GPS数据揭示的喜马拉雅东构造结地区现今应变特征及其动力学机制

喜马拉雅东构造结位于印度与欧亚板块碰撞的前缘,是地壳缩短和构造旋转变形十分强烈的部位。本文收集东构造结及其周边区域大范围、长时段的最新GPS速度场资料,采用“二维张力样条”方法计算获得区域构造应变场,研究其现今地壳运动与构造变形特征。结果显示,高应变率区集中在喜马拉雅主逆冲断裂、实皆- 阿帕龙断裂、鲜水河- 小江断裂、东构造结的环形地区和印度东北部及缅甸西部的巴坎- 若开山脉地区,而在跨嘉黎断裂和红河断裂区域并无显著的应变。区域最大剪切应变率主要沿着实皆- 阿帕龙断裂、鲜水河- 小江断裂等构造带分布,区域最大面压缩率发生在阿萨姆东北部一带(N28°~29°、E95. 5°~96. 5°),最高量值为151. 8×10-9 a-1; 反映喜马拉雅东构造结的最强变形核心部位已经由南迦巴瓦峰地区向其东南方向发生了转移,移至位于阿萨姆东北部地区的喜马拉雅主边界逆冲断裂与阿帕龙断裂的交汇处。综合分析认为,喜马拉雅东构造结地区在印度板块强烈的楔入挤压作用下,大陆变形以地壳增厚为主,深部以黏塑性为特征的下地壳和上地幔物质的流动驱动着上覆脆性上地壳地块。     

中国大陆现今构造变形GPS观测数据与速度场

利用 1991— 1999年间 36 2个全球定位系统 (GPS)测站的观测资料 ,初步获得了中国大陆及周边地区现今地壳水平运动的统一速度场。该速度场主要涵盖青藏高原 ,天山 ,塔里木、川滇 ,河西走廊 ,福建东南沿海等重要构造活动区 ,测定精度总体优于 2～ 3mm/a ,速度场站点的分布和测定精度基本上满足中国大陆现今构造变形和动力学研究的需求。现代大地测量第一次比较全面、定量地展示出中国大陆在周边板块作用下大幅度构造变形的图像 ,为模拟大陆岩石圈动力过程提供了基础性的运动学约束条件。     

中国大陆中轴构造带及其两侧的现今地壳垂直运动

利用中心年代分别为1964、1979及1993的3期精密水准复测资料研究中轴(构造)带及其两侧(东经90.5°至113.5°,北纬21.5°至42.0°)的现代地壳垂直运动。结果表明中轴带及其两侧近30多年的运动趋势与最近十几年运动趋势十分一致。而且与该地区的地势地貌有良好的相关性,几个垂直形变的高梯度带均分布在本区两个大盆地(四川盆地与柴达木盆地)周边。整个形变态势表现出明显的继承性运动特征。但在70年代,该区的垂直运动经历了一次明显的变化或反向。联系到同一时期中轴带南部的一系列7级以上强震的发生,提示大区域的垂直形变的趋势变化可能是强震活跃的一种指示。文中还利用得到的地壳垂直形变图研究了区内南—北、东—西向穿切几个主要构造单元的9条剖面的地壳垂直运动特征和它们的时空演化,结果进一步证明1969～1979年间,我国中西部比较强烈的地壳垂直运动与我国地震活动高潮期一致。纬向剖面的运动特征清楚地显示出东经100～105度的经向带内,整个研究区可分为地壳垂直运动速率西高东低的东、西两区;而经向剖面又可将这东、西两区分出以某些纬向高变化窄带为界的纬向区块。文中还详细讨论了这些区块所对应的构造单元的现今运动特征。     

大陆构造与动力学研究的若干重要方向

为了建立新的地球观，当代地学界把主要科学目标瞄准大陆动力学。大陆构造是大陆动力学的核心领域，涉及到盆地和造山带的形成与演化、大陆岩石圈三维层块结构、大陆下地壳的热状态和流变状态、大陆地震成因和大陆地壳运动的动力来源等一系列重大课题。随着多学科的联合攻关和新技术、新方法的应用，在上述研究领域取得的新突破将导致大陆动力学新理论的诞生，并推动固体地球科学迅速发展，以至带来新的地学革命。     

