中国西部三维速度结构及其各向异性

本文用覆盖中国的358条勒夫面波路径资料,研究了10.45-113.80s范围内中国西部的三维SH波速度结构.结果表明,各构造单元的SH波速度结构均有明显的差别.作为稳定块体的塔里木盆地,壳内重力分异程度较高,上、中、下地壳厚度差别小,壳内无明显的低速层,地壳平均速度比较小;上地幔低速层埋深大且层中速度大;区内横向变化小.构造活动区如天山、青藏高原,其突出的特征是下地壳厚度大且速度大,上地幔盖层速度值相当高.这与西伯利亚、印支板块的挤压有密切的关系.青藏高原东部及其北、东边缘地区壳内存在低速层,上地幔低速层埋深浅,一些地区存在壳幔过渡层.面波各向异性研究表明,青藏高原、天山及印支板块北缘下存在明显的各向异性,以构造边缘地区及上地幔低速层附近最为突出.印度板块、西伯利亚板块与中国大陆间的碰撞引起强大的水平压力和一定的下插作用,是造成青藏高原隆起、地壳增厚、天山隆起的最根本的因素,同时也促成壳幔中辉石、橄榄石的定向排列和物质运移,因而出现明显的各向异性现象.     

地球动力学问题的数值模拟研究——以青藏高原现今隆升研究为例

以青藏高原地区为研究对象,考虑活动地块分区和主要断裂带,建立能反映地表起伏和分层结构的岩石圈三维粘弹性有限元模型。选取合适的模型参数、边界条件和加载条件进行计算,模拟了青藏高原地区的现今垂直隆升速率。研究表明,印度板块对欧亚板块的向北推挤作用是高原隆升的主要动力源。下地壳和岩石圈上地幔在印度板块的向北推挤下不断增厚,从而维持青藏高原地区现今的持续隆升状态。     

岩石圈根拖曳作用在青藏高原西部和东部造山中的比较研究

根据地球物理探测资料,基于二维模型,利用黏弹性有限元方法,研究青藏高原西、东剖面的地壳均衡和岩石圈根拖曳的构造应力机制.数值模拟结果表明,青藏高原西部（B B′剖面）的造山水平挤压力主要来源于岩石圈根的向下拖曳,印度板块向北挤压为次要因素,形成“山隆盆降”的地表形态;而青藏高原东部（A A’剖面）岩石圈根向下拖曳还不足以形成硬上地壳中挤压造山的主要力源.对比结果认为,青藏高原的深部层圈结构和应力体系在西、东部存在明显的差异,反映了高原内部造山演化的西、东分异特征.     

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.     

Possible dynamics of normal fault earthquakes in the upper crust of the south part of the Qinghai-Xizang plateau

A numerical model for generating normal fault earthquakes in the Qinghai-Xizang Plateau’s upper crust is constructed with 3-D elasto-viscous finite element method. Based on the numerical simulation calculation, some conclusions were got: If the effective viscosity of the upper crust material is less than that of lower strata of the crust in the Qinghai-Xizang Plateau, even under the strong push of India continent, the stress state of the upper crust can still be extensional in south part of the Qinghai-Xizang Plateau. Numerical simulations show that the stress state changes with the depth of the lithosphere, from extensional stress state in upper crust to compressive in the lower part. Extensional stress state may exist mainly in the upper crust of the south part of the Qinghai-Xizang Plateau.     

State of tectonic stress in Shillong Plateau of northeast India

Tectonic stress regime in the Shillong plateau, northeast region of India, is examined by stress tensor inversion. Some 97 reliable fault plane solutions are used for stress inversion by the Michael and Gauss methods. Although an overall NNW-SSE compressional stress is observed in the area, the stress regime varies from western part to eastern part of the plateau. The eastern part of the plateau is dominated by NNE-SSW compression and the western part by NNW-SSE compression. The NNW-SSE compression in the western part may be due to the tectonic loading induced by the Himalayan orogeny in the north, and the NNE-SSW compression in the eastern part may be attributed to the influence of oblique convergence of the Indian plate beneath the Indo-Burma ranges. Further, Gravitational Potential Energy (GPE) derived stress also indicates a variation from west to east.     

