鄂尔多斯周缘断陷盆地带垂直形变场分析

鄂尔多斯块体是一个内部结构完整作整体不对称隆起运动的块体。主要构造运动发生在块体周缘断陷盆地带和断裂带上。除块体的西南侧为挤压构造带以外,四周被规模不等的断陷盆地所围陷,块体与盆地之间均有区域构造控制,而断陷盆地带均有多个地堑或半地堑作一定斜列式排列,形成于新生代以来不同时期。     

汾渭地堑岩石圈的应力场数值模拟与分析

汾渭地堑系位于秦岭造山带以北,鄂尔多斯地块以东,是我国东部重要的一个强震活动带,构造活动十分密集.目前关于汾渭地堑的研究主要集中于其成因机制与构造演化历史、活动构造分布及地震统计、有限元数值模拟等方面.其中地震地质相关的研究主要覆盖了沉积层和地表断层层面,地球物理研究则主要关注地球的深部结构问题,整体而言较少涉及到浅部...     

应用综合震源机制解法推断鄂尔多斯块体周缘现今地壳应力场的初步结果

利用2007年8月1日至2013年7月21日发生在鄂尔多斯块体周缘的8499个地震的49844个P波初动符号资料,应用综合震源机制解法获得了鄂尔多斯块体周缘0.25°×0.25°的精细地壳应力场,所得应力场结果基本上覆盖了整个鄂尔多斯周缘地区.研究结果表明鄂尔多斯周缘地壳应力场具有以下特征:(1)在环绕鄂尔多斯周缘的银川—吉兰泰断陷带、河套断陷带、岱海断陷带、山西断陷带和渭河断陷带内,综合震源机制解结果以正断层型为主,且综合震源机制解节面走向大体与控制断陷带边界的主要断裂走向相一致,与鄂尔多斯周缘断陷带现今的拉张状态相一致.(2)在鄂尔多斯西南缘,综合震源机制解类型主要为逆冲、逆冲走滑和走滑型,反映了鄂尔多斯块体在西南缘受到青藏高原北东向挤压作用.鄂尔多斯西南缘的应力场的主压应力方向在远处为东向,源自于青藏高原向东北挤压作用,靠近鄂尔多斯块体表现为北东—南西向.(3)P轴方位在局部地区变化较大,但总体呈现规律性变化.P轴方位在鄂尔多斯块体西缘,从南向北,主压应力轴方位更加偏北;在其北缘,由西向东,主压应力轴方位更加偏东.在其南缘和东缘,主压应力轴方位变化不大,大体上平行于控制各断陷带主要断裂走向.P轴倾角在西南缘为近水平,在其周缘各盆地内P轴倾角近直立.(4)T轴方位总体表现为北西—南东向;在鄂尔多斯周缘各断陷带内,T轴走向大体与控制断陷带主要断裂走向以及断陷盆地走向相垂直.(5)鄂尔多斯块体在其西南角受到来自青藏高原的北东向挤压和其东北角深部物质上涌形成的北西—南东向拉张力联合作用,上述作用使得鄂尔多斯块体周缘地区除西南区为挤压区外,其余区域均为剪切拉张区,与先前研究认为鄂尔多斯周缘地区处于引张应力场作用相符合,较好地解释了环鄂尔多斯周缘的断陷盆地构造,亦符合鄂尔多斯块体东西两侧的右旋剪切拉张带以及南北两侧的左旋剪切拉张带的认识.     