中国大陆地壳铅同位素演化的动力学模型

根据中国大陆中、新生代花岗岩长铅同位素数据库,沿用“铅构造模型”的基本思想并作部分改进,建立了中国大陆地壳铅同位素的动力学演化模型。与全球平均的铅同位素演化曲线相比,中国大陆地壳的原始物质相对较贫铀富钍,并且中国大陆的上地壳和下地壳在演化过程中分异得更加彻底。将本模型应用于大别地区中生代花岗岩长石铅同位素数据,结果发现它们具有壳幔铅混合的特征,并且以上下地壳物质混合产生的类地幔铅为主,花岗岩源岩中含有较高的富Th下地壳组分。     

全球定位系统GPS技术及其在地球动力学方面的应用

本文简述了GPS测量技术 ,重点介绍了福建地壳形变GPS观测网利用GPS定位技术在地壳形变监测方面及其在地球动力学方面的应用 ,并取得了有重要意义的科学成果。     

中国大陆现今构造应力场的回归分析研究

叙述了应用有限元方法和回归分析理论,依据实际应力观测资料,结合中国大陆构造地质资料反演中国大陆现今构造应力场的研究成果。计算中考虑了地壳结构在纵向上和横向上的非均匀性和现今活动断层的影响,采用接触分析方法模拟了板块边界的作用。计算结果表明,通过回归分析得到中国大陆现今构造应力场特征与实际观测结果是一致的:(1) 在中国大陆现今水平最大主压应力轴走向以青藏高原为中心,呈辐射状分布;(2) 在中国大陆现今水平最大主压应力总体表现为由西向东逐渐降低的趋势;(3) 中国大陆东南的台湾海峡区域水平最大主压应力有局部升高的现象。     

大陆构造系统动力学及构造应力叠加场探讨

从＂系统动力学＂的角度，对大陆构造动力学系统的结构、组成和特性进行了初步探讨，并且指出大陆区域构造应力场是多种因素联合作用的结果，是多种内、外力的非线性动态叠加场，大陆构造应力叠加场的主要成分包括重应力场、热应力场、离心惯性应力场、板块互相作用应力场、壳幔相变应力场、地幔流剪切应力场和其他诸如地幔底辟、岩浆侵入等造成的应力场等。并以亚洲东北部中新生代断陷盆地系的形成演化为例，试图说明在大陆构造动力学系统内，各种因素总是以其固有的规律演化着，并且相互作用，相互叠加，甚至相互转化，导致构造应力场的多次转化，推动一场又一场不同方式、不同方向和不同性质的构造运动，使中国大陆区域出现纷繁复杂的构造图象，铸成了特有的山川盆湖的分布格局。大陆构造系统动力学与现有的各种大地构造学的有机结合，可能导致＂系统大地构造学＂的发生和发展。     

中国大陆第四纪构造运动及动力学研究进展

中国大陆第四纪构造运动及动力学研究已有长足进展，基础研究得到加强；某些理论概念进行更新，新技术，新方法广泛引用和应用研究迅速发展。     

地幔柱构造与地幔动力学--兼论其在中国大陆地质历史中的表现

地幔柱构造是基于全地慢对流模式、主要依据热点火山活动提出的新的全球构造理论。它的主要表现形式和产物是地幔柱头上部地壳抬升、岩浆活动形成大火成岩省、大型放射状岩墙群，并导致大陆裂解、板块运动和大规模成矿，是生物灭绝、磁极倒转的诱因。中国大陆的地质演化历史中保存了多期地幔柱活动印记，它们主要是华南新元古代Rodinia地幔柱、古生代古特提斯和峨眉山地幔柱和中一新生代中国东部地慢柱构造事件。上述地幔柱活动产生了地壳抬升、强烈岩浆活动、大陆伸展与裂解、岩石圈剧烈减薄和大规模成矿等重要地质事件。     

