Origin of tectonic stresses in the Chinese continent and adjacent areas

Based on data of principal stress orientation from focal mechanism and of geological features in China, we made pseudo-3D genetic algorithm finite element (GA-FEM) inversion to investigate the main forces acting on the Chinese continent and adjacent areas which form the Chinese tectonic stress field. The results confirm that plate boundary forces play the dominant role in forming the stress field in China, as noticed by many previous researchers. However, we also find that topographic spreading forces, as well as basal drag forces of the lower crust to the upper crust, make significant contribution to stresses in regional scale. Forces acting on the Chinese continent can be outlined as follows: the collision of the India plate to the NNE is the most important action, whereby forces oriented to the NW by the Philippine plate and forces oriented to the SWW by the Pacific plate are also important. Topographic spreading forces are not negligible at high topographic gradient zones, these forces are perpendicular to edges of the Tibetan Plateau and a topographic gradient belt running in the NNE direction across Eastern China. Basal drag forces applied by the ductile flow of the lower crust to the base of upper crust affect the regional stress field in the Tibetan Plateau remarkably, producing the clockwise rotation around the eastern Himalaya syntax.     

中国大陆及邻区现代构造应力场分区

以“中国大陆地壳应力环境基础数据库”资料为基础,总结了中国大陆及邻区现代构造应力场的基本特征,提出了划分构造应力分区的原则,将中国大陆及邻区现代构造应力场划为四级应力区. 指出一级构造应力区主要受板块边界的几何特征和作用在边界上的力所控制,应力作用在大范围和长时间内保持均匀和稳定;二级构造应力区受控于区域块体间的相互作用,在较大区域范围内应力作用具有较强的相关性;三级构造应力区受控于区域内部块体间的相互作用,在一定区域范围内应力结构具有相似性;四级构造应力区受控于块体和断裂相互作用的影响,其应力性状(方向、强度、结构等)一致性较好. 论文还初步分析了控制中国大陆及邻区现代构造应力场分布的动力学环境.     

南海及邻区莫霍面深度分布特征及其与各构造单元的关系

为了研究南海及邻区莫霍面分布特征及其与边缘海盆、海沟、岛弧、新生代沉积盆地的关系等构造单元的关系,本文通过对研究区的空间重力异常数据进行全布格改正,得到研究区内的布格重力异常,并以近年来的声纳浮标探测与海底地震仪探测剖面所得到的莫霍面深度资料为控制点采用三维带控制点界面反演方法得到了研究区的莫霍面深度图和地壳厚度图.本...     

中国海陆1:500万莫霍面深度图及其所反映的地质内涵

莫霍面深度图的编绘与研究一直都是岩石圈构造研究中的重点内容之一.本文在搜集了我国50年以来有关莫霍面深度研究的各种地球物理调查结果与资料基础上,大量引入近年来各种专项的最新成果,将海陆结合一体.以重力数据为基础,在统一数字化投影基础上,经过完全布格校正、格莱尼改正等步骤,并将图幅内依据构造特征划分成不同的分区.研究中以120条地震测深等剖面数据为控制点来计算各分区的莫霍面平均深度反演参数和开展偏差分析.在对重力数据异常场分离方法及界面反演方法优化的基础上,编绘了中国海陆1:500万莫霍面深度图.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了梯度带与分区,并对每个分区的莫霍面深度分布特点进行了归纳和总结,并就图幅内莫霍面深度图所反映出的地质内涵及东亚地区的宏观构造格架进行了讨论.     

黄海及邻区莫霍面起伏特征

针对地壳构造形成的动力学机制,在广泛收集区域地质、地质构造和地球物理等资料的基础上,着重对重力数据进行了数字化、坐标、重力公式、投影方式和比例尺的统一化处理,进而进行了网格化处理.为将区域异常和局部异常分离开来,以便以对深部构造的系统研究,笔者选取趋势分析法分别对研究区内预处理后的布格重力异常数据(Δg)进行了三维多项式迭代拟合计算,得到了区域布格重力异常二阶、五阶、十阶趋势分析结果.继而,利用二级近似公式迭代法对布格重力异常五阶趋势分析区域异常数据进行了三维运算处理,得到了黄海及周边地区的莫霍面埋深值.分析了黄海及邻区莫霍面起伏特征,并进行了深部构造区划,探讨了深部断裂构造与莫霍面起伏间的成因联系,为深部构造和活动断裂演化的地球动力学研究提供了依据.     

