青藏高原东北部东西向构造及其地震活动和构造力学模式研究

本文通过对重力和航磁资料解译,研究了青藏高原东北部东西向构造特征。在该区域存在6条大型东西向构造带,它们的共同特点是:(1)东西向延伸超过1000km,南北宽约60km;(2)越向深部东西向构造越明显;(3)两条相邻构造带的间距为1°20'',显示等间距分布特征;(4)在大型东西向的构造带之外还有次级东西向构造带存在。青藏高原东北部强震活动与东西向构造有密切的关系,这是由于在北东向主压应力作用下东西向构造左旋剪切运动的结果。     

青藏高原东北缘六盘山构造带及邻域的动力学响应数值模拟

青藏高原东北缘地区是青藏高原向北东方向扩展的前缘部位,也是探索青藏高原深层动力过程的重点区域.本文基于该区已有的地球物理探测工作,构建了横跨青藏高原东北部块体、六盘山构造带和鄂尔多斯盆地的二维剖面的数值模型,采用黏弹性数值模型对竖直向重力场展布对其构造演化过程及动力学响应进行了探讨.研究结果表明:(1)深部竖直向异常重力场特征导致了复杂的垂向动力学响应变化,造成了深部物质的复杂运移,而印度板块向北运动的挤压推力依然是青藏高原东北部—鄂尔多斯盆地深部动力学响应的主导因素.(2)流变结构及应变能的计算结果证明,在六盘山构造带地壳内能量最为聚集的地方与海原地震的深度大致相当,而青藏高原东北部地域与六盘山构造带的物性结构、形变速率、升降幅度等方面的差异,亦是造成低速层边界岩石破裂,且导致海原强震发生的主要原因.(3)在青藏高原东北部—鄂尔多斯构造区域的特异流变性结构,并不利于下地壳物质的流动.     

青藏高原东北缘重力异常多尺度横向构造分析

本文研究了青藏高原东北缘地区布格重力异常特征,采用优化滤波法和归一化总水平梯度垂直导数法对研究区重力异常进行多尺度分离和横向构造分析.分离出的多尺度重力异常特征表明:1) 青藏高原东北缘地区大致以东经106°线为界,有一条醒目的重力异常梯级带,即贺兰山-六盘山-川滇南北构造带的北段,其东西两侧布格重力异常特征在形态和走向上截然不同,意味着两侧密度结构和构造特征存在明显差异. 2) 鄂尔多斯地块内部定边以北,重力异常高带走向由北东向转为近南北向,推测定边附近存在一个密度或构造界面,其两侧物质组成和构造特征具有差异,对比大尺度重力异常和中尺度重力异常,表明异常特征的这种差异主要是由上地幔深部结构引起的. 3) 青藏高原东北部各块体深部边界位置与地表构造分布不同,反映出该区构造复杂,深浅构造差异大. 4) 由于印度-欧亚板块碰撞及随后印度板块持续向北的挤压作用,造成青藏高原东北缘中、下地壳物质在巨大的北东向推挤力和鄂尔多斯刚性块体阻挡的共同作用下,沿着相对软弱的秦岭造山带方向蠕动.依据多尺度重力异常及其横向构造特征,综合推断出研究区内五条断裂带,即秦岭地轴北缘断裂带、海原-六盘山断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和青铜峡-固原断裂带,并分析了它们在地壳深部的可能展布特征.     

青藏高原东缘岩石圈物性结构特征及深部构造涵义

青藏高原东缘是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索青藏高原东向挤出其东部壳幔结构响应及深部地质构造依据,本文利用卫星测高重力数据、数字地震台网("喜马拉雅"项目一期)634个台站的观测数据、以及跨越龙门山构造带、攀西构造带的两条长周期大地电磁测深资料,获得了青藏高原东缘视密度物性结构、P波速度异常结构、以及电性成像结构.物性成像结果表明:(1)松潘地块、川滇地块中-下地壳、上地幔具有低密度、低速、高导的韧性物性结构,部分地区这种韧性物性结构甚至可到达150 km处;(2)四川盆地下方扬子克拉通岩石圈具有稳定的高密度、高速、高阻的刚硬物性结构,其结构向下可延伸至150 km深处;(3)青藏高原东缘横向和垂向的物性结构差异,为揭示龙门山构造带、川滇地块隆升机制提供了物质基础和动力学依据;(4)岩石圈物性结构中,沿岷山一龙门山一锦屏山一玉龙雪山构造带一线存在明显的密度、速度梯级带,其东西两侧呈明显物性二元结构,该物性梯级带可能反映了中上扬子地块西边界位置.     

