第四纪时期地壳块体相对运动的古地磁记录的初步研究─-以陇西和鄂尔多斯块体相对运动为例

为了探讨用古地磁方法确定第四纪时期地壳块体相对运动状况，选择了分别处于陇西块体和鄂尔多斯块体内的兰州九州台和陕西洛川两个黄土剖面作为实验对象。在这两个黄土剖面的４个相同年代的层位采集定向大样，作黄土沉积剩余磁化矢量测量，并用虚磁极法拟合，初步结果表明，约１１０万ａ来陇西块体相对于鄂尔多斯块体作顺时针旋转，其转动量达９．０±４．７°     

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.     

京津唐地区地壳结构与强震的发生──I．P波速度结构

用１９８４－１９９１年发生在京津唐地区（３７°－４１°Ｎ，１１２．５°－１２０°Ｅ）的２５０５个地震的２２２３４条Ｐ波到时进行的层析成像，揭示了地震活动性与速度图像间的联系：１．公元１０００年以来该区强震震中在上地壳的投影大多分布在高速块体内或高速块体与低速块体相交地带，偏高速体的一侧．２．唐山地震和三河－平谷地震所处的构造背景相似，均未依傍大断层，处在介质速度变化剧烈部位．３．宁河与唐山、滦县分别位于规模大小、位置深浅不同的两个不同的高速块体处，可以解释唐山地震序列震源深度分布东北浅西南深的总体特征．４．唐山地震可能是由一条北西向的地下隐伏断层扩展的结果．     

青藏高原东北地区地震重新定位及其活动特征

青藏高原东北地区是青藏块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的汇聚部位．为探索该区的构造特征,结合地质构造绘出4条剖面线．对剖面两侧各40km 范围内的ML3.0及研究区范围内ML4.0的388次地震做了重新定位．重新定位后,36％ 的地震震中变化达5km以上;给出深度的地震数比重新定位前增加了50％．青藏高原东北地区似三联点构造区,历史上曾发生过3次8级以上大震,现今微震活动也很频繁,反映出青藏高原东北地区三大块体间的现代构造运动仍然十分强烈．      

华北北部GPS观测(195～1996)及其结果解释

利用１９９５和１９９６年华北地区两期ＧＰＳ复测资料,计算研究了该区现阶段的构造块体运动。结果说明,该区现阶段的构造运动可用鄂尔多斯块体、晋冀鲁块体、胶辽块体和阴山 燕山块体４块体运动模型进行描述和分析。鄂尔多斯块体与晋冀鲁块体之间差异活动较强烈,阴山 燕山块体与晋冀鲁块体之间较弱,郯庐断裂带居中。结果还表明渤海可能仍有一定的扩张活动。若以鄂尔多斯块体为本区参照,其东部各块体均向东移动     

基于精密水准的鄂尔多斯西北缘现今垂直运动分析

鄂尔多斯块体受青藏块体和华北块体的挤压，在其周缘形成一系列褶皱和压性断层，构造较为复杂。本文利用1980、1990和2014这3期精密水准资料计算了鄂尔多斯块体西北缘的垂直运动速率，分析结果表明:① 位于阴山断块隆起与鄂尔多斯断块隆起之间的河套盆地相对下沉，其中临河盆地最为明显，下沉速率为2-4mm/a，位于鄂尔多斯块体西缘的吉兰泰-银川断陷带沉降速率有所减缓，目前沉降速率约为2mm/a；② 整个测区表现为明显的山区上升、盆地下沉的继承性运动；③ 穿过乌拉山北缘断裂和磴口-本井断裂的2条水准剖面显示断裂两侧的垂直运动速率差异小于0.5mm/a。     

