中国大陆地壳水平运动速度场与应变场

收集了中国大陆及周边地区GPS网的有关数据，提出了GPS网速度场的不同融合方法；经过融合建立了中国大陆及周边地区统一的地壳运动速度场，该速度场使用的有效GPS站共423个，其覆盖面积为1200万km^2；初步总结出中国大陆及周边地区地壳水平运动空间分布的基本特征；建立了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型，对其进行了块体应变参数唯一性与速度残差中误差最小检验；根据中国大陆及周边地区的速度场，估计了8个块体的应变参数，分析了这些块体的应变状态，估计出的各个块体的应变状态与地质学、地球物理学方法估计的结果具有很好的一致性。用喜马拉雅块体主压应变方向估计的印度板块向欧亚板块碰撞力的主方向为北东7．1度。     

基于GPS速度场采用RELSM模型分析青藏块体东北缘的形变—应变特征

利用青藏块体东北缘地区1999～2001年GPS观测获得的地壳水平运动速率场,通过对该地区进行块体划分,将该地区划分为9个块体,应用块体的整体旋转线性应变模型(RELSM)估计了各个块体的旋转与应变参数,以及计算了该地区内143个GPS站点的应变参数,以此分析了该地区的应变场的基本特征,结果表明:①阿拉善块体s较稳定,其旋转角为0.630×10-8,运动速率为0.688 mm/a,②相比其他块体,共和块体旋转角最大达到了6.589×10-8 ,运动速率达到了7.296 mm/a,③应变高值区主要集中在祁连山断裂,海原断裂等,在这些地区最大剪应变率达到了7.5×10-8、面膨胀率达到了-2.5×10-8、主压应变达到了-6×10-8.     

构造块体的相对运动和应变

在确定构造块体在球面上相对运动参数的基础上,进一步给出了描述构造块体内的应变变化及参数的确定这些参数的方法,讨论了将相对运动和应变变化综合起来以更充分地描述地壳运动和变形的模型。结合相对运动参数,提出了一种逐步趋近的变形分析方法。     

中国大陆及周边地区的水平应变场

推导并建立了块体的两种弹性运动方程：块体的整体旋转与均匀应变方程和块体的整体旋转与线性应变方程. 应用统计学原理,使用西域、青藏和华北块体上的GPS站速度数据,对这两种弹性运动方程与刚体运动方程模拟块体站速度的无偏性和有效性进行了统计检验. 检验结果表明,块体的整体旋转与线性应变方程是描述块体运动的最优模型. 将中国大陆划分为10个块体,应用块体的整体旋转与线性应变方程和块体上的GPS站速度估计了各个块体上的旋转与应变参数,按照1°×1°的间距计算了中国大陆及周边地区上1005个点的应变参数,分析了中国大陆及周边地区应变场的基本特征. 用本文方法得到的主压应变方向与地质学方法和测震学方法得到的主压应力轴方向具有很好的一致性(华南块体除外).     

巴颜喀拉块体北东地区现今水平运动与变形

本文利用GPS数据研究了巴颜喀拉块体北东地区现今水平运动与变形特征。 在球坐标系中解算了各应变分量, 分析了应变率场的空间分布特征, 并与地球物理学和地震地质学研究结果进行了综合对比分析。 最新的GPS速度场结果表明, 巴颜喀拉块体北东地区与高原整体运动性质一样具有顺时针向南东方向旋转的特征, 自西向东和北东方向测站水平运动速度呈现明显的衰减特征。 应变场结果显示, 研究区以北东向的主压应变为主, 伴随着近北西向的张性应变。 应变较强的区域主要分布在活动块体的边界断裂东昆仑断裂带的东段塔藏段和龙门山断裂带上。 东昆仑断裂带东段塔藏段的主压应变明显, 结合地震地质和活动构造资料, 认为东昆仑断裂带东段塔藏段的运动性质自西向东发生了改变, 水平滑动速率逐渐减小, 垂向运动逐渐增强。 研究区GPS速度场和应变场的这一变形特征表明, 青藏高原内部的块体运动特征较为明显, 变形主要集中在作为活动块体边界的活动断裂带上, 边界断裂带的运动特征在调节活动块体间的相互运动中起着重要作用。     

由GPS资料讨论中国大陆块体运动与应变模型的建立及检验

目前很多文献基于弹性力学假设,以小形变、均匀应变场为前提,利用GPS资料建立了中国大陆块体的整体旋转与均匀应变模型,并对模型进行了相关检验.但上述对模型的检验侧重从模型的拟合效果上进行分析和比较,忽略了对模型的适用性和假设条件合理性的检验.实际上,不同块体由于自身构造和外部条件的不同,其运动状况与应变状态并不完全一致,模型的适用性需进一步的验证.本文提出了两步检验方法对所建立的模型在中国大陆6个主要块体上进行了检验：第一步对应变参数进行显著性检验,第二步对应变均匀性进行检验,结果表明：根据所用数据精度,华南块体的刚性程度在95% 的置信水平上可以认为显著的,建立模型时不必考虑内部形变;其他块体内部形变显著,整体旋转与均匀应变模型并不能反映真实的地壳运动状态,必须考虑其形变的不均匀性.     

