亚洲大陆主要活动块体的现今构造应力数值模拟

亚洲大陆晚新生代和现代构造变形以活动地块为主要特征,表现为在统一构造格局下不同地块间具有不同的运动方式和速度。为了研究这些具有不同运动学性质块体间的相互作用以及构造变形特征,基于亚洲大陆的总体构造格局构建了二维有限元模型。根据模拟结果,对比已知GPS数据、震源机制解以及地质调查数据等,定量分析了大陆内部主要活动地块构造应力场的分布特征,并探讨了影响亚洲大陆现今构造变形特征的主要因素。结果表明：在我国的西部陆块内,由于周边一系列近EW向弧形活动构造带的存在,导致其内部次级块体运动速率的衰减,从而进一步导致应力环境的变化,由青藏中部的挤压-拉张环境逐渐转变为塔里木、天山地区的完全挤压环境;在西伯利亚地块和印度板块的联合挤压作用下,华北地块上地壳的应力表现为较弱的挤压环境,而在该种应力环境下块体内部伸展构造的成因很可能与其深部的动力学环境有关;华南地块的运动方向与台湾造山带相反,从而形成一个秦岭-大别造山带以南的较强烈的挤压-拉张区;在印度-澳大利亚板块和菲律宾俯冲板块的联合挤压作用下,巽他地块作为华南地块和印支地块的逃逸窗口,表现出以婆罗洲、南海为中心近圆弧形的弱挤压区以及环绕挤压区外缘挤压-拉张区的应力分布特征。     

华北新构造：印欧碰撞远场效应与太平洋俯冲地幔上涌之间的相互作用

作为大陆内部典型的伸展断陷区和强震活动区,华北地区处于东部太平洋板块俯冲构造和西部印欧大陆碰撞构造的双重大地构造背景之下,其新构造运动相当复杂:西部沿鄂尔多斯地块周缘两个地堑盆地系引张伸展断陷作用、中部太行山块体的局部断陷和整体隆升、东部华北平原区和渤海湾海域区的区域沉降,南缘沿秦岭构造带的左旋走滑拉张活动,东缘沿郯庐断裂带的右旋挤压走滑活动。这些不同类型的断裂构造在晚新生代的阶段性活动,产生了复杂的构造地貌组合特征。综合研究发现,华北晚新生代经历了3期伸展断陷-挤压隆升演化阶段:新近纪晚期(10～2.5 Ma)、早中更新世和晚更新世以来。地壳引张应力方向或NW-SE、或NE-SW向;地块隆升导致湖盆的消亡,挤压应力方向为NE-SW至W-E向。研究认为,华北地区新构造受两个岩石圈构造过程的相互影响:印欧碰撞产生的远程效应和东部岩石圈地幔的上涌。一方面,青藏高原东北缘地块的持续推挤及其构造应力向东的传递导致鄂尔多斯地块反时针旋转和秦岭山地的向东挤出逃逸,这个挤出构造动力学统治了华北地区晚新生代的引张伸展、斜张走滑和挤压变形。尤其是,新近纪晚期强烈的NW-SE向地壳伸展变形与青藏东缘挤出造山作用同步(10～9 Ma至4.2 Ma);上新世末期(约2.5 Ma)、晚更新世早期(约200～70 ka)和晚更新世晚期—全新世(约20 ka以来)3次构造挤压事件与青藏高原东缘构造事件基本对应。另一方面,岩石圈地幔上涌主导了华北东部平原区的区域地壳沉降,同时伴随着早、中更新世的5期幔源火山活动。这两个岩石圈构造作用力此消彼长,深刻统治着华北地区新构造与现今活动构造以及地震构造。     

