川滇地区下地壳流动对上地壳运动变形影响的数值模拟

根据活动断裂分布和区域流变结构建立川滇地区三维有限元模型, 采用上地壳为弹性介质,下地壳和上地幔为Maxwell体的粘弹性模型,模拟川滇地区地壳现今运动和应力分布,探讨川滇地区地壳运动变形的动力学机制. 通过4种不同边界条件和深度分层结构有限元模型的计算结果的对比,认为川滇地区绕喜玛拉雅东构造结顺时针旋转的地壳运动模式主要受川滇地区特殊的边界动力作用控制,川滇菱形块体下地壳流动对上地壳的拖曳作用亦不容忽视. 同时,川滇地区各块体的现今地壳运动场和应力场还受到区域主要活动断裂带的影响, 呈现分块特征.      

川滇地区速度结构的区域地震波形反演研究

利用云南数字地震台网的区域地震波形资料,对川滇地区的地壳上地幔速度结构进行了初步研究. 结果表明,川滇地区上地幔顶部P波速度较小,约78 km/s,P波速度在上地幔表现为较小的正速度梯度,S波在100～160 km深度范围内表现为弱低速层. 对于较短的观测路径,不同路径的平均P波和S波速度存在明显的横向变化. 与川滇菱形块体内部的速度结构不同,在块体边界附近可以观测到比较明显的上地壳低速层,我们认为它可能与块体边界的断裂带有关;川滇菱形块体内部存在的下地壳低速层,有利于块体向南滑动,而中上地壳没有明显低速结构,可能表明川滇菱形块体向南滑动的解耦深度至少在下地壳. 根据不同路径的反演结果,给出了云南中部地区地壳内部的平均速度结构.     

利用GPS技术监测青藏高原地壳运动的初步结果

利用青藏地区的两期GPS复测资料,精密测定了拉萨-温泉等7条基线矢量的年变化率,首先获得了该地区现今大尺度地壳水平运动的实测结果.这些实测结果为青藏高原地壳运动的一些重要的地质、地球物理的推断,如青藏高原各块体在印度板块向北挤压作用下,地壳水平运动自南向北逐渐衰减,川滇菱形块体向南走滑等初步提供了直接观测的证据.     

基于Love波相速度反演南北地震带地壳上地幔结构

收集了南北地震带区域地震台网中292个地震台站2008年1月至2011年3月期间的地震波形数据,由频时分析方法提取了Love波相速度频散曲线,经过反演得到了研究区内的Love波相速度分布.根据Love波纯路径频散,采用线性反演方法对0.25°×0.25°的网格点进行了一维S波速度结构反演,利用线性插值获取了南北地震带地区的三维S波速度结构.结果显示了松潘—甘孜地体和川滇菱形块体地区的下地壳具有明显的S波低速层分布,该异常分布特征支持解释青藏高原隆升及其地壳物质运移的下地壳流模型.在100至120km深度上,川滇菱形块体西北部呈现较强的S波高速异常,这可能是印度岩石圈板块沿喜马拉雅东构造结下插至该区域所致,该区域下地壳的低速软弱物质与上地幔的高速强硬物质形成了鲜明对比,暗示了地壳和上地幔可能具有不同的构造运动和变形方式,这为该区域的壳幔动力学解耦提供了条件.     

川滇地区活动地块现今地壳形变特征

位于青藏高原东南缘的川滇菱形块体的地壳运动主要以鲜水河、安宁河、则木河、小江、红河、澜沧江、龙门山等深大断裂的强烈构造活动为特征,新生代以来受青藏高原物质向东侧流动及阿萨姆顶点楔入的作用,使该地区构造活动复杂,地震活动强烈而频繁,是研究地壳形变与地震的有利地区之一.但由于形变观测资料时空分布的制约,以前很多学者对川滇地区活动断裂的GPS形变研究主要以大尺度为主,主要反映川滇块体的整体运动特征,而对于利用GPS研究各个块体间的相互作用及其对边界带的活动构造的作用缺少深入的分析,本文正是基于1998～2002年间该地区200多GPS点位的三期GPS复测资料(网络工程和973项目),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和地震危险性.结果表明川滇地区活动块体的运动有以下特点:     

