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1991－2000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。     

1999～2001年中国大陆地壳水平运动

介绍利用中国地壳运动观测网络区域网 (包括基本网与基准网 ) 1 999年与 2 0 0 1年两期GPS观测所获得的中国大陆地壳水平运动信息 .本文的主要特点是 :以位于东部的一组稳定点为基准 ,得到 1 999～ 2 0 0 1年区域网各观测站水平位移速率 .根据由此获得的我国大陆目前最为详细的地壳水平运动图象 ,研究了块体的划分、块体位移与块体变形 ,提出了分析块体水平变形强度的方法 ,分析了中国大陆现今地壳运动的基本特征及 2 0 0 1年 1 1月 1 4日昆仑山口西M8.1大地震前的地壳水平运动 .     

中国大陆主要构造块体现今运动的基本特征

为了研究中国大陆现代地壳运动和地球动力学,在９０年代初布设了由２２个站组成的全国ＧＰＳ监测网,测站均匀布设在中国大陆不同块体上,１９９２、１９９４和１９９６年对该网进行了３次观测,本文主要评述了３次观测的资料处理和精度,分析了３次测获得的中国大陆现今块体运动的基本特征。研究结果表明,ＧＰＳ网３次观测获得的资料精度均达到１０＾－８～１０＾－９,能满足地壳运动监测的需要,利用３次复测资料结果所建立的我国大陆块体运动模型,有效地检验了地质学和地球物理学的研究结果,在全球框架中,我国大陆整体存在着明显的向东运动,相对于西伯亚的区域性运动特征是：我国西部地区主要受印度板向北的俯冲和推挤的影响,青藏高原在南北向压缩的同时,存在着明显的向东的侧向滑移,这对大陆逃逸模型是较为有利的支持;东部地区的块体运动,同时受到印度板以及太     

中国大陆现今地壳水平运动

在重新仔细处理了1994和1996年中国大陆地壳运动监测网两次GPS测量资料的基础上,采用较为完善的块体相对运动和块体内变形叠加的变形模型和相应的分析方法,研究了中国大陆现今地壳运动的运动学特征,并定量计算和比较了主要活动构造块体边界带的活动性质和强度,得到了一些新的认识．      

用GPS测量数据模拟中国大陆现今地壳水平速度场及应变场

基于连续介质力学理论,提出了直接利用ＧＰＳ测量资料建立地壳运动与形变模型的方法。把整个中国大陆视为由无穷多个微元集合而成的连续介质体,并假定每一个微元体的转动矢量服从统一的,连续的泰勒级数分布,由此引进一组待定参数,称之为地壳运动与形变参数。利用全国网１９９４年和１９９６年的两期ＧＰＳ观测数据,组成矛盾方程组,应用阻尼最小二乘方法,经迭代解算,得到所需要的地壳运动与形变参数。     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009-2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在（-1.0~1.0）×10-8/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为（1.0~3.0）×10-8/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为（-2.0~-3.0）×10-8/a,盆地西侧断裂（如罗云山断裂、交城断裂）以拉张运动为主,拉张速率为2~3 mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3 mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为（2.0~3.0）×10-8/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为（-1.0~-2.0）×10-8/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1 mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0 mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

三峡重庆库区现今地壳形变特征分析

基于三峡重庆库区2008-2012年GPS观测资料,利用块体的整体旋转线性应变模型,首次获取了该地区的地壳水平运动及应变场特征.结果表明:三峡重庆库区主应变以压应变为主,方向近似为北西向;最大剪应变高值区集中分布在该地区的华蓥山断裂与金佛山断裂,量值均达到1.4×10-8;区域主压应力方向与大范围构造应力场基本一致,但方位角在华蓥山断裂与金佛山断裂两侧具有明显偏转的特征,反映出上述地区是三峡重庆区内的地壳构造活动区域.     

中国大陆1998～1999年地壳运动观测结果

介绍了中国地壳运动观测网络1998～1999年基准站GPS观测概况,简要介绍了用伯尔尼（Bernese）软件对GPS观测数据的处理结果,详细介绍了所获取的1998年９月初～1999年７月初基准网地壳运动,包括各基准站位移与网内各部分的应变．在所述观测期间,我国东部地区较为稳定．相对东部地区,西南部地区以向北运动为主,位移量约17ｍｍ,受北北东向挤压为主;西北部地区以北西向运动为主,位移量约11ｍｍ;而云南地区以向南运动为主,位移量约14ｍｍ．我国中部南北地震带则是一强烈的剪切变形带．网内最大主应变量为2.910-8．观测结果表明,印度板块向北挤压依然是影响我国地壳运动的主要因素．      