祁连造山带特征及其构造演化

祁连造山带的范围及构造单元经重新厘定和划分，其南界扩展至昆中断裂；解体了走廊过渡带；扩大了中祁连，相应缩小了南祁连范围；新划出乌兰大坂—拉脊山和柴达木周缘南北链状断陷带；确定北祁连属于柴达木—中祁连地块与阿拉善地块间的陆间裂谷。并运用断块学说对其多旋回构造演化作了分析，本区始生代—古生代属于塔里木—中朝地块南部大陆边缘断陷—焊接造山作用体制。中新生代，在古亚洲构造域、特提斯—喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域“品”字型动力体系作用下（尤以前二者为主），转化为陆内浅层断（拗）陷—逆掩叠覆造山作用体制。应力作用方式从早到晚由顺时针直扭向旋扭转化。二者既有继承又有新生。挽近时期，在印度地块挤压动力体制下卷入青藏高原陆内汇聚作用，产生大幅度断块隆升、盆地沉陷，造就了现今高原盆岭景观     

青藏高原东北缘牛首山-罗山断裂带新生代构造变形与演化

牛首山-罗山断裂带分隔了青藏高原东北缘和鄂尔多斯地块两大构造单元,是青藏高原东北缘最外缘的一条断裂带。通过断裂带内详细的构造变形测量,结合区域构造分析与筛分,获得新生代4期构造应力场。通过年代学的初步研究,提出牛首山-罗山断裂带新生代构造演化序列,即：始新世末-渐新世近N S向挤压逆冲变形、中新世晚期-上新世NWSE向挤压与左行走滑活动、上新世末-中更新世NNESSW向挤压与右行走滑活动、晚更新世以来近E W向挤压与伸展构造。其中强烈的构造变形起始于中新世晚期,表明青藏高原东北缘的边界扩展在中新世晚期已经到达该断裂带。研究结果表明,牛首山-罗山断裂带在不同阶段的构造演化过程与印度欧亚大陆碰撞及青藏高原隆升过程密切相关,同时记录了青藏高原东北缘向外侧扩展和鄂尔多斯地块新生代构造转换的构造过程。     

鄂尔多斯地块西南缘宁夏固原地区原位地应力测量结果及其成因

鄂尔多斯地块西南缘新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和活动特征。为了解鄂尔多斯地块西南缘地壳浅部地应力分布规律及断层稳定性,利用宁夏固原地区的水压致裂地应力测量数据,结合其他实测及震源机制解资料,分析了鄂尔多斯地块西南缘构造应力场特征。结果表明:①研究区2个钻孔的主应力关系整体表现为SHSvSh,水平应力起主导作用,属于走滑型应力状态,钻孔附近最大水平主应力方位平均为N59°W,与震源机制解获得的青藏高原东北缘主压应力方位有差异,推断鄂尔多斯地块西南缘现今NWW向走滑剪切应力环境的形成可能主要受到海原断裂带和六盘山断裂带的影响,应为局部构造和区域构造应力场共同作用的结果。②利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6～1.0,对研究区的现今地应力状态分析后发现,鄂尔多斯地块西南缘海原断裂带和六盘山断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。该研究成果为鄂尔多斯地块关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供了参考依据。     

从GPS水平矢量场对中国及全球地壳运动的新认识

利用中国GPS矢量场和IERS公布的全球矢量场,对中国及全球地壳水平运动的状态进行了从全球到局部不同空间尺度的构造运动的描述和理解,其要点如下：①GPS矢量场定量地显示了中蒙构造区是全球大陆内变动最强的地区;②中蒙构造区（或中蒙次板块）内部可分出三级各具特色的构造区块、条块和地块;③中蒙西部区块呈大"",3条边缘带都是地壳厚度陡变带,是结构性地震带,控制了全球大陆内 2／3以上的 8级地震;④中蒙东部构造区块是挤压型和伸展型大陆边缘最典型地区,GPS矢量场展现了现今向东的伸展蠕散运动;⑤中国西部2001年在昆仑山发生的 8．1级地震与西部从GPS矢量场算得的视应变场中高应变带相关;⑥全球GPS矢量场揭示 N／S半球之间存在明显的运动不协调带,该带（B带）直接表现为13条左列的走滑兼挤压断裂带,该带控制的强震活动与环太平洋俯冲带（A带）控制的地震自1897年以来交替活动已有七幕。讨论提出：①全球 4个构造系（环太平洋构造系、洋脊构造系、北半球大陆高原构造系和环赤道构造系）是否与地球的 N／S半球、0～180°半球的双重非对称有关？②全球GPS矢量场所描述的板块运动可否作为约束推算地幔三维运动的表层条件？     