大凉山次级块体及邻区震源机制解与区域应力场特征分析

基于Cut-And-Paste(CAP)全波形拟合反演震源机制解方法和阻尼线性逆推法(DRSSI),采用分区域选取地壳速度模型的形式,计算得到大凉山次级块体及邻区(101.5°~104.5°E,26.5°~30.5°N)震源机制解和区域应力场。结合构造地质、GPS观测数据等已有研究资料综合分析认为,大凉山次级块体及邻区震源机制解主要以走滑和逆冲机制为主,其空间分布特征与地质构造活动性质较吻合;区域应力场方向与GPS速度场运动方向基本一致,优势方向为NW-SE和NWW-SEE向,整个区域主要以走滑和逆冲性质为应力特征。震源机制解和区域应力空间分布特征表明大凉山次级块体在川滇块体、巴颜喀拉块体和华南块体三者联合作用的影响下形成了现今的应力格局,川滇块体相对向SE滑移以及青藏高原物质的E、SE向逃逸为大凉山次级块体及其周围地区强烈变形及大尺度位移的主要动力来源。     

由震源机制解资料研究川滇地区构造应力场

利用1978 ～2009年川滇地区的124个地震震源机制解资料,采用对震源机制参数统计的方法,详细分析了地震断层类型和川滇地区的现代构造应力场特征.结果表明,云南地区(21°～28°N,97°～108.8°E)主要受近N-S向的水平挤压力影响,区域应力场背景以水平作用力为主;四川地区(28°～34.5°N,97°～108.8°E)由于平均P,T轴的仰角接近水平,构造应力场接近水平,主要受近E-W向挤压力作用,断层面较陡,受水平剪切力作用.川滇地区走滑型地震较多,主要分布于云南地区,四川地区内发生的地震类型较为分散且每种类型都有.     

川滇地区地壳水平运动与变形场的演化特征及其机制讨论

通过对川滇地区近年来的GPS资料的处理和分析,确定以1999~2004年的3期资料为基础获取相对于区域无旋转基准的背景性运动场,并以此为基本约束,利用2005年和2007年的资料分别获取不同时段的偏离位移场.综合运动场与位移场结果并借助连续应变模型分析了水平形变场的主要特征,得到如下结果:川滇菱形块体的东边界带是该区的主要形变带,菱形块体及以西的地域表现为明显的顺时针旋转形变运动.2004年12月26日印尼苏门答腊巨震的同震影响波及到川滇地区,导致该区中、南部产生SSW向偏离位移,北部产生NW向偏离位移,对汶川地震的发生可能有正影响作用.     

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.     

青藏高原及周边区域地表长期变形数值模拟

印度板块向欧亚板块俯冲挤压,不仅令青藏高原上地壳在挤压作用下发生弹性变形和运动,且青藏高原高温高压下的下地壳会发生柔性流动,并对脆性的上地壳有拖曳作用,这2种作用一起形成现今的高原运动变形场。这一动力学过程已得到GPS观测资料的证实。因此在二维平面问题中仅用上地壳在边界作用下的弹性变形解释是不够的,还要考虑柔性下地壳流动对上地壳的拖曳作用。但是拖曳力作用的大小和方向不易确定,故文中建立了二维平面弹性有限元模型,利用加载等效体力来模拟下地壳流动对上地壳产生的拖曳力。以高原内部的GPS观测资料为约束,利用试错法反演出模型中关键点的力,其他位置上的力则用关键点上的力进行双线性插值计算。以此来反演计算出模型区域内的柔性下地壳的差异性流动对脆性上地壳产生的拖曳力(节点力的形式,单位:N)的大小和范围,在86°~100°E,26°~32°N地区主要以SE向为主,最大达到108N;西部局部(31°~36°N,76°~80°E)地区有较弱的W向拖曳力,最大为107N。文中为深入研究青藏高原及周边区域的长期地表变形动力学机制提供了1个新的思路。     

云南地区地壳中上部横波速度结构研究

根据云南地区的基阶瑞利波相速度频散资料，用面波层析成像方法反演得到该区域中上地壳S波速度结构. 给出了研究区域内在4个深度上的S波速度水平分布图像和沿100.5°E、24°N、25°N、26°N及27°N的S波速度-深度剖面图. 结果表明：在小江断裂与红河断裂围成的川滇菱形块体内，26～30km深度处的速度明显低于周边地区，其南段从地表到15km深度均为明显的低速区域. 云南地区的强震（M＞6.0）震中位置与S波速度分布图像具有明显的相关性，主要分布于高速与低速的过渡区域.     

川滇菱形块体主要边界运动模型的GPS数据反演分析

利用川滇地区1991-1999年的高精度GPS观测处理结果,采用稳健 - 贝叶斯最小二乘算法与多断裂位错模型,分析研究了川滇菱形块体主要边界运动的定量模型.反演分析表明:川西鲜水河断裂带和安宁河断裂带的左旋走滑运动速率约30mm/a,倾滑运动(逆断层)速率分别约9-11mm/a;滇西红河断裂带、程海断裂带、鹤庆 - 洱源断裂带的走滑运动(分别为右旋、左旋、左旋)速率分别约、11、13mm/a,倾滑运动(正断层)速率分别约16、24、16mm/a;如将其视为弹性应力应变积累,则各断层每年有相当于6级左右的地震能量积累.依据上述反演结果,模拟了区域主要断层运动引起的水平位移、应变速率场图像,显示了边界断裂及其之间的相互作用.     

