青藏高原物质东流的岩石层力学背景探讨

利用地表大地球热流观测资料、岩石生热率及热导率数据研究了三江和四川盆地6个地区的岩石层平均温度结构及强度分布。结果表明，整个三江地区岩石层温度较高，而四川盆地温度较低；在岩石层强度分布上，四川盆地为高强度区，而三江地区则为低强度区；整个三江地区构成了一条青藏高原物质流的低强度通道；由于四川盆地高强度块体的阻挡，青藏高原向东的物质流在此转向近南向，沿三江地区流逸；不同岩石层块体的强度差异可能是控制高原物质流动态势的重要力学背景之一。     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

青藏高原及邻区现今地应变率场的计算及其结果的地球动力学意义

许多研究人员利用GPS测量的速度资料计算了地应变率场，但其结果差异较大. 本文将地质统计学中的Kriging方法引入到GPS观测的速度场研究中, 通过Kriging插值得到青藏高原及邻区均匀网格节点上的速度值，然后运用有限单元中形函数(Lagrange插值函数)的求导方法，计算每个网格单元积分点处的地应变率分量，从而获得青藏高原及邻区的地应变率场的分布. 计算结果显示，青藏高原主体处在南北向受挤压、东西向被拉张的应变状态之中，但高原东部地区则正好相反，即南北向拉张、东西向出现挤压. 青藏高原及邻区主应变率的方位与震源机制解中P轴、T轴的方向基本一致；最大主压应变率的高值区分布在喜马拉雅主边界冲断带及附近地区，高原内部出现主张应变率大于压应变率的现象，且高原内部处在拉张应变状态. 面膨胀率结果也表明，喜马拉雅山及附近地区为面收缩区，而高原内部其他地区主要为膨胀区；最大剪应变率分布清晰地显示出青藏高原周边的主要断裂带轮廓. 文中的应变率计算结果预示青藏高原及周边地区现今的地应变与较长期的地质活动之间有一定的继承关系.     

河西走廊及其邻区活动构造图像及构造变形模式

印度板块与欧亚板块碰撞后,形成了世界上最大最高的高原——青藏高原,高原的大幅度隆升造就和改变了整个亚欧大陆的构造格局,同时对亚洲地区的气候和环境也产生了巨大的影响。河西走廊及其邻区是青藏高原北部高原向北扩展的最前缘,也是对高原变形响应最为敏感的地区之一。该地区发育有大量的晚第四纪活动断裂,     

利用COSMIC RO数据分析青藏高原平流层重力波活动特征

本文利用2006年5月至2013年4月COSMIC干温廓线数据,提取了青藏高原地区大气重力波势能,以此研究了青藏高原大气重力波势能的分布频率模型和大气重力波活动的时空变化特征,并进一步分析了高原大气重力波活动与高原地形、风速和高原大陆热辐射之间的相关性.青藏高原地区大气重力波势能的分布频率服从对数生长分布;青藏高原地区大气重力波在16~18km和28~31km高度较活跃,而在20~26km高度较平静;高原大陆边缘各季节重力波活动均较活跃,而高原大陆上空大气重力波活动呈明显季节性变化,其在冬春季节较活跃,在夏秋季节较平静;2010年冬季青藏高原大气重力波活动异常平静;各季节整个高原上空大气重力波活跃度有随大气高度升高而降低的趋势,高原上低层大气重力波向高层传播会发生耗散作用.地形与风速是影响青藏高原大气重力波活动的重要因素.地形主要影响平流层底部的重力波活动;纬向风比经向风对该地区平流层大气重力波活动的影响大,纬向风总体上会促进高原大气重力波活动.青藏高原大陆热辐射对高原大气的加热作用是导致青藏高原大气重力波活动呈季节性变化的重要因素.     

