利用长期GPS观测资料分析昆仑断裂现今滑动速率与地壳活动特性

利用昆仑断裂区域的GPS观测资料,通过高精度数据处理获取区域地壳运动速度场,进而通过速度剖面线估算昆仑断裂现今形变速率。结果表明,昆仑断裂在94°E、101°E、103°E附近的现今滑动速率分别为12.8±1.9 mm/a、6.1±0.9 mm/a、0.7±2.1 mm/a。进一步分析得到如下结论：1）本文估算的昆仑断裂10 a尺度的现今滑动速率和万年尺度的地质学结果基本一致,说明现今滑动速率可以作为断裂地震风险性评估的有效输入数据;2）昆仑断裂东段具有向东逐渐减小的滑动速率,减少的速率可能主要被阿尼玛卿山的地壳增厚和断裂东段的顺时针旋转所吸收;3）昆仑断裂的西大滩-东大滩地震空区位于高应变区。     

新疆伽师地区现今构造运动和地形变GPS监测的初步研究

对伽师及帕米尔东北侧地区的GPS监测网进行加密和复测,采用GPS高精度数据处理软件进行解算,获得了高精度的观测结果,基线的相对精度达10-8～10-9.根据观测结果,初步得到了该地区的现今地壳形变速率图及各基线矢量的时间序列.结果表明,伽师地区向北推移、塔里木盆地对天山的正向挤压是该区地壳运动的主要方式.     

中国大陆地壳现今运动的GPS测量结果与初步分析

利用中国大陆及周边地区 1991～ 2 0 0 0年间一系列全球定位系统 (GPS)观测资料 ,计算了 340个GPS站点的位移速率 ,得到了统一的中国大陆现今地壳运动速率场。这些站主要集中于青藏高原及其周缘的喜马拉雅、川滇、河西走廊、阿尔金、天山 ,以及华北、福建东南沿海等主要构造活动区。固定测站速率精度优于 1mm/a ,流动测站速率精度优于 3mm/a。根据GPS结果对中国大陆现今地壳运动的状况进行了分析。     

青藏块体东北缘现今地壳运动

中国地壳运动观测网络工程等GPS观测结果表明 ,相对于稳定的阿拉善地块 ,青藏块体东北缘及其邻区现今地壳运动具有如下特征 :①甘青块体西部以北东向挤压运动和地壳缩短为主 ,其中柴达木盆地南缘 8mm/a的北东向地壳运动几乎全为柴达木盆地的压陷沉降和祁连山地的上升缩短所吸收 ;②柴达木盆地以东的甘青块体中、东部表现为整体的顺时针刚性旋转运动 ,其旋转北边界为毛毛山—海原走滑断裂带 ,旋转角速率为 0 .135°/Ma ;③受甘青块体顺时针旋转运动的耦合影响 ,鄂尔多斯地块表现为逆时针旋转运动 ,两者的耦合边界为北西向的六盘山断裂带 ;④海原左旋走滑断裂带和祁连北缘逆冲断裂带构成了青藏块体东北缘现今地壳运动的主边界。     

天山现今地壳运动的形变场分析

对天山地区GPS测量成果进行系统处理,获得了整体天山相对于欧亚大陆的现今地壳运动的212个GPS站速度场结果,再现了受印度板块向北推挤作用下天山地区相对欧亚板块的水平构造变形分布状态。天山地区GPS速度场表明,天山地壳缩短由南向北、由西向东递减,表明板块的推挤作用力随着天山的褶皱变形相应减弱;西天山的变形强于东天山的主要原因可能是西部帕米尔高原对天山的直接俯冲推挤作用的结果;而东天山的构造活动则是塔里木块体对其缓慢推挤的结果。     

六盘山及其邻区现今大地垂直形变与构造活动研究

以六盘山及其邻近地区1970年以来的水准网监测及跨断裂水准测量资料为主,结合GPS水平运动、区域构造和历史强震活动,研究该区域现今大地垂直形变与地壳构造活动特征。分析认为：1）六盘山及其邻区较长时间尺度垂直形变速度场显示的六盘山、西秦岭以及贺兰山等山地相对上升、盆地相对下降的山、盆垂直构造活动差异,体现了该区域现代地壳垂直运动所呈现的继承性趋势特征;2）区域水准垂直形变与GPS水平运动变形综合反映,六盘山、西秦岭等山区现今地壳挤压缩短强烈地带,垂直隆升也相对显著,2者具有一定的共生性特征;3）GPS水平运动速度场在六盘山断裂两侧西强、东弱差异所反映的区域水平运动受阻状态,与六盘山断裂两侧垂直差异活动状况相配合,在一定程度上反映了六盘山构造带应变积累程度较高。这些结果对于该区域未来强震活动研究具有参考价值。     

