青藏高原东南缘地震活动与地壳运动所反映的块体特征及其动力来源

通过分析青藏高原东南缘活动断裂带的活动特征和GPS资料显示的现今地壳形变场,辅以历史地震及地表破裂、震源机制解类型等资料,将青藏高原东南缘地区分成了11个次级块体.其中包括了西秦岭次级块体、阿坝次级块体、龙门山次级块体、藏东次级块体、雅江次级块体,香格里拉次级块体、滇中次级块体、保山次级块体、景谷次级块体、勐腊次级块体和西盟次级块体;并利用这些次级块体内的GPS站点速率计算出了这些块体现今运动情况及各块体之间断裂的滑动速率,分析认为各次级块体均受到了一种来自其相邻块体的主要应力作用而发生了旋转,其中保山次级块体、藏东次级块体、雅江次级块体、香格里拉次级块体、滇中次级块体的旋转尤为显著;同样,相邻块体之间的边界断裂带也呈现了相应的挤压或拉张活动特征,而藏东次级块体与雅江次级块体、雅江次级块体与滇中次级块体之间的挤压最为明显.利用上述结果,本文讨论了该地区的现今地壳形变特征,认为刚性块体的挤出作用与重力滑塌作用并存于该区域内,下地壳"管道流"的拖曳作用是该地区刚性块体挤出作用和重力滑塌的主要原因, 另外缅甸板块相对于自身的逆时针旋转作用在其北部引起的拉张作用也是重要因素之一.     

云南地区地壳速度结构的层析成像研究

利用地震波到时和体波层析成像方法反演了云南地区的P波速度结构,根据不同深度的速度异常分析了主要断裂和区域动力作用的深部效应,揭示出壳内低速层的分布范围以及与下地壳流动的联系.研究结果表明,哀牢山-红河断裂两侧的地壳速度结构存在明显的差异,滇中地区的速度异常分布与小江断裂、元谋断裂、程海断裂等南北走向的断裂一致,反映了青藏东部地壳块体顺时针旋转产生的构造效应;滇西南的速度异常分布与哀牢山-红河断裂、无量山断裂、澜沧江等断裂的走向平行,显示了印支块体朝东南方向挤出产生的影响;沿着南汀河断裂分布的低速异常则与印缅块体侧向挤压引起的构造活动有关.壳内低速异常具有分层和分区特征:在哀牢山-红河断裂西侧和澜沧江之间主要分布在地壳中上部,在小江断裂和元谋断裂附近分布在地壳中下部,在滇中地区则广泛分布于地壳底部至莫霍面附近,东、西两侧分别受到小江断裂和哀牢山-红河断裂的限制.其中攀西地区的低速异常与小江断裂和元谋断裂在此附近交汇形成的热流传输通道以及张裂时期强烈的壳幔热交换有关;在哀牢山-红河和澜沧江地区,除了印支块体向东南方向的挤出之外,印缅块体的侧向挤压和向东俯冲也对地壳深部的构造变形产生了一定的影响,由此引发的地幔上涌将导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成低速层.因此,哀牢山-红河断裂不仅在地壳浅部是分隔印支块体和华南块体的地质界限,也是控制两侧区域深部构造变形和壳内韧性流动的分界.     

