欧亚大陆东南缘弧-陆碰撞带现今地壳水平变形特征研究

在收集中国福建省、台湾省及菲律宾吕宋岛现有GPS观测成果的基础上,统一归算了欧亚大陆东南缘弧-陆碰撞带现今地壳水平运动速度场。针对该区域超过1 000 km的超长跨度,建立了基于椭球坐标的最小二乘配置模型,计算了弧-陆碰撞带GPS应变分布。结果显示,研究区域地壳变形在中国台湾岛最强,菲律宾吕宋次之,中国福建省最弱。菲律宾海板块在中国台湾岛东侧与欧亚大陆被动型大陆边缘的陆缘构造楔强烈碰撞,在台湾岛内通过中央山脉的隆起、逆冲推覆以及西南部地壳的构造逃逸等形式被剧烈消耗。中国台湾地壳变形特征与中国台湾东侧菲律宾海板块的构造形态变化密切相关,而菲律宾吕宋的地壳形变则以菲律宾大断裂及其分支构造的相对滑动为主。     

利用GPS位移和主应力方向观测资料进行川滇地区边界力的联合反演研究

在简要介绍了川滇地区的构造格局和构造运动特征的基础上，讨论了不同观测数据同时用于反演的合理性和物理意义，利用1998～2000年观测的9个测点位移数据和1986年以前所测的10个主应力方向数据，将边界力和相对权比λ作为待反演参数，并考虑了主要活动断裂运动特性，进行了弹性有限元数值反演计算。计算结果表明，现今川滇地区的构造活动主要力源仍来源于印度板块与欧亚大陆的碰撞，菲律宾海板块的挤压作用也不可忽略，这一结论说明了该地区现今构造运动的继承性活动特征。     

基于力学模式的大地测量反演理论及应用

本文的研究工作主要集中在大地测量反演的模型建立、求解方法及应用的相关问题的探讨.首先,在综合分析大地测量反演理论与应用现状的基础上,明确了大地测量反演的定义并对反演方法作了分类,提出了深化大地测量反演研究的若干观点. 根据有代表性的准则函数推演出大地测量反演参数可辨识条件,给出其适用范围;概括典型的大地测量力学模型,讨论了其反演参数可辨识性问题.尝试性地提出大地测量反演的模型辨识这样的一个新课题,并初步探讨了大地测量反演模型辨识的定义、原则和方法,基本描绘了现代大地测量反演研究的系统化、模型化和智能化的架构. 探讨了适合于大地测量反演区域变形的位移数据处理方案:①基于相似变换的"特定基准"确定;②基于一种线性模型的"异常位移"定位;③局部构造有限元的处理.方案体现了一种用"拟准检定法"进行"异常位移"定位的新思想.研究了正法反演结果的几种定性检验方案和统计假设检验定量检验方法,引入一种基于概率距离的定量评价新方法. 比较了约束和非约束的各种局部最优化方法(如单纯形法、模式搜索法、鲍威尔法、变量轮换法、混合罚函数法、复合形法等)和全局搜索算法(如蒙特卡罗、遗传算法),通过反演试验,探讨了不同最优化算法在大地测量反演中的有效性.探索了遗传算法在大地测量反演应用研究中的参数设置和算法的实施步骤,反演实例得到了较好的结果. 初步研究了利用包括大地测量位移在内的2种以上的观测物理量进行联合反演的模型和实施步骤,特别提出在联合反演中引入相对权比,并将它作为待反演参数,同其他反演参数一同反演求解的理论和方法.模拟算例结果显示出这种方法具有优越性和合理性. 在阐述了中国大陆及邻域板块边界构造作用力和构造应力场反演研究现状的基础上,本文利用自己开发编制的大地测量反演程序和中国地壳观测网络GPS观测资料和主应力方向数据进行了中国大陆及邻域边界力位移反演和川滇地区边界力的联合反演研究.反演结果表明:①形成现今中国大陆内部位移场和构造应力场的主要力源仍是来自印度板块和欧亚板块的陆-陆碰撞;②太平洋板块和菲律宾海板块作用力虽然比印度板块作用力小,但仍是影响中国大陆东部的重要因素;③日本海弧后盆地现在继续着引张活动,这可能与洋壳后撤所形成的对大陆的拖曳有关;④来自北部的力承载着中国大陆北向运动作用,表现出相当大的阻力;⑤嫩江断裂和西拉木伦河断裂等似有活动迹象,活动方式不能确定;⑥南北构造带在现今构造运动中起着明显的削减作用.     