THE THREE DIMENSIONAL DENSITY STRUCTURE OF CRUST AND UPPER MANTLE IN THE CENTRAL-SOUTHERN PART OF LONGMENSHAN

In recent years, strong earthquakes of M_S8.0 Wenchuan and M_S7.0 Lushan occurred in the central-southern part of Longmenshan fault zone. The distance between the two earthquakes is less than 80 kilometers. So if we can obtain the inner structure of the crust and upper mantle, it will benefit us to understand the mechanism of the two earthquakes. Based on the high resolution dataset of Bouguer gravity anomaly data and the initial model constrained by three-dimensional tomography results of P-wave velocity in Sichuan-Yunnan region, with the help of the preconditioned conjugate gradient(PCG)inversion method, we established the three dimensional density structure model of the crust and upper mantle of the central-southern segment of Longmenshan, the spatial interval of which is 10 kilometers along the horizontal direction and 5 kilometers along the depth which is limited to 0~65km, respectively. This model also provides a new geophysical model for studying the crustal structure of western Sichuan plateau and Sichuan Basin. The results show obvious differences in the crustal density structure on both sides(Songpan-Ganzê block and Sichuan Basin)of Longmenshan fault zone which is a boundary fault and controls the inner crustal structure. In Sichuan Basin, the sedimentary layer is represented as low density structure which is about 10km thick. In contrast, the upper crust of Songpan-Ganzê block shows a thinner sedimentary layer and higher density structure where bedrock is exposed. Furthermore, there is a wide scale low density layer in the middle crust of the Songpan-Ganzê block. Based on this, we inferred that the medium intensity of the Songpan-Ganzê block is significantly lower than that of Sichuan Basin. As a result, the eastward movement of material of the Qinghai-Tibet plateau, blocked by the Sichuan Basin, is inevitably impacted, resulting in compressional deformation and uplift, forming the Longmenshan thrust-nappe tectonic belt at the same time. The result also presents that the crustal structure has a distinct segmental feature along the Longmenshan fault zone, which is characterized by obviously discontinuous changes in crustal density. Moreover, a lot of high- and low-density structures appear around the epicenters of Wenchuan and Lushan earthquakes. Combining with the projection of the precise locating earthquake results, it is found that Longmenshan fault zone in the upper crust shows obvious segmentation, both Wenchuan and Lushan earthquake occurred in the high density side of the density gradient zone. Wenchuan earthquake and its aftershocks are mainly distributed in the west of central Longmenshan fault zone. In the south of Maoxian-Beichuan, its aftershocks occurred in high density area and the majority of them are thrust earthquake. In the north of Maoxian-Beichuan, its aftershocks occurred in the low density area and the majority of them are strike-slip earthquake. The Lushan earthquake and its aftershocks are concentrated near the gradient zone of crustal density and tend to the side of the high density zone. The aftershocks of Lushan earthquake ended at the edge of low-density zone which is in EW direction in the north Baoxing. The leading edge of Sichuan Basin, which has high density in the lower crust, expands toward the Qinghai-Tibet Plateau with the increase of depth, and is close to the west of the Longmenshan fault zone at the top of upper mantle. Our results show that there are a lot of low density bodies in the middle and lower crust of Songpan-Ganzê Block. With the increase of the depth, the low density bodies are moving to the south and its direction changed. This phenomenon shows that the depth and surface structure of Songpan-Ganzê Block are not consistent, suggesting that the crust and upper mantle are decoupled. Although a certain scale of low-density bodies are distributed in the middle and lower crust of Songpan-Ganzê, their connectivity is poor. There are some low-density anomalies in the floor plan. It is hard to give clear evidence to prove whether the lower crust flow exists.     