青藏高原东北缘地壳P波速度结构及其对地壳变形研究的启示

青藏高原东北缘同鄂尔多斯块体及阿拉善块体过渡地区,也是南北地震带的北段;该区地震活动水平较高,是发生强震危险性较大的地区.鉴于该区特殊的构造环境和深部构造背景,本研究利用两条"十字交叉"的地震宽角反射/折射剖面进行相互约束,以更为精确地获得研究区各个块体及其耦合部位的深、浅部地壳速度结构特征,进而探讨历史强震区的深部孕震构造环境.文章对两条剖面获得的P波数据进行了资料处理和解释,采用地震射线走时正演构建了沿两条剖面的二维地壳速度结构模型.结果显示:两条剖面所穿过的不同块体速度结构、地壳内部界面形态及地壳厚度等存在较大差异.其中,沿兰州-惠安堡-榆林地震测深剖面(L1)的地壳厚度由鄂尔多斯块体西缘的43.0km向西加深至祁连块体的55.9km.同时,鄂尔多斯块体速度等值线横向变化平缓,地壳平均速度为6.30km s~(-1);而祁连块体和弧形构造区壳内结构变化较为剧烈,壳内平均速度低于鄂尔多斯块体0.10km s~(-1)左右.此外,祁连块体与弧形构造区上地壳存在不连续低速层(LVZ1和LVZ2),低于周围介质速度0.10～0.20km s~(-1);鄂尔多斯块体在L2(铜川-惠安堡-阿拉善左旗地震测深剖面)和L1剖面上平均地壳厚度基本一致,均在43.0km左右起伏变化,但沿L1剖面壳内界面、速度等值线平缓,显示稳定的克拉通式地壳结构特征,而沿L2剖面壳内速度等值线变化紊乱,显示鄂尔多斯块体壳内结构具有显著区域差异.贺兰山造山带和银川盆地地壳结构呈现"隆凹"起伏变化,表现出局部挤压变形特征,且在贺兰山中-下地壳存在高低速相间的低速层,低于周围介质速度0.15～0.25km s~(-1).阿拉善块体地壳厚度为49.0km左右,该块体上、中-下地壳层内速度等值线起伏形态差异较大.沿L1、L2地震测深剖面获得的复杂地壳速度结构特征揭示了不同地块的结构差异、相互耦合关系及历史强震区的速度结构,从而为进一步研究该区强震的孕育环境和机制提供了更为精确的地壳结构约束.     

柴达木-祁连山地块内部震间上地壳块体运动特征与变形模式研究

以青藏高原北缘及东北缘的柴达木-祁连山地块内的活动断裂、由断裂所围限的微小块体为研究对象,系统收集整理区内活动断裂定量参数和GPS速度场等资料,使用球面应变率计算方法分析研究区内GPS 速度场得到现今构造应变率场,讨论区内最大剪应变率、面膨胀率与旋转率等参数与区域构造变形之间的关系;同时,依据区内详实的活动断裂资料建立精细的微小活动块体模型,利用Backslip模型反演断裂所围限的各个块体边界断裂的滑动速率、块体内部统一应变率及块体欧拉运动学参数等,并与活动构造方法获得的滑动速率做对比;最后,讨论研究区内由GPS速度场所揭示的地壳运动变形模式.结果表明:(1)柴达木-祁连山地区地壳运动,在沿着山脉走向上具有带状区域分块运动特征,大范围内具有弥散变形特征;(2)青藏高原北部变形场应是通过不同断裂差异性相对运动、区域内部逆冲挤压和块体旋转共同作用的结果.从鄂拉山到古浪民勤一带具有强烈的逆冲活动,其两侧地壳块体分别具有逆向旋转的运动性质;(3)在研究区东部GPS速度场所呈现顺时针旋转的形态,应是处于不同地块边界处的中下地壳与地幔介质差异驱动机制对上地壳块体所产生的作用,并以近地表断层应变率积累形式表现的结果,是祁连山地块、阿拉善块体、鄂尔多斯地块等大型块体推挤旋转影响下的复杂运动学形态.     

利用人工地震测深剖面研究银川盆地及两侧区域的S波速度结构

本文利用人工地震探测剖面获得的E-W向S波数据,参考P波资料,利用正演算法对该条剖面获得的Sg、Sc1、Sc2、SmS及Sn波波组信息进行了相关计算与处理,获得了沿剖面S波的地壳二维速度结构,结果显示:银川盆地及其两侧区域的地壳速度结构和壳内界面分层都显示出较大的差异.银川盆地及其以西区段呈现四层地壳结构,鄂尔多斯块体内部由西向东C2界面逐渐缺失,显示三层地壳结构特征.且壳内界面及速度等值线变化相对平缓,显示出稳定的地壳结构特征.剖面中段的银川盆地沉积盖层埋深最深达到7.6 km,盆地下方Moho界面的隆起与基底的凹陷呈镜像关系,隆起最浅处深度为38.5 km左右.银川盆地西缘至阿拉善块体边缘中下地壳内出现局部低速异常,横向影响范围达到120 km左右,速度值明显比周围介质低0.15~0.28 km/s个量级,壳内界面起伏变化剧烈,与两侧块体接触及其耦合部位速度结构异常紊乱,显示出断陷活动、地壳不稳定的特征.阿拉善块体壳内速度等值线变化较为平缓,Moho界面相对其他块体显示出较深的深度.沿剖面从获得的S波二维速度结构特征可以看出各块体地壳速度结构特征、深部构造环境、以及深部介质物性差异,揭示了银川盆地在周围块体相互运动、碰撞、挤压背景下的应力变形特征.     