青藏高原中南部的深部地球动力学过程 —Hi-Climb剖面北段接收函数和走时残差分析

青藏高原中南部Hi-Climb宽频地震探测剖面北段接收函数偏移和走时残差分析表明, 青藏高原中、西部岩石圈结构特征存在明显的不同. 青藏高原中部, 印度板块向北俯冲到羌塘地体之下, 在羌塘地体中南部达到最大的俯冲深度, 拆沉的印度岩石圈板片残留在拉萨地体中部附近之下, 深度可能超过上地幔转换带上界面; 青藏高原西部, 印度板块向北低角度俯冲, 可能俯冲到塔里木块体之下. 由于青藏高原中、西部印度板块俯冲模式的差异, 上涌地幔物质受到西部低角度俯冲印度岩石圈的阻挡, 使得地幔上涌物质更多的向东流动, 造成高原中部地区深部热物质向东侧向流动.     

青藏高原中南部岩石圈扩张应力场与羊八井地热异常形成机制

青藏高原中南部地区有着丰富的地热资源,其中羊八井地区存在着温度高达93℃以上,热流值高达364mW/m2的地热奇观.本文利用国际以及中国地震台网资料,详细分析了青藏高原中南部地震活动性和岩石圈脆性破裂深度范围,进而讨论了高地热异常区的岩石圈应力场背景及其动力学机制.研究结果表明,青藏高原地热异常区有高于高原内部平均活动水平的震级为6级左右的中强地震活动,其震中分布呈现出与地热活动相似的、沿近南北向断陷带的带状特征;并且在高热流区域内有高原内部罕见的中深地震活动,地震震源从100km左右深处到地表呈现柱状地震群活动的空间分布等特征.震源机制与应力场研究结果表明,虽然高原中南部应力场主压、主张应力方向与青藏高原的整体特征相符,但是地震发生类型与青藏高原周缘的挤压逆断层型地震完全不同,均属于东西向扩张力作用下的正断层型地震活动,特别是在羊八井高热流区域附近,东西向扩张应力场在岩石圈应力场中起到主导性作用,推测其控制深度可达岩石圈底部100多公里处.青藏高原地热异常区在强烈的近东西向扩张应力场作用下,岩石圈东西向扩张并发生一系列的大规模正断层活动,致使深部软流圈高温热流可以沿着活动正断层及其形成的深裂隙上涌,穿过岩石圈到达地表面,形成了高地热异常区.     

青藏高原西北缘地球动力学初探

从新构造单元划分、活动断层、活动褶皱、地壳升降运动、地震活动及新生代火山活动等方面论述了该地区的新构造及现代构造运动特征，最后讨论了该区和青藏高原形成的地球动力学问题。认为青藏高原在其形成过程中既有印度板块的向北俯冲和碰撞作用，又有塔里木块体的向南楔入，既有高原物质向外扩展作用，又有周边拗陷向高原内部渗透作用，所以青藏高原的岩石圈是处于一个四面受压，上出下入的动力学状态     

青藏高原东南缘地壳结构与变形机制研究进展

新生代青藏高原的隆升改变了整个亚洲的构造格局,对气候、环境均产生了重要的影响,但高原的隆升扩展机制众说纷纭.青藏高原东南缘作为扩展前缘,其构造演化对了解整个高原的扩展机制具有重要的意义.本文总结了近年来对青藏高原东南缘地壳结构研究的最新进展,特别是2011年中国地震科学探测台阵计划开展以来,利用密集地震台阵取得的新成果,探讨了青藏高原东南缘地壳的结构与变形机制.这些研究发现青藏高原的地壳由高原向外围减薄,但在高原边界断裂附近存在地壳厚度突变带;下地壳中存在两个独立的低速异常,一个位于松潘—甘孜块体下方,被高原的边界断裂所围限,另一个位于小江断裂带下方,呈NE-SW向展布.我们认为青藏高原东南缘下地壳物质被边界(丽江—小金河)断裂所围限,并没有继续向边缘流出,但是地壳挤出产生的应力作用继续向东南方向传递,造成了小江断裂带附近的地壳变形.     