腾冲——勐海共轭地震构造带

使用地震和地质资料的综合分析方法研究了腾冲一勐海地区地震破裂特征,结果认为:本区存在长400km,宽45km的地震构造带,它是由一条长400km,宽25km的NNW向右旋剪切带为主干和几条NE-NEE向左旋走滑断裂变切而成的共轭地震构造带.带内地震具有线性排列和统一的周期性活动.     

阿尔金断裂南侧弧形地貌单元成因及其构造意义

巨型左旋走滑的阿尔金断裂是青藏高原的北部边界,在印度-欧亚板块碰撞过程中起重要的调节作用,控制着青藏高原东北部的构造演化,认识其活动演化对理解青藏高原的构造变形过程和机制具有重要意义。阿尔金断裂南侧存在一系列弧形地貌单元,知晓这些弧形带是原始弧形弯曲还是后期由于阿尔金断裂左旋走滑拖曳而形成的,对认识阿尔金断裂的构造演化具有重要意义。文中在前期阿尔金断裂南侧柴西英雄岭和柴北缘2条弧形带不同部位已开展的精细古地磁旋转变形研究的基础上,综合研究区和阿尔金断裂附近已有的古地磁旋转变形研究结果和弧形带几何形态学等其它地质证据,分析发现这2条弧形带的几何学特征是由其不同部位发生旋转变形所导致的,且旋转变形与该时段阿尔金断裂的快速左旋走滑活动密切相关。通过上述工作,更加全面地了解了阿尔金断裂新生代2阶段的走滑特征,进一步限定了阿尔金断裂早渐新世以来左旋滑移量,以柴西段为参照系滑移量至少约350～430km,以柴北缘段为参照系至少约380～460km,平均滑移速率至少约10. 6～13. 9mm/a。     

综合数据分析青藏高原东北缘六盘山地区构造形变及其构造成因独特性探讨

青藏高原边缘是研究青藏高原构造生长的重要场所.然而,青臧高原各边界却呈现出不同的地貌形态响应.尤其是青藏高原东北缘的六盘山地区,与青藏高原东缘相比,它与邻近稳定鄂尔多斯地台之间表现出了截然不同的地形变化.青藏高原东边界所对应的龙门山构造带呈现出高陡的地貌形态:在100 km范围内,海拔高程从四川盆地的500 m陡升至临近的龙门山构造带的3500 m.而青藏高原东北边界所对应的六盘山构造带则与邻近的鄂尔多斯盆地表现为宽缓的地形变化.之前由于缺少高精度的数据资料,对造成这一地表形态差异所对应的地壳结构缺少必要的了解.在本次研究中,将着重利用前期在青藏高原东北缘六盘山地区所获得的165 km长高分辨率深反射地震数据,并结合在此区域所获得的航磁数据资料进行该地区地壳结构的综合解释,得出青藏高原东北缘一鄂尔多斯地块构造转换带的地壳结构变形模型.研究表明六盘山地区主要物质组成为构造增生楔,其两侧分别存在陇西火山岛弧和鄂尔多斯结晶基底.高原生长所产生的构造应力并不能使相对松散的构造增生楔无限制的抬高而是容易发生重力坍塌,从而造成六盘山地区比较宽缓的地形结构.同时本文还将此地壳结构研究结果与前人在青藏高原东缘所获得的地壳结构及变形机制进行对比分析,探讨这两个地区的构造变形模式,并找出两个地区的构造变形共性和差异.研究结果也将为了解青藏高原侧向构造生长过程提供理论和数据支持.     