Distribution of L_g coda Q in the Chinese continent and its adjacent regions

In continent Lg is usually one of the predominant phases recorded by short-period or broad-band seismometers. A ray-theoretical approach shows that Lg wave is the superposition of higher-mode surface waves propagating in the continental crust[1—4]. The g…     

渭河盆地地裂缝群发机理及东、西部地裂缝分布不均衡构造成因研究

利用渭河盆地2001—2008年高精度GPS监测资料,结合区域构造特点建立了渭河盆地有限元动力学模型,基于此研究了区域现今地壳应力场特征,深入分析了构造应力场与盆地内地裂缝群发之间的内在关系,首次基于空间大地测量定量的揭示出了区域构造应力场与盆地内地裂缝群发的内在动力学联系,及盆地东、西部地裂缝分布不均衡的根本成因.研究结果表明:渭河盆地现今地壳应力场差异性显著,主要呈现出中、东部以NW-SE向拉张为主,西部则以NW-SE向压缩应力为主,整体具有相对左旋运动趋势,与区域以往长期构造变形具有较好的继承性;分析揭示出区域NW-SE向拉张构造应力正是盆地内中、东部地裂缝群发的力源机制,而盆地内差异性构造应力场也正是导致盆地东、西部地裂缝发育不均衡的根本原因所在,由此进一步证实了渭河盆地地裂缝的强构造属性,其是由活断层在上述力源机制作用下,以蠕滑形式错断地层使土层破裂而形成的.本文研究结果为盆地地裂缝灾害防治、城市安全建设提供了重要信息.     

渭河盆地地裂缝群发机理及东、西部地裂缝分布不均衡构造成因研究

利用渭河盆地2001—2008年高精度GPS监测资料,结合区域构造特点建立了渭河盆地有限元动力学模型,基于此研究了区域现今地壳应力场特征,深入分析了构造应力场与盆地内地裂缝群发之间的内在关系,首次基于空间大地测量定量的揭示出了区域构造应力场与盆地内地裂缝群发的内在动力学联系,及盆地东、西部地裂缝分布不均衡的根本成因.研究结果表明:渭河盆地现今地壳应力场差异性显著,主要呈现出中、东部以NW-SE向拉张为主,西部则以NW-SE向压缩应力为主,整体具有相对左旋运动趋势,与区域以往长期构造变形具有较好的继承性;分析揭示出区域NW-SE向拉张构造应力正是盆地内中、东部地裂缝群发的力源机制,而盆地内差异性构造应力场也正是导致盆地东、西部地裂缝发育不均衡的根本原因所在,由此进一步证实了渭河盆地地裂缝的强构造属性,其是由活断层在上述力源机制作用下,以蠕滑形式错断地层使土层破裂而形成的.本文研究结果为盆地地裂缝灾害防治、城市安全建设提供了重要信息.     

汶川8.0级地震前后四川及邻区构造应力场研究

收集整理了四川、云南、重庆3省市的数字地震波记录资料,反演该区域的中小地震震源机制解,并利用这些结果采用力轴张量法计算给出5个主要构造带(区)在汶川8.0级地震前后的平均应力场.对比汶川地震前后各主要构造带(区)应力场的状态发现,龙门山构造带南段、鲜水河构造带南段在汶川地震前后局部应力扰动明显,即震后平均应力场方位扰动值相对变化较大;鲜水河构造带南段、龙门山构造带南段和华蓥山构造带中段震后逆倾型地震明显减少.分析认为,这是巨大地震前后大范围地壳应力状态变化或调整的一种反映.     