黏土实验模拟分段剪切拉张下的偏斜角差异对汾渭裂谷带形成演化的影响

汾渭裂谷带由2组走向不同的盆地组成:以拉张为主的NEE向盆地(或盆地系)和以右旋走滑为主的NNE向盆地。相邻NEE向盆地(或盆地系)间的连接区由NNE向盆地和地垒组成。汾渭裂谷带南、北段总体走向NEE并以拉张为主,中段总体走向NNE且具走滑兼拉张的性质。汾渭裂谷带各段具有以下特征:各裂谷段新生代盆地按照先南、再北、后中段的时间顺序形成;盆地连接区规模依中、北、南段递减;忻定盆地东端平行于裂谷带北段走向延伸成NEE向,西端沿逆时针方向旋转成NNE向,而临汾盆地与忻定盆地呈近似反对称的展布。但是已有模拟实验或数值实验均无法解释这些特征,原因在于它们忽略了裂谷分段性对NEE向盆地及其连接区演化的控制作用。文中结合已有地质调查资料,基于黏土实验和数字图像相关方法,观测了在基底的分段右旋剪切拉张作用下上覆黏土盖层的裂陷过程,并对黏土盖层表面的变形场时空演化进行了定量分析。实验再现了汾渭裂谷带的主要构造特征,结果表明:1)裂谷带南、北、中段偏斜角(裂谷带两侧块体的相对运动方向与裂谷带走向之间的夹角)的依次递减是造成NEE向盆地的形成时间和连接区规模在各裂谷段呈现上述特征的原因。2)相邻NEE向盆地的相互作用是形成具有右旋剪切拉张的NNE向连接区的原因。3)相邻裂谷段之间的相互作用可能是造成忻定盆地和临汾盆地特殊构造特征的原因。因此,汾渭裂谷带各段的构造差异主要源于各段偏斜角的差异。但模型还存在不足之处,其中值得进一步完善的是模型未考虑汾渭裂谷带先存构造的影响,因而未能详细模拟汾渭裂谷带南、北段内盆地的构造特征。     

鄂尔多斯地块运动和地震趋势

以汾渭地堑、银川地堑、六盘山、阴山等为边界的鄂尔多斯地块是一完整性好、活动强烈的地质块体。其完整性表现在鄂尔多斯块体内部无6级以上较强地震发生,而强烈活动表现在块体周围己发生了多次7级以上强烈地震,其中8级以上地震就有5次(图1)。在图1中还画出了块体边界各段的主要错动。根据文献[1]的研究,这种错动是大华北近东西向     

汾渭断陷带现今垂直形变与近期地震活动性

本文针对2008年汶川地震后鄂尔多斯块体周缘出现的小震活跃现象, 利用分布于汾渭断陷带不同部位的跨断裂水准资料, 分析了其近期的垂直形变演化过程。 结果表明: ① 各水准剖面的垂直差异运动幅度基本稳定在±20 mm之间, 且在小震活动期间未出现明显的形变异常; ② 鄂尔多斯块体周缘近期小震活跃可能是缘于汶川地震后, 青藏块体挤压应力减弱, 华北块体对其推挤作用相对增强而造成鄂尔多斯块体的水平挤压应力场的“暂态失稳”所致。     

汾渭断陷带地壳磁性结构研究

本文首先给出利用航磁异常反演壳内磁化强度的方法和汾渭断陷带壳内磁化强度分布图。以此探讨了汾渭断陷盆地的磁性结构构造与地震活动的关系及其深部地质含义。     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

鄂尔多斯地块周邻地震构造体系与强震活动趋势

鄂尔多斯地块位于中国大陆北部,其周邻地震活动十分频繁。本文依据该区历史地震活动及构造发育情况,结合部分试验结果,把鄂尔多斯地块周邻划分了四个应力集中区:一对以隆起为主的压应力集中区和一对以断陷为主的张应力集中区。隆起区为太原—北京区和海原—古浪区;断陷区为汾渭区和河套区。分析各区强震活动,发现以呼和浩特—宝鸡为界,西北和东南两大区中的M≥6级地震活动,存在着134—329年交替发生的现象。看来,下一个活动区以邢台地震为信号转移到太原—北京区和汾渭区中,其强震活动将要持续一百余年。目前汾渭区中的平静值得注意。     

