青藏高原东缘活动构造与现今地应力场三维粘弹性模拟研究

青藏高原东缘地区活动断裂极其发育,强震繁发,特别是2008年5月12日的汶川Ms8.0级地震的发生,使得众多地球科学家认识到有必要更为全面地了解和认识该地区的地应力场背景和地球动力学环境.本论文结合活动构造的性质和分布特征,在考虑重力因素的条件下,利用三维粘弹性有限元模拟分析青藏高原东缘现今地应力场的分布特征和控制因素.模拟结果表明,印度板块与欧亚板块的持续碰撞和稳定华南块体的阻挡控制着青藏高原东缘总体的动力学环境,主要活动断裂和次一级活动断裂的展布对地应力场分布特征具有不同程度的影响,在不同的构造位置具有不同的地应力场特征,同时决定了相应活动断裂的性质.巴颜喀拉块体的水平最大主应力方向总体上为东西向;印度板块向北运动过程中对缅甸块体产生的剪切拉伸的作用和南海伸展性的边界使得水平最大主应力方向在川滇地块发生了偏转,同时造成了围绕喜马拉雅东构造结的旋转变形.青藏高原东缘在近地表区域由于受到地形地貌的影响,地应力随深度发生了不同程度的变化,在地形梯度较大和块体边界地壳结构发生较大变化的区域,如龙门山断裂带附近,地壳浅部的地应力随深度发生较为明显的变化,而地势比较平缓和地壳岩石物性比较稳定的地区,由浅到深的地应力变化较小.     

西藏-日本剖面的岩石圈构造

利用长周期数字地震仪的面波记录,研究了西藏——日本剖面的岩石圈构造,在资料处理中采取了纯路径效应提取和反演连续速度模型的计算技术,分别得到了大陆边缘、华北和青藏高原的岩石圈速度分布.前二个地区上地幔的速度结构相似,不仅岩石层较薄,而且存在高低速度层的相间分布,表现出活动构造的特点;青藏高原具有稳定地台的上地幔构造,但其地壳部分却属活动构造.这三个大地基本单元在构造上的差异可以从地壳追寻到上地幔200km深处,反映出印度板块和太平洋板块的不同运动.据此推断华北、日本的地震活动在动力源上属于壳-幔性质,而青藏高原的地震属于壳内性质。      

青藏高原东北缘地壳厚度与波速比研究

青藏高原是在印度板块和欧亚板块会聚作用下新生代时期形成的,是现今构造运动最强烈的地区之一.自印度-亚洲碰撞以来,高原内部及边缘发生了强烈的构造变形,在青藏高原周缘地区形成挤压转换造山带和侧向挤出地体群.     

1920年海原大地震的构造形变带和地震断层带的特征

1920年海原8（1/2）级大地震是近代在中国大陆内部发生的一次特大地震。这次地震发生在青藏高原东此缘的弧形构造带上，这里是青藏高原隆起与华北地台的交接地带，也是青藏高原构造应力场与华北构造应力场的过渡地区，所以，海原地震的研究对探讨大陆内部大地震的成因机制具有一定的意义。     

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.     

青藏高原东北缘-鄂尔多斯地壳上地幔地震层析成像研究

根据横跨青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区的流动宽频带地震台阵和区域地震台网的走时数据,利用地震层析成像方法研究了该地区400km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构. 结果表明：青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区地壳上地幔结构呈明显的横向不均匀性. 这种不均匀性体现在不同块体之间,同时也存在于块体内部;青藏高原东北缘上地幔P波平均速度低,而鄂尔多斯地块的P波平均速度高,这与两个地块的地质构造活动特征相吻合. 在青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的上地幔存在宽约200km的过渡带,该过渡带在地表的界限在兰州—海原之间,在上地幔表现为向东45°左右的倾斜条带,基本结构特征表现为高速与低速物质的混杂;青藏高原内部的柴达木地块平均速度偏低,而祁连地块的上地幔的平均速度偏高,两者相差约8髎;在泽库、兰州和海原地区的上地幔顶部有明显的低速体侵入特征.     

青藏高原松潘—西秦岭—临夏盆地深地震反射剖面——采集、处理与初步解释

由于印度洋板块向亚欧板块俯冲使青藏高原不断隆起,其形成不仅导致了亚洲大陆内部强烈的晚新生代构造变形,还对其边缘地区的地貌格局产生重大影响.青藏高原东北缘是青藏高原向北东方向扩展的前缘部位,是印度与欧亚两大板块碰撞作用由近南北方向向北东、东方向转换的重要场所.本文利用2004年和2008年完成的深地震反射剖面资料,采用关键处理技术和参数开展唐克-合作剖面与合作-临夏剖面联线处理,获得总长约400 km的深地震反射剖面,完整揭示了西秦岭造山带及其两侧盆地的地壳结构和构造变形样式.结果显示西秦岭造山带下地壳向若尔盖逆冲推覆的深部构造特征;西秦岭下地壳北倾的强反射及其北侧南倾的强反射特征揭示出扬子与华北两个大陆板块在西秦岭造山带下的汇聚行为.Moho的埋深和起伏形态表明青藏高原东北缘地壳经历了高原隆升后强烈的伸展减薄作用.     