贺兰山—银川地堑及邻区重力异常特征及构造意义

贺兰山—银川地堑及邻区地质结构复杂,对该区域深浅结构特征的研究具有重要意义.本文采用重力归一化总梯度成像和二维小波多尺度分解方法对研究区内重力异常进行了垂向和横向构造分析.重力归一化总梯度成像结果显示高低转换带的倾角、倾向与地质上的贺兰山东麓断裂、银川断裂和黄河断裂分布吻合较好,贺兰山西麓断裂与贺兰山东麓断裂汇交深度约18km,银川断裂与黄河断裂汇交深度约25km;二维小波多尺度分解成像结果表明正谊关断裂、贺兰山西麓断裂、芦花台断裂和银川断裂为上地壳断裂,贺兰山东麓断裂、青铜峡—固原断裂以及黄河断裂为下地壳断裂,且这三大断裂可能分别是阿拉善地块东南边界和鄂尔多斯地块西南边界;1739年平罗M8.0古地震震中与银川断裂在重力剖面深度约15km汇交,其垂向高低梯度为强变形带,同时古地震震中位于重力正负异常转换部位的低值区,据此可推断此次古地震的发震构造是银川断裂.这些结论可提高对贺兰山—银川地堑及邻区地质结构的认识,为该区地壳动力学过程及强震的孕震机理研究提供一定的科学依据.     

Isotopic characteristics of shoshonitic rocks in eastern Qinghai-Tibet Plateau: Petrogenesis and its tectonic implication Isotopic characteristics of shoshonitic rocks in eastern Qinghai-Tibet Plateau: Petrogenesis and its tectonic implication

The Cenozoic magmatic rocks of shoshonitic series in the easternQinghai-Tibet Plateau include potassic alkaline plutonic rocks, volcanic rocks, lamprophyres and acidic porphyries. Analytical results show that these different lithological rocks are extremely similar in Sr, Nd and Pb isotopic compositions with the range of 0.705 187-0.707 254 for 87Sr/86Sr, 0.512 305-0.512 630 for 143Nd/144Nd, 18.53-18.97 for 206Pb/204Pb, 15.51-15.72 for 207Pb/204Pb and 38.38-39.24 for 208Pb/204Pb. They are isotopically similar to the EMII end-member. This indicates that mantle metasomatism must have taken place in their source region. The formation of these particular rocks is related to crustal thinning and mantle upwelling in a large-scale strike-slip and pull-apart fault zone at about 40 Ma in northern and eastern Qinghai-Tibet Plateau.     

用单元降刚法探索中国大陆强震远距离跳迁及主体活动区域转移

中国大陆强震有成组活动、远距离跳迁和不同时段形成主体活动地区的特征.本文利用强震发生位置处单元降刚法,对中国大陆地区强震的远距离跳迁和主体活动地区转移机理进行了数值模拟研究.得出的新认识是:(1)在地壳中存在初始应力场的环境中,已发生强震区部分丧失承载能力(模拟中作为显著降低单元组的弹性模量来处理),可以引起大范围兆帕量级的应力场调整,它是后续强震可远距离跳迁的主要因素;(2)一个活动期中,中国大陆强震主体活动地区及其迁移,受主要活动断层分布、初始应力场和边界载荷的配置方式的综合影响,但在十年左右的活动幕中,边界载荷的配置方式可能是控制主体活动地区及主体活动地区转移的重要因素.     

郯庐断裂带南段及邻区地震b值的空间分布特征

郯庐断裂带是位于中国东部地区的一条主干断裂带,切穿了中国东部不同大地构造单元,控制着东部地区的构造活动。本文收集中国地震台网中心1970~2010年的地震目录,将研究区划分成1°×1°的网格,分别求出每个网格的b值,最后得出研究区b值的空间分布特征。研究结果发现:郯庐断裂带及周边地区为低b值区,由于郯庐断裂附近的小震活动性比较弱,因此低b值可能反映了研究区内大震周期长的特征;断裂带两侧的苏鲁和大别造山带的b值分布特征与高压超高压变质带相似;华北中央造山带地区为高b值区,地震大多沿断裂带分布,地震频度高。通过结合已有地质和地球物理研究,发现b值的分布与岩性或介质物性参数的分布有一定的对应关系,说明研究区内的b值分布(即地震活动特征)与该地区地壳介质不均匀性密切相关。     