汾渭断陷带构造特征的数学模拟

本文运用有限元计算方法模拟汾渭断陷带构造的地质和地球物理特征,并试图探讨其动力条件和构造应力分布。计算结果指出:单考虑水平作用力不能很好解释汾渭断陷带的构造特征,还应该考虑垂直力的作用。文中讨论了地幔隆起的两种主要力学作用,并尝试把垂直作用的效果反映在平面问题的模拟中     

鄂尔多斯地块周缘地堑系形成机制及其地震活动性的实验研究

本文应用形变模拟及重力模拟对鄂尔多斯地块周缘断陷盆地带的各种特征进行了研究。认为这些断陷盆地的形成和演化主要受印度洋板块和太平洋板块共同作用而形成的拉张、剪切的力学机制控制。本文还应用了激光全息光弹性实验模拟地堑系的形成与地震活动的关系。同时,用定量分析法分别确定了各地堑系的应力集中区。发现鄂尔多斯地块的四个角域区应力集中较强,这与历史和现代强震震中分布基本吻合。     

汤阴一济源一洛阳断陷带地震地质分析

由汤阴断陷、济源断陷、洛阳断陷所组成的新月型断陷带与汾渭断陷带有着近似的构造特征。断陷带是一个断裂活动带,断陷盆地带,地震活动带,并由此构成断块之间的活动性边缘。近代,该区地震活动虽然微弱,但具备着发生中强地震的构造条件,所以应当做好该区的地震观测与研究工作。     

山西地堑形成的力学模式及山西地震带的特点

山西地堑系又名汾渭地堑系,是新生代发育的小型大陆裂谷带,它有着大陆裂谷带的主要特征.本文根据裂谷和地堑是断裂带发展和控制结果的观测事实,应用断裂力学方法研究了山西地堑形成的力学机制.本文提出一个三维力学模式,分析了由断裂带扩展形成地堑的力学过程,并计算了山西地堑的 Z 形图案中的剪切段与拉伸段之间的夹角,该角度的大小与区域应力场方向、原始断裂带深度和长度的比值,以及断裂带周围介质的力学性质等因素有关,同时还发现,拉张区的总体方向总是指向区域主压应力作用方向.因此,可以根据拉张区的总体方向来确定区域主压应力方向;反之,也可以根据区域主压应力方向来判断拉张段的取向.本文同时分析了由地震资料得到的结果并进行了比较.此外,我们还应用本文提出的方法研究了国际上一些有名的地堑,如莱茵地堑、贝加尔湖地堑和北美洲西部的利奥格兰特裂谷等,这些地堑系的拉张区和剪切区的空间分布特征,也能得到较好地解释.      

太行山南缘断裂带新构造活动及其区域运动学意义

基于TM遥感影像的构造地貌解译和野外活动断层滑动矢量的测量和分析 ,阐述了太行山南缘断裂带第四纪左旋走滑活动的构造和地貌标志 ,反演了断裂变形的构造应力场 ,探讨了太行山南缘断裂带左旋走滑活动的区域运动学意义。研究表明 ,第四纪时期太行山南缘断裂带是一条斜张左旋走滑断裂。断层滑动矢量观测显示新近纪以来有 2期引张应力作用 :早期为NE -SW向引张 ,晚期为NNW -SSE向引张 ,这个观测结果与渭河地堑盆地的新近纪—第四纪 2期引张构造应力场一致。根据华北盆地构造资料推断 ,太行山南缘断裂带向东延伸与盆地内的泌阳 -开封 -商丘断陷带相接 ,共同构成了南华北和北华北 2个断陷区的构造边界。指出该断裂带作为南华北块体北缘 ,其新构造时期的斜张左旋走滑活动与南部秦岭断裂系左旋走滑活动一致 ,它们组成了一个宽阔的、向东撒开的、弥散型分布的左旋走滑形变带 ,调节着华南地块相对于华北地块向SEE方向的构造挤出     

