青藏高原东南缘壳幔力学耦合及其动力学意义

现代大陆动力学及构造学研究认为，壳内软弱带控制着地壳与地幔间相互作用的强弱，制约岩石圈层间的耦合关系，同时也影响地块的相互作用方式。这种耦合作用可以通过比较不同深度的形变和应力的相关特征来分析。青藏高原东南缘20～35 km的深度广泛存在低速带，有可能在现今地震及构造活动区内由壳内部分熔融承担了潜在的解耦功能。基于1999～2015年GPS坐标时间序列数据得到速度场，结合前人给出的SKS剪切波分裂数据，分析该区水平方向形变耦合特征；同时搜集莫霍面和岩石圈底面形变数据，给出垂向上的形变耦合特征。利用EGM2008重力模型的11～36阶球谐系数计算青藏高原东南缘岩石圈底面地幔对流应力场；搜集并整理2000年至今的1 131个震源机制解数据，采用区域应力张量阻尼反演法得到该区多震层应力场；进一步分析两种应力场的相关性。在ABAQUS软件中建立青藏高原东南缘岩石圈三维粘弹性有限元模型，同时加入上地壳的边界位移约束条件和底面地幔对流拖曳力加载条件，分别对水平方向和垂直方向的应力应变作分析，并给出强震剖面结果，探讨壳幔耦合强震孕育机制，据此分析青藏高原东南缘各个断层的地震危险性。研究认为，应力的不均匀发展是应变能积累的关键，同时垂向上圈层间的耦合关系极大地影响块体间的作用方式；壳内软弱带广泛发育的块体应力出现分层现象，边缘区域横向纵向应力变化明显，与之接触的上伏地壳地震危险性较高。     

黑龙江地区上地幔各向异性研究

采用黑龙江数字地震台网2012-01～2014-07间23个宽频带地震台站记录的远震SKS波形资料,利用Splitlab 软件对黑龙江地区进行剪切波分裂的分析研究,使用最小能量法、旋转相关法和最小特征值法计算所有观测台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,最终得到黑龙江省上地幔各向异性图像。结果显示,黑龙江地区上地幔地震各向异性比较明显,快波偏振方向与主张应力方向基本一致,与GPS得出的速度场方向相符,说明该地区的壳幔耦合可能存在垂直连贯性。     

鄂尔多斯块体北缘Pn波层析成像研究

基于鄂尔多斯块体北缘2008～2018年台网数字化波形记录,利用Pn波层析成像技术获得研究区高精度的上地幔速度结构与各向异性。结果表明,研究区上地幔顶部Pn波速度存在明显的横向不均匀性,且与研究区构造活动及地震分布密切相关;河套断陷带各向异性快波方向呈近EW向。研究区多数历史强震发生在低速异常区或高低速异常过渡带上,该结果为理解研究区地震发生的相关性提供了新的地震学依据。     

青藏高原东南缘地幔对流与发震层应力场耦合关系分析

利用EGM2008重力模型的11~36阶球谐系数计算青藏高原东南缘岩石圈底面地幔对流应力场，收集整理青藏高原东南缘2000年至今的1 131个震源机制解数据，采用区域应力张量阻尼反演法得到该区芦山地震前和现今的发震层应力场，进一步分析2种应力场的相关性，探讨不同区域的力学耦合情况与强震发生的关系。结果表明：1)青藏高原东南缘大部分位于耦合与解耦的中间地带，耦合区域基本按块体分布，东侧华南块体强耦合，西北部藏北块体、巴颜喀拉块体和西南部滇西南块体部分耦合，解耦主要发生在松潘-甘孜块体附近，以龙门山断裂带连接强耦合的华南块体；2)分析孕震原因，提出青藏高原东南缘地幔对流应力场与发震层应力场耦合程度强弱交界处为地震危险性较高的区域，从现今耦合关系来看，龙门山断裂带仍处于耦合强度变化梯度非常大的区域，具备孕震储能条件，地震危险性较高。其他危险区域大致有：岷江断裂带附近、鲜水河-安宁河-则木河断裂带附近、红河断裂带及南汀河断裂带附近。     