2018年9月8日墨江地震及周边地区构造应力场特征分析

2018年9月8日,云南省墨江县发生M_S5.9地震并伴随一系列余震,探究该地震周围的应力场对于理解该地震的发生机制和后续地震的发展趋势具有着重要的参考意义.本研究收集了震源及其邻区中前人研究和Global CMT所给出的震源机制资料,对该地区进行了构造应力场反演,并同时利用反演得到的应力张量模拟墨江地区的震源机制解表现.结果表明：①在应力轴整体分布上,自西向东σ₁轴（压轴）从NNE-SSW向逐渐转向NNW-SSE向,σ₃轴（张轴）从WWN-EES向逐渐转向WWS-EEN向,张轴呈弧形分布,压轴呈放射状分布.②在应力轴倾伏角上,研究区域内的压应力轴和张应力轴倾伏角都比较小,即两轴均接近水平.③R值分布大体是在东南部相较于西北部大,结合当地地质背景分析得到,物质逃逸自西北向东南呈逐渐变缓的趋势.④利用反演得到的应力张量和应力状态计算墨江地震震源区的相对剪应力和相对正应力大小.由此推测,墨江地震恰好发生在相对剪切应力值和相对正应力正值最大的节面上.从而可以确定墨江地震的发震节面的基本参数：走向216.32°,倾角86.91°,滑动角0.27°,相对剪应力值0.9,相对正应力值0.3.本研究为此次墨江地震的发震背景和地震动力学研究提供了基础性资料.

     

台湾海峡及其邻区现今构造应力场数值模拟

本文将台湾海峡及其邻区划分为多个具有不同弹性参数的等厚区块,并利用基于弹性理论的有限元数值模型,以GPS观测速度和由震源机制解(FMS)得到的主应力轴方向为约束条件,计算了该研究区的现今构造应力场.结果表明:(1)最大主应力轴在台湾海峡中部和台湾岛弧中部大致为NW-SE向,在东北部呈顺时针旋转,而在南部呈逆时针旋转;(2)研究区水平位移场大致以23°N为界,南强北弱,且在北部呈顺时针旋转,南部呈逆时针旋转;(3)东沙-澎湖-北港隆起因强度大于周边盆地区而成为"阻挡带",导致在其南北出现两个反向的构造逃逸区,并且隆起东南区形变特别强烈,而其西北区则相对较弱.     

台湾海峡及其邻区现今构造应力场数值模拟

本文将台湾海峡及其邻区划分为多个具有不同弹性参数的等厚区块,并利用基于弹性理论的有限元数值模型,以GPS观测速度和由震源机制解(FMS)得到的主应力轴方向为约束条件,计算了该研究区的现今构造应力场.结果表明:(1)最大主应力轴在台湾海峡中部和台湾岛弧中部大致为NW-SE向,在东北部呈顺时针旋转,而在南部呈逆时针旋转;(2)研究区水平位移场大致以23°N为界,南强北弱,且在北部呈顺时针旋转,南部呈逆时针旋转;(3)东沙-澎湖-北港隆起因强度大于周边盆地区而成为"阻挡带",导致在其南北出现两个反向的构造逃逸区,并且隆起东南区形变特别强烈,而其西北区则相对较弱.     

鄂尔多斯东缘地震重定位及拉张盆地过渡区的地震分布特征

利用双差地震定位方法对鄂尔多斯东缘地区（34°N—41°N,110°E—115°E）2008年1月—2012年12月的中小地震进行了重新定位.重定位后,定位精度得到改善,震中分布更加集中.鄂尔多斯东缘拉张盆地内部震源深度较浅,大多小于13 km,向盆地两端震源深度有加深的趋势,特别是太原盆地北端,临汾盆地北端,以及运城与临汾盆地之间的峨眉台地,震源深度可达20~25 km左右.我们认为盆地内部地壳减薄,上地幔上隆,热作用导致地壳内部脆性层减薄,致使最大震源深度变浅;盆地之间的横向隆起区受区域应力场挤压剪切作用以及盆地内部上地幔上拱产生的水平向挤压力作用等,在横向隆起区与盆地接触带易产生应力集中,导致地震的发生,由于受脆性层厚度变化等的影响,在盆地向横向隆起区过渡部位出现震源深度加深的现象.鄂尔多斯东北缘地区地震分布弥散、震源深度相对较浅,可能与源自地幔的大范围深部热作用以及地壳脆性层厚度减薄有关.根据地震的空间分布特征,对部分盆地内部的断层特征进行了讨论.     