山西地堑系的现代构造活动特征

山西地堑系近二十多年来地壳垂直活动较为强烈,山区上升幅度为30—50毫米,盆地下降幅度为20—40毫米。主要断裂垂直位移速率小于1毫米/年,有些断裂水平位移速率约1.5—2.0毫米/年。本区现代构造活动,主要受北东—北东东向挤压作用,致使地堑系出现了北北东向不连续的剪切破裂带,两侧块体作相对右旋扭动,再加上北西向的拉张作用,区内形成了一系列的断陷盆地。     

山西地堑系活动构造研究的设想

一、在山西地堑系开展活动构造研究的目的意义 1、山西地堑系的构造部位 在华北地区,以太行山山前断裂为界,自新生代以来,其以西地区相对于华北平原沉降区不断上升,形成了壮观的山西高原。与此同时,在山西高原隆起的轴部发育了一条十分引人注目的地堑系,人们称之为山西地堑系。山西地堑系由走滑正断层控制的剪切拉张产生的一系列盆地所组成。它的东北端起于延怀盆地,经大同盆地,蔚广盆地、忻定盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地、西南抵灵宝盆地和渭河盆地,斜贯山西隆起中部,全长约1200公里。该盆地带总体呈现出“S”型形态。所有盆地都呈北北东方向延伸,     

利用双平面波干涉面波层析成像方法研究山西断陷盆地及鄂尔多斯地台三维速度结构

本文利用了北京大学在山西地堑的34个台站以及中国地震局台网中心在鄂尔多斯地区46个台站的远震波形数据,运用双平面波干涉的面波层析成像方法,提取瑞利面波相速度频散曲线,开展台阵覆盖区三维速度结构反演,据此分析了研究区地壳和上地幔的结构特征。结果表明,瑞利面波相速度分区特征显著,山西断陷盆地和渭河断陷盆地的相速度整体偏低。鄂尔多斯块体在莫霍面以下有明显高速异常,表明该地块为构造稳定的克拉通块体,鄂尔多斯块体的岩石圈下界面在120～140km的深度左右。与此相反,山西断陷盆地和渭河断陷盆地地下70～120km左右均有低速异常,显示这两个地区构造活动活跃,这也与该区域历史上多次发生强震是相符的。     

近10年华北地壳水平运动的若干特征

根据近10年华北网高精度GPS复测资料、“中国地壳运动观测网络”GPS复测资料、山西断陷带的GPS资料等，分析了华北地区最近10年来地壳水平运动状态与演化，结果表明：①燕山构造带(张渤带)是华北地区水平应变最大的活动构造带，相邻块体的趋势性差异运动以燕山块体与华北平原块体之间为最大，约2mm／a(左旋)；②华北地区周边差异性水平运动最显著的特征为该区西界中北段(银川等活动构造带组成)呈右旋走滑活动，南段以压性活动状态为主，该区北界西段的阴山断陷带以拉张活动为主，其它各界带的差异活动均不太明显；③从整体上看，每个时段的结果均有所不同，这其中除了误差因素外，可能还包含着运动的非线性成分。与此同时，文中也给出了华北各个块体、边界带不同时段的相对运动和应变结果。     

华北克拉通中部过渡带SKS波分裂研究:鄂尔多斯东南角的局部软流圈绕流

本文对布设在华北克拉通东西两块体交界区域的宽频带流动地震观测台阵和部分固定台站的远震波形记录开展了SKS波分裂研究.结果显示,鄂尔多斯块体内部的各向异性比较弱,剪切波分裂导致的时间延迟一般小于0.7s.鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带和太行山以及华北平原西部均表现出了比较强的各向异性,时间延迟大于1.0s.特别是在太行山地区观测到的ENE趋向的快波偏振方向明显不同于鄂尔多斯块体和华北平原地区的近E-W和ESE方向的快波偏振方向.在华北克拉通东西两块体交界过渡带的太行山地区观测到的显著上地幔各向异性及变化可能对应于围绕鄂尔多斯块体东南角的局部软流圈绕流,而后者可能起因于鄂尔多斯块体的逆时针旋转以及青藏高原软流圈沿秦岭大别造山带向东的流动.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.