利用虚拟地震测深法约束青藏高原东北缘及周边地区地壳厚度

青藏高原东北缘作为高原向外扩张的最前缘地区,代表了高原最新的变形状态,是研究青藏高原变形加厚的关键地区.本文利用"中国地震科学台阵探测"项目在南北地震带北段布设的密集宽频带流动台阵资料,采用虚拟地震测深方法（VDSS）,对青藏高原东北缘及周边地区的地壳厚度进行了研究,以期为研究青藏高原东北向扩展的前缘位置,以及扩展的动力学模式等提供地球物理学依据.波形模拟的结果显示,研究区地壳厚度变化剧烈.其中,祁连和西秦岭地块内地壳厚度存在明显的东西向横向变化,以103°E为界,东部地区为45~50 km,而西部地区地壳已明显增厚,约达到55 km以上.与祁连造山带相邻的阿拉善块体南缘地壳也明显加厚,接近55 km,而阿拉善块体内部地壳厚度约为45~50 km.与其他研究地区相比,鄂尔多斯地块地壳相对要薄,但整体而言,鄂尔多斯地块地壳呈现南北薄（约45 km）、中央厚（约50 km）的形态特征.此外,在六盘山断裂带台站下方观测到复杂的SsPmp震相,推测为双Moho界面结构.结合其他地球物理学证据,我们认为青藏高原东北缘地区地壳增厚方式以均匀缩短增厚为主,且高原向北东扩展的前缘已越过祁连山北缘断裂,进入阿拉善块体南缘地区.     

ESTIMATING THE LOWER CRUSTAL VISCOSITY OF THE WESTERN QINLING-SONGPAN TECTONIC NODE AND ITS ADJACENT AREAS BY USING LANDFORM MORPHOLOGY

The western Qinling-Songpan tectonic node is located at the intersection of three major tectonic units of Tibetan plateau, the South China Block and the Ordos Block, and is at the forefront of the northeastern margin of Tibetan plateau. It has unique geological and dynamic characteristics from the surface to the deep underground. Based on the model for ductile flow in the lower crust, the geomorphological form is used to estimate the viscosity of the lower crust, and how the rheological process of the deep lithosphere acts on the upper crust deformation and structural geomorphology. And combined with GPS velocity field data, the current crustal deformation is analyzed to further study the regional dispersive deformation process. The results show that the viscosity of the north and northeast of the Zoige-Hongyuan Basin is smaller than that of the east and southeast. Therefore, the lower crust flow has a tendency of flowing to the northeastern low viscosity zone. We believe that when the lower crust flows from the central plain of the Qinghai-Tibet Plateau to the rigid Sichuan Basin with a higher viscosity of the lower crust, it cannot flow into the basin, and part of the lower crust flow accumulate here, causing the upper crust to rise, and the uplifting led to the formation of the Longmen Mountains and a series of NNE-striking faults as well. When the lower crust flows to the northeast direction with a low viscosity, the brittle upper crust is driven together. Because of the remote effects from the Ordos Basin and the Longxi Basin, the mountains in this region are built slowly and the stepped arc-shaped topography of the current 3 000-meter contour line and the 2 000-meter contour line are developed. At the same time, a series of NWW-trending left-lateral strike-slip faults are developed. This explains the seismogenic tectonic model of the western Qinling-Songpan tectonic node as from NWW-trending left-lateral strike-slip faulting to the NNE-trending right-lateral strike-slip faulting and both having a thrust component. The current crustal movement direction revealed by the GPS velocity field is consistent with the direction of historical crust evolution of the lower crust revealed by the viscosity, implying that there is a good coupling relationship between the lower crust and upper crust. The results provide a basis for studying the development of fault systems with different strikes and properties, the formation of orogenic belts, the macroscopic geomorphological evolution characteristics, and the rheological and uplift dynamics of the lithosphere in the northeastern margin of the Tibetan plateau. In addition, our research differs from the previous studies in the spatial and temporal scale. Previous studies included either the entire Qinghai-Tibet Plateau or only the eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau. However, our analysis on the contours and topographical differences in the topography of the western Qinling-Songpan tectonic knot reveals that the study area is controlled by the lower crust flow. Our results are confirmed by various observations such as seismology, magnetotellurics and geophysical exploration. Moreover, the previous studies did not point out enough that the elevation contours are elliptical, and the elliptical geomorphology further illustrates that the formation and evolution of the Qinghai-Tibet Plateau has rheological characteristics and also conforms to the continuous deformation mode. Meanwhile, in terms of time scale, the evolution time of the study area is divided into three types of simulation time according to geochronology. And the GPS velocity field is introduced to observe the present-day crustal deformation.     