川滇地区壳幔方位各向异性研究

利用2011～2013年在川滇地区布设的190台宽频带流动地震台站,采用背景噪声程函层析成像方法和远震面波亥姆霍兹方程层析成像方法对川滇地区的地壳上地幔各向异性结构进行研究,得到高分辨率下的6～60 s瑞利面波相速度和方位各向异性结构。结果表明：1)川滇地区上地壳各向异性方向与地表构造走向一致,反映出川滇块体向东南向挤出的构造运动特征;2)川滇地区中下地壳存在较强的方位各向异性相速度低速异常,符合中下地壳流模型;3)以26°N为界,川滇地区南部地壳与上地幔的各向异性方向不一致,表明其下方可能存在壳幔解耦变形;4)川滇地区南部长周期瑞利面波的方位各向异性特征与剪切波分裂方向一致,均为近EW向,推测可能为印度板块东向俯冲回撤引起的东西向地幔流。     

用GPS资料研究华北地区形变场和构造应力场

利用华北地区地质构造、第四纪以来的活动断层、地形、地壳厚度、地壳及上地幔地震波速度结构等资料,构建了三维有限元框架模型,利用最新GPS观测结果作为边界约束条件,模拟计算了华北地区的形变场及构造应力场。结果表明,模型预测地表速度场和GPS观测结果比较一致。模拟结果中,大型NNE向断层如汾渭地堑断裂系呈右旋运动,NWW向断层如张家口渤海断裂带呈左旋运动,与野外地质考察结果一致。在地表以下10～20km处,模型预测应力场的主压应力方向为NNE、EW向,主张应力大约为主压应力2～8倍。模型中最大剪切应力场在山西、华北平原中部和东部沿海分别出现3条NNE向高梯度带,此梯度带与研究区域的主要地震活动带相对应。     

青藏高原东南缘壳幔结构探测研究新进展

青藏高原东南缘的岩石圈变形特征和动力学过程显著不同于以正向碰撞为主要形式的青藏高原本体。其变形样式在地壳浅部以侧向滑移为主,并伴随一系列尚待揭示的深部过程。毫无疑问,青藏高原东南缘的岩石圈结构探测研究是理解青藏高原碰撞造山、深部动力学过程不可或缺的重要环节。而揭示与侧向碰撞变形的深部过程相伴生的成矿带的岩石圈三维结构和深部动力学背景,对大陆碰撞成矿理论框架的完整性至为关键。通过对青藏高原东南缘的壳幔结构探测研究成果和基本认识进行了较系统的梳理,重点介绍青藏高原东南缘及邻区深部结构地震学探测研究近十几年的新进展、新认识,主要涉及壳幔结构的天然地震成像、人工源地震探测剖面和深部动力学等研究方向,供对青藏高原地学研究感兴趣的地质科研人员参考。     

三峡重庆地区形变场及构造应力场研究

首次利用三峡重庆地区GPS、钻孔应变及数字地震资料，综合研究该地区水平形变场及构造应力场。结果表明，各站点相对丰都龙河站运动速率在0～3 mm/a，呈现一定的右旋特征；整个区域表现为压性特征，区域主压应变方向为NW向及NE向；最大剪应变等值线在渝西南、渝东北及与渝东南分别出现高梯度带，与主要地震活动区域相对应。     

重力异常反映的郯庐带中南段构造边界与应力场

为解决传统基于重力场数据一阶导数定义的总水平导数和解析信号振幅存在无法均衡深浅异常振幅的问题,应用重力全张量梯度数据,提出改进的倾斜导数地质体边界识别方法NTD_M。经模型验证,NTD_M在收敛性、抑噪性和边界识别精度方面均有提升。利用NTD_M将郯庐带中南段及邻区划分为14个边界较为清晰的构造单元,借助垂线偏差数据对郯庐带中南段的构造应力场和壳幔密度差进行反演。结果显示,二者在水平方向上存在显著差异,在空间上显著相关,构造应力最大差异值约为16 MPa,壳幔密度差约为0.2 g/cm³,构造应力等值线密集处与构造单元划分的边界以及地震分布情况对应较好。郯庐带中段最大主应力方向为NEE-EW,南段主应力方向以EW-NWW为主,总体呈EW向,与震源机制解、地应力测量和GPS反演结果具有较好的一致性。     

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。
     

����8.1���������ظ�ԭ����Ե�ؿ��α䳡��Ӱ��

????????????丽???????????α?????????????????,??Okada??????????????????????2001??11??14??????8.1??????????λ????????????α??????????????????1??????8.1???????????????????????????????????????λ??????????????40 mm?????2??????????????????????GPS?????????????????????????????????????????     