探讨塔里木盆地巴楚断隆的正反转构造

巴楚断裂位于塔里木盆地中央隆起带西段,经历了古生代拉张断陷,中,新生代挤压隆升的正反转构造演化历史,早古生代,巴楚地区位于克拉通内坳陷的南翼,晚古生代,西段为－ＮＷ向的低隆,东段仍是阿瓦提凹陷的一部分;中生代形成断隆雏形,新生代形成现今西高东低,北高南低的前缘断块隆起,其主要构造反转期为第三纪,巴楚断隆的发育极大地受南到北两凹陷沉降的影响,其成因主要是由于板块碰撞和走滑断裂活动所形成的剪切挤压所致     

东亚构造块体运动模型及其推论

利用地震滑动矢量、转换断层走向和洋中脊扩张速率反演出太平洋、菲律宾、北美、鄂霍茨克、阿穆利亚、南中国和日本本州块体相邻板块间的相对欧拉矢量,该结果与利用最近20年内空间技术实测速度场、国际地球参考架ITRF2000速度场、中国地壳运动GPS监测网以及日本GPS地球观测网(GEONet)的速度场等建立东亚构造块体运动模型基本一致,反映东亚构造块体现今运动特征,基于模型分析东亚构造块体相对运动,进一步揭示东亚构造块体现今运动规律。     

西秦岭北缘武山—鸳鸯镇构造带磁组构特征

构造与磁组特征揭示出武山-鸳鸯镇构造带为一条复合性断裂带,变形样式表现为花状构造形态。野外及显微构造特征表明,先期韧性变形为右行剪切,发育于中、深构造层次;66个构造岩样品的磁化率椭球形态分析表明,其以平面和压扁应变为主,总体较高的磁化率各向异性度表现了构造带的强变形特征;磁化率椭球主轴方位显示NW和NEE走向两组磁面理的存在,暗示高应变剪切带在平面上可能以共轭或网格状形态出露,锐夹角分线近EW向;高角度磁面理及较为发育的低倾伏角磁线理暗示了沿构造带近EW向的走滑剪切,部分高倾伏角磁线理可能与构造带的挤压和(或)转换挤压相关,而相对集中的磁面理与相对分散的磁线理也表明了构造带的平面及压扁应变体制。强烈的右行转换挤压奠定了西秦岭北缘现今的反"S"型区域构造,表明碰撞造山过程中,西秦岭诸中、小块体一定程度的向西挤逸。中、新生代沿构造带继承性的发育以西秦岭北缘(渭河)断裂为中心的一系列正花状左行走滑构造,构成青藏高原东北边缘物质逃逸及应力释放与调整的重要边界。     

鄂尔多斯盆地东缘边界带构造样式及其区域构造意义

鄂尔多斯盆地东缘是一条燕山运动期形成的、复杂的构造——地貌边界带,由离石断裂和晋陕挠褶带组成。基于野外观察和构造测量资料,本文论述了该边界带分段特征及断裂构造样式,利用断层滑动矢量资料反演古构造应力方向,建立了侏罗纪—白垩纪构造应力场演化序列。结果表明,该边界带发育3类断裂构造样式:反冲断裂、上盘断坡褶皱和盖层滑脱。根据地表构造样式推断,该边界带构造组成了山西断隆深部由东向西扩展的断坪—断坡式拆离系统的前缘反冲构造或上盘断坡。沿边界带发育挤压破碎带和构造透镜体。断层运动学分析结果展示了多向挤压应力作用,挤压应力方向为W—E、NW—SE和NE—SW向。该边界带的分段构造样式和应力作用方向记录了晚侏罗世燕山运动时期华北地区陆内挤压变形特征,为研究燕山运动时期古太平洋板块向东亚大陆俯冲产生的远程效应和华北陆内构造变形动力学提供重要的构造地质学依据。     

