渭河盆地现今地壳水平形变特征及区域构造活动性

根据渭河盆地地质构造的特点,建立了二维有限元模型,并基于渭河盆地2001~2007年GPS观测成果,数值模拟获得了渭河盆地现今地壳应力应变场特征,结合区域近期地震活动性特点,探讨了地壳形变特征与地震活动性的关系。结果表明,渭河盆地现今构造应力场仍以NNW-SSE向拉张应力为主;盆地最大剪应变率高值区与盆地现代小地震条带有很好的空间对应关系;泾阳-咸阳-西安-临潼-三原地区属于渭河盆地内地壳薄弱带,易于盆地伸展和地震孕育。     

利用GPS观测资料分析山西地堑系现今地壳构造活动特征

基于中国地壳运动观测网络1999～2007年的GPS复测资料,建立起整体无净旋转基准,分析了山西地堑系内部地壳运动的细节特征,并利用图形单元法分析了其应变场的分布特征,深入剖析了地壳变形的动力学机制,得出山西地堑系现今构造应变场以NW-SE向拉张应变为主,与区域现代震源机制解及长期构造变形背景相一致;临汾、大同盆地是地堑内剪切应变高值区,现今地壳活动强烈。解释了地堑系内形变异常区的成因,由此揭示出连接临汾与太原盆地的构造隆起带两端的现今地壳活动十分强烈,并同时兼有拉张破裂趋势这一重要的构造事件。     

基于GPS速度场的中国大陆地壳运动特征研究

根据2007~2009年、2009~2011年、2011~2013年GPS速度场及前3期加权平均后的2007~2013年速度场,分析了中国大陆主要运动地块的活动特征。从整体来看,现今中国大陆地壳运动的驱动力仍来自于印度板块向北的挤压,地壳活动值得关注的区域是断裂、地块间GPS速度场存在大幅差异的区域,主要体现在青藏高原北部,天山地区,鄂尔多斯东、西缘以及川滇菱形地块。     

华北平原及其临区现今地壳形变特征

华北平原及其周缘地壳是我国境内西太平板块北西(NW)向挤压与青藏高原北东(NE)向扩张两大构造机制的交汇部位.首先基于研究区域的实测GPS速度场计算了研究区域无整体旋转速度场;然后采用基于球坐标的最小二乘配置模型整体解算了研究区域GPS应变场;最后利用震源机制解数据反演了区域地壳最大、最小主应力分布,据此研究区域地壳岩石圈整体的地壳形变空间分布特征.结果显示,研究区域地壳岩石圈现今构造形变刚性特征明显,盆地沉陷与断层活动共同控制着研究区域内部的相对形变场,面膨胀值空间分布与区域主要盆地构造具有较好的一致性.而郯庐断裂展布区与华北盆地北缘部位是研究区域地壳的两条重要剪切形变带.其中,郯庐断裂在渤海湾南北两侧的形变特征存在较为显著的差异变化,且该差异可能与地壳岩石圈应力场的空间差异性相关.     

GPS长趋势变化与大地震的关系

分析了中国大陆27个基准站运行以来至2011年3月的坐标时间序列数据,利用小波变换进行了分频段处理,重点分析了长趋势项(T≥512d)。从长趋势项曲线形态上可以看出站点存在分区特征,同一区域的站点曲线相关系数较高,且区域与地块重合性较好;在曲线形态出现涨落特征后,中国大陆及周边地区会发生Ms 7.5级以上地震。     

喜马拉雅块体现今运动学特征的地震矩张量反演分析

利用地震矩张量反演计算了喜马拉雅块体地震主应变率，应变率主方向以及变形速率，探讨了喜马拉雅块体现了形变特征，并与GPS形变监测结果以及地震结果进行了比较分析。地震矩张量反演结果表明，喜马拉雅块体不仅有南北向的压缩变形，而且有显著的东西向拉张运动，其变形量级与GPS形变监测结果，地质资料得出的结果基本一致，与珠峰地区GPS计算结果获得的该地区的应变趋势基本一致。     