天津北部地区现今构造活动性研究

收集整理天津北部地区1990~2012共23期水准复测资料和GPS连续站资料,利用拟合计算方法剔除水准沉降干扰和GPS周期干扰,计算宝坻断裂和蓟运河断裂的垂直形变量,分析本区地壳垂直形变趋势。结果表明,燕山山前的蓟县-宝坻地区垂直形变形态受燕山隆起带控制,研究区南部主要受华北平原坳陷带控制|现今宝坻断裂活动以逆断为主,蓟运河断裂以正断为主,这两条断裂带的垂直形变趋势变化与华北地区地震有一定的对应。     

伽师地区强震群前后地壳运动变形的数值模拟

运用 DDA( Discontinuous Deformation Analysis)方法 ,用 GPS测量资料模拟了伽师强震群前后的地壳运动及变形的演化过程。模拟结果表明 :1994～ 1998年整个研究区域以南北向压应变增大为主 ,帕米尔东北侧和南天山的应变率较大。伽师及邻近区域有明显的南北向挤压为主的应力集中。若强制应力集中块体沿最大剪应力方向 ( NEE向 )破裂 ,在伽师地区会出现显著的应力降。相对喀什的速率场表明 :帕米尔与南天山有较大的南北向相对挤压运动 ,由于帕米尔向北运动的带动使塔里木块体有微弱的右旋运动。破裂后托特拱孜断裂和柯坪断裂出现相对左旋运动 ,能量有沿着断裂向北东东方向传递的趋势。     

2015年尼泊尔Mw7.9地震震前断层闭锁与同震位移特征分析

对尼泊尔震前的GPS水平速度场进行融合处理,获得跨喜马拉雅中东段沿N15°E方向的GPS水平速度场剖面。采用弹性半空间矩形位错模拟反演,结果表明,尼泊尔地震前喜马拉雅主前缘断裂带存在浅部闭锁,深部无震蠕滑,闭锁深度为22.5km,蠕滑段滑动速率为19.0mm/a,断层倾角为10°。GPS观测的同震形变场揭示了尼泊尔地震引起的地壳形变特征,最大同震位移位于尼泊尔境内的KKN4,该站向南移动1.89m;地震还在我国藏南地区造成最大0.54m的永久形变。距离震中400km以外GPS观测到的同震形变微弱,在误差范围之内。依据GPS同震水平位移在N15°E方向的位移剖面,采用矩形位错模型简单模拟了尼泊尔地震的同震破裂。结果显示,GPS同震位移剖面可以用喜马拉雅冲断带前缘主断裂(MFT)以北的基底低角度逆断层引起的弹性位错模拟,浅部的主前缘逆冲断裂、主边界逆冲断裂和主中央逆冲断裂等分支并没有破裂。     

银川盆地水平运动和地震活动特征分析

对银川盆地的主要断裂及构造演化、GPS速度场、现代地震活动及其震源深度剖面等进行研究。结果表明,银川盆地受到太平洋板块北西向俯冲和青藏高原北东向挤压作用影响,并处于剪切拉分断陷环境;GPS速度场显示,盆地内断裂南段比北段速率大,2009~2015年的水平拉张变形和剪切变形与1999~2007年相比有所减小,而速率值相对增加;现今地震资料及震源深度剖面显示,地震主要分布在断裂附近,并且地震的震源深度受断裂控制,说明断裂对地震有很好的控制作用;盆地内GPS平行速率和小震活动与断裂活动性具有较好的相关性,GPS平行速率大,小震活动密集,断裂的活动性强。     