环渤海及营口-潍坊断裂带位移场演化特征

针对渤海周边地区及营口-潍坊断裂带,收集并统一处理该地区1999年以来的GPS数据,依据最新的观测成果跟踪该区域地壳运动的动态变化;采用块体运动方程计算营口-潍坊断裂带的活动速率,并分析该断裂带的活动性质。结果表明,1999-2010年营口-潍坊断裂带为右旋,2011-2013年为左旋,日本3·11地震使北北东向营口-潍坊断裂带改变了走滑活动性质,反映了3·11地震使华北东部区域应力场有明显地变化,也表明华北地区的构造活动受印度-欧亚碰撞带和太平洋-欧亚板块俯冲带的活动程度制约。日本3·11大地震使本区拉张显著,应变能有一定卸载性变化。本文的研究结果对于理解营潍断裂带地震活动性与规律及区域动力学状况具有一定的参考价值。     

渭河盆地现今地壳水平形变特征及区域构造活动性

根据渭河盆地地质构造的特点,建立了二维有限元模型,并基于渭河盆地2001~2007年GPS观测成果,数值模拟获得了渭河盆地现今地壳应力应变场特征,结合区域近期地震活动性特点,探讨了地壳形变特征与地震活动性的关系。结果表明,渭河盆地现今构造应力场仍以NNW-SSE向拉张应力为主;盆地最大剪应变率高值区与盆地现代小地震条带有很好的空间对应关系;泾阳-咸阳-西安-临潼-三原地区属于渭河盆地内地壳薄弱带,易于盆地伸展和地震孕育。     

利用卫星重力数据计算地幔对流应力场

针对我国东南边缘及其邻近区域地幔对流应力场分布形态与地表构造活动特征的相关性问题,提出利用Runcorn模型及高阶卫星重力球谐系数计算欧亚板块与菲律宾板块复合接触带及其邻近区域的地幔对流应力场。结果显示,地幔对流应力矢量特征与地震应力场分布具有较好的一致性。在两大板块的接触部位均出现了显著的应力增强与汇聚趋势,同时在琉球海沟的弧后扩张带上出现的较强的地幔对流应力发散带。而在各板块相对稳定的内部区域存在微弱的地幔发散流。通过计算和分析得出,该区域下地壳小尺度的地幔对流可能是控制这一区域型构造过程的重要因素之一。     

秦岭世界地质公园

位于秦岭中段,距离西安市仅25公里,总面积1074．85平方公里,主要地质遗迹分布面积为890平方公里,分为骊山裂谷地垒构造园区、玉山岛弧型花岗岩峰岭地貌园区、翠华山山崩地貌园区、冰晶顶韧性剪切带与构造混合岩化园区、南太白板块碰撞缝合带与第四纪冰川园区等五个各具特色主题的园区。公园内最具特色的地质遗迹为造山带地质遗迹和第四纪地质遗迹,如山崩、第四纪古冰川遗迹等。     

结合现代大地测量成果探讨中国东部构造运动的力源问题

对中国东部所处的构造环境进行了分析和研究 ,结合现代大地测量成果 ,指出中国东部地壳运动主要是受陆陆碰撞 ,大洋板块俯冲及由二者引起的地幔对流三种主要因素控制 ,其中以印度板块与欧亚大陆的碰撞和菲律宾海板块向欧亚大陆的俯冲对中国东部的水平地壳运动及地幔对流对中国东部地壳垂直运动的影响占主导地位。在水平方向上 ,中国东部地壳的主应力方向为近东西向的压应力 ,但总体上是向东推移的。在垂直方向上 ,表现为南部隆升 ,北部沉陷。     

球多面函数的福建地区水平形变特征分析

针对福建省东南沿海GNSS观测较少,缺乏对其地壳水平形变特征研究的问题,提出了在球坐标系下构建多面函数模型,并以此建立了福建省东南沿海地壳水平形变场。分析了现今我国大陆东南缘海西地区地壳运动基本趋势以及福建区域块体内部相对变形特征。实验结果表明,该区域的地壳形变驱主要受到菲律宾海板块与印度板块的联合作用。区域块体刚性运动特征明显,相对运动差异较小。区内分布的一组NE和NW向断裂共同控制了该地区的第四纪地形地貌演变与构造活动。     

中国西部现今地壳形变与地震活动特征

以1999-2004年间中国西部地区近650个GPS站点的观测资料为基础,采用二维“高张力样条”函数内插算法获得了连续地壳形变场。结果表明,相对于稳定欧亚参考框架,中国西部现今地壳运动西强东弱,北向运动从西向东逐渐减弱,东向运动逐渐增强,青藏高原东缘及附近地区是东向运动的消减区带;主应变从西向东由压缩应变转变为拉伸应变;最大剪应变主要位于喜马拉雅地块及其东部地区;中国西部地区地震活动在空间分布上似乎集中发生在印度板块北东向挤压欧亚板块的两条共扼带内,与地壳形变场有一定对应关系,地壳形变的高应变率区为中强地震多发地带。