青藏高原东缘现今三维地壳运动特征研究

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"、"中国构造环境观测网络"和相关项目1999—2011年GPS区域站观测资料,获得了青藏高原东缘地区现今地壳水平运动速度场图像;结合地质构造动力环境和区内发生的特大地震事件,初步分析了GPS观测反映的水平运动空间分布的分区差异性和时间变化的阶段性;进而与本研究区1970s—2011年水准测量获得的垂直运动背景场进行综合对比,进一步研究和探讨了区域现今三维地壳运动的时空分布特征及其机理.结果认为:①青藏高原东缘不同构造地带水平运动强度和方式的差异,受控于青藏高原向北挤压、向东挤出和绕东构造结旋转作用;而运动状态随时间变化的阶段性(尤其是汶川地震发震断裂及其相关构造地带)与特大地震的孕育、发生有关.②现今三维地壳运动呈现的高原山地挤压缩短隆升、盆地伸展下沉的山、盆构造活动分异与构造动力环境和深部物质活动有关,反映了新构造活动的继承性.③龙门山汶川发震地段长期受压、闭锁积累的应变能经Ms8.0特大地震集中释放之后处于松弛调整运动状态,但与之相关联的构造部位以及外围的西秦岭、川滇菱形块体东边界等构造地带应变积累仍在持续.     

青藏高原东缘地壳密度结构及其地球动力学意义

青藏高原东缘是高原物质向E及SE扩展的重要通道,掌握青藏高原东缘的地壳密度结构对研究青藏高原的隆升、变形机制具有重要意义。文中在前人研究成果的基础上,选取了地面实测的9条交叉的重力测线数据,以深地震反射剖面为约束,采用人机交互模式反演得到了青藏高原东缘地下的二维密度结构,并通过克里金插值法获取了三维密度结果。反演结果表明,青藏高原东缘地区具有巨厚的地壳,莫霍面埋深最深约为61km,而四川盆地的莫霍面埋深约为42km,以龙门山-安宁河-小金河断裂为界,两侧形成了莫霍面深度变化梯度带;从反演得到的沉积层厚度来看,沉积层在青藏高原东缘几个块体内呈现中心普遍厚度较大、边缘厚度较薄的特点。结合该地区的地震空间分布特征分析,青藏高原东缘的莫霍面和沉积层厚度分布与该地区的地震分布均具有很强的相关性,这对未来地震预测也具有重要的参考价值。     

基于卫星重力的青藏高原东缘多尺度时变重力场研究

利用经过去相关滤波处理的GRACE时变重力场模型获得了青藏高原东缘2003—2012年的卫星年重力变化图像,并针对该区域近年发生的三次特大地震,结合震前及震后月重力场变化图像,分析与强震有关的卫星重力场变化特征。从区域年重力变化图像可以看出,三次大震均发生在年重力变化较低的时段内,震前小幅值变化可能是地震发生的中短期前兆;从汶川地震和玉树地震发生前后的月重力场变化图像可以发现,发震前后断层附近的重力变化模式发生变化,这可能印证了震后位场变化恢复理论;从汶川地震前后的龙门山断层附近点上的周重力变化趋势可以明显发现,汶川地震发生（第20周）后近9周的时间,断层东西侧呈现了相反的重力变化特征,这可能是对震后壳幔物质调整过程的反映。     

青藏高原东缘地壳、上地幔电性结构探测及其构造意义

利用大地电磁测深(简称MT)方法对青藏高原东缘地区进行了地壳、上地幔电性结构探测研究,得到了该区具有特殊的电性结构特征,探测结果清晰揭示出:(i)鲜水河断裂带是一条规模巨大的岩石圈断裂,它是川滇菱形块体的重要边界断裂;(ii)测区为强震多发区,断裂两侧块体介质的差异是强震活动带重要的深部背景;(iii)川滇菱形块体北部地区十几公里下,发现存在大规模低阻体,电阻率仅为几～几十欧姆·米,该层约以45°角向北东下延,与青藏高原侧向挤出,物质向东流变,受刚性块体阻挡有关。从深部介质电性特征,推断现今川滇菱形块体北部处在热状态,是近代很活动的块体之一;(iV)测区内岩石圈厚度由西段(川滇北部块体)逐渐向东(扬子块体)增厚。     