中国大陆及其周边地区应力场特征

本文收集了1976—2018年发生在中国大陆及其周边地区(15°~55°N, 65°~125°E)的4303个地震震源机制解, 分析了该区震源机制解和P、 T轴空间分布特征, 并使用这些震源机制解, 反演得到了中国大陆及周边地区二维构造应力场分布。 应力场反演结果表明, 云南大部、 青藏高原大部以及华北华南大部以走滑型应力性质为主, 印度洋板块与欧亚板块的强烈碰撞控制着中国西部地区, 大量的逆断型地震集中分布在青藏高原周缘和西域活动地块的天山地区。 青藏高原内部也存在正断型地震, 且应力场方向在26°N发生了很大的变化。 位于青藏高原东构造线以南的滇缅活动块体, 最大主压应力σ₁方向在大致100°E发生突变, 由以西的NNE方向偏转到NNW方向。 中国东部的东北块体到华北块体再到华南块体, 最大主压应力方向有一个从NE向逐渐转变成EW向再变化到NW向的旋转趋势。 应力场总体结果表明, 中国东部应力场主要受到太平洋板块和菲律宾板块对欧亚大陆俯冲的作用, 中国西部主要受印度板块向北碰撞欧亚大陆的影响, 块体内部相互作用、 块体与断裂带相互作用也对应力场变化产生影响。     

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.     

青藏高原东北缘壳幔各向异性的差异及含义

青藏高原东北缘是青藏块体东北部大型边界变形带,地处青藏块体、华南地块、鄂尔多斯地块和阿拉善地块的交汇处,为新构造时期以来较为活跃的地质构造单元,其内部发育了多条规模较大的断裂:阿尔金断裂、祁连山断裂带和海原断裂等.     

南北地震带及其邻区的地壳厚度和泊松比研究

南北地震带位于青藏高原东部,是我国重要的块体边界带和地震重点监视防御区,历史地震活动频繁,自1970年在这里便发生了60多个6级以上的强震,特别是2008年5月12日发生的汶川Ms8.0大地震造成了巨大的人员伤亡和经济财产损失.     

中国大陆西部地区现今的块体运动

根据中国地壳运动ＧＰＳ监测网１９９２￣１９９６年３次复测结果,分析了我国大陆西部地区现今块体运动的基本特征,结果表明：印度板块向北推挤是我国西部块体褶皱运动和变形的根源;由於内部次级断块的边界条件和受力方式不同,块体边界和内部构造形变亦具有明显的差异。块体运动主要特点表现为：（１）喜马拉雅向南弯曲的弧形边界东西两端,印度板块推挤运动方向不同,导致了弧前方的亚板块和构造块体的运动方向呈扇形散开;（２     

地震活动时间分布不均匀结构的多尺度检验分析

利用ldquo;非零导数显著性rdquo;检验方法, 分析了中国大陆东西部地区及青藏高原、新疆、东北、华北、华南以及台湾构造区内地震活动广义应变释放时间分布的不均匀结构. 结果表明,当广义地震应变指数eta;取较小值时,新疆、华南、东北以及台湾构造区地震活动自1970年以来总体上呈长期增强趋势, 而青藏高原与华北构造区则呈长期减弱的态势;在较小的时间窗宽情况下,各构造区均存在多尺度成丛特征,显示出地震活动在一定的尺度层次下的强弱交替现象. 但当该eta;取较大值时,除青藏高原与台湾构造区在某些尺度时间窗宽内存在某些时段趋势性变化外,其它各构造区广义地震应变释放时间分布均无统计学意义上的显著变化.      

陕甘宁青地区块体交接带上大地垂直形变演化特征与块体运动

分析了关中、银川、西海固及民乐４个地区褶断隆起与断陷盆地组合构造带上的大地垂直形变演化特征．结果表明，１９７７年前后，鄂尔多斯西侧和南侧的大地垂直形变场变化与大华北应力场的消长过程密切相关．１９８３年以后，青藏块体边缘的民乐、西海固及银川地区继承性构造形变逐渐增大，在此背景下，１９８８年以来在亚板块内部及其边缘地区发生了一系列强震．从现今垂直形变场显示的时空结构来看，青藏亚板块和华北亚板块对交接带上的构造形变交替起着主导作用，并产生了不同的形变特征．     

鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性研究

对布设在鄂尔多斯块体及周缘的固定和流动宽频带地震台网共111个台站记录作远震SKS（SKKS）波形资料偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析求得每一个台站的SKS（SKKS）快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,获得了鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性图像.在鄂尔多斯块体西缘和北缘,各向异性的快波方向为NW-SE方向,一致性较好;在鄂尔多斯多斯块体南缘,快波方向主要是NWW-SEE和近EW方向;在鄂尔多斯块体东缘,快波方向总体表现为近EW方向,间有NEE-SWW方向和NWW-SEE方向.在鄂尔多斯块体内部,快波方向在北部是近NS方向,而南部则是近EW方向.快、慢波的时间延迟范围是0.48～1.50s,鄂尔多斯块体内部的时间延迟平均值小于其周缘地区.通过分析研究区各向异性特征,认为构造稳定的鄂尔多斯块体内部的各向异性主要来自于古老的华北克拉通保存的＂化石＂各向异性;青藏高原东北缘向NE方向的推挤,造成岩石圈NW-SE方向的拉张伸展,鄂尔多斯块体西缘和北缘下的上地幔物质沿NW-SE方向发生了形变,使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变的方向;在鄂尔多斯块体南缘,刚性的华北块体和扬子块体碰撞作用,使得各向异性快波方向平行于两个刚性块体的碰撞边界和秦岭造山带的走向.结合该区域绝对板块运动和速度结构研究,认为在秦岭造山带下可能存在一个青藏高原物质东流的地幔流通道;在鄂尔多斯块体东缘的汾河地堑和太行山,相对复杂的各向异性特征可能由于西太平板块俯冲、区域伸展构造、造山运动等共同作用引起的.对于YCI台得到的各向异性参数（快波方向变化范围是45°～106°,时间延迟变化范围是0.6～1.5s）随事件反方位角呈现出π/2周期的变化,符合双层各向异性模型.基于0.125Hz的主频和实测的各向异性参数,我们模拟得到了最佳的双层各向异性模型,下层φlower=132°,δtlower=0.8s,上层φupper=83°,δtupper=0.5s.上层各向异性归功于古老克拉通保留的＂化石＂各向异性,下层各向异性则受到了青藏高原东北缘NE方向推挤导致的岩石圈NW-SE方向的拉张伸展作用.通过该区域各向异性快波方向与全球定位系统（GPS）的观测结果的对比分析,鄂尔多斯块体的周缘壳幔变形符合垂直连贯变形模式,而其内部变形复杂,有待进一步研究.     

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．     

青藏高原东边缘冕宁—宜宾剖面电性结构及高导层的地质意义

约50Ma前印度板块与欧亚板块开始碰撞之后,青藏高原发生了令人瞩目的整体隆升,成为晚第三纪以来亚洲乃至全球最为重要的地质事件,并使青藏高原成为大陆岩石圈变形最为强烈的地区之一,是全球学者研究大陆动力学乃至地球动力学的焦点和热点地区。由于印度板块与欧亚板块的碰撞以及组成青藏高原各地块向东和东南的挤出运动,位于青藏高原东边缘大凉山地块及其附近地区具有明显的高原和盆地之间的过渡带特征,地壳变形严重,地壳厚度变化剧烈,并且是重力梯度带和航磁异常明显的地区,也是（GPS）资料显示的地壳运动方向由东向东南发生转变的关键地段。本区不仅蕴藏有丰富的金属矿等矿产资源,也是我国强烈地震最为频繁的地区之一。     

青藏高原东北部多尺度重力场及其地球动力学意义

由于受到SN和EW双向挤压作用的综合影响,处于年轻高原与古老地块交接区的青藏高原东北部岩石圈强烈变形,构造活动十分活跃.为了整体性地了解青藏高原东北部重力场和深部动力学机制,本文基于EGM2008全球重力场模型数据,利用小波多尺度分析获得不同尺度的重力异常信息;同时反演了研究区的地壳厚度;通过构建穿越龙门山造山带和西秦岭造山带两条剖面的岩石圈密度结构模型,分析了地壳上地幔内不同介质的分布特征.研究结果表明,青藏高原东北部岩石圈显示十分复杂的塑性体的特征,其重力异常走向多以EW或SSE为主,反映了高原岩石圈物质向东运移的趋势;地壳厚度由西向东逐渐减薄,边缘造山带深部并没有发现"山根"痕迹,结合该地区低重力的特征,推测西秦岭—松潘构造结岩石圈发生过大规模地幔流底侵作用;地幔流上涌的动力可能来源于印度板块向欧亚大陆板块俯冲,激发了地幔流体侧向移动,在扬子地台和华北地台附近受到坚硬岩石圈的阻挡而被迫上移,并因此造成龙门山与西秦岭的隆升.     

青藏高原东北隅弧束断裂与南鄂尔多斯环形构造

卫星图像分析显示 ,青藏高原东北隅存在非常清晰的毛毛山 -南华山 -六盘山、香山 -天景山、烟筒山、牛首山 -罗山 4条弧形断裂带和南鄂尔多斯环形构造。分析了弧形构造的运动特征和南鄂尔多斯环形构造的形态 ,认为青藏高原东北隅弧束断裂的成因是印度板块向NNE俯冲导致青藏高原NEE向移动所产生的推挤力 ,受到南鄂尔多斯环形构造的阻挡 ,形成了 4条向固原、泾原收敛 ,向NWW、NW方向撒开的弧束断裂。造成撒开部分NWW—NNW向断裂左旋走滑、NW—SN向断裂右旋走滑、收敛部分逆冲挤压的特     

滇西地区地壳各向异性特征及其动力学意义

1 研究背景 滇西地区位于印支地块与扬子地块之间,是青藏高原物质东向逃逸的必经带域,对印度板块和欧亚板块碰撞产生的岩石圈变形及青藏块体东南向挤出变形具有重要的吸收和调节作用.