川滇块体东边界主要断裂带现今运动特征分析

基于2009年以来的GPS观测数据,利用块体模型和GPS剖面方法分别计算川滇块体东边界主要断裂带的滑动速度,并结合跨断裂带的区域应变时间序列分析断裂带现今的运动特征。结果表明:从速度场变化来看,2013—2015期的速度场在川滇块体东北部有东向增加的微弱变化;从滑动速率结果来看,鲜水河北段的左旋走滑运动有所增强,拉张运动有所增加;小江断裂带的左旋走滑运动普遍有微弱的增强;从去掉线性的区域应变时间序列结果来看,小江断裂带南段主张应变在2014年底出现了趋势性转折,值得进一步关注。     

用块体应变能预测强震位置与震级的研究

综合地质构造、岩体力学性质、应力应变状态及其演化历史等各种因素将其统归为应变能积累特征对强震活动进行研究。对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论并确认其可行性,提出估算块体应变能的方法。由新构造划分块体边界、地壳测深确定底面进而确定块体体积、形变测量确定年平均应变速率、地壳速度构造确定弹性常数、历史强震确定能量积累起点(起始时间),由此估算块体积累总应变能,进而依据能量估算地震震级。最后以实例论述应变能积累特点对强震位置和震级预测的良好效果以及对地震安全性评价的重要意义。     

曲线坐标系下的块体运动与应变模型研究

本文建立了顾及地球扁率和局部切标架随点变化特性的椭球坐标系下的刚体运动模型和块体运动与应变模型,以及球坐标系下顾及局部切标架随点变化特性的严密的块体运动与应变模型,分析了球坐标系下块体运动与应变模型及椭球坐标系下的块体运动与应变模型间的差异;通过计算具体讨论了地球扁率和曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对欧拉矢量与应变张量的影响.结果表明：地球扁率对刚体欧拉矢量和应变参数的影响甚小,具体计算时可以不予考虑,但曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对两者的影响较大,在建模过程中需要顾及,常用的Savage模型需要修正.     

基于应变积累释放模型研究鄂尔多斯块体地震活动特征

利用1970年以来积累的仪器记录地震目录资料,基于G-R关系的应变积累释放模型,研究了鄂尔多斯块体周缘的应变积累释放分期特征及其所处的应变状态。结果表明,块体周缘的应变积累释放具有明显的两阶段分期特征,其周缘整体的应变释放和积累的分界线大致在公元2000年左右。块体周缘以及块体北缘、东缘、西缘目前均处于应变积累状态,应变积累时间均超过10年,未来将进入应变释放阶段,应变释放强度最大的为块体北缘、其次是块体的东缘和西缘;释放的应变量分别相当于6.5级和6.0级左右地震强度。南缘仍处于应变积累释放的起伏阶段。     

应用地震学方法研究中国大陆活动地块应力应变场

在中国大陆活动地块假说及活动边界研究的基础上，将中国大陆按照地震活动特征进行分区. 利用大地震的震源机制资料和历史强震资料，结合小震综合节面解，研究了各地震区的应力应变状态，给出了各地震区的平均应力主轴方向和平均应变率. 应用地震应变能积累释放模型研究了各地震区的地震活动水平. 结果表明最大剪切应变率与地震活动水平存在线性关系. 将地震资料给出的中国大陆地壳应力应变场与GPS测量给出的结果进行了比较，初步说明了两种结果存在着统一性，从而显示出活动地块运动变形与强震活动的内在联系.     