利用接收函数方法研究四川地区地壳结构

采用接收函数反演和共转换点(CCP)偏移叠加成像方法, 利用四川数字地震台网宽频带的52个区域固定地震台站和布设的两条52个宽频带流动地震观测台站的远震地震波形数据资料, 对四川地区地壳结构进行研究。 结果表明, 四川地区的Moho面深度在青藏高原和四川盆地差异明显, 在川西高原地区地壳厚度为52~68 km, 在川滇地块地壳厚度为50~60 km, 在中地壳内存在不连续的低速层分布; 而在四川盆地地壳厚度为38~45 km, 地壳内没有低速层存在。 Moho面深度从川西高原的60多公里至四川盆地的约40 km, 在二者的交界处龙门山断裂带下面, 存在厚度约30 km左右宽的下降过渡带, 说明其下的Moho面可能受断层影响, 结构比较复杂; 在高原地区的上地壳界面和下地壳上界面比四川盆地的相应界面深; 高原地区在中地壳的上部有不连续的低速层分布, 在松潘—甘孜地块的上地壳下部存在向南东运动的脆性推覆体, 在羌塘—理塘地块的上地壳下部存在向南东和南运动的脆性物质流动。     

云南地壳和上地幔的岩石学结构

通过对地表出露变质岩、深部地震测深资料和高温高压岩石波速测试资料的综合分析 ,研究了云南地壳和上地幔岩石组成。结果表明 ,云南上、中、下地壳分别由绿片岩相 (顶部为沉积层 )、角闪岩相和麻粒岩相变质岩组成或分别由与之相当的花岗岩类、闪长岩类、辉长岩类组成 ,部分地区地壳底部有镁铁质榴辉岩存在。上地幔由橄榄岩组成 ,部分地区 (兰坪思茅坳陷和滇中坳陷 )壳幔过渡带可能由镁铁质榴辉岩和橄榄岩组成     

云南地区上地幔各向异性研究

对云南23个数字地震台11次地震的SKS记录，采用理论切向分量与实测切向分量拟合的方法，确定了快S波的偏振方向和快、慢波之间的时间延迟．结果表明，除鹤庆台外，在各台都观测到了S波分裂现象；云南地区的快方向总体特征是北北东向，时间延迟变化范围为0.5～2.0ｓ．在地质构造复杂地区断层对分析的影响很大．分析表明，作为青藏高原与华南块体之间的过渡带，云南地区的S波快方向反映了印度板块向欧亚板块俯冲是该地区地球动力学的基本背景，而由于青藏高原隆起造成的康滇菱形块体的南东-南南东向运动是造成复杂构造、应力环境的重要因素．快方向与上地幔运动的方向存在差异，说明在云南地区低速层或者软流层的运动与地壳块体的运动之间存在着复杂的耦合作用，构造驱动力如同向北东方向张开的手掌．从时间延迟出发，推断各向异性层的厚度为60～225ｋｍ．其变化范围与低速层埋深的变化范围（104～260ｋｍ）相当，认为各向异性层顶面可能在地壳底部，也可能在低速层，且在不同地点是不相同的，这与云南及周边地区莫霍面变化剧烈有因果关系．进一步推断出上地幔的各向异性主要存在于岩石圈而不是整个上地幔．      

青藏高原东南缘的地壳结构与动力学模式研究综述

青藏高原东南缘的川滇地区壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题之一,多年来一直受到各国地球科学家的高度关注.青藏高原演变的"下地壳流模型"模拟得到的地表速度和变形场与GPS观测具有很好的一致性,该模型在当前国际地学界很流行,因而寻找下地壳流存在与否的证据,是深部地球物理学必须面对的一个科学问题.本文综合了川滇地区GPS观测、震源机制解和Pms相分裂的结果,旨在探讨川滇地区地壳演变模式的合理性;另外,从层析成像、接收函数反演和大地电磁测深结果分析,认为川滇地壳内存在大范围的低速层,但分布的几何形态较复杂.在云南地区,这一壳内低速区似乎被小江断裂和金沙江—红河断裂限制在特定的区域内.     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

利用地震面波频散重建川滇地区壳幔S波速度

利用适配滤波频时分析技术分析覆盖川滇地区的长周期面波记录,计算了周期10~100 s内的面波群速度频散,对研究区进行划分尺度大小1.5°×1.5°分格后,采用射线追踪方法求取各分段射线的长度和时间,得到各个格子的纯路径频散.继而采用阻尼最小二乘法求解,反演得到该研究区壳幔S波速度分布.研究结果表明,川滇地区表现出地壳增厚和缩短,在地壳和上地幔顶部,川滇菱形块体内部与其外部相比,虽然存在局部速度负异常,总体上呈相对高速,其周边的走滑断裂带呈现深至上地幔顶部的负速度异常,这有助于地壳块体沿断裂的侧向挤出;此外,云南西部和四川西部壳内和上地幔高导层的存在被认为是与部分熔融的物质或与滑脱构造相关联;从纬向剖面和经向剖面可以得到四川盆地莫霍面平均深度大约为45 km,云南地区莫霍面深度南北方向不一致,云南地区最北端深度达到49 km,南端莫霍面深度大约为36 km,这说明不同构造块体在构造运动过程中受到影响的程度不同.