GPS初步揭示的渭河盆地及边邻地区地壳水平运动特征h

利用中国地壳运动观测网络工程1999~2002年渭河盆地及邻近地区GPS观测资料，以及陕西省地震局2001~2002年的GPS观测资料，研究了渭河盆地及周邻地区地壳运动速度场. 结果表明, 渭河盆地及邻区的运动速率有明显的北东向条带状变化特征，鄂尔多斯块体南缘呈整体不连续性逆时针旋转运动，相对鄂尔多斯块体内部的榆林测点，平均速率约为5.7 mm/a；渭河盆地中部的彬县——西安——蓝田一线，两侧存在一个显著的左旋剪切带，其北部区域与铜川——泾阳——临潼——渭南小震频发区有较好的对应关系.      

鄂尔多斯地块东南缘地带Moho深度变化特征研究

鄂尔多斯地块东南缘是主要的历史强震活跃区,曾经多次发生6级或以上的强烈地震,其边缘边界具有较强的地震活动性.本文利用该区域内分布的固定台站数据记录的大量远震体波波形资料,应用频率域反褶积方法提取远震P波接收函数,由H-κ方法测定了各台站下方的Moho深度和V_p/V_s值.研究结果表明:鄂尔多斯地块东南缘的V_p/V_s值介于1.6~1.9之间.东缘的Moho深度介于33.4~45 km之间,太原断陷盆地附近的Moho深度较浅,最浅处为33.4 km;东部北段的延怀盆地、蔚县盆地、阳原盆地和南段的临汾盆地附近Moho深度变化不大,平均深度为40 km.而在东缘东侧,因存在着山西断陷带,导致块体边缘的Moho深度要小于块体内部的Moho深度.块体南缘的Moho深度介于31.0~53.1 km之间,自东段向西段Moho深度逐渐变大,从渭河盆地附近的31.0 km增厚至秦岭造山带地段的53.1 km.总之,鄂尔多斯地块东南缘地带的Moho深度和V_p/V_s值分布具有明显的分块特征,块体内部结构比较稳定,东缘东段地壳结构相对一致,东缘东侧与西侧地壳深度具有明显的差异性,从山西断陷以东向西地壳厚度逐渐增厚,很好地对应了其地质构造特点.     

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.     

基于GPS数据分析渭河盆地现今地壳形变特征

基于2001—2015年流动及连续GPS观测资料,借助多面函数拟合法建立渭河盆地水平速度场模型,并计算球面坐标下的应变特征参数。结合陕西地区地质构造背景,分析渭河盆地水平速度场及应变场分布特征。结果表明:(1)渭河盆地西部GPS速度场受青藏块体及鄂尔多斯块体共同作用明显,西部GPS速度场大于中东部,且GPS速度场有顺时针旋转的运动特征。(2)渭河盆地西部主应力场变化复杂,中部的西安地区主应变差异变化明显,与2009年11月5日高陵M_S4.4地震对应;渭河盆地西部出现最大剪应变及面应变高值区及差异变化高梯度带,在西安附近出现最大剪应变及面应变差异变化梯度带,高陵地震震中位于零值线附近。(3)2001—2010年的主应变、最大剪应变、面应变变化比2011—2015年显著,表明高陵地震发生后,应力场进行了释放调整,近期渭河盆地地震紧迫性相对较低。     

宁夏地区GPS监测网建设、近期地壳运动特征及应力场与地震活动关系初探

在阿拉善块体、鄂尔多斯块体和青藏块体交汇处的宁夏中部布设了GPS观测网,利用1996年以来的5期复测资料,分析了宁夏中部地区现今地壳运动状态,其结果为①宁夏中部地区在l996年12月至l999年5月间,有围绕鄂尔多斯西缘(P2测点)左旋运动的现象,银川盆地东侧的灵武断裂呈左旋逆走滑运动方式.该区主应力场方向为北北东-南南西(方位角为29.8°)方向,P2测站以南的中部地区向东位移,垂直形变量级明显大于水平形变量级,银川盆地及青藏块体呈上升状态,鄂尔多斯腹地的P1测站呈逐年下降趋势,在P3与P4测点间可能有一隐伏断裂存在.②在GPS测区附近中强地震前约1年,可观测到该区GPS测站的形变异常及主应力方向发生转变异常;测区附近中强地震前及周边地区强震前,该区GPS形变模拟矢量场能够预示未来地震的大体方位.这些结果可作为地震预测的特征值加以考虑.     

