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.     

板内块体现今刚性运动模型研究

应用欧拉矢量方法,建立了板内块体运动模型。根据运动模型,应用全国ＧＰＳ地壳运动监测网２期观测结果,计算了我国大陆板内块体的现今运动量。     

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。     

依据GPS数据建立中国大陆板内块体现时运动模型的初步研究

中国大陆被认为是研究大陆地壳运动和动力学的最理想地区．过去基于地面观测技术,很难对时间尺度为数年的大空间范围的陆内块体运动作定量研究．本文根据中国国家攀登计划现代地壳运动和地球动力学1994～1996年GPS全国复测数据,提出了一种完全基于实测资料,通过卡尔丹角计算块体间现时运动欧拉矢量的理沦方法．尝试性地初步建立了刻划中国大陆西藏、川滇、甘青、新疆、华南、华北和黑龙江等7个主要块体现时运动模型PBMC-1(present-time blocks movement model on the Chinese continent),首次在数年时间尺度内给出了中国大陆块体相对运动的点位速度场及边界带运动．模型结果表明:各块体的运动速率由南向北、由西向东逐次减少;运动方向由北北东逐步转向东以致东南和东东南．印度板块的碰撞对中国大陆内部诸块体运动起主导作用;而诸块体运动又决定着块体边界带————断裂带的活动方式与速率．模型给出的数年尺度的现时运动,总体上与地质学给出的百万年以来的平均状态相似,与地球物理学和天文学观测结果也较符合．GPS等空间测地结果已初步具备揭示正在进行中的地壳运动的能力．      

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.     

中国大陆活动地块的运动与应变状态

从地壳运动与应变的角度给出了活动地块的定义,根据中国大陆及周边地区最近几年GPS观测得到的由1598个GPS站速度组成的统一速度场,估计了各个活动地块的运动与应变参数,分析了各个活动地块的运动与应变状态。中国大陆各地块存在一致的向东运动分量,但其南北分量是不一致的。西部地块存在一致的向北运动分量,东部地块存在一致的向南运动分量。在90°E以东,从喜马拉雅地块向NE方向,各地块的运动方向按顺时针方向旋转,各地块的运动速率是不相同的。从总体上看是西部大、东部小,南部大、北部小,西部大约是东部的3～4倍。各地块主压应变方向的空间分布是不相同的。在90°E以西各地块的主应变方向基本上为SN向,在青藏高原的东北部各地块的主压应变方向基本为NE向,在青藏高原东南部各地块的主压应变方向绕喜马拉雅构造东端顺时针方向旋转。各地块的主应变与剪应变率也是不同的,其中喜马拉雅、天山地块的主压和最大剪应变率最高,其次是拉萨、羌塘、滇西南、祁连与川滇地块。东部各地块的应变率较小。根据应变状态推测,喜马拉雅地块南北向的缩短速率为(15.2±1.5)mm/a,仍然是现今构造活动最强烈的地区,其次是天山地块,天山地块南北向的缩短速率为(10.1±0.9)mm/a。这两个地块目前仍处于隆升状态,从面应变看,面膨胀在中国大陆占优势,东部基本都是膨胀区,在西部面压缩与面膨胀从南向北相间分布。中国大陆的大多数东西向或近东西向断裂两侧的相对运动都是左旋或类似左旋走滑型的,大多数南北向断裂两侧的相对运动都是右旋或类似右旋走滑型的。GPS测定的阿尔金断裂中部的左旋走滑速为(4.8±1.3)mm/a,鲜水河断裂的左旋走滑速为(9.8±2.2)mm/a。地块边界断裂带的运动为地块运动创造了条件,地块及其边界的运动是协调一致的统一的,各个地块的活动程度是不相同的,统计检验结果表明,大多数地块之间的相对运动是显著的与非常显著的,这证明活动地块是客观存在的,喜马拉雅、拉萨、天山、羌塘和滇西南是活动最强烈的地块,中蒙、中朝西、阿拉善和华南是较稳定的地块,印度、太平洋、菲律宾板块与欧亚板块的互相作用力是中国大陆地块运动的主要驱动力。青藏高原地壳物质在印度板块NNE向的强烈推挤下,向NNE和NE方向运动,由于受到北部、东北部和东部地块的阻挡,经高原的东南部向印度洋方向运移,     

中国大陆西部地区现今的块体运动

根据中国地壳运动ＧＰＳ监测网１９９２￣１９９６年３次复测结果,分析了我国大陆西部地区现今块体运动的基本特征,结果表明：印度板块向北推挤是我国西部块体褶皱运动和变形的根源;由於内部次级断块的边界条件和受力方式不同,块体边界和内部构造形变亦具有明显的差异。块体运动主要特点表现为：（１）喜马拉雅向南弯曲的弧形边界东西两端,印度板块推挤运动方向不同,导致了弧前方的亚板块和构造块体的运动方向呈扇形散开;（２     