中国大陆西部地区现今的块体运动

根据中国地壳运动ＧＰＳ监测网１９９２～１９９６年３次复测结果,分析了我国大陆西部地区现今块体运动的基本特征,结果表明：印度板块向北推挤是我国西部块体褶皱运动和变形的根源;由於内部次级断块的边界条件和受力方式不同,块体边界和内部构造形变亦具有明显的差异。块体运动主要特点表现为：（１）喜马拉雅向南弯曲的弧形边界东西两端,印度板块推挤运动方向不同,导致了弧前方的亚板块和构造块体的运动方向呈扇形散开;（２）青藏高原主体在南北向缩短、东西向延伸的同时存在着明显向东的物质侧向滑移;（３）重要块体分界带和褶皱带两侧运动矢量的比较表明,阿尔金断裂为左旋走滑,天山、祁连山均呈压性;（４）由设置在不同块体的ＧＰＳ测站南北向和东西向运动速率及速率的平均值得到的块体运动速率和方向,呈有规则的变化,其变化规律与地质、地球物理结果具有较好的一致性。     

江苏地区近期垂直形变特征与地震

本文依据《江苏地区垂直形变图》、《江苏地区垂直形变速率图》及跨断裂剖面水准等有关资料,分析研究了江苏地区二十多年来地壳垂直形变特征后认为:本区现今地壳运动基本上继承了新构造运动的特征;形变受主要活动构造带控制,在某些断裂的复合部位形变差异明显。并据此对未来地震危险区作了估计:郯庐带中南段,特别是嘉山、五河、盱眙一带强震背景不容忽视;茅山断裂带,特别是溧阳老震区附近,仍有发生中强地震的背景条件;盐城沿海一带及其海域亦应引起重视。     

2022年门源6.9级地震的GPS形变特征

利用1999～2021年的GPS观测资料研究2022年门源6.9级地震震中附近区域的地壳形变特征。速度场在祁连山-海原地震带两侧呈现出明显的“南大北小”特性。发震断层速度剖面结果显示,断层两侧挤压速率为3.1 mm/a,走滑速率为3.9 mm/a,这与走滑为主的震源机制解一致。门源地震位于主应变率场和面膨胀率场高值区向低值区过渡的梯度带上,发生在最大剪应变率场和应变率第二张量不变量高值区边缘地区。同震库仑应力触发了大部分的余震,对冷龙岭断裂到海原断裂的地区有一定的应力加载作用。综合地壳形变特征和库仑应力等分析结果认为,冷龙岭断裂到海原断裂地区的地震危险性有所提高。     

东北地区近期水平形变应变场研究

根据2011年和2013年东北地区GPS观测资料计算得到的地壳水平运动场和连续主应变场,研究了东北地区地壳运动特征和应变应力状态, 求解块体运动参数,计算东北主要断裂带的错动速率和断层应变应力状态,分析断裂带活动性。研究表明,2011～2013年期间,东北地区东部运动规律性相对较好,且东部运动场收敛于珲春-龙井一带,向东位移;中部和西部运动场一致性较弱,位移方向相对分散。主应变反映出,东北地区2011～2013年主压应力轴优势方向为NE55°。两个水平主应变轴都缩短的挤压区分布面积较小,两个主应变轴都伸长的拉张区次之,最小主应变轴缩短的区域和最大主应变轴伸长的区域所占比重最大。该时段Ms≥5.0地震集中在2013年,地震多发生在运动方向转折带附近及挤压-剪切活动区,最大的5.8级地震发生在不同运动区交界带和挤压作用相对强烈的构造带。     

用GPS资料分析青藏高原现今应变率场

基于中国大陆构造环境监测网络的GPS观测资料,获取青藏高原及周边地区地壳水平运动速度场以及应变率场。结果表明,青藏高原及周边地区10 a尺度应变率场分布的整体特征与该地区长期地质构造背景和地震活动具有继承性,主应变、剪应变以及面膨胀率的分布特征与高原边缘和天山地区的地壳缩短、藏中南地壳的东西向伸展以及高原内部走滑断裂的构造活动一致。     