鄂尔多斯块体东部边界带新地质构造与地震活动的几个特点

鄂尔多斯块体东部边界带为南起渭河盆地、运城盆地,经临汾盆地、太原盆地,忻定盆地,北至大同盆地及怀来延庆盆地等新生代断陷盆地带。亦称山西裂谷带或山西隆起断陷带。     

基于GPS观测的鄂尔多斯地块及其周缘现今的运动学特征

鄂尔多斯地块的运动学特征和动力学机制深受地学界关注。文中基于GPS数据和SKS剪切波分裂结果等地球物理资料,分析了鄂尔多斯地块及其周缘现今的壳幔运动学特征。结果表明,鄂尔多斯地块相对于欧亚大陆呈现逆时针旋转,欧拉极位于俄罗斯东南部,欧拉矢量为(50. 942±1. 935)°N,(115. 692±0. 303)°E,(0. 195±0. 006)°/Ma;块体内部变形微弱,GPS速率差异2mm/a,应变率5nano/a,应变时间序列的变化范围为-10～10nano,均在GPS的误差范围之内,表明在现有GPS资料的有效分辨范围内,鄂尔多斯块体内部相对完整,不存在明显的差异运动。块体西缘和东缘活动强烈,形成了2条明显的右旋剪切带,旋转速率为0. 2°～0. 4°/Ma;块体南缘和北缘活动较弱,边界断裂有左旋运动性质,旋转速率约0. 1°/Ma。青藏高原东北缘和鄂尔多斯块体西缘的壳-幔变形完全一致,满足垂直贯通模型,变形由青藏高原东北缘强烈的推挤作用引起;块体南部到秦岭造山带的地震各向异性与绝对板块运动方向一致,表明该区域存在地幔流通道,且已深入到鄂尔多斯块体内部;山西断陷带到太行山的SKS剪切波分裂的快波偏振方向与软流圈地幔流动方向一致,表明该区域受控于太平洋板块的俯冲作用;鄂尔多斯块体内部微弱的SKS各向异性来自于克拉通内部"化石"的各向异性。综合上述资料分析,鄂尔多斯地块相对于其周缘的旋转运动可能主要来自于其周缘构造带在岩石圈和软流圈作用下的主动运动,块体的主动旋转可能比较微弱。     

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.     

汶川Ms8.0地震前渭河盆地的断层活动特征分析

本文对汶川地震前渭河盆地跨断层水准资料进行了回顾性分析,结果表明:(1)震前鄂尔多斯块体西南缘—南缘—东南缘与渭河盆地交界处的断裂带活动及渭河盆地内部近北东向的断裂带活动出现了远场形变异常;(2)北西向岐山—马召断裂带上的南大同场地处断裂带活动也出现了远场形变异常,可能与其位于汶川地震的烈度Ⅵ度影响区有关;(3)渭河盆地内近东西走向的断裂带活动基本上没有出现异常变化;(4)震前异常持续时间约在4个月～2年之间。     

川滇地区地壳块体运动特征研究

通过对川滇地区块体细划,借助均匀弹性块体应变模型,利用1999~2007年和2009~2011年两个时段GPS观测地壳水平运动场,计算了这两个时间段该区块体应变状态、块体内部均匀弹性变形场及相邻块体边界带的相对运动。考虑汶川地震、玉树地震对该区域的地壳运动的影响,分析计算结果认为:(1)计算结果较好地反映了该区域构造运动特征;(2)川滇地区块体东边界运动主要以走滑为主,安宁河断裂和则木河断裂的交汇部位表现为明显的左旋走滑运动受阻,且其两侧块体应变率积累显著,是未来可能的强震孕育区;(3)2009~2011年与2007~2009年相比,整个区域块体边界运动空间差异增强,可能反映了汶川、玉树地震对该区域地壳运动的影响。     

Characteristics of horizontal crustal move-ment in Weihe basin and adjacent zones by GPS observation

Introduction GPS observation results provide high-accuracy and large-range crustal movement data with real time, which makes it possible to obtain the velocity field of current crustal movement in Chi-nese mainland within a short time and check the previous tectonic deformation model. Geoscien-tists at home and abroad have made a great number of researches on the crustal movement in Chi-nese mainland and have obtained many results in this field (JIANG, et al, 2001; WANG, et al, 2001; ZHA…     

用考古数据研究渭河断陷现代地壳运动与地震活动的关系

通过对大量考古数据的统计分析，用文化层顶面的平均埋深速率对渭河断陷进行了下沉速率分区，进而用文化层的埋深、厚度及其距现代地面的高度，定量地研究了渭河断陷现代（距今３０００～５０００ａ）地壳垂直差异运动速率与地震活动的关系。最后，对渭河断陷未来几十年内的地震危险性作了估计，认为该区在今后２０～３０ａ仅有发生５级左右地震的可能性     