地块活动与成组地震关系的初步探讨

中国大陆构造的成块性与中国地震活动的成组性构成中国地震构造和地震活动的一个突出现象．本文在前人对中国大陆地震成组划分的结果和地块划分方案的基础上,研究了中国大陆地块与成组地震活动之间的关系,发现大部分强震分布于地块边界断层上,成组地震的孕育和发生与块体活动有关．由成组地震震中分布图表现出来的地块活动方式主要有４种:单缝式活动型、单地块活动型、多地块活动型和地块内部活动型．地块活动频度以单缝式活动型为最高,在成组地震中则以单地块活动型为多．大陆内部各地块的活动性有差别,东部比较活跃的地块有太行山和华北平原地块,西部比较活跃的地块有川滇和昆仑-松潘地块．      

青藏高原西部班公-怒江缝合带下方地壳结构与地块拼合模式

利用远震接收函数偏移成像方法获得青藏高原西部Hi-Climb项目剖面北段地壳结构转换波成像。结果显示班公-怒江缝合带下方拉萨地体上地壳向N仰冲,下地壳向N俯冲,而羌塘地块上地壳向S仰冲,下地壳向S俯冲,可能意味着青藏高原西部拉萨地块和羌塘地块具有复杂的拼合过程。结合前人的岩石学研究成果,建立了新特提斯北洋盆洋壳S向俯冲、距今60～50Ma印度板块与欧亚板块碰撞后,拉萨地块的下地壳向羌塘地块下俯冲,而后印度板块俯冲到羌塘地块下方的地块拼合模式     

中朝陆块与扬子陆块会聚的古地磁证据

本文收集了1989年之前中朝陆块自晚石炭世至第三纪期间的古地磁极数据.应用分类过滤方法选出可靠的古地磁极，建立了中朝陆块新的视极移曲线.通过中朝陆块与扬子陆块视极移曲线的比较，对前人提出的两个陆块会聚的几种模式进行了检验.本文提出的旋转模式，对研究两陆块的会聚过程是较合理的新观点.     

Upper Jaramillo极性转换期间地球磁场变化特征

利用陕西渭南剖面黄土层位Ｌ１０的剩余磁性获得了ＵｐｐｅｒＪａｒａｍｉｌｌｏ极性转换期间地球磁场的记录。与地球磁场方向相联系的极性转换持续时间约３２００ａ。极性转换过程虚地磁极（ＶＧＰ）主要位于美洲大陆及其边缘，根据Ｒｏｃｈｅｔｔｅ模型。由极性转换前后地球磁场处于稳定极性状态时的平均方向模拟出的地磁极移曲线与实测曲线不同。这说明所得结果并不是由极性转换前后地球磁场平均效应引起的，应该是地球磁场变化的实际记录。本文收集了１９８９年之前中朝陆块自晚石炭世至第三纪期间的古地磁极数据。应用分类过滤方法选出可靠的古地磁极，建立了中朝陆块新的视极移曲线。通过中朝陆块与扬子陆块视极移曲线的比较，对前人提出的两个陆块会聚的几种模式进行了检验。本文提出的旋转模式，对研究两陆块的会聚过程是较合理的新观点。     

川滇地区活动地块现今地壳形变特征

利用川滇地区1998～2002年间200多GPS点位的多期复测结果, 将川滇地区分为9个次级活动块体, 计算了各个活动块体的欧拉旋转矢量和主要活动断裂的运动速度, 并分析了该地区的应变场特征. 结果表明, 川滇地区的地壳运动速度具有北强南弱、西强东弱、以菱形块体为主顺时针旋转的特征; 菱形块体外各个块体运动速度大幅衰减; 与地质结果的差异表明, 川滇菱形块体的现今地壳运动由北往南逐渐增强; 青藏高原物质的侧东向挤出在滇中块体南部明显下降, 而丽江—小金河断裂带的吸收作用并不明显; 川滇地区以压应变为主,四川石棉和云南新平一带出现的应变集中地区也许具有发生中强地震的可能性.     

中国三大地块的碰撞拼合与古欧亚大陆的重建

根据最新取得的华北地块的古地磁数据,并与目前收集到的按一定判据经过筛选的华南地块、塔里木地块、蒙古褶皱带与中亚褶皱带、西伯利亚板块以及稳定欧亚大陆的数据对比分析,对中国三大地块--华北、华南、塔里木地块的碰撞、拼合及其与北邻的西伯利亚板块的构造关系,进行了初步的讨论,并尝试作了古欧亚大陆的重建.     

中国大陆构造块体的现今活动和变形

在重新对 1998年和 2 0 0 0年的中国地壳运动观测网络基准站和基本站的 2期观测资料进行预处理的基础上 ,得到了ITRF97坐标框架下 ,参考时刻分别为 1998年 9月 5日和 2 0 0 0年 6月 8日 ,分布在全国各主要构造块体上的 79个GPS站的坐标和协方差矩阵。分别以中国岩石圈动力学地图集 (马杏垣 ,1989)中的中国大陆主要构造单元 (称之为亚板块 )和张培震等 ( 2 0 0 2 )给出的中国主要活动块体为格架 ,用笔者提出的 1种推广了的QUAD方法对中国大陆的 2 0个主要构造块体逐个进行判别检验。那些现今无明显相对运动的相邻块体则被归并起来 ,从而确定了活动块体和它们的边界。采用刚体运动 +块体均匀应变 +局部变形的模型作为描述中国大陆构造块体的现今活动和变形的模型。求出了有明显相对运动块体的欧拉运动矢量和块体的整体均匀变形参数、各块体内部的不均匀局部变形以及活动边界的活动方式和强度。在此基础上 ,除了一般地指出中国大陆地壳运动西强东弱的特征之外 ,还对西部主要活动块体和边界活动强弱给出了定量比较结果 ,从而为强震危险区的判别提供了形变背景依据     