青藏高原东北缘海原构造带马东山阶区深部电性结构特征及其构造意义

海原一六盘山构造带是青藏高原东北缘地区的一条重要边界,在海原断裂带和六盘山断裂带接触区形成了特殊的马东山挤压阶区,本文对跨过该挤压阶区一条密集测点大地电磁剖面数据进行了处理和二维反演,获得的深部电性结构图像揭示在马东山挤压阶区深部电性结构表现为在高阻背景下镶嵌多个向西南倾斜的低阻条带电阻率结构样式,并在深度约25 km汇聚到中下地壳低阻层内,共同组成"正花状"结构;海原一六盘山构造带西南侧到陇中盆地区间呈现高、低阻相互"楔合"的深部结构特征,而其东北侧的鄂尔多斯西缘带自地表到中下地壳为较完整的高阻块体.另外结合跨过海原断裂带中段和西秦岭造山带的大地电磁探测结果,对海原一六盘山构造带分段性及其两侧的陇中盆地和鄂尔多斯地块的接触关系进行了研究分析.大地电磁探测成果佐证了在海原断裂带中段为具有走滑特点的断裂,而其尾端与六盘山断裂带斜交区域的马东山地区发生了强烈的逆冲推覆与褶皱变形;活动构造研究发现沿海原断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的马东山、六盘山以东西向的地壳缩短调节吸收,GPS观测表明青藏高原东北缘地区现今构造变形分布在海原一六盘山构造带以西上百公里的范围内,陇中盆地一海原一六盘山构造带和鄂尔多斯地块一线的深部电性结构图像也很好地解释了该区变形状态:海原一六盘山构造带带及西南盘的陇中盆地的中下地壳非常破碎,在青藏高原向北东方向的推挤下容易发生变形,而北东盘鄂尔多斯地块地壳结构完整,很难发生构造变形.对海原一六盘山构造带马东山阶区和龙门山构造带的深部电性结构及变形特征等进行了比较分析,发现该区有与2008年汶川地震相似的深部构造背景,应重视该区强震孕育环境的探测研究.     

青藏高原东部构造块体的运动学及形变特征分析

通过分析青藏高原东部的活动断裂资料和GPS速度场数据,试图阐述活动地块的几何学、运动学和形变特征。初步认为:(1)第四纪特别是晚更新世以来的活动地块边界带与早期的构造单元边界密切相关,但也具有明显的新生性;(2)根据两种资料推导出的各个活动地块的运动学特征基本上是吻合的,其中鲜水河-玉树-玛尼断裂带是一条重要的分界线,其南、北部活动地块的运动方式差异明显;(3)除了活动地块的边界带强烈活动外,各个地块内部也显示出很强的变形;(4)晚更新世以来,青藏高原地壳的运动学和形变特征表现为在印度板块挤压力作用下,活动地块在向NE方向的运动过程中遇到稳定地块阻挡,调节方式是地壳增厚以及南、北部地块分别向SE-SSE和NWW-W方向的构造软弱部位水平侧向迁移。     

冲绳海槽北部基底构造特征

利用最新的重磁数据对冲绳海槽北部的基底构造进行了推断解释.研究表明，在海槽内部主要发育两条火山带，一条为著名的吐噶喇火山链，由一系列活动的或休眠的串珠状展布的活火山岛构成；另一条沿海槽中央张裂轴分布，主要由孤立的海底火山构成.冲绳海槽的基底具有沿东西向凹－凸－凹相间的构造格局，深度在1 km~8 km之间变化，受吐葛喇断裂带的北部断裂F1的作用，第三系基底构造发生了显著变化，说明吐葛喇断裂带的北部断裂F1是一条构造转换带.莫霍面为一北北东向的向东倾伏的幔坡，地壳厚度由21 km减至18 km.     