Crustal structure of the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin from ambient noise tomography

We apply ambient noise tomography to significant seismic data resources in a region including the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin.The seismic data come from about 160 stations of the provincial broadband digital seismograph networks of China.Ambient noise cross-correlations are performed on the data recorded between 2007 and 2009 and high quality inter-station Rayleigh phase velocity dispersion curves are obtained between periods of 6 s to 35 s.Resulting Rayleigh wave phase velocity maps possess a lateral resolution between 100 km and 200 km.The phase velocities at short periods (20 s) are lower in the Sichuan basin,the northwest segment of the Ordos block and the Weihe graben,and outline sedimentary deposits.At intermediate and long periods (25 s),strong high velocity anomalies are observed within the Ordos block and the Sichuan basin and low phase velocities are imaged in the northeastern Tibetan plateau,reflecting the variation of crustal thickness from the Tibetan plateau to the neighboring regions in the east.Crustal and uppermost mantle shear wave velocities vary strongly between the Tibetan plateau,the Sichuan basin and the Ordos block.The Ordos block and the Sichuan basin are dominated by high shear wave velocities in the crust and uppermost mantle.There is a triangle-shaped low velocity zone located in the northeastern Tibetan plateau,whose width narrows towards the eastern margin of the plateau.No low velocity zone is apparent beneath the Qinling orogen,suggesting that mass may not be able to flow eastward through the boundary between the Ordos block and the Sichuan basin in the crust and uppermost mantle.     

Regional tectonic deformation setting before the Ms8.1 earthquake in the west of the Kunlun Mountains Pass

This paper gives a preliminarily study of the regional tectonic deformation setting before the Ms8.1 earthquake that occurred in the west of the Kunlun Mountains Pass; in the study, the data of the velocity field of crustal horizontal movement during 1991-2000 observed by GPS in and around the Qinghai-Tibet block and those of gravity reiteration in 1998 and 2000 were used. Analysis shows that the preparation and occurrence of this large earthquake are related to the horizontal movement and deformation setting in a large region and might be attributed to the block activity on a relatively large scale. Within the Qinghai-Tibet block, the region of left-lateral shear deformation is of a very large extent. This large earthquake occurred right in such a place where the left-lateral shear strain along the fault strike had the highest rate and the planar dilatation strain was tensile, which was on the margin of negative value region of abnormal gravity variation. The regional tectonic deformation setting can help the huge left-lateral strike-slip rupture to develop.     

空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征

利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.      

渭河盆地现代地震活动特点分析

渭河盆地是环鄂尔多斯地块周缘大型断陷盆地之一。在环鄂尔多斯地块的4个边中,渭河盆地的现代地震活动属于最弱的一边,表现为环鄂尔多斯地块最大的地震空段。渭河盆地内部由多个次级断块组成,但它们对盆地内的现代地震活动控制却不明显。作为青藏高原东北缘紧邻的一个大型外侧盆地,盆地内的现代地震活动与青藏高原的大震活动存在着一定的响应,表现为伴随着青藏高原的大震活动,盆地内部的地震活动也明显增强。     

川西龙门山及邻区地壳上地幔远震P波层析成像

本文利用川西地震台阵记录到的远震P波走时数据和非线性层析成像算法,获得龙门山地区400 km深度范围内的三维P波速度结构.为了适应川西地区复杂的地质结构,本文的层析成像方法采用了快速行进三维走时计算算法和Tarantola非线性反演算法.我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异及该区深部动力学特征.本文的研究表明：1）研究区地壳上地幔P波速度结构具有较为明显的分区特征,松潘-甘孜地块和川滇地块岩石圈速度较低,四川盆地岩石圈速度较高,四川盆地的岩石圈厚度从南250 km向北逐渐减薄至100 km.松潘-甘孜地块上地幔存在地幔上涌的特征.2）川滇地块和四川盆地仅是垂直接触关系,而在龙门山地区四川盆地前缘存在减薄的现象,并伴随松潘-甘孜地块上地幔低速物质有侵入四川盆地岩石圈下方的特征,这显示了四川盆地与松潘-甘孜地块和川滇地块的动力学关系的差异.3）以映秀为界,龙门山断裂带被从松潘-甘孜侵入的低速异常分为南北两段：龙门山南段和龙门山北段,汶川大地震及其余震序列均分布在龙门山断裂带的北段.在青藏高原向东挤压和地幔上涌的双重作用下造成松潘-甘孜地块隆升,由于汶川处于龙门山北段的最南端,应力容易在此集中.这些因素可能是汶川M_S8.0地震的基本动力学背景.本文的结果不支持四川盆地的俯冲及层间流动的动力学模型.