PROGRESS IN APPLICATION OF GNSS TO DIVISION OF ACTIVE TECTONIC BLOCKS IN CONTINENTAL CHINA

Chinese scientists proposed that large earthquakes that occurred in mainland China are controlled by the movement and deformation of active tectonic blocks. This scientific hypothesis explains zoned phenomenon of seismicity in space. The active tectonic blocks are intense active terranes formed in late Cenozoic and late Quaternary, and the tectonic activity of block boundaries is the intensest. Global Navigation Satellite System(GNSS)has advantages of high spatio-temporal resolution, broad coverage, and high accuracy, and is utilized to monitor contemporary crustal deformation. High accuracy and resolution of GNSS velocity field within mainland China and vicinities provided by previous studies clearly demonstrate that different active tectonic blocks behave as different patterns of movement and deformation, and block interaction boundaries have intense tectonic deformation. The paper firstly introduces the GPS networks operated by the Crustal Movement Observation Network of China(CMONOC)since 1999, and GNSS data processing methods, including GAMIT, BERNESE and GIPSY/OASIS, and discusses the advantages of using South China block as a regional reference frame for GNSS velocity field, then proposes three strategies of block division, F-test, quasi-accurate detection(QUAD), and clustering analysis. Furthermore, we introduce rigid and non-rigid block motions. Rigid block motion can be denoted by translation and rotation, while non-rigid block motion can be described by rigid motion and internal strain deformation. Internal strain deformation can be divided into uniform and linear strains. We also review the usage of F-test to distinguish whether the block acts as rigid deformation or not. In addition, combining with recent GNSS velocity results, we elaborate the characteristics of present movement of rigid block, such as the South China, Tarim, Ordos, Alashan, and Northeast China, and that of non-rigid block, such as the Tibetan plateau, Tian Shan, and North China plain. Especially, the Tibetan plateau and Tian Shan seem to deform continuously with significant internal deformation. In order to enrich and perfect the active tectonic block hypothesis, we should carefully design dense GNSS networks in inner blocks and block boundaries, optimize utilizing other space geodesy technologies such as InSAR, and strengthen combining study of geodesy, seismogeology and geophysics. Through systematic summary, this paper is very useful to employing GNSS to investigate characteristics of block movement and dynamics of large earthquakes happening in block interaction boundaries.     

THE RELATIONSHIP BETWEEN REGIONAL SEISMIC ENERGY RELEASE AND RELATIVE MOTION BETWEEN BLOCKS ON BOTH SIDES OF YISHU FAULT ZONE

Following the 11 March 2011 Japan M_W9.0 earthquake, frequent moderate and small events occurred on the Yishu fault zone and its either side. Using continuous GPS data and a sliding block model, this work studies the relationship between the energy release of these shocks and the block relative motion of either side of the Yishu fault zone. The results show that(1)the equivalent magnitude M from released energy and the two blocks' relative motion are well correlated when earthquakes are selected in a retrieval circle(whose center is the midpoint of the Yishu fault zone)with a radius of 250~500km and using a sliding time window of 3~10 months. The best correlation coefficient between M and the two blocks' relative motion is 0.74 and the T test shows a significant linear correlation between them.(2)Spatial distribution of the correlation coefficients shows that the relative motion of the blocks on both sides affects the energy release in the area from the north part of Yishu fault zone to the Jiaodong Peninsula area and southwest Shandong-Henan border area obviously.(3)Since June 2014, the relative motion of the two blocks on both sides of the Yishu fault zone presents a wave of change, which may be an expression of the accumulation of seismic strain energy in the Yishu fault zone and its two sides. The linear relationship between the equivalent magnitude M from released energy and two blocks' relative motion V can be fitted by linear equation M=0.51*V+3.9, showing that strain energy accumulation could be released by the moderate and small earthquakes in a timely manner, which may favorable to delay the seismic risk in the study area. It also shows, on the other hand, that earthquake energy was not released so completely in the study area since the end of 2015 to 2016, which is likely associated with the Changdao earthquake swarm in 2017.