鄂尔多斯盆地南部环形区成因与秦祁海槽间构造关系

近年来,鄂尔多斯盆地南部环形影像特征逐渐引起人们的关注。这个独立于鄂尔多斯盆地的环形整体特殊形状的成因各有说法。在野外地质考察的基础上,通过分析对比和探究各种相关资料,发现:鄂尔多斯盆地南部环形区和秦祁海槽在各大构造运动中都有密切联系,二者处于同一应力场;鄂尔多斯盆地南部环形区的主要成因为其与秦祁海槽等周围块体之间的相互作用,包括挤压、碰撞、旋转和磨蚀;鄂尔多斯盆地南部环形区受到古生代到新生代多次构造运动的影响,其中燕山运动和喜马拉雅运动对其抬升及形状的形成起主要作用。      

A traverse through the western Kunlun (Xinjiang,China): tentative geodynamic implications for the Paleozoic and Mesozoic

The northern part of the western Kunlun (southern margin of the Tarim basin) represents a Sinian rifted margin. To the south of this margin, the Sinian to Paleozoic Proto-Tethys Ocean formed. South-directed subduction of this ocean, beneath the continental southern Kunlun block during the Paleozoic, resulted in the collision between the northern and southern Kunlun blocks during the Devonian. The northern part of the Paleo-Tethys Ocean, located to the south of the southern Kunlun, was subducted to the north beneath the southern Kunlun during the Late Paleozoic to Early Mesozoic. This caused the formation of a subduction-accretion complex, including a sizeable accretionary wedge to the south of the southern Kunlun. A microcontinent (or oceanic plateau?), which we refer to as “Uygur terrane,” collided with the subduction complex during the Late Triassic. Both elements together represent the Kara-Kunlun. Final closure of the Paleo-Tethys Ocean took place during the Early Jurassic when the next southerly located continental block collided with the Kara-Kunlun area. From at least the Late Paleozoic to the Early Jurassic, the Tarim basin must be considered a back-arc region. The Kengxiwar lineament, which “connects” the Karakorum fault in the west and the Ruogiang-Xingxingxia/Altyn-Tagh fault zone in the east, shows signs of a polyphase strike-slip fault along which dextral and sinistral shearing occurred.     

鄂尔多斯盆地周边地带新构造演化及其区域动力学背景

系统研究了松辽盆地泰康地区青山口组沉积相类型及沉积特征.对其中青一段与青二、三段的沉积相平面分布与垂向演化规律做了较深入的探讨.青山口组主要发育湖泊相与三角洲相2种沉积相类型,湖泊相包括2种亚相与4种微相,三角洲相包括2种亚相和2种微相.青一段以深湖、半深湖相泥岩沉积为特征,青二、三段以浅湖相与三角洲相砂泥岩互层为特征.区内青山口组主要存在3种类型的储层砂体,分别为三角洲前缘河口坝砂体、三角洲前缘远砂坝砂体和浅湖砂体,其中浅湖砂体是最好的含油砂体,浅湖砂体发育的优势区也即浅湖沉积亚相发育区是区内最重要的油气富集区,是今后油气勘探的有利地区     