柴达木盆地中部深部构造和地震活动

用航磁资料研究了青海柴达木盆地中部的深部构造环境。结果表明：该地区存在由东西向、北西向和北东向各两条断裂组成的构造系统；地震主要分布在由两条东西向断裂和两条北东向断裂交截形成的顺扭平形四边形的角区；构造应力场主压应力方向大致为近南北方向，在其作用下，北东向和东西向断裂都是该地区主要的发震构造。     

帕米尔东北缘及塔里木盆地西北部弧形构造的扩展特征

归纳了帕米尔东北缘弧形构造的基本特征 ,分析了塔里木盆地西北部EW向逆断裂背斜带与NNW向隐伏走滑断裂之间的关系。通过塔里木盆地与西南天山和帕米尔东北缘变形特征的对比 ,认为塔里木盆地西北部的变形样式与帕米尔东北缘的弧形构造类似 ,弧形构造具有由帕米尔东北缘向塔里木盆地扩展的特征 ,这种构造是帕米尔向北挤入运动所特有的变形样式     

青藏高原深部地球物理探测70年

青藏高原是全球海拔最高、规模最大、时代最新的陆-陆碰撞造山带.几十个百万年以来高原隆升、喜马拉雅山系崛起是地球演化史上最为壮观的构造事件之一.青藏高原壳幔结构和深部过程备受国内外地球科学家关注.近七十年来的地球物理研究与探索表明:(1)青藏高原地壳巨厚,岩石圈较薄;(2)壳内存在软弱层,但厚度和联通性有限;(3)高原下地壳及Moho面广泛发育叠瓦状反射特征,存在明显的脆性变形;(4)喜马拉雅和拉萨块体南部存在双Moho现象/迹象;(5)印度大陆岩石圈向高原下方俯冲的形态存在显著的东西向差异;(6)高原主体上地幔各向异性以NEE向为主;(7)青藏高原布格重力异常四周高、中间低,异常场边界与地形梯度变化密切相关;(8)高原内部磁异常较弱,周边地区较强,其分界与区域构造边界基本一致;(9)青藏高原水热活动强烈,大地热流值高,主要来自加厚地壳的贡献.但是,有关青藏高原深部过程,诸如是否存在中/下地壳流、印度与欧亚大陆岩石圈的俯冲模式等重大科学问题目前仍存在争议.青藏高原地球物理和动力学研究是一个复杂的系统工程,以科学问题为导向,结合国家重大需求,在关键区域组织实施综合地球物理探测,可望在地学领域取得创新与突破.     

帕米尔东北缘及塔里木盆地西北部弧形构造的扩展特征

归纳了帕米尔东北缘弧形构造的基本特征,分析了塔里木盆地西北部EW向逆断裂背斜带与NNW向隐伏走滑断裂之间的关系.通过塔里木盆地与西南天山和帕米尔东北缘变形特征的对比,认为塔里木盆地西北部的变形样式与帕米尔东北缘的弧形构造类似,弧形构造具有由帕米尔东北缘向塔里木盆地扩展的特征,这种构造是帕米尔向北挤入运动所特有的变形样式.     

阿尔金断裂中段南月牙山古地震地表破裂带及其构造意义

阿尔金断裂是青藏高原东北缘的一条重要的边界断裂,其几何结构和运动学性质对青藏高原的构造演化具有重要的指示意义。通过卫星影像解译和野外实地调查,在柴达木盆地西缘、索尔库里盆地南约10km的盐壳区发现一长约14km的古地震地表破裂带。该地震破裂带与阿尔金主走滑断裂近平行,根据几何形态大致可将其分为3段走向不同的次级段落,总体走向为N80°E,但局部段落的走向存在变化。该破裂带的构造样式以挤压隆起、次级断裂、裂槽、三角拉分盆地和断陷盆地为主要特征,多相间出现,是典型的走滑断层上的地震破裂带特征,文中利用野外活动断裂地质填图方法标绘了30余个挤压隆起体。另外,考察中还发现在多数挤压隆起上有多次地震重复活动的证据。根据附近盐壳钻孔年龄和地震裂缝中沉积物的年龄结果推测,最新一次地震事件发震时间的下限为全新世。该地震地表破裂带向E进入大通沟南山,其地貌特征表现为较连续的逆冲陡坎,而向W破裂带逐渐消失。通过地震反射剖面推测认为该破裂带向W与阿尔金断裂平顶山次级断裂相接。作为阿尔金断裂的1个构造节点,平顶山将部分应变传递到青藏高原内部的月牙山-大通沟断裂,其多次活动造成了月牙山东约14km长的地表破裂带。     