唐山7.8级地震三维地表形变和断层运动特征

通过系统收集整理1976年唐山7.8级地震前后区域水准和边角网观测资料,在研究发展动态平差程序的基础上,解算得到了唐山地震震前和同震三维形变定量结果与误差分布,并反演得到了断层面同震滑动分布。结果显示,震前阶段丰润-唐山-唐海-昌黎-迁安一带整体隆升,隆升高值区位于唐山附近,震中区的水平形变量不大,唐山菱形地块相对于周围地块逆时针扭转;同震阶段唐山断裂以右旋错动为主,并呈现西升东降的垂向变形特征;反演结果表明多段断层参与了唐山7.8级地震的应变释放,主震发震断层的南段破裂主要发生在深度约6~18 km、长轴约50 km范围,北段破裂主要发生在深度约7~17 km、长轴约30 km范围,滦县地震断层也发生了少量滑动;主震断层最大水平位错为7.82 m、最大垂直位错为2.04 m,等效震级为Mw 7.58。挖掘得到的唐山震前和同震三维形变场定量结果为深入研究该地震的孕育发生机制及地震影响提供了珍贵资料。     

基于GPS观测数据的云南地区地壳形变特征研究

利用1999~2013年间多期GPS观测数据,将云南地区分为5个活动块体,研究区域现今水平运动特征、应变特征以及各块体的运动特征,反演主要活动断裂带的走滑速率。结果表明,区域水平运动具有北强南弱的特征,小江断裂带、红河断裂带对云南地区构造活动具有明显控制作用,改变了断裂带两侧的运动特征;区域应变具有明显的差异,西部以拉张应变为主,东部小江断裂带周边地区拉张和挤压应变均衡且为强应变区,滇东地区应变较小;各块体运动方向与速率存在差异,滇东块体为逆时针旋转,其余块体顺时针旋转;基于块体模型反演的主要断裂带的走滑速率与地质方法获取的走滑速率具有较好的一致性。     

基于GPS速度场的关中地区应变场分析

利用2009~2013年GPS速度场数据,计算了关中盆地面膨胀率、主应变率、最大剪应变率,选取并解算了岐山-马召断裂、渭河断裂GPS剖面的应变积累。结果显示:(1)应变场上看,2009~2011周期在关中盆地均以张性运动为主;2011~2013周期发生转折,转为压性。(2)GPS剖面计算结果显示了2011~2013较2009~2011周期,岐山-马召断裂上盘相对下盘以右旋走滑为主,兼顾拉张运动;渭河断裂则在两期数据中走滑与张压特性不明显,呈微弱的张性变化特征。     

渭河盆地深大断裂处构造应力特征及其活动特性

利用渭河盆地2001~2010年高精度GPS监测资料,采用有限元数值分析法,分析了渭河盆地内深大断裂处的构造应力特征及断裂活动特性。结果表明,盆地西部断裂处均呈现出明显的近E-W（east-west）向挤压应力特征,而盆地中部断裂处则均呈现出显著的NW-SE（northwest-southeast）向拉张应力特征,东部断裂处呈现出一定的NW-SE向拉张应力,但该部量值较中部断裂处小;走向各异的同一条深大断裂不同区段,呈现出的应力特征、量值以及活动速率也存在差异性;跨断裂剖线显示沿断裂走向的速度分量在断裂两侧均发生了一定量值的变化,构造断裂具有一定的扭动特性。模拟计算结果进一步显示盆地中部较东、西部受NW-SE向拉张应力作用显著,且在中部这些具有拉张应力特征的深大断裂交汇处,特别是断裂活动速率较大的区段,正是盆地内地裂缝灾害最为集中发育的区域。     

华北地区地壳形变的GPS及地震矩张量反演分析

给出了在椭球面上利用GPS速度场计算地壳应变率张量的公式,利用华北地区GPS监测网1992年、1995年和1996年观测数据所得的速度场在椭球面上进行了应变率计算,得到了其最大剪切应变率、主应变率的图像;并利用1966年以来25次大于5.0级地震的地震矩张量,由Kostrov公式计算了地震应变率,对两种数据所得的应变率进行了比较分析;结合地质构造背景探讨了华北地区现今形变特征及地震危险性地区的分布.     