青藏高原东缘深部速度结构远震层析成像

本文利用FMTOMO层析成像软件以及远震P波走时数据,获得青藏高原东缘地区300km深度范围内的P波速度结构,得到以下结果: ①在60~140km深度范围内,102°E~104°E、29°N~31°N,四川盆地西南部存在一个相对低速区域;②在60~140km深度范围内,沿着龙门山断裂带,在龙门山断裂带的西北侧区域出现相对高速的现象;③在190~290km深度范围内,青藏高原东缘西南区域存在着高速现象,龙门山断裂带、安宁河断裂带不再是高低速区域的分界带。     

利用GPS观测研究新疆伽师地区的水平变形特征

推导了利用位移场计算主应变、面膨胀、最大剪应变的公式，通过1998—2000年间的两次重复GPS观测结果，计算了新疆伽师强震活动区在1998～2000年间的水平主应变、面膨胀、最大剪应变等水平变形特征量的分布，分析了2003年发生在该地区的Ms6．8级地震与GPS观测计算的变形场特征量之间的分布关系。并从力学理论的角度对该地区的地质构造运动、局部形变特征与地震活动的关系进行了讨论，得出了一些有意义的结论和认识。     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

青藏高原东缘重力观测及对芦山M7.0地震的反映

介绍了青藏高原东缘地区相对重力与绝对重力的观测情况,系统分析了该区域2010以来的区域重力场变化及其与2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生的关系。结果表明:(1)芦山7.0级地震前青藏高原东缘重力变化剧烈,芦山地震发生在沿龙门山断裂带南段的重力变化高梯度带的转弯部位;(2)芦山地震距2008年汶川地震不到100km,芦山震中及汶川地震震中均处于重力变化四象限中心,表明汶川地震震后恢复调整变化对芦山地震具有促进作用;(3)基于流动重力异常变化在芦山7.0级地震前做过一定程度的中期预测,尤其是地点预测。     

青藏高原东北缘合作—大井剖面地壳电性结构研究

青藏高原东北缘合作—大井剖面的大地电磁探测结果表明,该区域的电性结构呈明显的纵向分层、横向分块的特点,中下地壳普遍存在高导层.青藏高原东北缘西秦岭北缘断裂带、北祁连南缘断裂带、北祁连北缘断裂带(海原断裂带)及龙首山南缘断裂带等区域性断裂带在电性结构模型中均表现为电性梯度带或低阻异常带.电性结构的横向分区与构造上的地块划分有明显的一致性,各个地块的电性结构存在明显差异.西秦岭北缘断裂带作是一个大型的板块边界,但板块结合带附近没有明显逆冲或俯冲痕迹,可能主要以左旋走滑为主.北祁连地块向北仰冲与阿拉善地块向南俯冲边界可能不是海原断裂带,而是龙首山南缘断裂带.西秦岭造山带内的壳内高导层与青藏高原内部存在的高导层具有可对比性,可能是由于部分熔融与含盐水流体共同作用的结果.中祁连地块内的高导层可能是含盐水流体引起的.而北祁连与河西走廊过渡带内的高导层则可能是板块俯冲或仰冲的构造运动痕迹,也可能是由含盐水流体引起的.     

青藏高原东北缘地壳地震各向异性研究进展

青藏高原东北缘是青藏块体与华北块体的接触前缘部位,是研究青藏高原隆升扩张和深部动力学问题的重要区域。本文收集了青藏高原东北缘及其邻区由不同方法和不同资料获得的地壳地震各向异性结果,介绍了中上地壳和全地壳各向异性特征;结合区域地质构造、地表运动、构造应力和深部结构,分析了研究区域地壳各向异性的区域分布特征及其与地质构造的关系。结果表明,青藏高原东北缘地震各向异性存在明显的横向区域差异性,体现区域深部构造和地壳介质变形的复杂性;上地壳与全地壳的垂向差异性,反映出该区域可能存在各向异性分层现象。由于青藏高原隆升在其东北缘的伸展边界、物质运移及深部动力模式等尚处在探讨之中,结合多种数据并综合多种方法分析,有助于获得精细、准确的地震各向异性信息,为研究青藏高原隆升演化机制和深部动力模式提供有效的约束。     