GPS结果揭示的龙门山断裂带现今形变与受力——与川滇地区其他断裂带的对比研究

本文构建川滇地区二维有限元接触模型,采用“块体加载”方法和1999-2007年GPS数据,模拟计算该区主要断裂带的形变运动,对比、分析其运动、受力特征和应力积累差异.结合区域强震研究汶川地震、芦山地震的力学背景.结果显示强震前龙门山断裂带保持低变形,右旋错动不超过1 mm·a^-1,挤压不超过0.5 mm·a^-1,明显低于其他断裂带,但其两侧应力值与其他断裂带相当,主压应力轴与断裂带走向垂直,形成很宽的挤压带,断层面法向挤压应力积累为-333.74 Pa·a^-1,为全区最高.揭示1999年以来,龙门山断裂带及巴颜喀拉块体东部的挤压应力快速增加,致使实际应力可能处于高水平并诱发地震活跃,期间强震呈丛集性,出现汶川、芦山地震接连发生的现象.     

1999～2001年青藏块体东北缘地壳水平运动的非震反位错模型及变形分析

通过对GPS观测资料的数值模拟，获取1999～2001年青藏块体东北缘地区地壳水平运动的非震反位错模型,结合本区视应变场空间分布，研究活动块体及其边界断裂运动、变形特征及应力应变积累部位和强度．结果表明:① 9个活动块体呈现东向由偏北至偏南的整体性顺时针运动. 以祁连山——海原断裂为界，两侧块体间的左旋相对运动明显，由西向东呈现走滑兼NE-NEE向挤压；② 有20条断层段（多数呈压性）不同程度地阻碍块体间的相对运动，其中祁连山断裂中东段（包括与日月山——拉脊山断裂交汇区）及与海原、庄浪河断裂交汇区更有利于应变积累，日月山——拉脊山断裂与柴达木块体北边界交汇区也可能存在一定程度的应变积累；③ 所得活动块体运动速率及边界断裂对块体相对运动的锁定量较1993～1999年相应结果有所减弱．      

首都圈地区的地震活动性与断裂的关系

通过地震学参数研究构造脆性变形的方法 ,着重分析了首都圈地区地震活动的“时、空、强”及其震源机制分布特征与断裂活动的关系 ,展示出该地区断裂活动的定量性规律 ,由此获得了首都圈地区上地壳变形的物理模型。结果表明 :首都圈地区地震活动的“时、空、强”及其震源机制分布特征与断裂活动性质吻合较好 ,NE或NEE向和NWW向 2组断裂构成共轭断裂 ;沿NWW -SEE向的张家口 -渤海湾断裂带两侧形成了燕山块体、晋北块体、太行山块体和冀中块体的基本活动体系 ;在NWW -SEE向串列状的块体边界上形成一定量的NWW向地震活动密集带 ,而在与其共轭的NE或NEE向断裂交汇点附近具有发生中强震级以上地震的构造条件     

求解模型对欧拉矢量的影响

利用GNSS水平运动场求解欧拉矢量时,待估参数的个数会对欧拉矢量结果产生影响,针对该问题本文分别从理论推导和具体算例角度进行了分析.首先从理论上推导出不同的求解模型得到的欧拉矢量的差异;然后以2004 ～2007年中国大陆GNSS水平运动场为基础,选用两种常用的求解模型(块体整体旋转模型和块体的整体旋转与均匀应变模型),讨论了求解模型对欧拉矢量及后续研究的影响.结果表明,两种模型下块体整体旋转的差异最大可达2.60mm·a-1,是不能忽略的.因此认为选用不同的块体运动模型会得到不同的地壳水平运动图像,在地壳水平运动分析中对此需加以重视.     