GPS约束下陇西地区断裂带现今滑动速率的非连续接触模拟研究

以中国地壳运动观测网络1999、2001、2004和2007年4期GPS观测数据为边界条件,使用非连续接触有限元技术构建陇西块体二维有限元模型,在摩擦系数不确定性分析基础上,计算区内主要断裂带滑动速率。结果表明,现今地壳形变运动状态下陇西块体的北东向运动在海原断裂附近受到鄂尔多斯块体、阿拉善块体阻碍,陇西块体周缘的海原断裂带、老虎山断裂、西秦岭北缘断裂呈现左旋走滑特征,滑动速率为3.5 mm/a、2.2 mm/a和1.9 mm/a,说明在青藏高原推挤作用下以上关键部位正在进行快速的构造应变积累。     

西秦岭北缘断裂分段运动变形特征分析

利用1999~2007年和2009~2013年西秦岭北缘断裂及其邻区的GPS观测数据,基于跨断层速度剖面,结合断裂带邻区应变率场的分布,综合分析断裂带的分段运动变形特征。1999~2007年观测结果表明,西秦岭北缘断裂各次级断裂段均表现出左旋走滑兼挤压的运动特征,其中锅麻滩段的活动性明显高于其他3条次级断裂;GPS主应变率场显示,沿西秦岭北缘断裂,各次级断裂所受主压应变的方向基本一致,均为NE向,但是各分段主压应变的量值变化较为明显,锅麻滩段和鸳凤段所受主压应变明显大于漳县段和天水-宝鸡段;主压应变所表现出的分段特征与跨断裂GPS站点剖面反映的结果比较一致。2009~2013年观测结果表明,漳县段滑动速率增加,主张应变率增大,可能与岷县漳县地震的发生有关。综合分析跨断层剖面和主应变率场反映的断裂带远场和近场变形特征认为,西秦岭北缘断裂4条次级断裂已处于闭锁状态,并且存在一定的应变积累,其中天水-宝鸡段平行断裂滑动速率和垂直断裂的挤压速率均较低,可能表明其在西秦岭北缘断裂4条次级断裂中闭锁程度最高。     

关中地区地壳形变综合分析与研究

利用关中地区1971~1996年垂直水准资料、1993~2005年流动重力测量资料和1999~2004年GPS观测资料,研究了关中地区地壳形变场的时空变化特征。结果表明:1)研究区地壳形变场变化与活动断裂构造密切相关,临潼-长安断裂是近期非常活跃的断裂;2)地壳形变总体表现为渭河断陷盆地沉降、重力增加,秦岭山区隆起、重力减少;3)垂直形变、水平运动和重力场变化有较好的一致性,显示出该地区现今构造活动的继承性及东、西部地壳运动存在一定的差异;4)西安地区由于过量开采地下水,引起地层压密效应,造成地面急剧下沉与重力值急剧增加。     

基于GPS和水准资料的拉脊山断裂带西段地壳形变研究

利用拉脊山地区1983~1995年水准资料,结合1999~2007年、2009~2014年GPS数据对拉脊山断裂带西段进行三维地壳形变分析。拉脊山断裂带西段垂直运动速率约为1±0.5 mm/a,表明该段处于隆升状态;与GPS数据显示出的水平挤压一致,拉脊山地区仍处于地壳水平挤压缩短状态,2008年之后断层两侧差异运动更加明显,地壳缩短速率增加并表现出明显的左旋走滑分量,与卫星影像解译和野外地质地貌调查结果一致。拉脊山断裂西段受挤压环境控制下的构造变形现今仍在持续进行,同时受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力影响。该地段是地震孕育的敏感部位,应该引起关注。     

汶川震后龙门山周边活动地块构造变形及断裂活动

利用1999~2013陆态网络观测资料,计算汶川地震前后龙门山地区周边活动地块应变率场分布及欧拉旋转矢量,基于Okada矩形位错模型,反演块体边界主要断层活动性状,分析研究区域现今构造变形和应变分配,并讨论汶川地震对上述过程的影响。研究表明,巴颜喀拉东部、川西北、滇中等活动地块向南东向运移的同时自身作顺时针旋转;由于龙门山断裂、丽江-小金河断裂等逆冲带对地壳应变的吸收与调整,研究区域地壳变形由西向东逐渐减弱,区域地壳变形以连续渐变为主要特征;汶川地震使巴颜喀拉块体、川西北块体的南东向运移加速,并增强了安宁河-则木河-小江断裂带左旋走滑运动和丽江-小金河断裂的逆冲运动。