由多个小震推断的青甘和川滇地区地壳应力场的方向特征

本文根据1975-1984年期间发生的多个小地震的P波初动方向数据,推断了青、甘、川、滇地区平均主应力轴的方向。结果表明,该地区压应力轴（P轴）和张应力轴（T轴）方向皆水平,但其方位由北到南呈现规则转动的趋势,即主压应力轴在北部青甘地区大致取NE-SW方向,到中部川西北地区转为近E-W方向,再到南部云南地区转为NNW-SSE或近N-S方向。形成应力轴方向这样特定分布图象的原因,可用印度板块向北对青藏高原的推挤和缅甸中源地震带地区下沉物质对云南地区的拖曳作用来解释。     

青藏高原的现代构造

本文以震源机制、地震地质、地壳和上地幔速度结构等资料为基础,研究了与青藏高原成因有关的现代构造问题。主要内容有:1.高原边缘地带以反映压缩形变的逆断层活动为主,内部以一系列大致平行、呈弧形弯曲的左旋走滑断裂活动为主;2.喜马拉雅山以北的广大地域内存在着北北东走向的水平压应力,从六盘山到红河断裂带的主压应力轴走向由北东逐渐变为南东方向;3.高原地壳和上地幔顶部的地震波速度小于印度次大陆和阿拉善地块;4.高原的现代构造同地壳和上地幔顶部的横向不均匀性和印度洋板块的碰撞挤压作用有关。其构造形变过程可以同机器制造业中的《锻模加工》相比拟。     

青藏高原及其邻近地区的地球物理场特征与大陆板块构造

本文搜集了现在已知的关于青藏高原地区的各种地球物理场特征,即:该区的地壳与上地幔构造,地磁场要素的分布,航空磁测的结果,古地磁极移轨迹,重力异常与均衡补偿,地热活动与温泉分布,地震活动以及深地震探测等研究结果,来探讨它与大陆板块构造的关系。 研究的初步结果表明,印度洋板块与欧亚板块交接地带的北界为雅鲁藏布江,南界为恒河平原的北缘。喜马拉雅地带为这两大板块碰撞与挤压的过渡带,其宽度约300公里左右。这一地带的大、小地震绝大部分是浅源地震,只在弧形山系和东西弧顶及其转折部位有中源地震。在这一过渡带内水热活动剧烈,重力也不均衡。 雅鲁藏布江以北到当雄一带,地壳厚度为70-73公里,喜马拉雅地区则为68-45公里左右,并向南翘起。地壳由多层介质组成,在下地壳中存在着低速层。断层面解表现为向南逆冲,主压应力轴基本上为南北向和北东向,且与震源深度相关。现在构造活动与地震活动似均逐渐向南移到主边界大断层一带。 在雅鲁藏布江以北,小震震源深度向南递加,而在恒河平原以北,则向北递加。此外,在上述两个地区均有零星的中源地震发生。因此,喜马拉雅地带的南北两侧有相向“俯冲”之势。在兴都库什地区,中源地震震源面北倾;在帕米尔地带,中源地震震源面南倾。因此,震源面构成了“V”字     

Possible dynamics of normal－fault earthquakes in the upper crust of the south part of the Qinghai－Xizang Plateau

Ｐｏｓｓｉｂｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｎｏｒｍａｌ－ｆａｕｌｔｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒｃｒｕｓｔｏｆｔｈｅｓｏｕｔｈｐａｒｔｏｆｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ－ＸｉｚａｎｇＰｌａｔｅａｕ张东宁，许忠淮Ｄｏｎｇ－ＮｉｎｇＺＨＡＮＧａｎｄＺｈｏｎｇ...     

青藏高原东南缘地质构造基本形态与地震各向异性基本特征

青藏高原东南缘受印度板块NE向推挤和高原物质SE向挤出及四川盆地、 华南块体阻挡的共同作用, 成为高原物质SE向逃逸的关键通道。 本文综述了青藏高原东南缘由不同震相和不同方法得到的不同深度的地震各向异性结果, 结合区域内断裂分布、 地表运动、 构造应力以及深部结构等方面, 全面分析了青藏高原东南缘上地壳至中下地壳及上地幔的介质各向异性与变形耦合特征。 青藏高原东南缘壳幔地震各向异性的差异反映了区域内复杂的深部构造和壳幔变形。 由于青藏高原形成机制、 壳幔耦合状态和软弱层分布形态等科学问题尚处于学术探讨之中, 有效结合不同数据和综合多种方法, 有益于获得更加准确、 精细的地壳—上地幔地震各向异性图像, 对深部物质运动与动力模式进行更有效的约束。     