鄂尔多斯盆地石炭纪中央古隆起形成机制

将鄂尔多斯盆地简化为受南北挤压的等厚各向同性弹性薄板模型进行应力—应变场数值模拟,力图揭示鄂尔多斯地区石炭纪出现的细腰状中央古隆起的形成机制。模拟中Z轴方向应变(εz)正值区对应于盆地内部的隆起区,zε正等值线形态对应于隆起形态;单轴挤压条件下,εz正等值线总会呈现沿应力轴方向延伸的细腰状形态;点作用力产生的zε正等值线范围局限,而线作用力产生的εz正值区分布较广。模拟结果表明鄂尔多斯盆地石炭纪细腰状隆起是在南北边界受挤压条件下,应力—应变在盆地内部传递过程中所必然出现的结果,南北向点作用力比南北向线作用力产生的zε等值线形态更接近于鄂尔多斯盆地中央古隆起形态;点作用力可能代表了石炭纪微板块间的点碰撞或者弧—陆碰撞。     

鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系

采用β统计对汶川地震前后鄂尔多斯块体周缘地区的地震活动率进行了空间扫描分析,并采用JiChen的震源破裂模型计算了汶川地震产生的库仑破裂应力变化,以研究鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系。结果发现,鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的南东段与南缘渭河盆地的地震活动率在汶川地震后提高显著,其他区域的地震活动率没有明显提高,库仑破裂应力计算得到两个区域的应力变化范围分别为0.005～0.02 MPa和0.001～0.01 MPa,表明汶川地震有可能触发了这两个区域的地震活动。鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带处于库仑破裂应力计算的应力增加区,应力变化范围为0～0.012 MPa,2009年3月以来发生的4次ML4.5～5.2级强有感至微破坏地震有可能被汶川地震所延迟触发。b值、地震能量释放率与空间相关距离SCL等地震活动性参数随时间变化扫描结果显示,该区域可能处于不断趋近高应力累积的状态,其未来大震有可能提前发生。西缘地区为应力减小区,其目前的地震活动处于正常水平状态。     

鄂尔多斯块体新生代构造活动和动力学的讨论

鄂尔多斯块体除西南边界为挤压边界外,四周被共轭剪切拉张带所围限,东西和南北两侧分别为右旋和左旋剪切拉张带,全新世水平和垂直滑动速率分别达5mm/a和0.3~3mm/a。鄂尔多斯块体自始新世起从西南挤压边界两端开始发育,逐渐向远端发展,至上新世最后形成山西断陷盆地带。新生代以来块体不断缓慢上升,距今1.40Ma以来的隆起总量为160m.形变测量说明块体现代隆升速率为1~2.8mm/a,周缘断陷盆地带现代下降速率为-4~-5mm/a。块体内部莫霍面变化平缓,埋深40km~42km,上地幔高导层埋深123km~131km,它们在周缘断陷盆地带相对隆起,前者隆起幅度1.5km~6km,后者埋深仅70km~100km.6级以上地震均发生在块体周边活动构造带内,块体内部无6级以上地震发生,4~5级地震也很少。震源机制、地应力和断层滑动矢量测量等得到的主压应力方位为NE-NEE向,与控制块体周边活动构造的区域应力场一致,主要与青藏块体的NE向挤压作用相关,盆地地下深部物质上涌产生的垂直力也起着重要作用。所以,区域性水平应力场和深部物质运动产生的垂直力联合作用是本区新构造活动的动力条件。      