芦山—康定地区布格重力异常及其归一化梯度图像的构造物理涵义

芦山—康定地区是川滇块体、松潘—甘孜块体和华南块体三个块体过渡的"Y"型交汇区,构造变形十分强烈.本文对EGM2008计算的布格重力异常进行1~5阶离散小波变换,得到三方向分量平方和的平方根(HVDM)图像;利用实测剖面布格重力异常数据,得到剖面的布格重力异常归一化总梯度(NFG)图像.结果分析表明:(1)垂直于龙门山断裂带南段剖面的NFG图像显示推覆构造体前端切割较浅、后端逐步变深至中地壳,说明松潘—甘孜块体在深约10~30km之间存在滑脱构造,在青藏高原东向挤出和四川盆地的阻挡作用下,造成深、浅部构造差异性运动,形成逆冲推覆的龙门山构造带;(2)HVDM图像和剖面的NFG图像均显示龙门山断裂带西南段与中段和东北段不同,松潘—甘孜块体对四川盆地的逆冲推覆作用沿北东方向具有分段性;(3)雅江—洪雅剖面NFG图像显示鲜水河断裂带和龙门山断裂之间存在高梯度变化带,在鲜水河断裂带下方强变形带不仅在20km左右东倾至龙门山断裂带前缘,且逐渐近垂直向下伸入至少到下地壳,反映了两大断裂带交汇区域变形作用较强.川滇块体内部和四川盆地内部则显示低值,说明其变形作用较弱.强烈左旋剪切的鲜水河断裂带对芦山—康定地区构造活动具有主要的控制作用.     

羌塘地块中部南北向断裂的构造特征及其动力学意义

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地块89°E附近存在明显的低重力、负磁、深度达300 km的低速异常及连通壳幔的高导异常,且地表伴生大规模的新生代火山岩,这些特殊的地质及地球物理场特征的发生位置与地表双湖断裂的位置基本对应.本文通过卫星重力数据的多尺度小波分析结果发现,双湖断裂之下,存在一明显由上地壳一直向下延伸至地幔深部的低重力异常,说明双湖断裂向下延伸深度大,且上下连通性好.结合已有的地质和地球物理资料,认为由于双湖断裂的存在,使得深部幔源岩浆沿断裂构造薄弱带上涌,从而导致羌塘地块之下壳幔温度的升高及大规模部分熔融的发生.     

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.     

汶川M_S8.0地震地表破裂带及其发震构造

震后应急野外考察表明,2008年5月12日汶川MS8.0地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带上同时使北川-映秀断裂和灌县-江油断裂两条倾向NW的叠瓦状逆断层发生地表破裂。其中,沿北川-映秀断裂展布的地表破裂带长约240km,以兼有右旋走滑分量的逆断层型破裂为主,最大垂直位移6.2m,最大右旋走滑位移4.9m;沿灌县-江油断裂连续展布的地表破裂带长约72km,最长可达90km,为典型的纯逆断层型地表破裂,最大垂直位移3.5m;另外,在上述两条地表破裂带西部还发育着1条NW向带有逆冲垂直分量、左旋走滑性质的小鱼洞地表破裂带,长约6km。这一地表破裂样式是近期发生的特大地震中结构最复杂的一次逆断层型地表破裂,地表破裂的长度也最长。利用已有的石油地震剖面,结合余震分布和地表破裂带特征等资料构建的三维发震构造模型表明,龙门山推覆构造带现今和第四纪时期以地壳缩短为主,斜滑逆冲型地震表明青藏高原中东部的水平运动在华南地块与巴颜喀拉地块之间的龙门山推覆构造带上转化为地壳的缩短和隆升     

基于InSAR技术的六盘山断裂带形变特征研究

正六盘山断裂带是青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块西南缘的过渡部位,同时与东西向的中央造山带相交,是中国大陆东西与南北构造重要的构造转换域,六盘山隆升与青藏高原构造活动有密切的联系,被认为是青藏高原向北东方向扩展的前缘,是认识青藏高原横向扩展如何控制中国大陆西部内部弥散变形和大陆动力学的关键所在。由于GPS和水准等手段受到地域和空间分辨率的限制,无法详细的描述六盘山断裂带地区的地壳形变特征,而近年来,随着合成孔