华北地区地壳形变的GPS及地震矩张量反演分析

给出了在椭球面上利用ＧＰＳ速度场计算地壳应变率张量的公式,利用华北地区ＧＰＳ监测网１９９２年、１９９５年和１９９６年观测数据所得的速度场在椭球面上进行了应变率计算,得到了其最大剪切变态为率、主应变率的图像;并利用１９６６年以来２５次大于５．０级地震的地震矩张量,由Ｋｏｓｔｒｏｖ公式计算了地震应变率,对两种数据所得的应变率地比较分析;结合地质构造背景探讨了华北地区现今形变特征及地震危险性地区的分布。     

川滇地区近期地壳变形动态特征研究

基于1999年以来的GPS观测数据,重点分析了川滇地区近期的变形特征,计算给出了该区域主要断裂带的滑动速率,并结合GPS剖面初步识别了断裂带所处的孕震阶段。结果表明,红河断裂带始终处于弱形变区域,值得进一步关注;汶川地震后,由于研究区域应力场的调整和应变的重新分配,使得安宁河断裂带的活动变化较小,逐步趋缓,走滑分量存在明显趋缓现象,并且安宁河断裂带的闭锁深度在一定程度上有所增加;小江断裂带的走滑分量存在明显趋缓现象,显示存在强闭锁现象,小江断裂带平行于断层方向GPS速度剖面显示断裂带两侧变形平缓且变形范围较大;昭通、莲峰断裂的挤压和剪切变形积累均存在弱化现象,可能预示该区域挤压应变积累背景较高。     

汶川地震孕育过程中变形场变化特征研究

揭示与地震孕育过程相关的变形场特征是判别地震孕育阶段及地震危险性的一个重要途径。收集汶川Ms 8.0地震震中区汶川台自2002年10月至汶川地震前的地倾斜观测数据,利用小波分析方法和分段拟合方法,提取了震前地倾斜变化的阶段性特征;利用2001年以来全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）站坐标日解数据,计算了震中附近的泸州GNSS站与周围GNSS站间基线,通过基线变化与区域地震的Benioff蠕变结果的对比,发现了二者的协同性特征。分析结果表明,2004年底汶川台地倾斜速率出现显著下降,西向倾斜速率由230 ms/a减少到130 ms/a;2007年初至发震前减少到60 ms/a;2007年底至发震前未出现指数型加速变化。广州-泸州GNSS基线在2005年初开始的加速缩短异常与Benioff蠕变亏损异常具有较高的相关性,相关系数为0.89;该基线加速缩短持续时间约2.5 a,对应地震的震级估计为7.9级,与汶川地震震级相当,反映了其与汶川地震的应变积累具有一定的相关性。2004年苏门答腊Ms 8.9地震的发生对川滇地区应力应变场影响较为显著,对汶川地震的孕育发生起到了加速作用。研究结果对于认识地壳形变观测的意义及创新地震预测思路具有参考价值。     

渭河盆地构造应力场有限元数值模拟

依据渭河盆地活动构造特征及深部地层结构,以高精度GPS成果为边界条件,构建了区域三维有限元模型,并将模拟断裂运动性质及区域构造应力场,与地质地球物理的结果对比检验了模型模拟结果合理性。数值模拟结果更加精细地揭示出,陇县-马昭与韩城-华县断裂是渭河盆地中部与东、西部构造应力场差异的明显分界带,两条断裂夹挟的盆地中部区域是拉张应力（NW-SE向）集中带,陇县-马昭断裂以西则呈显著挤压应力（近E-W向）,韩城-华县断裂以东以NE-SW向挤压应力为主;而礼泉-蒲城-合阳断裂又为盆地中部区域南、北两侧构造应力场差异分界带,断裂南侧较北侧呈现出更显著的NW-SE向拉张应力,该特征与断裂南侧构造地裂缝较北侧更为发育相对应。     