甘、宁、青地区地震孕育的力源环境

从3个方面讨论了甘、宁、青三省区地震孕育的力源环境。①从强震震源机制、地震形变带、断层滑移特征和现代形变、地应力实地测量等几个不同侧面，讨论了区域构适应力场的分布规律。指出，甘、宁、青现今区域构造应力场以水平为主，主压应力方向从地区的西部到东南部，由NNE逐渐转为近EW向，且在地壳的深部、浅部和地表，方向有较好的一致性。它是印度板块向青藏块体碰撞、挤压，使青藏块体向北东方向推济，同时向东蠕散的结果。②通过讨论发展断层的错动形式以及部分前兆资料所反映的应力特征，揭示了地震孕育过程中震源及周围地区处于一种更高的应力状态。这是该地区地震前兆具有普遍性的根本原因。③讨论了甘、宁、青现今地震的孕育方式。指出，6级以上地震基本上以先存断层重新活动或相互沟通为主要活动形式。     

Some consequences of the subduction of young slabs

The negative buoyancy force exerted by a subducting oceanic slab depends on its descent velocity, and strongly on its age. For lithosphere close to thermal equilibrium, this force dominates by a large margin the resisting forces arising from friction on the plate boundary and compositional buoyancy. This may result in oceanward migration of the trench, with associated back-arc spreading. However, the strong age dependence of this force, and of the ridge push mean that a horizontal compressive stress is required to continue subduction if changing plate geometry should bring young lithosphere to the trench. Estimates can be made of the slab age, as a function of descent velocity, at which the driving forces are no longer sufficient to overcome a given resisting force. The transition corresponding to a resisting force of 8 × 10¹² N/m divides regions displaying back-arc extensional tectonics from those displaying compressional tectonics. This is in good agreement with other estimates of the forces resisting slab motion. It is suggested that an increase in the width of — or the shear stress on — the plate boundary, associated with the subduction of lithosphere to the buoyant side of this transition, can result in a compressional stress on the overriding plate which is great enough to account for cordilleran tectonics.The proposed reduction in the one of driving forces of plate motion is still consistent with observations, being compensated by the greaterrelative importance of the push from the ridges.     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度一欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘一六盘山断裂带一鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著:1)上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原一六盘山逆冲走滑断裂;2)全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3)青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.     

关于阿尔金北缘活动断裂带运动方式的转变机制的讨论

通过对构造变形、构造空间展布关系、断面产状变化以及构造应力场等的综合分析研究认为,阿尔金北缘活动断裂带在第四纪内的运动方式经历了由挤压逆掩为主（早更新世—中更新世初期）到左旋走滑兼具挤压逆冲（中更新世中、晚期）直至纯左旋走滑运动（晚更新世—现今）的逐渐转变过程．作用于这种转变,研究区内区域构造应力场的演变大致可以划分为三期,其主压应力轴方向由老至新依次为近南北向、北北东向和北东向．构造应力场和断裂带运动方式的这些变化主要是由于印度板块持续向北推挤导致青藏高原内部次级块体向东滑动、岩石圈物质向东流展而造成的．     

中国及其邻区地球三维结构初始模型的建立

对人工地震测深及天然地震面波体波三维层折反演数据进行统一处理，建立了中国及其邻区地球三维结构初始模型．此模型图像表明，中国及其邻区地球各圈层横向变化明显．岩石圈及软流圈内速度分布主要反映这一区域自古生代以来板块及地块拼合模式．各主要板块或地块（塔里木、扬子、中朝、青藏、哈萨克斯坦、印度、印度支那）岩石圈增厚或有很深的地慢根，板块或地块间的造山带岩石圈减薄，软流圈速度降低。下地幔底部及核幔边界D″层出现高速异常，表明古太平洋及古特提斯洋俯冲板块因重力坍塌已进入地球深层，形成亚洲超级下降地幔柱。这一下降地幔柱引起地球表层物质向中亚、东亚地区集中，印度半岛、青藏高原、新疆、蒙古至贝加尔一带，成为全球岩石圈最大的汇聚场所．     