中国大陆现今构造运动的GPS速度场与活动地块

GPS观测结果给出了在欧亚参考框架下周边板块的运动状态 ,印度板块的运动方向约NE2 0° ,速度是 40～ 42mm/a ;北美板块的运动方向约NW 2 80°～ 2 90° ,速度是 2 1～ 2 3mm/a ;菲律宾板块的运动方向是NW 2 90°～ 310° ,速度是 37～ 45mm/a ;哈萨克—西伯利亚地盾的运动方向约NE130° ,速度是 3～ 5mm/a。GPS所揭示的中国大陆现今运动场清晰地表现出了以活动地块为单元的分块运动特征。文中给出了各主要活动地块的运动方向和速度。大部分活动地块内部结构完整 ,以整体性的运动为主 ;个别活动地块内部发生构造变形 ,地块的整体性不好。中国大陆以活动地块为单元的现今构造变形可能与大陆岩石圈的结构和性质有关 ,上地壳以脆性变形为主 ,下地壳和上地幔以粘塑性的流变为特征 ,从底部驱动着上覆脆性地块的整体运动。     

中国大陆东部晚中生代构造活化及其演化过程

与中生代中期造山型构造活化不同．晚中生代期间,中国大陆东部的构造活化表现为规模宏大的断陷盆地系、变质核杂岩、花岗岩浆侵位、火山岩喷发以及沿大型走滑断层的转换伸展为特征的大陆裂陷作用。根据岩浆活动、盆地的充填记录,构造格架和盆地的沉降史分析,可以将裂陷作用划分为两个大的阶段,即由兴安岭群火山喷发为代表的第一阶段和以巴彦花群含煤、油碎屑岩系为代表的断陷盆地形成阶段。盆地沉降史回剥研究表明,裂陷作用第二阶段断陷盆地的发育受控于次一级的幕式构造作用过程。此外．对晚中生代裂陷作用的动力学背景的探讨需要阐明岩石圈的深部过程和构造应力场的反转这个两个重要的问题。     

中国大陆东部新构造期北西向断裂带的初步探讨

前人对中国大陆东部新构造期 (N—Q)活动的北东向断裂 (带 )已有很多研究。笔者根据地震构造、新构造和火山活动等资料并结合Pn波速结构研究结果 ,分析了该区新构造期的北西向活动断裂 ,初步得出 :北西向断裂具有成带性 ,可分 7条北西向断裂带 ;它们有鲜明的新生性 ;均为地壳构造带 ;与北东向断裂带呈共轭关系 ,是在先存构造基础上于新构造应力场作用下正在发育的一套地壳共轭剪切破裂系统。     

东亚地区现代地壳运动特征与构造变形

根据“中国地壳运动观测网络”首次发布的GPS观测结果以及国际地球自转服务中心在 2 0 0 0年发布的ITRF97下的站速度矢量和“东南亚地球动力学项目”GPS网的观测结果 ,讨论了东亚地区现今地壳运动和构造变形特征。在ITRF97参考系下 ,中国大陆东部现今地壳运动以向南东方向(12 0 130°)运动为主 ,量值平均为 35mm/a ,西部受印度板块向北东碰撞的影响 ,运动方向发生偏转 ,呈显北东—近东西向运动 ,但这种影响涉及的范围达到了准噶尔盆地北缘一线 ,说明碰撞型板块边界对板内变形的影响远大于俯冲型板块边界。平均来看 ,75 %以上的印度板块相对于欧亚板块间的南北向缩短是通过地壳增厚变形来吸收的 ,这意味着在调节整个青藏高原构造变形的过程中 ,逆断和地壳增厚起了主要的作用。东南亚块体总体上与欧亚板块的运动有所差异 ,相对于欧亚大陆有 10mm/a左右向东的运动。菲律宾板块南部向西的运动速度只有 2 4mm/a。包括华南地块在内的东南亚块体的运动不仅仅是与印度板块的碰撞过程有关 ,也应当与沿着东南亚块体东边界的俯冲过程有关。     