现今中国大陆地壳运动与活动块体模型

通过分析中国地壳运动观测网络GPS数据特别是1999年与2001年区域网数据, 我们初步得到了中国大陆地壳运动速度场, 并用统计分析的方法从高密度台站速度场中区分出9个独立活动块体和2个广泛形变带, 求出活动块体刚体运动欧拉极和相邻块体间相互运动速率. 结果显示中国大陆形变场似可分为3类区域 第1类区包括青藏高原内部区域和天山造山带, 形变在全区域内广泛分布; 第3类区包括塔里木盆地及南北带以东地区, 形变场表现为活动块体, 内部稳定, 形变局限在狭窄的边界带内; 第2类区则处在青藏高原的边缘带, 如柴达木、祁连、西宁、川滇菱形南块体等, 这类区形变场特征处在第1, 3类区之间, 虽然还能保持一定的块体完整性, 但块体的尺度和强度已不如第3类地区. 通过分析各类区域岩石圈结构以及形变模式我们可以得出初步推断 中国大陆地壳形变模式主要由地壳结构所控制. 中国大陆东部和塔里木盆地地区地壳介质有相当强度, 形变表现为刚性块体的相互运动. 而印度板块的北向挤压造成青藏高原和天山的隆起并产生巨厚地壳, 壳内温度上升, 下地壳低速高导层发育, 介质呈较强黏塑性, 地壳脆性层在下地壳塑性流变场作用下产生各种类型的、多层次的形变, 且分布广泛而不局限于少量块体边界地区. 青藏高原边缘的第2类地区地壳结构为第1, 3类地区之间的过渡区, 其形变特征也介于第1, 3类地区之间, 为强度较低的较小活动块体在边界作用力下的运动与变形.     

根据现代地壳垂直运动划分中国大陆活动地块边界的尝试.

研究了中国大陆地壳垂直运动的特征，提出利用中国大陆现代地壳垂直形变速率图划分活动地块的思路和原则，并把中国大陆划分为东西2个Ｉ级地块，东北、华北、华南、西藏、甘青藏和新疆6个Ⅱ级地块和16个Ⅲ级地块．本文划分的活动地块边界与新构造活动的图象在总体上是一致的，局部地区有些差别．这表明，中国大陆地壳现今活动是第四纪以来新构造活动的继续，但也出现了一些新的活动趋势．      

论发震构造特性在潜在震源区参数确定中的应用

发震构造特性是潜在震源区划分及其地震年发生率确定的重要依据。潜在震源区除了反映“未来具有发生破坏性地震的地区”的内涵外,还应反映高震级档地震具有相似复发特征的涵义。由于在地震活动性参数统计单元内,有一些具有不同本底地震的活动构造块体,为更好地反映地震活动的空间不均匀性,考虑潜在震源区的三级划分是有必要的。通过分析潜在震源区内高震级档地震的复发特征,计算预测时段内潜在震源区的高震级档地震的发震概率,采用预测时段内概率等效转换获得地震年平均发生率的方法,有助于在中国地震危险性分析框架内考虑潜在震源区的强震复发特性。另外,文中还对潜在震源区内特征地震次级震级档频度不足的特性和发震构造上强震非均匀性在地震危险性分析中的应用问题进行了探讨     

Identifying rock blocks based on hierarchical rock-mass structure model

Rock-masses are divided into many closed blocks by deterministic and stochastic discontinuities and engineering interfaces in complex rock-mass engineering. Determining the sizes, shapes, and adjacent relations of blocks is important for stability analysis of fractured rock masses. Here we propose an algorithm for identifying spatial blocks based on a hierarchical 3D Rock-mass Structure Model (RSM). First, a model is built composed of deterministic discontinuities, engineering interfaces, and the earth’s su...     

全波形时间域航空电磁响应三维有限差分数值计算

全波形时域航空电磁测量具有解释精度高、分辨率高等优点,已成为新一代时域航空电磁探测发展的趋势.为此,本文基于无源有限差分法,将发射电流离散为若干梯形脉冲元,将脉冲元在时间上产生的电磁场转换为空间初始场,在差分迭代过程中分时引入差分方程,逐步将有源有限差分方程转换为无源有限差分方程,最终实现了发射电流为任意波形时,全波形时间域航空电磁响应的三维数值计算.计算结果表明:在梯形波发射时,对于典型地电模型的航空时间域电磁响应,计算稳定时间大于10 ms;与积分方程法相比,发射线圈中心点二次场响应平均误差小于1%.任意源三维全波形数值计算的实现为全波形三维反演和仪器设计奠定了基础.     