基于SBAS时序分析的大同地面沉降与地下水活动研究

大同盆地是汾渭盆地北端一个地面沉降较严重的区域,地下水开采是该区域地面沉降发生的一个重要原因。然而地下水活动与地面沉降在空间和时间的相关性却鲜有研究。为了掌握该地区地下水活动与地面沉降的内在联系,该文基于Envisat ASAR数据,利用短基线集(small baseline subset,SBAS)-In SAR技术对大同盆地地面沉降形变特征进行监测;同时利用地下水位监测数据,研究地面沉降中心与地下水位漏斗在空间和时间上的对应关系,定量分析2处地下水位波动与地表形变的关系。研究表明,地下水开采是大同盆地水源地地面沉降的主要原因,但并非所有的地下水位漏斗都存在地面沉降。该研究成果对指导该地区地下水开采及控制地面沉降有一定参考价值。     

川滇区域活动块体运动与应变特征地震影响分析

本文利用川滇1999—2007、2009—2015年GNSS实测速度场,通过引入平移-旋转-应变模型,构建该区域地震前后的活动块体运动和应变模型,有效对块体运动和块体的应变特征进行了分离,并据此分析了该区域地震前后块体运动和应变特征。结果表明,巴颜喀拉和羌塘块体东向运动有明显增大趋势;汶川地震后川滇块体与羌塘块体边界带相对挤压运动明显增大,巴颜喀拉-华南块体边界带南段形成了较大的挤压应变,川滇块体与华南块体相对运动没有明显变化。     

广西区域现今地壳运动构造特性研究

利用多期GPS观测资料计算了广西区域ITRF2000框架下的三维速度场、主应变参数及区域参考框架下的三雏形变速率和形变运动趋势,研究了该区域现今地壳运动速度场及内部形变规律.结果表明,广西区域随同南华亚板块作SE-NW方向的逆时针运动,在ITRF2000框架下的东西向速率为29.3 mm/a,南北向速率为-13.4 mm/a,垂向平均速率为2.3 mm/a;区域内部现今地壳运动的形变量较大(约4 mm/a),主张应变率(5.48×10-9/a)大于主压应变率(3.70×10-9/a),地壳应变表现为拉张为主,主应变轴为N43.19°E.     

基于GPS观测的红河断裂带现今变形特征

以川滇地区1999—2007年、2009—2013年和2014—2016年三期GPS速度场为约束,利用块体整体旋转与线性应变模型(RELSM)和剖面法分析了红河断裂带现今不同时期运动特征.结果表明,红河断裂带整体运动特征是右旋走滑,北段和中段兼具拉张运动的特征,南段是挤压运动的特征.RELSM模型表明,2009—2013年红河断裂带北段走滑速率拉张速率分别增大到4.5±0.9 mm/a、5.2±0.4 mm/a,南段走滑速率增大到4.7±0.3 mm/a;2014—2016年红河断裂带北段走滑速率和拉张速率减小到0.9±0.7 mm/a、2.3±0.3 mm/a,中段和南段垂直断裂带方向的拉张速率分别增大到4.7±0.6 mm/a、-7.6±1.4 mm/a.由GPS速度场剖面可知:红河断裂带北段以稳定的滑移速率进行应变积累,断裂带变形宽度达到170 km,闭锁深度在18.4 km左右,2009—2013年红河断裂带中段右旋走滑速率增加到7.8 mm/a,变形宽度和闭锁深度都有所减小,南段拉张速率增加到-7.8 mm/a;2014—2016年红河断裂带中段和南段闭锁深度和变形宽度进一步减小.     

环渤海及营口-潍坊断裂带位移场演化特征

针对渤海周边地区及营口-潍坊断裂带,收集并统一处理该地区1999年以来的GPS数据,依据最新的观测成果跟踪该区域地壳运动的动态变化;采用块体运动方程计算营口-潍坊断裂带的活动速率,并分析该断裂带的活动性质。结果表明,1999-2010年营口-潍坊断裂带为右旋,2011-2013年为左旋,日本3·11地震使北北东向营口-潍坊断裂带改变了走滑活动性质,反映了3·11地震使华北东部区域应力场有明显地变化,也表明华北地区的构造活动受印度-欧亚碰撞带和太平洋-欧亚板块俯冲带的活动程度制约。日本3·11大地震使本区拉张显著,应变能有一定卸载性变化。本文的研究结果对于理解营潍断裂带地震活动性与规律及区域动力学状况具有一定的参考价值。