中国大陆岩石圈厚度特征研究及其在金刚石原生矿预测中的作用

依据中国大陆三维速度扰动图象,编制了中国大陆现代岩石圈和华北—扬子地台古岩石圈厚度图,并对含与不含金刚石的金伯利岩及钾镁煌斑岩中部分指示矿物和上地幔捕虏体地质特征进行分析,发现岩石圈底部某些地球物理特征与金刚石赋存部位有密切关系。在此基础上,从深部角度讨论了含金刚石的金伯利岩及钾镁煌斑岩时空分布特征,并作了预测研究。     

青藏高原构造变形与热应力场

自新生代以来,青藏高原构造变形的特点表现为强烈的SN向挤压、逆冲、推覆构造,在后期出现伸展拉张构造。这些构造的形成除了与印度板块推挤有关外,尚与地壳深部温度变化引起的热应力有关。该文计算了由于地壳温度升高引起的热应力场及位移场,指出热应力场及位移场的基本特点,分析了他们在青藏高原构造变形中的作用。考虑到印度板块的推挤、重力和热应力场的共同作用,可以较好地解释青藏高原构造变形的特点及动力学机制。     

中国南大陆古地理与Pangea对比

中国南大陆为一构造古地理名称,在地理上包括昆仑、秦岭山脉以南的广大地区,泛称中国南方。这些地区在地质历史演化中分属于扬子陆块、华夏陆块、羌塘-昌都陆块、中咱微陆块,也包括由冈瓦纳陆块群裂解出来的拉萨陆块和印度陆块北缘的江孜地区(雅江以南的中国境内)。塔里木陆块和柴达木陆块在中国古大陆的聚合中裂解、漂移,在早古生代末脱离扬子陆块的群体,与华北陆块聚合。因此,中国南大陆古地理的重建,不仅涉及南方各块体的聚合,还涉及中国古大陆的形成与劳亚大陆和冈瓦纳大陆会聚的关系,以及古特提斯洋的消亡。正是由于中国古大陆记录着多块体的聚合和叠置的洋壳消减带,因而表现出中国大陆上不仅克拉通盆地的稳定性低,也具边缘活动性高的特点。     

济阳坳陷构造演化及其大地构造意义

济阳坳陷由负反转盆地、右旋扭张盆地及主动裂谷三个原型叠加而成,并在中、新生代经历了四个演化阶段,三叠纪为板内造山作用阶段,济阳坳陷曾为五条ＮＷ向的以逆冲断层为主的压性构造带占据,早－中侏罗世造山作用结束;晚侏罗世－早始新世为负反转盆地阶段,三叠纪ＮＷ向逆冲断层发生反向伸展;中始新世－渐新世为右旋扭张盆地阶段,ＮＥ,ＥＮＥ向扭张断裂发育,并进而成盆接受沉积,ＮＷ和断裂反向伸展活动受到抑制而渐趋消亡;中新世－全新世为主动裂谷阶段,“拗陷运动”取代“断陷运动”。济阳坳陷构造演化的阶段特征表明了郯庐断裂中、新生代的剪切运动史,即三叠纪右旋剪切,晚侏罗世－早始新世左旋剪切．中始新世－渐新世右旋剪切,中新世－全新世作弱右旋压剪。     

应变率和含水率对冻土破坏应变能密度影响特性试验研究

在-2.0℃和-5.0℃情况下, 通过一系列不同应变率和含水率条件下的冻结砂土的单轴压缩试验, 分析了应变率和含水率对冻土破坏应变能密度的影响特性。试验结果表明:在较小含水率条件下, 随着应变率的增大, 破坏应变能密度非线性增大, 但当应变率增大到210-3s-1之后, 应变率的改变不再对破坏应变能密度产生大的影响, 并且含水率的增大使破应变能密度随着应变率的增大有了减小的趋势, 破坏应变能密度先随着含水率的增大而急剧增大到最大值, 然后含水率的继续增大使破坏应变能密度急剧减小到最小值, 再随着含水率的进一步增大, 破坏应变能密度变化幅度很小, 基本稳定在0.05MPa, 破坏应变能密度变化的力学机制与强度变化的力学机制并不完全相同。