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。     

青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块壳幔电性结构及构造变形研究

为了获取青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块的壳幔电性结构,研究祁连造山带、鄂尔多斯地块及六盘山构造带的构造变形,布设一条甘肃陇西至陕西黄陵的近东西向大地电磁测深剖面,获取了91个大地电磁测深点的响应.经过对全剖面观测资料的数据处理、分析及二维反演,获得了剖面壳幔电性结构模型.研究结果表明:剖面横向可划分为三个区块,分别对应祁连造山带、六盘山构造带与鄂尔多斯地块;祁连造山带东段可能残存沟弧盆体系的构造格架,青藏高原北东向生长可能是在这一先存格架上的叠加与改造;六盘山构造带壳幔结构复杂,以中地壳拆离断层为界,上地壳发育拆离断层系统而下地壳挤压缩短增厚;鄂尔多斯地块成层性较好,地块总体较为稳定,但局部经历了与地幔上涌相关的物质与结构再造.     

鄂尔多斯块体及其周缘上地幔各向异性分析研究

对布设在鄂尔多斯块体及其周缘的固定宽频带地震台网90个台站记录作远震SKS波形资料偏振分析,采用最小切向能量法求得每个台站的SKS快波偏振方向和快慢波时差,获得块体及其周缘上地幔各向异性图像,并结合1999～2007年相对鄂尔多斯块体的GPS水平地壳运动速度场,分析块体及其周缘的各向异性特征和壳幔耦合特征并重新认识块体...     

利用GPS研究汾渭断陷带现今变形

汾渭断陷带是一个地震危险程度高的地区。本研究使用相对于固定欧亚大陆覆盖中国大陆的最新GPS数据,通过构造速度剖面分析发现:尽管鄂尔多斯块体、华北平原和华南块体正在向东南方向移动,但它们之间的相对运动却明显不同;渭河地堑内部虽然基本没有剪切滑移,但其拉张速率非常显著;山西地堑系统具有大致相等的拉张和右旋走滑分量;相对于鄂尔多斯块体,刚性华南块体和华北平原的快速向东南运动,对汾渭断陷带施加了强烈的构造拉张,形成了汾渭断陷带现今的扭张变形。     

鄂尔多斯块体西缘及西南缘深部电性结构与该区地构造的关系

对在地理位置上具有一定代表性的鄂尔多斯块体体西缘及西南缘 的３条大地电磁剖面进行了分析。盐池－阿拉善左旗剖面：整条剖面上均有壳内低阻层和上地幔低阻尼分布,低阻层在银川断陷地上降。     

鄂尔多斯及邻区航磁异常特征及其大地构造意义

本文通过对航磁异常资料进行向上解析延拓、垂向不同阶导数及磁性体边界确定新方法等处理，并结合地震震中分布对鄂尔多斯块体及邻区不同深度场源磁异常特征加以分析研究.结果表明，鄂尔多斯块体虽具有整体刚性的特征，但其内部也存在非均质性；块体东缘的华北克拉通地区经后期改造，产生近SN向的基底软弱带；青藏高原地壳缩短增厚的同时，其东北缘下地壳韧性物质分别沿秦岭、祁连两个软弱带向周缘塑性流动，而且青藏高原巨大的NE向挤压应力造成鄂尔多斯块体逆时针旋转；鄂尔多斯块体及其边界多样化的构造特征反映了不同刚性程度的地质体在外部不同应力作用下产生了显著差异的地质构造形态，这种构造形态具有继承性和叠加性.     

鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性研究

对布设在鄂尔多斯块体及周缘的固定和流动宽频带地震台网共111个台站记录作远震SKS（SKKS）波形资料偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析求得每一个台站的SKS（SKKS）快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,获得了鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性图像.在鄂尔多斯块体西缘和北缘,各向异性的快波方向为NW-SE方向,一致性较好;在鄂尔多斯多斯块体南缘,快波方向主要是NWW-SEE和近EW方向;在鄂尔多斯块体东缘,快波方向总体表现为近EW方向,间有NEE-SWW方向和NWW-SEE方向.在鄂尔多斯块体内部,快波方向在北部是近NS方向,而南部则是近EW方向.快、慢波的时间延迟范围是0.48～1.50s,鄂尔多斯块体内部的时间延迟平均值小于其周缘地区.通过分析研究区各向异性特征,认为构造稳定的鄂尔多斯块体内部的各向异性主要来自于古老的华北克拉通保存的＂化石＂各向异性;青藏高原东北缘向NE方向的推挤,造成岩石圈NW-SE方向的拉张伸展,鄂尔多斯块体西缘和北缘下的上地幔物质沿NW-SE方向发生了形变,使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变的方向;在鄂尔多斯块体南缘,刚性的华北块体和扬子块体碰撞作用,使得各向异性快波方向平行于两个刚性块体的碰撞边界和秦岭造山带的走向.结合该区域绝对板块运动和速度结构研究,认为在秦岭造山带下可能存在一个青藏高原物质东流的地幔流通道;在鄂尔多斯块体东缘的汾河地堑和太行山,相对复杂的各向异性特征可能由于西太平板块俯冲、区域伸展构造、造山运动等共同作用引起的.对于YCI台得到的各向异性参数（快波方向变化范围是45°～106°,时间延迟变化范围是0.6～1.5s）随事件反方位角呈现出π/2周期的变化,符合双层各向异性模型.基于0.125Hz的主频和实测的各向异性参数,我们模拟得到了最佳的双层各向异性模型,下层φlower=132°,δtlower=0.8s,上层φupper=83°,δtupper=0.5s.上层各向异性归功于古老克拉通保留的＂化石＂各向异性,下层各向异性则受到了青藏高原东北缘NE方向推挤导致的岩石圈NW-SE方向的拉张伸展作用.通过该区域各向异性快波方向与全球定位系统（GPS）的观测结果的对比分析,鄂尔多斯块体的周缘壳幔变形符合垂直连贯变形模式,而其内部变形复杂,有待进一步研究.     

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.     

利用剪切波分裂研究青藏高原东北缘及东南缘上地幔各向异性

利用从IRIS上下载的青藏高原东北缘238个台站以及中国地震科学探测台阵喜马拉雅一期350个台站记录到的远震波形数据，通过采用剪切波分裂方法，获取各个台站下方各向异性分裂参数——快波偏振方向（φ）和分裂时差（δt），从而得到青藏高原东北缘、东南缘上地幔的各向异性特征。研究结果表明，祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部，快波方向为NNW-SSE，明显不同于GPS测量得到的近NE-SW的地表位移场方向，延迟时间平均~0.85 s；羌塘块体以及松潘-甘孜褶皱带的西部，快波方向呈现沿顺时针方向旋转的趋势，并且与GPS测量得到的地表位移场方向一致，延迟时间平均为~1.24 s；松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处，快波方向呈现无序分布，与GPS方向表现出不一致的分布，延迟时间平均~1.08 s；川滇块体北部，快波方向近似N-S方向，与GPS测量得到的地表位移场方向相同，平均延迟时间为~0.925 s；位于北纬26°以南的川滇块体南部，快波方向近E-W方向分布，明显不同于GPS地表位移场方向，平均延迟时间~1.065 s。综合分析推测，羌塘块体、松潘-甘孜褶皱带的西部以及川滇块体北部，地表形变和深部之间的变形是相互耦合的；祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部，松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处以及川滇块体南部，壳幔之间可能存在解耦现象。     

华北大地电磁测深阵列观测实验与岩石圈导电性快速成像模型

关于中国大陆岩石圈导电性结构研究越来越引起人们的重视，而目前研究大陆岩石圈导电性结构的主要方法是大地电磁测深（Magnetotelluric sounding）.为此，在国家项目"深部探测技术与实验研究（SinoProbe）"专项里开展了"大陆电磁参数标准网实验（SinoProbe-01）"研究，完成了华北1°×1°地理坐标网度的大地电磁测深"标准点"阵列（Array）观测.本文详细论述了华北SinoProbe-01项目1°×1°MT"标准点"阵列观测实验的概况，以及通过精细的MT数据处理和一维Niblett-Bostick变换快速成像，所获取的华北地区岩石圈导电性三维成像模型.在分析华北岩石圈导电性结构特征的基础上，从电性结构角度把华北与邻区岩石圈划分为胶辽、燕山、鲁西、太行—吕梁等低导电性（高电阻率）块体，内蒙古、阿拉善和祁连中等导电性块体和黄淮、鄂尔多斯、秦岭良导电性（低电阻率）块体，进一步从导电性的角度证实了华北克拉通是由多个块体集合而成的观点.     