Unified fractional differential approach for transient interporosity flow in naturally fractured media

A unified approach to modeling flows of slightly compressible fluids through naturally fractured media is presented. The unified fractional differential model is derived by combining the flow at micro scale for matrix blocks and macro scale for fractures, using the transient interporosity flow behavior at the interface between matrix blocks and fractures. The derived model is able to unify existing transient interporosity flow models formulated for different shapes of matrix blocks in any medium dimensions. The model is formulated in the form of a fractional order partial differential equation that involves Caputo derivative of order 1/2 with respect to time. Explicit solutions for the unified model are derived for different axisymmetrical spatial domains using Hankel or Hankel–Weber finite or infinite transforms. Comparisons between the predictions of the unified model and those obtained from existing transient interporosity flow models for matrix blocks in the form of slabs, spheres and cylinders are presented. It is shown that the unified fractional derivative model leads to solutions that are very close to those of transient interporosity flow models for fracture-dominant and transitional fracture-to-matrix dominant flow regimes. An analysis of the results of the unified model reveals that the pressure varies linearly with the logarithm of time for different flow regimes, with half slope for the transitional fracture-to-matrix dominant flow regime vs. the fracture and matrix dominant flow regimes. In addition, a new re-scaling that involves the characteristic length in the form of matrix block volume to surface area ratio is derived for the transient interporosity flow models for matrix blocks of different shapes. It is shown that the re-scaled transient interporosity flow models are governed by two dimensionless parameters Θ and Λ compared to only one dimensionless parameter Θ for the unified model. It is shown that the solutions of the transient interporosity flow models for different shapes of matrix blocks are almost identical for the re-scaled variables. Furthermore, the driving parameters for solution behavior are identified based on asymptotic approximations for different flow regimes. It is found that the matrix diffusion and the matrix area-to-volume ratio affect the solution behavior only for the transitional fracture-to-matrix dominant flow regime, that the capacitance ratio affects the solution behavior only for transitional and matrix dominant flow regimes and that the fracture diffusion is involved in all three flow regimes. Similar identification of the driving parameters is also presented in the re-scaled case.     

中国大陆活动地块边界带强震活动特征的研究

在中国大陆及周边活动地块与活动地块边界带研究和划分的基础上,研究了中国陆区6个Ⅰ级活动地块区和22个Ⅱ级活动地块之间的共计24个活动边界带上的强震活动特征。从各边界带上强震活动的频次和单位时间、单位长度的地震应变能释放出发,讨论了各活动地块边界带的强震总体活动水平;并从震级频度关系出发,计算了各带的理论最大震级与复发周期。通过与实际地震记录对比发现,由中国大陆各主要活动地块边界带的地震活动参数(a/b)所推算的强震活动强度与实际地震活动强度总体上具有较好的一致性,强震复发期与构造活动速率则呈明显的反向变化关系,这也表明本研究给出的各边界带的a,b值具有一定的参考意义。文中还利用历史强震资料以及各带强震活动的离逝时间,基于泊松分布,探讨了各活动边界带的现今地震活动水平及其危险程度     