Crustal structure of northeastern margin of the Tibetan Plateau by receiver function inversion

Using seismic data of about one year recorded by 18 broadband stations of ASCENT project,we obtained 2547 receiver functions in the northeastern Tibetan Plateau.The Moho depths under 14 stations were calculated by applying the H-κ domain search algorithm.The Moho depths under the stations with lower signal-noise ratio(SNR) were estimated by the time delay of the PS conversion.Results show that the Moho depth varies in a range of ~40–60 km.The Moho near the Haiyuan fault is vague,and its depth is larger than those on its two sides.In the Qinling-Qilian Block,the Moho becomes shallower gradually from west to east.To the east of 105°E,the average depth of the Moho is 45 km,whereas the west is 50 km or even deeper.Combining our results with surface wave research,we suggest a boundary between the Qinling and the Qilian Mountains at around 105°E.S wave velocities beneath 15 stations have been obtained through a linear inversion by using Crust2.0 as an initial model,and the crustal thickness that was derived by H-κ domain search algorithm was also taken into account.The results are very similar to the results of previous active source studies.The resulting figure indicates that low velocity layers developed in the middle and lower crust beneath the transition zone of the Tibet Block and western Qinling,which may be related to regional faults and deep earth dynamics.The velocity of the middle and lower crust increases from the Songpan Block to the northeastern margin of Tibetan Plateau.Based on the velocity of the crust,the distribution of the low velocity zone and the composition of the curst(Poisson's ratio),we infer that the crust thickening results from the crust shortening along the direction of compression.     

青藏高原东北缘背景噪声特征分析

采用2009年青藏高原东北缘55个数字化宽频带地震台站的垂直分量波形数据,计算了台站间噪声互相关函数,得到了Rayleigh经验格林函数。利用信噪比和归一化平均能量流的方法分析了青藏高原东北缘背景噪声源的方位分布和季节性变化特征。结果表明,5~10 s周期噪声源方位分布上较为稳定,不随季节变化,噪声源能量集中在105°~165°方向上,噪声源主要来自于太平洋。10~20 s周期噪声源季节性变化特征明显,夏季的噪声能量主要集中在165°~210°方向上,噪声源来自于印度洋海洋活动;冬季主要集中在300°~350°和165°~210°方向上,噪声能量主要来源于太平洋和北大西洋。     

汶川地震后青藏高原东北缘中等地震活动特征分析

汶川地震后青藏高原东北缘地区发生了多次M_L≥4.0地震,本文利用甘肃数字地震台网的资料,采用CAP方法计算得到了31次M_L≥4.0地震的震源机制解,并对结果进行分析与讨论。研究表明:受汶川地震的影响,青藏高原东北缘区域应力场的调整过程使得中等地震分区、丛集活动,地震类型表现出明显的区域特征。31次中等地震的最大主应力方位显示,祁连山地震带优势方向为NE向,甘东南地区近EW向,表明区域应力场呈现局部性的特征。     

利用双差走时成像研究青藏高原东缘地壳速度结构

青藏高原东缘断裂密布, 强震频发, 是研究高原侧向挤出及深部孕震环境的理想实验室.为了解龙门山次级块体及其西界龙日坝断裂带在青藏高原东缘隆升过程中的作用, 我们基于四川地震台网64个宽频带地震台在2008年1月至2015年12月期间记录的震级≥3.0地震事件波形, 利用双差层析成像方法揭示了四川盆地及青藏高原东缘的地壳速度结构.结果表明: 夹持于龙门山断裂带(LMSF)与龙日坝断裂带(LRBF)之间的龙门山次级块体, 相对东侧龙门山断裂带和四川盆地呈现明显的低速特征.结合该区域的低阻、低密度结构特征, 以及块体内部、特别是龙日坝断裂带现今地震活动缺乏, 我们推测这是因为该块体"相对较软", 不易脆性破裂产生地震, 在青藏高原东缘与扬子块体西缘强烈相互作用过程中, 该块体主要通过地壳缩短增厚和地表隆升吸收板块挤压造成的累积应变能.依据本文获得的速度等值线变化特征及已有地球物理剖面探测结果, 推测龙日坝断裂带为深部向南东倾斜且向下切入基底, 该断裂倾角较陡, 主要以走滑运动调节应变能, 而东侧龙门山断裂带倾角较缓, 表现为逆冲运动导致的地壳缩短是其调节应变能的主要形式.此外, 据本文多条速度剖面及已有电性剖面、重力异常的联合约束, 我们推测鲜水河、安宁河断裂带均以较大倾角向南东倾斜, 至少延伸至中下地壳.     