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。     

京津唐地区地壳结构与强震的发生──I．P波速度结构

用１９８４－１９９１年发生在京津唐地区（３７°－４１°Ｎ，１１２．５°－１２０°Ｅ）的２５０５个地震的２２２３４条Ｐ波到时进行的层析成像，揭示了地震活动性与速度图像间的联系：１．公元１０００年以来该区强震震中在上地壳的投影大多分布在高速块体内或高速块体与低速块体相交地带，偏高速体的一侧．２．唐山地震和三河－平谷地震所处的构造背景相似，均未依傍大断层，处在介质速度变化剧烈部位．３．宁河与唐山、滦县分别位于规模大小、位置深浅不同的两个不同的高速块体处，可以解释唐山地震序列震源深度分布东北浅西南深的总体特征．４．唐山地震可能是由一条北西向的地下隐伏断层扩展的结果．     

青藏高原东北缘岩石层结构:高原横向生长的机制

青藏高原东北缘及其周边亚洲板块(北部到阿拉善块体,东部到鄂尔多斯块体)岩石层结构的探测对了解青藏高原的抬升和横向生长具有重要的意义。本研究利用布设在青藏高原东北缘和周边区域的高密度地震台阵所记录的波形,计算S波和P波接收函数,研究岩石层结构。结果表明,鄂尔多斯块体和阿拉善块体下方的地幔岩石层中存在较强、相对稳定的负速度梯度,其深度范围在70~150km,这与典型稳定的大陆岩石层类似;相比之下,在青藏高原东北部下方地幔岩石层的速度梯度相对较弱和较模糊,这可能是由于地幔岩石层高温和存在部分熔融物质造成的;青藏高原与鄂尔多斯块体和阿拉善块体边界之间的岩石层结构变化剧烈,这两个块体作为刚性边界限制了青藏高原的横向变化。此外,在青藏高原东北角到银川地堑区域的地幔岩石层结构是相似的,这可能意味着从青藏高原东北角到鄂尔多斯块体和阿拉善块体之间的过渡间隔区内存在横向地幔流。这个过渡带的地壳结构为青藏高原横向生长提供了证据。特别是,在海原断裂和天景山断裂之间出现了地壳增厚和双地壳的证据,该区域可能是青藏高原在东北缘横向生长的前沿。     

南北构造带北段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带北段的中国地震科学探测台阵项目二期674个宽频带流动台站和鄂尔多斯台阵21个宽频带流动台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合该区域出版的122个固定台站的分裂结果,获得了南北构造带北段上地幔各向异性图像.快波方向分布显示青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘的快波方向主要表现为NW—SE方向,秦岭造山带的快波方向为近E—W方向,鄂尔多斯块体内部的快波方向在北部为近N—S方向,南部表现为近E—W方向.时间延迟分布来看,鄂尔多斯块体的时间延迟不仅明显小于其周缘地区,而且小于其他构造单元,特别是在高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的交汇地区的时间延迟很大,反映了构造稳定单元的时间延迟小于构造活跃单元.通过比较快波方向的横波分裂测量值与地表变形场模拟的预测值,并结合研究区地质构造和岩石圈结构特征分析表明,在青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘各向异性主要由岩石圈变形引起,地表变形与地幔变形一致,地壳耦合于地幔,是一种垂直连贯变形模式;秦岭造山带的各向异性不仅来自于岩石圈,而且其岩石圈板块驱动的软流圈地幔流作用不可忽视;鄂尔多斯块体内部深浅变形不一致,具有弱的各向异性、厚的岩石圈和构造稳定的特征,我们认为其各向异性可能保留了古老克拉通的"化石"各向异性.