西藏班戈日阿铜多金属矿床地质特征及找矿前景

西藏班戈日阿铜多金属矿床位于班戈-腾冲多金属成矿带,是近年来新发现的矽卡岩型铜多金属矿床,已探明资源量达中型规模。最新研究和找矿成果显示矿带呈北西向展布,受燕山晚期白垩纪花岗岩类岩体侵入作用控制,矿体分布于岩体与下白垩统灰岩地层接触带及附近部位。在空间上,矿床主要分为三个矿段：主矿体分布在矿区中西部,目前在西矿段已圈定5个（条）铜矿体,矿体呈似层状、透镜状,其中最大的Cu13号矿体长221 m,平均厚9 m,沿倾向已控制延深100 m以上,铜品位：0.45%~2.01%,平均0.9%。主要金属矿物为黄铜矿、磁铁矿。中矿段已经圈定3条矿体,成矿元素除铜外,铅、锌、银含量也较高,为铜多金属矿体。矿体呈似层状、透镜状。其中以Cu-23号矿体最大,长达300 m,矿体最宽处达110 m。矿体平均品位Cu1.48%,Pb 1.25%,Zn 2.52%,A g 32.52×1-0 6。本文在矿区地质特征研究的基础上,通过对1：5万水系沉积物测量成果分析,对比中、西矿段成矿条件,对矿区东段进行了预测评价,指出该矿区具有较好的铜多金属找矿前景。同时建议对已圈定的1：5万水系沉积物异常开展1：1万土壤地球化学测量工作,进而圈定该区铜多金属矿带或矿（化）体,为矿区深入勘查工作提供依据。     

The application of cellular automata to the erosion of landforms

Two approaches to modelling surface erosion are described which can be used to explain the development of geomorphological features. The first approach uses non-linear wave theory and shows how surface gradient discontinuities can arise as the erosion of an initially smooth surface proceeds. For isotropic erosion, surface shapes may be predicted by a simple application of the Huyghens wavefront construction and Snell's law at media boundaries. A second approach uses a computational cellular method. The general shapes predicted by the computer simulations are shown to agree with those determined from the wave approach. The application of the cellular method to problems of geomorphological interest are discussed.     

Active blocks and their deformations derived from the velocity field in North China

Based on the horizontal movement velocities and their error estimations of 144GPS stations in North China de-duced from the results obtained from multiple GPS measurements carried out in the period of 1992-2001,the horizontal deformation in the area is stuklied.The movements,entire deformations,local deformations,activeity patterns and intensities along the boundary zones are derived.And then the risk of strong earthquake in the area is estimated.In the research,the horizontal displacement observations can be considered as the sum of three parts.The first part is the entire motion following Eurasian plate,which can be derived from NUVAL-IA model;the second part is the relative motions and deformations between the sub-tectonic blocks in the studied area,which can be derived from a set of displacement observations determined by the expanded QUAD method in the paper;the third part is the local deformations and errors in the sub-tectonic blocks,which can be described as the inhomoge-neous strains of the block.The method and results are introduced in detail in the paper.     

Blueschist-facies metamorphism during Paleozoic orogeny in southwestern Japan: Phengite K–Ar ages of blueschist-facies tectonic blocks in a serpentinite melange beneath early Paleozoic Oeyama ophiolite

Blueschist-bearing Osayama serpentinite melange develops beneath a peridotite body of the Oeyama ophiolite which occupies the highest position structurally in the central Chugoku Mountains. The blueschist-facies tectonic blocks within the serpentinite melange are divided into the lawsonite–pumpellyite grade, lower epidote grade and higher epidote grade by the mineral assemblages of basic schists. The higher epidote-grade block is a garnet–glaucophane schist including eclogite-facies relic minerals and retrogressive lawsonite–pumpellyite-grade minerals. Gabbroic blocks derived from the Oeyama ophiolite are also enclosed as tectonic blocks in the serpentinite matrix and have experienced a blueschist metamorphism together with the other blueschist blocks. The mineralogic and paragenetic features of the Osayama blueschists are compatible with a hypothesis that they were derived from a coherent blueschist-facies metamorphic sequence, formed in a subduction zone with a low geothermal gradient (~ 10°C/km). Phengite K–Ar ages of 16 pelitic and one basic schists yield 289–327 Ma and concentrate around 320 Ma regardless of protolith and metamorphic grade, suggesting quick exhumation of the schists at ca 320 Ma. These petrologic and geochronologic features suggest that the Osayama blueschists comprise a low-grade portion of the Carboniferous Renge metamorphic belt. The Osayama blueschists indicate that the 'cold' subduction type (Franciscan type) metamorphism to reach eclogite-facies and subsequent quick exhumation took place in the northwestern Pacific margin in Carboniferous time, like some other circum-Pacific orogenic belts (western USA and eastern Australia), where such subduction metamorphism already started as early as the Ordovician.