鄂尔多斯盆地延长期沉积中心迁移及其动力学背景

延长期（T₃y）是鄂尔多斯盆地中生界优质烃源岩的主要发育时段。本文在大量钻井和测井等资料研究的基础上,结合露头剖面与岩心观察,建立了盆地延长组地层对比格架,综合最新沉积相研究成果,进一步发现在中-晚三叠世延长期盆地主体发生了两次明显的沉积中心迁移,形成了3个沉积中心。其中以长9期为代表的早期（长10—长8期）沉积中心位于吴起—志丹—富县—洛川一带,以长7期为代表的盆地发育鼎盛时期（长7—长2期）沉积中心位于姬塬—华池—宜君一带,以长1期为代表的湖盆萎缩期的沉积中心位于横山—子长之间。前两期沉积中心明显控制着盆地优质烃源岩的形成和分布,进而控制着盆地中生界常规和非常规油气资源的总体分布。结合周邻山系演化历史分析认为,晚三叠世初长9—长7期沉积中心向西南（向山）迁移,与扬子板块向华北板块俯冲汇聚、在秦岭造山带后陆（即华北仰冲板块南部）因汇聚的巨量物质部分上拱和能量释放而导致的沉降有关;至晚三叠世末长1期沉积中心转向北东（离山向陆）迁移,为华北与扬子板块间的有限洋消失及之后持续汇聚的结果,秦岭造山带挤压隆升增强引起北邻鄂尔多斯盆地南部抬升,致使盆地消亡,沉积中心相应向北东迁移。两次沉积中心迁移的动力学环境,主要受鄂尔多斯盆地南侧秦岭造山带形成演化的控制,沉积中心迁移是盆山耦合演化彼此响应的结果和记录。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究

运用板块构造理论,对鄂尔多斯盆地西缘和南缘的地质背景和构造变形特征进行分析,认为鄂尔多斯盆地中央古隆起在早古生代由祁连海槽与鄂尔多斯盆地碰撞拼贴产生的近东西方向的侧向挤压应力作用而形成。盆地西缘近南北向的青铜峡－固原断裂是碰撞拼贴带,断裂带与中央古隆起延伸方向平行,同时,秦岭海槽由南向北推挤以及渭北构造带北界的近东西走向的草碧－老龙山－圣人桥断裂的左行走滑使中央古隆起的南端向东转折,导致中央古隆起在平面上呈现“Ｌ”形展布。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发历程与启示

鄂尔多斯盆地东缘煤层埋深变化较大,不同埋深的煤层气成藏特征及储层改造方式差别较大.目前煤层气勘探开发深度逐渐从1000 m以浅延伸到2000 m以深,为了研究不同埋深条件下煤层气资源高效勘探开发理论技术,系统梳理回顾了鄂尔多斯盆地东缘近30年的勘探开发实践,按照地质认识转变、技术发展、勘探工作量、勘探成果和产气量变化,...     

Crustal deformation in the northern Andes – A new GPS velocity field

We present a velocity field for northwestern South America and the southwest Caribbean based on GPS Continuously Operating Reference Stations in Colombia, Panama, Ecuador and Venezuela. This paper presents the first comprehensive model of North Andean block (NAB) motion. We estimate that the NAB is moving to the northeast (060°) at a rate of 8.6 mm/yr relative to the South America plate. The NAB vector can be resolved into a margin-parallel (035°) component of 8.1 mm/yr rigid block motion and a margin-normal (125°) component of 4.3 mm/yr. This present-day margin-normal shortening rate across the Eastern Cordillera (EC) of Colombia is surprising in view of paleobotanical, fission-track, and seismic reflection data that suggest rapid uplift (7 km) and shortening (120 km) in the last 10 Ma. We propose a “broken indenter” model for the Panama-Choco arc, in which the Choco arc has been recently accreted to the NAB, resulting in a rapid decrease in shortening in the EC. The Panama arc is colliding eastward with the NAB at approximately 15–18 mm/yr, and the Panama-Choco collision may have been responsible for much of the uplift of the EC. The present on-going collision poses a major earthquake hazard in northwestern Colombia from the Panama border to Medellin area. Since the northeastward margin-parallel motion of the NAB is now greater than the rate of shortening in the EC, northeast trending right-lateral strike-slip faulting is the primary seismic hazard for the 8 million inhabitants of Bogota, the capital city of Colombia. There continues to be a high risk of a great megathrust earthquakes in southern Colombia along the Ecuador-Colombia trench. Trench earthquakes have only released a fraction of the energy accumulated in the Ecuador-Colombia trench since the 1906 Ecuador earthquake, and interseismic strain is accumulating rapidly at least as far north as Tumaco, the rupture area of the 1979 earthquake.