊山、化隆变质核杂岩是地幔热隆引起地壳伸展的典型实例, 是研究青藏高原岩石圈结构和高原隆升的重要窗口.      

中国岩石圈应力场与构造运动区域特征

笔者系统分析了1918—2005年间中国大陆及其周缘发生的3130个中、强地震的震源机制解,根据其特征进行了岩石圈应力场构造分区,首次得到区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计数字结果。在此基础上研究了应力场的区域特征、探讨了其动力学来源以及构造运动特征。总体结果表明,中国大陆及其周缘岩石圈应力场和构造运动可以归结为印度洋板块、太平洋板块、菲律宾海板块与欧亚板块之间相对运动,以及大陆板内区域块体之间的相互作用的结果。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、中国西部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轴水平分量方位位于20～40°,形成了近NE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。而多数正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区,断层位错的水平分量位于近东西方向。表明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。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到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制。华北地区大地震的震源机制解均反映出该区地震的发生大体为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果。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。地震的震源机制结果还表明,将中国大陆分成东、西两部分的中国南北地震带是印度洋板块、菲律宾海板块与太平洋板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线。     

青藏高原隆升机制新模式

作为创建大陆动力学理论体系的最佳野外实验室的青藏高原, 涉及当代固体地球科学前沿和热点的许多重大科学问题.迄今为止, 包括板块构造在内的众多模式不能合理地解释青藏高原重要的地质和地球物理现象.本文从下地壳与中上地壳、造山带与沉积盆地的耦合作用出发, 对青藏高原及邻区进行分尺度、分层块、分阶段的构造解析, 提出青藏高原隆升的下地壳层流构造模式, 认为青藏高原地壳增厚和构造隆升是晚新生代由于锡瓦利克盆地、塔里木盆地和四川盆地下地壳的热软化岩石大量流向青藏高原造成的.      

中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究

通过分析中国大陆地壳运动GPS速度场得到现今构造应变率场。结果显示在印度板块北向推挤作用下 ,青藏高原内部及其邻域形变场并不局限于少数大型走滑断裂 ,而是在大范围内广泛分布 ,各地区构造运动驱动机制也可能各有不同。藏南地区主应变率场呈均衡的约 2× 10 -8a-1南北向挤压和东西向拉张 ,显示印度板块下插造成的地壳增厚和岩石圈拆离可能形成上地壳与上地幔间形变解耦 ,地壳内部在南北向挤压及重力场作用下产生东向塑性流驱使上地壳产生东西向拉张。西藏中部羌塘地区主应变率场显示均衡的约 2× 10 -8a-1北北东向挤压和北西西向拉张 ,反映本地区一系列走向北东和北西的共轭剪切断裂的活动 ,可能源于南北向挤压和软流层内东向塑性流的驱动。柴达木盆地及周边地区主应变率场呈约 2× 10 -8a-1北东向压缩和约 (0 1)× 10 -8a-1北西向拉张 ,表明地壳增厚造成的地壳温度上升可能还不足以造成上下地壳的充分解耦 ,南北向的消减还未能有效地转换成东西向的拉张 ,形变以褶皱和逆冲断裂运动为主。当今青藏高原形变场的形成应是构造运动从南到北阶段性发展过程中地壳与上地幔介质性质差异造成驱动机制不同的结果。     

岩石圈内横向密度差异产生的构造应力与缓慢变形

用不可压缩固体模型对岩石圈内横向密度差异产生的构造应力和缓慢变形进行了三维有限元模拟。结果表明,对于达到均衡补偿状态的模型,5公里地形高差的重力势在地壳内产生数百巴的构造应力,高原下出现横向拉张应力,平原下出现挤压应力;地壳厚度变化大的过渡带,应力的增加更显著。在地壳局部增厚而地形高度未达到均衡补偿的情况下,深部侧向密度差异产生的重力调整作用使物质向地壳较厚的地方迁移,导致那里的地壳产生地表隆起。     

内蒙古大青山地区中生代造山运动及构造演化

大青山地区是燕山—阴山板内造山带西段的重要组成部分 ,区内主体的构造格局和构造样式是由中生代地壳多期、多阶段构造变形的结果。印支期地壳以南北向挤压作用为主 ,是一次强烈褶皱造山运动 ,并伴随有强烈的岩浆活动。燕山早期阶段地壳仍然以挤压变形为主 ,形成了大青山逆冲推覆体系 ,同时控制了前缘断陷盆地沉积和演化。燕山中期由于区域构造背景的转变和重力作用 ,区域内发生了向南的伸展变形作用 ,形成了早白垩纪呼包盆地。燕山晚期地壳以挤压逆冲变形为主 ,不仅形成了楔冲式推覆构造 ,也使上白垩统与下白垩统为角度不整合接触。     

青藏高原南部晚新生代板内造山与动力成矿

青藏高原晚新生代构造隆升是板块碰撞成因还是板内造山过程 ,关系到高原形成机制、演化过程以及岩石圈动力学与大陆动力学的关系等一系列重大科学问题。近年来在冈底斯发现多个以斑岩铜矿为主的大型和超大型矿床 ,其成矿时代为 2 0～ 12Ma ,与青藏高原构造隆升时代一致 ,也与笔者10年前以大陆动力学和成矿动力学为理论指导的预测结果吻合。青藏高原南部晚新生代大量的地质、地球物理、矿床等方面的证据根本不支持碰撞造山理论 ,如青藏高原内部伸展边缘逆冲、碰撞与隆升之间时差明显 ,壳内低速层和低阻层发育 ,造山与成盆关系密切 ,板内隆升环境下发生大规模构造变形、岩浆活动和动力成矿等。青藏高原南部晚新生代构造隆升作用是在新特提斯开合转换、碰撞造陆之后 ,在下地壳层流作用的驱动下 ,发生板内造山、地壳增厚、热隆伸展和改造成矿的构造成矿过程 ,大规模的板内金属成矿在 3～ 4Ma以来的均衡隆升、成山过程中进一步改造。     

环青藏高原构造形变场的数值模拟研究

本文综合论述了环青藏高原地区主要断裂活动性及其内部构造块体运动状况两方面的构造形变场特征，并将其置于 青藏高原这个完整的地球动力学环境体系中，在建立青藏高原构造动力学模型式的基础上，用离散元法模拟分析了环青藏高原地区上述两方面的构造形变场特征。