利用长期GPS数据研究2008年汶川地震震后形变

采用2008年汶川MW7.9地震震后7 a的GPS连续站和流动站的长期观测资料，基于粘弹性松弛模型，利用PSGRN/PSCMP程序计算汶川震后形变，反演巴颜喀拉块体下的粘弹性参数。其中分层模型考虑巴颜喀拉块体下存在低速带，最优拟合的粘弹性松弛模型显示该低速带粘弹性参数为2.51×1018 Pa·s，而中下地壳粘弹性参数为3.98×1018 Pa·s。     

基于2014年康定6.3级地震震后形变分析区域介质特征

以2014年康定6.3级地震震后InSAR形变资料为约束,采用三层粘弹性地震周期模型及遗传算法反演鲜水河断裂南东段的康定地震震区深部介质粘弹性层厚度及粘滞系数。最优拟合结果表明：1）该区域下地壳粘弹性层厚度为5 km,粘滞系数为9.9×10¹⁷ Pa·s,且断层两侧下地壳流变存在显著的横向不均一性。2）将断层两侧分别反演,显示断层南西盘下地壳粘滞系数（8.7×10¹⁷ Pa·s）略小于断层北东盘下地壳粘滞系数（1.2×10¹⁸ Pa·s）。     

青藏高原东南缘碰撞造山结构与物质组成:来自岩石地球化学和地球物理的联合约束

青藏高原东南缘位于印度板块与欧亚板块侧向汇聚部位,是检验碰撞造山动力学模型的理想场所。尽可能全面收集该区已有地球物理和新生代岩浆岩数据,探讨这些资料对碰撞造山带结构和物质组成的指示。结果表明:青藏高原东南缘不同部位的壳幔结构和组成存在较大差异。兰坪—思茅地块、保山地块和腾冲地块等的中地壳(15~30 km深度)普遍发育低速层,表明富水层或者部分熔融物质的存在,为青藏高原物质向东南流动提供了可能。部分熔融产物以大型剪切带内具有高Sr、低Nd同位素特征的淡色花岗岩脉为代表。但是,扬子板块同等深度下却发育高速层,其组成很可能是峨眉山玄武岩,它的存在阻隔了碰撞带物质向东流动。扬子板块和兰坪—思茅地块下地壳底部均出现呈条带状展布的高速体。根据新生代具有高Sr、低Y的岩石显示的下地壳源区特征,结合该区地质演化历史,将上述两套呈条带状展布的高速体分别解释为新元古代铁镁质弧岩浆岩和二叠纪—三叠纪铁镁质弧岩浆岩。青藏高原东南缘地幔各向异性存在明显南、北分区特征,在26°N以北表现为SN向,在26°N以南表现为近EW向。这一差异跟俯冲的印度板片撕裂有密切关系。该撕裂在综合地球物理剖面上显示为突变的印度板片俯冲角度,在地表表现为苦橄岩、煌斑岩、埃达克岩以及淡色花岗岩等的集中出露。这一新模型明显区别于前人的岩石圈拆沉和对流减薄等作用。     

东亚大陆形变应力场格局演化的数值模拟

用数值模拟方法研究了印度板块和欧亚板块碰撞后40 Ma以来青藏高原的挤压隆升、东亚大陆形变及应力场的演化过程.模型将东亚大陆限定在一梯形边界框架之中,大陆岩石层被视为由幂指数律控制的薄层,它上伏在粘滞性较低的软流层之上蠕变流动.模型设定印度板块以5 cm/a的恒定速度向北推进,并视其为青藏高原挤压隆升的主要驱动力.除此可活动边界之外,其余均被设为固定边界.数值模拟结果表明,模型预测的现代水平形变速度和GPS观测的格局吻合很好;数值模拟所确定的中国及邻区之区域构造应力场格局与用地震、地质观测所推断的东亚大陆现代构造应力场也能够吻合.这一结果意味着印度板块和欧亚板块的碰撞、挤压是构成现代中国大陆内部岩石层水平形变及应力场格局的主要驱动力.模型计算还表明,大陆水平形变及应力场格局受多种因素如岩石层的力学参数,特别是边界条件的制约.     

青藏高原挠曲均衡重力异常特征及其地质意义

自新生代印度板块的块持续碰撞与俯冲作用下,青藏高原经历了快速隆升与复杂的岩石圈改造过程,但高原现今的垂向动力学机制和地壳形变特征仍然存在争议。基于非均一有效弹性厚度的挠曲模型,利用地形和地球重力场模型数据,计算了青藏高原及邻区的挠曲均衡重力异常。结果显示,青藏高原的均衡重力异常在-120~90 mGal之间,高原中部为明显的正异常特征,边缘为显著的均衡负异常。极小值出现在青藏高原西北部及其相邻的帕米尔高原,极大值则出现在与之紧邻的喜马拉雅块体西北部。此外,在青藏高原北面和东面,塔里木盆地和四川盆地显示出大片的均衡正异常。这些特征说明青藏高原及邻区地壳现今处于非均衡的状态,在板块碰撞挤压作用下,老的块体地壳整体发生抬升,导致了均衡正异常特征;而年轻的造山区域,地壳形变主要表现为地表抬升与下地壳强烈增厚,形成了均衡负异常。在高原中部和北部,均衡调整方向与地壳垂向运动趋势相一致;但在高原南面（喜马拉雅块体）和东面（四川盆地）,均衡调整方向与地表形变观测结果相反。这说明印度板块碰撞与俯冲仍然控制着青藏高原南部、东部及其相邻块体的地壳形变过程,然而在更北的区域,地壳正通过均衡调整恢复均衡状态。      