Discovery of the Longriba fault zone in eastern Bayan Har block,China and its tectonic implication

Re-measured GPS data have recently revealed that a broad NE trending dextral shear zone exists in the eastern Bayan Har block about 200 km northwest of the Longmenshan thrust on the eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau. The strain rate along this shear zone may reach up to 4-6 mm/a. Our interpretation of satellite images and field observations indicate that this dextral shear zone corresponds to a newly generated NE trending Longriba fault zone that has been ignored before. The northeast segment of the Longriba fault zone consists of two subparallel N54°±5°E trending branch faults about 30 km apart, and late Quaternary offset landforms are well developed along the strands of these two branch faults. The northern branch fault, the Longriqu fault, has relatively large reverse component, while the southern branch fault, the Maoergai fault, is a pure right-lateral strike slip fault. According to vector synthesizing principle, the average right-lateral strike slip rate along the Longriba fault zone in the late Quaternary is calculated to be 5.4±2.0 mm/a, the vertical slip rate to be 0.7 mm/a, and the rate of crustal shortening to be 0.55 mm/a. The discovery of the Longriba fault zone may provide a new insight into the tectonics and dynamics of the eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau. Taken the Longriba fault zone as a boundary, the Bayan Har block is divided into two sub-blocks: the Ahba sub-block in the west and the Longmenshan sub-block in the east. The shortening and uplifting of the Longmenshan sub-block as a whole reflects that both the Longmenshan thrust and Longriba fault zone are subordinated to a back propagated nappe tectonic system that was formed during the southeastward motion of the Bayan Har block owing to intense resistance of the South China block. This nappe tectonic system has become a boundary tectonic type of an active block supporting crustal deformation along the eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau from late Cenozoic till now. The Longriba fault zone is just an active fault zone newly-generated in late Quaternary along this tectonic system.     

兴都库什及邻近区域空间应力场特征及其构造意义

兴都库什及邻近区域地处印度洋板块和欧亚板块碰撞带的西缘,是大陆内部中源地震最为活跃的区域,各种数据均显示出该区域有着十分特殊的现象.本文从地质构造、地震分布特征、震源机制解、应力场等方面进行初步分析.结果表明,不同的深度应力场方向表现各不相同,不同的区域震源机制特征各异,尤其是正断层性质地震在北东向表现出了线性展布.通过构造模拟认为该区域可能是在地壳的碰撞、推挤、俯冲作用下出现的褶皱,由于地层倒转嵌入,从而形成了多层位地震密集现象.同时在推挤、拖曳的过程中形成了一条深度约100 km以下的北东向的拉张性破裂.

     

羌塘盆地中部中上地壳三维密度和磁性结构及构造意义

羌塘盆地位于青藏高原中部,经历了多期复杂构造运动,是研究青藏高原演化的良好窗口.本文利用1 ∶ 20万重力和磁力数据,基于1 ∶ 50万地表地质信息约束,反演获得了羌塘盆地中部区域中上地壳的三维密度和磁性结构,揭示了南、北羌塘坳陷、班公湖—怒江缝合带、可可西里—金沙江缝合带和龙木错—双湖缝合带的密度和磁性特征.根据反演结果,认为：主要构造单元与密度和磁化率异常有良好的对应关系,下地壳和上地幔是羌塘盆地大范围低值重力异常的重要来源;可可西里—金沙江缝合带向下切割较深,引起磁异常的岩浆岩大量存在于中地壳;双湖至唐古拉山一线不存在贯穿羌塘盆地的“中央隆起带”;北羌塘广泛分布的火山岩主要存在于上地壳,来源可能是下地壳和上地幔的低密度岩浆岩体;印度板块俯冲的前缘可能影响到了羌塘盆地下方.