青藏块体东北缘水平应变场与构造变形分析

利用青藏块体东北缘地区 1993与 1999年GPS观测获得的地壳水平运动速度场结果 ,初步研究了该区的应变场与构造变形。该区应变场以近NE向的主压应变为主体 ,伴随着近NW向的张性应变。河西走廊中、东段 ,尤其是武威断块是压应变最强的区域。应变场形成的剪应变以近EW向的左旋剪切为主体 ,表明该区NWW向的块体边缘主干断裂的活动方式是左旋走滑兼挤压。剪应变高值区主要分布于青藏块体东北边界带的武威、祁连一带。甘青块体与阿拉善块体之间整体左旋扭动速率约为 6mm/a。配合非连续变形分析法 (DDA)数值模拟 ,初步分析了该区的构造应力场背景 ,认为该区相对水平运动和构造变形分布特征不仅是印度板块推挤应力场作用的结果 ,还可能与来自西侧南强北弱的向东的动力作用有关     

青藏高原东缘的地壳流及动力过程

黏滞性地壳流对地壳及上地幔变形作用及动力机制,是大陆新生代造山带的一个重要研究内容.青藏高原中下地壳存在部分熔融或含水物质的黏滞性流体,已为一系列地球物理及岩石学研究所证实.为研究青藏高原东缘地壳流的动力作用,本文用密集的被动源宽频带地震台的观测数据,反演了地壳上地幔精细速度结构和泊松比.研究表明,川西及滇西北高原的中地壳内普遍存在低速层,而高泊松比的地壳只分布在川西北地区.位于中地壳的黏滞性地壳流从青藏高原腹地羌塘高原流出,自北西向南东流入青藏高原东缘.这些黏滞性地壳流带动了上地壳块体水平移动,当它们受到刚强的四川盆地及华南地块阻挡时将发生分层作用,地壳流将分为二或更多分支不同方向的分流,向上的一支地壳流将对上地壳产生挤压,引起地面隆升,向下的一支地壳流将使莫霍面下沉加厚下地壳·黏滞性地壳流的运动在地壳中产生应变破裂发生强烈地震活动,地震的空间分布与震源机制也受到地壳流动力作用控制.     

青藏高原重力场与壳幔结构分析

本文基于重力资料, 分析了青藏高原壳幔结构模型、 高原陆内形变动力学条件、 高原深部物质运动特征及动力学机制。 研究表明, 重力布格异常和自由空间异常除了分别反映大地水准面之下的“剩余”密度信息和大地水准面之上的“附加”密度信息之外, 还可以组合在一起反映壳幔结构的流变学信息。 在整体处于Airy 重力均衡状态下, 如果局部布格异常与空间异常同向减小, 则是弱地壳强地幔的反映; 如果布格异常减小空间异常增大, 则是强地壳弱地幔的反映。 笔者认为, 青藏高原南部多为强地壳弱地幔地段, 东部既有强地壳弱地幔地段, 也有下地壳柔性-上地幔脆性地段, 北部多为弱地壳强地幔地段。 高原南北两侧板块边界的挤压力对高原做功, 重力位能使高原物质向低位势转移, 产生流变变形, 导致南区和北区主要为挤压变形区, 东区主要为构造伸展-侧向挤出区。 由于壳幔结构的差异, 不同地区驱动变形所需位能大小不同。 相同位能条件下, 南部更易于隆升, 东部更易于流变伸展。     

青藏高原下地壳流动方式的数值模拟研究

青藏高原存在柔性下地壳流动被越来越多的学者接受, 但是关于下地壳流动方式及速度存在争议。 地表运动有GPS等直接测量, 上地幔运动有S波分裂间接反映, 下地壳运动目前没有直接观测手段, 使得开展数值分析非常重要。 本文利用三维球壳黏弹性有限元模型研究了青藏高原下地壳柔性流动方式和流动速度。 本文通过对地表GPS观测资料的拟合与不同数值模型的对比分析, 认为青藏高原柔性下地壳东向流动遇到四川盆地的抵阻, 下地壳物质可能仅在高原东南方向存在物质外溢通道, 而在高原东北方向不存在类似的物质通道; 下地壳的流动速度比地表运动速率每年快几毫米至十几毫米, 对应的黏滞系数为10¹⁸~10¹⁹ Pa·s。     