鄂尔多斯地块的运动特性与现今地震活动性

鄂尔多斯地块现今水平运动是鄂尔多斯地块本身运动与中国大陆整体运动相互叠加的结果,其动力来源主要受到青藏地块的北东向推挤、地块北缘的北西向拉张。最新的GPS速度场观测表明,鄂尔多斯地块及周缘1999～2015速度场随着时间推移发生明显变化,其东北缘、西北缘、西南缘、东南缘的速度场变化较为显著,南北缘的左旋运动速率远大于东西缘的右旋运动速率。1970年以来鄂尔多斯地块现今地震资料显示的地震活动性、应变积累释放、应力空间分布及其应力场分析结果表明,鄂尔多斯地块北缘是地块周缘乃至华北地区中强地震的主体活动区域,2000年以来地块周缘能量持续积累,是1970年以来能量积累最长的一个时段。2015年阿拉善左旗5.8级地震后,地块周缘的能量出现预释放的迹象,鄂尔多斯地块北缘具有高的应力分布异常区域。     

青藏高原东北缘似三联点构造的初步研究

从深部构造的角度对青藏高原东北缘似三联点构造进行了探讨。人工地震资料反演结果表明,该区的地壳结构与其它地区明显不同Moho面为一复杂的过渡带,而不是尖锐的速度间断面;在该区内存在一组弧形构造,各弧形断层在形态、规模和破碎程度方面的差异,反映了青藏高原块体向东北方向强烈的挤压作用及其传递过程。     

青藏高原东南缘现今地壳形变与多尺度应变率场特征

利用青藏高原东南缘1999~2007年与2011~2017年高精度GNSS监测资料,充分顾及GNSS测站非均匀分布的特性,构建青藏高原东南缘地壳形变多尺度球面小波模型,定量分析汶川强震前后该区域地壳形变与不同空间尺度下地壳应变率场变化特征。研究结果表明,汶川强震前后研究区整体地壳运动具有一定继承性发展特征,均在龙门山、安宁河、则木河与小江断裂处形成明显的速度差异梯度带,且高应变率值也主要聚集在上述主干断裂及附近区域;汶川强震后,研究区域整体地壳运动速率量值,特别是龙门山断裂带西北侧地壳运动速度量值显著增大,羌塘、巴颜喀拉与川滇地块也呈现出加速向南东运移并推动华南块体的趋势。不同尺度下的应变率场反映出不同空间范围下区域应变积累特征,青藏高原东南缘区域在尺度因子q=7时的计算结果是合理的（合理的最大尺度因子）;当尺度因子q=6时,能较好地揭示出区域整体构造活动特性,即清晰地揭示出汶川强震后龙门山断裂处呈现出的显著主压应变、面压缩与最大剪应变率高值特征;当尺度因子q=3~7时（最佳组合尺度因子）,可较好地综合揭示出区域地壳大尺度（整体）形变与局部形变特征。汶川强震后,研究区域主干断裂带,特别是震中及其附近区域地震活动性显著增强。     

基于现代大地测量手段的青藏高原南缘地壳形变分析

基于2003~2013年GRACE卫星重力、GPS和绝对重力数据对青藏高原南缘地壳形变进行探讨分析。结果表明,拉萨测站1999~2015年垂向隆升速率为1.5 mm/a,显示出拉萨测站持续隆升的特点。结合南加州综合网络构建的远程连续GPS参考站,另外选择TPLJ、CHLM、JMSM测站数据进行分析。GPS结果表明,4个测站2003~2013年平均隆升速率为2.3±0.11 mm/a,GRACE垂向位移时间序列显示4个测站2003~2013年除季节性变化外也具有轻微上升趋势,平均速率为0.35 mm/a。联合绝对重力资料在考虑诸多因素(地壳隆升、侵蚀、GIA等)后得到拉萨测站近年重力变化约为-0.97 μGal/a,青藏高原拉萨测站地下地壳底部增厚速率约为4.4 cm/a,揭示了青藏高原南部地区的地壳形变特征--地壳隆升与底部增厚。