试论板缘仰冲作用及其对板内构造的影响

板块学说发展史上存在着造山作用的仰冲和俯冲两种成因观点。俯冲说难以解释中脊俯冲、板缘构造、板内变形及海沟构造。仰冲说认为板块会聚边缘处在两个相向运动着的对流系交会带。根据板缘构造平、剖面特点,结合威尔逊旋回、板块运动史、地壳结构等分析,大陆仰冲板块是在克服属弱对流系一方的洋板块的抵抗,迫使贝尼奥夫带不断向洋退却过程中向前推进.而造成各种板缘和板内构造的变形机制的。据此,提出一个断续仰冲模式以代替传统的连续俯冲模式。用仰冲观点分析了形成板内变形的内、外条件和常见的变形型式。还试用板内仰冲作用来解释华南加里东期构造特点与钦州地槽之谜。     

汶川地震震后余滑和震后粘弹性松弛数值模拟分析

采用2010~2015年汶川地区GNSS震后形变资料,利用有限元法建立三维震后粘弹性松弛模型,通过二维格网搜索获得龙门山断裂带上盘最佳弹性层厚度和中下地壳最佳粘滞系数,并分析汶川地震震后2~7 a粘弹性松弛影响下的震后形变特征;然后采用2008~2009年GNSS震后形变资料,根据最佳参数建立粘弹性松弛与余滑组合模型,并与单一余滑模型进行对比,分析汶川地震震后1 a内的形变特征。研究结果表明,根据模拟值计算得到青藏高原东部弹性层的最佳厚度为25 km,中下地壳的最佳粘滞系数为4.0×10¹⁸ Pa·s;震后1 a内组合模型的拟合效果优于单一余滑模型,其中余滑形变占主要成分。     

汶川Ms8.0地震前的区域垂直形变背景

根据1951年以来的水准观测资料和1999—2007年的GPS观测资料计算得到的地壳垂直形变速率,研究了青藏块体和华南块体不同时间段的垂直形变特征,以及形变与汶川8.0级地震孕育发生的关系。结果显示,汶川8.0级地震发生在垂直形变强烈上升区的形变速率梯度带上;大震孕育过程的应变能积累与印度板块-欧亚板块相互碰撞有关;与位于两个板块碰撞前缘的青藏块体在南北向强烈挤压,形成垂直方向隆升,物质向东和东南迁移过程相联系。     

太平洋板块运动和形变及其边缘现今相对运动

环太平洋构造系是地球的一巨大构造系，集汇聚型、分离型和转换型板块边界于一体，是全球火山、地震最活跃的地带。基于空间大地测量技术长期观测得到的速度场，分析了太平洋板块的运动和形变，并利用空间技术测定太平洋边缘地带转换断层、洋中脊扩张以及海沟边界汇聚与俯冲相对运动速度，获得了太平洋板块及板内的现今运动特征。结果表明：太平洋板块整体以70.1mm/a向西北移动；北太平洋板块具有刚性特征，而南太平洋板块东西向存在拉伸，具非刚性特征。     

大陆岩石圈的增厚及对流剥离对青藏高原隆升的影响

伴随着印度板块对欧亚板块南缘的碰撞、挤压,青藏高原地壳及下伏地幔岩石圈的厚度增加了１倍。增厚岩石圈热结构的变化可导致高原海拨下降约１５００ｍ。其对流剥离并被较热的软流圈物质替代可用以解释青藏高原自８百万年或３百万年前开始的快速隆升。大陆岩石圈的增厚及热结构变化和对流剥离可能是青藏高原自９百万年前开始的夷平—快速隆升过程的主导控制因素。     