青藏高原中东部地壳运动的GPS测量分析

根据1993年和1995年对青藏高原地壳运动进行的两期 GPS 监测的实测结果,分析了青藏高原现今地壳水平运动情况,并将其与不同地质运动模型结果进行了比较。结果表明,青藏高原现今地壳水平运动速率和方向与地质结果符合很好。目前,青藏高原大约以38.6mm/a 的速度向北东方向运动。     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

用全球定位系统（GPS）监测青藏高原地壳形变

通过对拉萨、日喀则地区两条基线的观测结果分析，得到了拉萨地块近南北向地壳形变率为（７．０±２．３）ｍｍ／ａ及近东西向（７．４±２．３）ｍｍ／ａ的形变速率，与震源机制解的结论十分接近。同时监测到相对于拉萨南北向７．３ｃｍ和东西向４．１ｃｍ的震后形变位移，显示出ＧＰＳ在地震监测及与地震相关的地壳形变研究的广阔前景     

川滇块体东边界主要断裂带现今运动特征分析

基于2009年以来的GPS观测数据,利用块体模型和GPS剖面方法分别计算川滇块体东边界主要断裂带的滑动速度,并结合跨断裂带的区域应变时间序列分析断裂带现今的运动特征。结果表明:从速度场变化来看,2013—2015期的速度场在川滇块体东北部有东向增加的微弱变化;从滑动速率结果来看,鲜水河北段的左旋走滑运动有所增强,拉张运动有所增加;小江断裂带的左旋走滑运动普遍有微弱的增强;从去掉线性的区域应变时间序列结果来看,小江断裂带南段主张应变在2014年底出现了趋势性转折,值得进一步关注。     

The structure of Circum-Tibetan Plateau Basin-Range System and the large gas provinces

Northward subduction of the Cenozoic Tethys ocean caused the convergence and collision of Eurasia-Indian Plates, resulting in the lower crust thickening, the upper crust thrusting, and the Qinghai-Tibet uplifting, and forming the plateau landscape. In company with uplifting and northward extruding of the Tibetan plateau, the contractional tectonic deformations persistently spread outward, building a gigantic basin-range system around the Tibetan plateau. This system is herein termed as the Circum-Tibetan Plateau Basin-Range System, in which the global largest diffuse and the most energetic intra-continental deformations were involved, and populations of inheritance foreland basins or thrust belts were developed along the margins of ancient cratonic plates due to the effects of the cratonic amalgamation, crust differentiation, orogen rejuvenation, and basin subsidence. There are three primary tectonic units in the Circum-Tibet Plateau Basin-Range System, which are the reactivated ancient orogens, the foreland thrust belts, and the miniature cratonic basins. The Circum-Tibetan Plateau Basin-Range System is a gigantic deformation system and particular Himalayan tectonic domain in central-western China and is comparable to the Tibetan Plateau. In this system, northward and eastward developments of thrust deformations exhibit an arc-shaped area along the Kunlun-Altyn-Qilian-Longmenshan mountain belts, and further expand outward to the Altai-Yinshan-Luliangshan-Huayingshan mountain belts during the Late Cenozoic sustained collision of Indo-Asia. Intense intra-continental deformations lead ancient orogens to rejuvenate, young foreland basins to form in-between orogens and cratons, and thrusts to propagate from orogens to cratons in successive order. Driven by the Eurasia-Indian collision and its far field effects, both deformation and basin-range couplings in the arc-shaped area decrease from south to north. When a single basin-range unit is focused on, deformations become younger and younger together with more and more simple structural styles from piedmonts to craton interiors. In the Circum-Tibetan Plateau Basin-Range System, it presents three segmented tectonic deformational patterns: propagating in the west, growth-overthrusting in the middle, and slip-uplifting in the east. For natural gas exploration, two tectonic units, both the Paleozoic cratonic basins and the Cenozoic foreland thrust belts, are important because hydrocarbon in central-western China is preserved mainly in the Paleozoic cratonic paleo-highs and the Meso-Cenozoic foreland thrust belts, together with characteristics of multiphrase hydrocarbon generation but late accumulation and enrichment.