现今中国大陆地壳运动与活动块体模型

通过分析中国地壳运动观测网络GPS数据特别是1999年与2001年区域网数据, 我们初步得到了中国大陆地壳运动速度场, 并用统计分析的方法从高密度台站速度场中区分出9个独立活动块体和2个广泛形变带, 求出活动块体刚体运动欧拉极和相邻块体间相互运动速率. 结果显示中国大陆形变场似可分为3类区域 第1类区包括青藏高原内部区域和天山造山带, 形变在全区域内广泛分布; 第3类区包括塔里木盆地及南北带以东地区, 形变场表现为活动块体, 内部稳定, 形变局限在狭窄的边界带内; 第2类区则处在青藏高原的边缘带, 如柴达木、祁连、西宁、川滇菱形南块体等, 这类区形变场特征处在第1, 3类区之间, 虽然还能保持一定的块体完整性, 但块体的尺度和强度已不如第3类地区. 通过分析各类区域岩石圈结构以及形变模式我们可以得出初步推断 中国大陆地壳形变模式主要由地壳结构所控制. 中国大陆东部和塔里木盆地地区地壳介质有相当强度, 形变表现为刚性块体的相互运动. 而印度板块的北向挤压造成青藏高原和天山的隆起并产生巨厚地壳, 壳内温度上升, 下地壳低速高导层发育, 介质呈较强黏塑性, 地壳脆性层在下地壳塑性流变场作用下产生各种类型的、多层次的形变, 且分布广泛而不局限于少量块体边界地区. 青藏高原边缘的第2类地区地壳结构为第1, 3类地区之间的过渡区, 其形变特征也介于第1, 3类地区之间, 为强度较低的较小活动块体在边界作用力下的运动与变形.     

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。     

现今板块,块体运动定量模型的发展

从简单的几何不描述到刚性板块假设下的最小二乘法拟合,转动角速度的级数展开,弹性平面和球壳有限元模型,各向同性弹性地球的格林函数方程和粘弹－重力层状地球模型等数学力学模型的引入和发展,从地质数据的不断完善到空间大地测量数据的应用等方面阐述了现今板块运动定量和模型不断完善的发展过程。     

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.     

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     

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.     

用应变积累释放模型研究中国大陆地块分区地震活动

依据活动地块假说及活动边界的划分,对中国大陆地震活动进行分区．在此基础上,应用应变积累释放模型,通过地震应变积累释放的计算,研究了中国大陆各活动地块分区的地震活动性,初步探讨了各地块的地震活动阶段划分．此外,还对应变积累释放模型的应用前提条件进行了必要的讨论,并对模型结果中可能出现的问题给予一定分析．     

青藏高原东北缘晚第四纪块体划分与运动态势研究

根据地壳厚度、重磁场特征、晚第四纪活动断裂、地貌差异、断陷盆地、地震活动差异等 ,将研究区作了一、二级块体的划分 ,其中一级块体 7个 ,二级块体 33个。一级块体平面上多数呈长条形 ,剖面上呈梯形、倒梯形 ,少数为多边形、三角形。二级块体平面上多数呈菱形 ,剖面上呈叠瓦状上冲形 ,少数呈条形或三角形。块体的主要运动形式有 :水平挤压、垂直升降、流展和旋转。块体运动受地壳“压缩 -挤出 -旋转”机制控制 ,即地壳块体受到挤压后产生强烈收缩 ,随后产生地壳块体隆起并产生向东的侧向挤出 ,并在挤出过程中产生块体反时针方向旋转。这一结果对“高分辨率地形变的观测研究和地震预报”有重要的科学意义     

中国大陆地壳的应变应力场研究

根据全国ＧＰＳ网１９９４年和１９９６年两期测量结果,研究了中国大陆地壳现阶段的水平形变应力场。结果显示,西部青藏块体与新疆块体主压应力场为近南北至北 北东向,而南北地震带以东、长江以及北地区为北东东至近东西向,华南块体上为北 北西至北西向,与滑线场理论模型基本吻合。反映出中国大陆地壳变形的压应力主要来自印度板块与欧亚板块的俯冲碰撞。而太平洋板块与菲律宾板块对欧亚板块的作用力以及地幔向上的作用力总体     

中国东部大陆上地幔的基本状况

本文概述了近年来我国在地幔岩石学和地球化学研究中取得的主要结果。重点讨论了地幔流体在地幔过程中的重要作用，特别是地幔流体成矿作用，我国东部陆下地幔化学的区域性特征及其动力学意义。     

Model of rigid and elastic-plastic motion in intraplate blocks and strain status of principal blocks in Chinese mainland

Introduction The Chinese mainland is located in the southeastern part of Eurasia plate and encircled by India, Eurasia, Pacific and Philippine Sea plates. It is one of areas with the strongest tectonic de-formation, especially Qingzang (QinghaiXizang) plateau and NS tectonic zone where the tec-tonic activity is more intensive and intricate. The main part of tectonic activity of Chinese mainland includes a series of tectonic zones and active blocks divided by them. Therefore, the research…     

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．