Analytical and numerical simulations of uplift processes at the Tibet-Sichuan boundary

Previous studies have shown that the uplift of Tibetan plateau started in response to the collision of Indian plate and Eurasian plate. During this process, the crust of Tibetan plateau has been greatly thickened which leads to significant elevations. The elevation gradient is extremely large at the east boundary of Tibetan plateau where Longmenshan fault exists, dropping from 4500 to 500 m within a distance of100 km, while it is more gentle at the south and north sides of Sichuan basin. Such a difference of elevation gradient has been explained with a crustal channel flow model. However, previous crustal flow models consider the thickness of the lower crust as a constant which is highly simplified. Therefore, it is essential to build a more realistic crustal flow model, in which the thickness of the lower crust is variable and dependent on the inflow velocity of crustal materials. Here we build up both analytical and numerical models to study the mechanism and process of the uplift of Tibetan plateau at the eastern boundary.The results of the analytical model show that if the thickness of the lower crust can vary during the uplift process, the lower crustal viscosity of the Sichuan basin needs to be 1022 Pas to fit the observed elevation gradient. Such a viscosity is one-order magnitude larger than the previous results. Numerical model results further show that the state of stresses at the plateau boundary changes during uplift processes. Such a stress state change may cause the formation of different fault types in the Longmenshan fault area during its uplift history.     

兴都库什及邻近区域空间应力场特征及其构造意义

兴都库什及邻近区域地处印度洋板块和欧亚板块碰撞带的西缘,是大陆内部中源地震最为活跃的区域,各种数据均显示出该区域有着十分特殊的现象.本文从地质构造、地震分布特征、震源机制解、应力场等方面进行初步分析.结果表明,不同的深度应力场方向表现各不相同,不同的区域震源机制特征各异,尤其是正断层性质地震在北东向表现出了线性展布.通过构造模拟认为该区域可能是在地壳的碰撞、推挤、俯冲作用下出现的褶皱,由于地层倒转嵌入,从而形成了多层位地震密集现象.同时在推挤、拖曳的过程中形成了一条深度约100 km以下的北东向的拉张性破裂.     

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。     

青藏高原地壳的三维密度结构和物质运动

应用区域重力场小波多尺度分析和反演于青藏区后,得到6个地壳等效层密度扰动图件,刻划了地壳三维密度结构,为研究地壳构造和物质运动提供了重要佐证.研究表明在青藏高原地壳内密度变化有以下三个规律.1)从上地壳到下地壳,平面分布上低密度区的分布范围逐渐扩大;在下地壳只有刚性克拉通地体才有显示高密度.2)从上地壳到下地壳,平面分布上密度扰动区的尺度逐渐扩大;到下地壳高或低的密度区不仅数量大为减少,而且边界更加清晰.3)从上地壳到下地壳,青藏高原南部的低密度带不断向北移动,反映印度陆块向欧亚大陆的向北俯冲.青藏高原下地壳密度高的克拉通地体有羌塘、柴达木和巴颜喀拉三个;而昆仑山、阿尔金山、祁连山和冈底斯地块都属于低密度的中新生代构造活动单元.拉萨地块也是低密度地块,在中下地壳它与冈底斯地块相连,应归属于中新生代构造活动单元.松潘甘孜地块在下地壳为低密度,但在上中地壳逐步变为高密度,并与巴颜喀拉克拉通地体连接.这种情况可能反映巴颜喀拉地体的上地壳随印澳板块俯冲向东南方向挤出.青藏高原低密度的物质也由下地壳向上挤出,在中上地壳体积迅速减小.由于下地壳低密度的物质向上挤出,中地壳密度高的克拉通地体会相应发生裂解,使克拉通地块的数目增加.高原北缘的下地壳低密度物质侧向挤出的枝杈有三支;其中一支从西昆仑到天山,另一支从龙门山西秦岭到银川盆地.第三支从高原南缘理塘到大理.它们可能反映下地壳管道流,宽度约180~300km.7级以上地震震中都位于下地壳低密度物质侧向挤出枝杈周围,可能与下地壳管道流位置吻合.