结合欧拉矢量的反演算法构建青藏高原东北缘地壳运动速度场模型

探讨地壳运动速度场模型的构建方法,提出结合欧拉矢量的维多样性动态权重粒子群算法构建地壳运动速度场模型。通过模拟算例验证该算法的稳定性和有效性,建立的速度场模型与线性权重粒子群算法和非线性权重粒子群算法的计算结果相比具有较高的精度,且收敛速度较快。利用青藏高原东北缘1999—2013年中国地壳运动观测网络观测到的GPS水平速率结果,在块体划分和模型辨识的基础上,建立青藏高原东北缘地壳运动速度场模型,并将其与最小二乘配置法的计算结果进行比较,结果表明改进的粒子群算法建立的地壳运动速度场模型具有较高的精度。     

青藏高原东南缘活动断裂的地震应变能释放系统研究

本文以青藏高原东南缘为研究区域,利用G-R震级能量经验公式和Benioff地震应变能释放曲线,对该区域内1500年以来的历史地震应变能释放进行了系统性的研究。文中给出了各断裂带和断块区的地震应变能释放周期表,及相应的地震危险性。分析发现研究区域地震应变能的释放具有东强西弱,南强北弱的特征,整体上各断层断块区的历史地震应变能释放符合准周期模式,某些断层和断块区上的地震周期具有某种程度上的同步现象。青藏高原东南缘现今处于大释放期中,地震的危险性不能忽视。局部结果显示,安宁河-则木河断裂带、小江断裂带的危险性很高,对于这些危险区要重点跟踪研究。今后仍需结合不同研究方法来提高地震危险性评估的可靠性。     

利用剪切波分裂研究青藏高原东北缘及东南缘上地幔各向异性

利用从IRIS上下载的青藏高原东北缘238个台站以及中国地震科学探测台阵喜马拉雅一期350个台站记录到的远震波形数据,通过采用剪切波分裂方法,获取各个台站下方各向异性分裂参数——快波偏振方向（φ）和分裂时差（δt）,从而得到青藏高原东北缘、东南缘上地幔的各向异性特征。研究结果表明,祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,快波方向为NNW-SSE,明显不同于GPS测量得到的近NE-SW的地表位移场方向,延迟时间平均~0.85 s;羌塘块体以及松潘-甘孜褶皱带的西部,快波方向呈现沿顺时针方向旋转的趋势,并且与GPS测量得到的地表位移场方向一致,延迟时间平均为~1.24 s;松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处,快波方向呈现无序分布,与GPS方向表现出不一致的分布,延迟时间平均~1.08 s;川滇块体北部,快波方向近似N-S方向,与GPS测量得到的地表位移场方向相同,平均延迟时间为~0.925 s;位于北纬26°以南的川滇块体南部,快波方向近E-W方向分布,明显不同于GPS地表位移场方向,平均延迟时间~1.065 s。综合分析推测,羌塘块体、松潘-甘孜褶皱带的西部以及川滇块体北部,地表形变和深部之间的变形是相互耦合的;祁连块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体北部,松潘-甘孜褶皱带东部、秦岭造山带与鄂尔多斯块体南部的交界处以及川滇块体南部,壳幔之间可能存在解耦现象。     

汶川地震震后短期青藏高原东北缘地壳变形特征成因讨论

2007—2009年时段GPS数据资料显示青藏高原东北缘地区地壳运动较前期(1999-2007年时段)发生明显变化.本文分别对汶川地震同震影响、震后粘弹性松弛影响和震后余滑影响进行了分析.结果表明,同震对该区域地壳变形特征的形成存在一定影响,而震后粘弹性松弛和余滑产生的影响均可忽略不计.分析认为,对于中国大陆这种多块体系统而言,现有的震后变形机制并不能充分解释震后短期某些区域地壳运动变形特征的形成,汶川地震震后短期青藏高原东北缘的地壳变形特征的形成可能主要与震后块体运动调整有关.