Plate convergence in the Indo-Pacific region

The Indo-Pacific convergence region is the best target to solve the teo remaining challenge s of the plate tectonics theory,i.e.,subduction initiation and the driving force of plate tectonics.Recent studies proposed that the Izu-Bonin subduction initiation belongs to spontaneous initiation,which implies that it started from extension,followed by low angle subduction.Numerical geodynamic modeling suggests that the initiation of plate subduction likely occurred along a transform fault,which put the young spreading ridge in direct contact with old oceanic crust.This,however,does not explain the simultaneous subduction initiation in the west Pacific region in the Cenozoic.Namely,the subduction initiations in the Izu-BoninMariana,the Aleutian,and the Tonga-Kermadec trenches are associated with oceanic crusts of different ages,yet they occurred at roughly the same time,suggesting that they were all triggered by a maj or change in the Pacific plate.Moreover,low angle subduction induces compression rather than extension,which requires external compression forces.Given that the famous Hawaiian-Emperor bending occurred roughly at the same time with the onset of westward subductions in the west Pacific,we propose that these Cenozoic subductions were initiated by the steering of the Pacific plate,which are classified as induced initiation.Induced subduction initiation usually occurs in young ocean basins,forming single-track subduction.The closure s of Neo-Tethys Oceans were likely triggered by plume s in the south,forming northward subductions.Interestingly,the Indian plate kept on moving northward more than 50 Ma after the collision between the Indian and Eurasian continents and the break-off of the subducted oceanic slab attached to it.This strongly suggests that slab pull is not the main driving force of plate tectonics,whereas slab sliding is.     

InSAR约束下2001年昆仑山MS 8.1地震震后粘弹性松弛效应

根据2001年昆仑山MS8.1地震震后2~6 a的InSAR形变场,采用震后粘弹性松弛模型进行模拟,使用半解析平面分层模型研究青藏高原昆仑山地震震区流变结构。Maxwell半空间粘弹性应力松弛模型模拟结果表明,最优的弹性上地壳厚度为15~20 km,莫霍面深度为70 km,该地区下地壳有效粘滞系数在（1~2.5）×1019 Pas之间,上地幔有效粘滞系数在（1~6.3）×1019 Pas之间。该结果与青藏高原玛尼震区的震后粘弹性松弛反演结果基本一致。     

Abrupt uplift of Tibetan Plateau a t the end of early Pleistocene and Australasian impact event

The latest sharp uplift of the Tibetan Plateau and adjacent mountains occurred at the end of the early Pleistocene. The uplift of the Plateau resulted from Late Mesozoic－Cenozoic comp ressional structure due to the subduction of the Indian Plate beneath the Asian continent. This event definitively effected the formation of basin-mountain relief, Cenozoic basin deformation, large scale aridity and desertification of western China. The Australasian meteorites impact event happened ca. 0.8 Ma ago, located in the triangle area of the Indian Ocean ridge (20°S/67°E) . The impact may have resulted in an acceleration of speeding of the Indian Ocean ridge pushing the Indian Plate to subduct rapidly northward. Thus, the impact event can give reasonable explanation for the dynamic background of the latest rapid uplift of the Tibetan Plateau and the continental deformation of western China and even of the Middle Asia.     

青藏高原东南缘构造应力场重构

采用有限元方法，针对青藏高原东南缘建立更细致、更精确的三维有限元弹性模型。选取9种不同的应力边界条件，分别进行优化分析后处理，将对应台站形变模拟值与GPS实测值进行误差分析，最终选取最佳方案作为古构造应力场。结果表明，青藏高原东南缘4 Ma BP的古应力场主要起源于中国大陆周围板块的相互作用，特别是印度板块NNE向强烈碰撞作用，成为中国大陆尤其是西南部青藏高原地区构造应力场最主要的动力来源，控制各个块体相互作用的方式和运动格局。青藏高原东南缘古应力场主要包括几个力源：西北部青藏高原侧向挤压造成的WE向应力约105 MPa；西南部直接来自于印度板块的NE-WS向应力约70 MPa；南部NS向作用力33 MPa；东南部扬子块体侧向NW-SE阻挡力56 MPa；北东部受扬子块体强烈EW向阻挡力90 MPa。这些力源共同作用于青藏高原东南缘，形成现今复杂应力场。
     

青藏高原及周缘深部结构的重力异常解释与尼泊尔Ms8.1地震

利用离散小波变换获得青藏高原布格重力异常不同尺度的总水平梯度(HGM)和横向、纵向、对角分量平方和的平方根(HVDM)图像。结果表明:1)4、5阶小波细节之和的HGM高值区域存在于尼泊尔喜马拉雅地区、喜马拉雅东构造结和阿尔金断裂带中段,即青藏高原周缘较为活跃的构造带;2)尼泊尔喜马拉雅地区和阿尔金断裂带西段存在5阶小波逼近高值HGM,较高值HGM带呈现环青藏高原形态,反映了青藏高原与周缘构造块体地壳深度变化和岩石圈地幔顶部物质性质的差异性变化特征;3)HVDM高值带分布于喜马拉雅地区、喜马拉雅东构造结地区、阿尔金断裂带和龙门山断裂带,体现了青藏高原周缘构造带形态特征;4)2015尼泊尔Ms8.1地震发生在地壳深部的HGM高-低-高分布形态的低值区和HVDM高值带的边界,是印度板块和欧亚板块持续汇聚及周缘大型走滑断裂带的调节作用、累积能量释放的结果。