现今中国大陆地壳运动与活动块体模型

通过分析中国地壳运动观测网络GPS数据特别是1999年与2001年区域网数据, 我们初步得到了中国大陆地壳运动速度场, 并用统计分析的方法从高密度台站速度场中区分出9个独立活动块体和2个广泛形变带, 求出活动块体刚体运动欧拉极和相邻块体间相互运动速率. 结果显示中国大陆形变场似可分为3类区域 第1类区包括青藏高原内部区域和天山造山带, 形变在全区域内广泛分布; 第3类区包括塔里木盆地及南北带以东地区, 形变场表现为活动块体, 内部稳定, 形变局限在狭窄的边界带内; 第2类区则处在青藏高原的边缘带, 如柴达木、祁连、西宁、川滇菱形南块体等, 这类区形变场特征处在第1, 3类区之间, 虽然还能保持一定的块体完整性, 但块体的尺度和强度已不如第3类地区. 通过分析各类区域岩石圈结构以及形变模式我们可以得出初步推断 中国大陆地壳形变模式主要由地壳结构所控制. 中国大陆东部和塔里木盆地地区地壳介质有相当强度, 形变表现为刚性块体的相互运动. 而印度板块的北向挤压造成青藏高原和天山的隆起并产生巨厚地壳, 壳内温度上升, 下地壳低速高导层发育, 介质呈较强黏塑性, 地壳脆性层在下地壳塑性流变场作用下产生各种类型的、多层次的形变, 且分布广泛而不局限于少量块体边界地区. 青藏高原边缘的第2类地区地壳结构为第1, 3类地区之间的过渡区, 其形变特征也介于第1, 3类地区之间, 为强度较低的较小活动块体在边界作用力下的运动与变形.     

中国大陆现今应变场动态

根据2004年和2007年GPS复测资料,计算出中国大陆的水平主应变数据,显示出各亚板块的主压应变轴方向与震源机制解的P轴和用地质方法得到的主压应力轴基本一致,表明在区域上和长时期中,地壳的构造应力场是相对稳定的．中国大陆西部的青藏亚板块和新疆亚板块的主压应力轴,为南北向及北北东-南南西向,受欧亚板块和印度板块相互碰撞而产生的作用力的控制;东部的黑龙江亚板块和华北亚板块的主压应变轴,为北东东-南西西向,显示出受欧亚板块与北美板块、太平洋板块碰撞俯冲产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块和新疆亚板块侧向作用力的影响;华南亚板块的主压应变轴,为北西西-南东东向,反映出受菲律滨海板块与欧亚板块碰撞产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块侧向作用力的影响．通过比较2004-2007年与2001-2004年的主压应变轴方向,反映出两个时间段各亚板块的主压应力作用方向基本一致,只是主应力轴方向集中程度有一定差别．前后两个时间段不同单元的面应变率显示,压性变化为主的数量减少,张性变化为主的数量有所增多．     

中国大陆现今地壳运动研究

GPS结果十分清晰地刻画出中国大陆地区块体运动及内部变形特征,提供了认识印度欧亚碰撞引起的活动构造的新视角．本文回顾了4年来中国学者在利用GPS研究现今地壳运动方面所取得的成就,以及在利用InSAR技术研究强震破裂方面的进展情况．这些研究成果,标志着中国大陆构造变形的定量化研究进入了一个新阶段.     

根据现代地壳垂直运动划分中国大陆活动地块边界的尝试.

研究了中国大陆地壳垂直运动的特征,提出利用中国大陆现代地壳垂直形变速率图划分活动地块的思路和原则,并把中国大陆划分为东西2个Ｉ级地块,东北、华北、华南、西藏、甘青藏和新疆6个Ⅱ级地块和16个Ⅲ级地块．本文划分的活动地块边界与新构造活动的图象在总体上是一致的,局部地区有些差别．这表明,中国大陆地壳现今活动是第四纪以来新构造活动的继续,但也出现了一些新的活动趋势．     

关于2001年昆仑山8.1级大地震前后中国大陆地壳水平运动的讨论s

中国地壳运动观测网络基准网GPS连续观测,获得了2001年11月14日昆仑山8.1级大地震前后中国大陆,特别是西部地区的地壳水平运动信息．以东部长期相互间相对水平位移很小的几个站组成的一组稳定点作为基准, 据此获得水平位移分量时间序列．2000年11月上旬起中国西部的GPS基准站开始出现显著的异常位移,此后在云南及四川发生多次6级左右的地震．自2001年4月中旬开始,中国西部GPS基准站向北的水平位移速率明显减小,甚至反向,临震前及震后略有恢复,但震后向北的水平位移速率仍减小,并有明显的向西运动．近几年中国大陆西部（相对东部）的地壳运动过程表明,印度板块的向北挤压是昆仑山8.1级大地震的主要力源,大地震释放了大量的能量,印度板块对中国大陆的作用力明显降低,大震后至2002年底中国大陆的地震活动也明显降低．     

中国大陆现今地壳运动的动力学机制

用有限元方法对中国大陆及邻区地壳与岩石圈运动进行动力学模拟. 以一个黏性薄板（牛顿黏滞、非牛顿黏滞）比拟中国大陆岩石圈，通过解力平衡方程得到中国大陆地壳相对于欧亚板块的运动速度分布，并与最新观测的GPS测量资料比较. 结果表明，造成中国大陆及邻区现今地壳运动及形变的主要动力来源为印度-欧亚板块碰撞及中国西部地区，特别是青藏高原的巨大重力位能. 相对而言，前者的贡献大于后者. 同时，构成中国大陆岩石圈的介质具有较强的非均匀流变特性，呈现出分块特征.     

GPS初步揭示的渭河盆地及边邻地区地壳水平运动特征h

利用中国地壳运动观测网络工程1999~2002年渭河盆地及邻近地区GPS观测资料，以及陕西省地震局2001~2002年的GPS观测资料，研究了渭河盆地及周邻地区地壳运动速度场. 结果表明, 渭河盆地及邻区的运动速率有明显的北东向条带状变化特征，鄂尔多斯块体南缘呈整体不连续性逆时针旋转运动，相对鄂尔多斯块体内部的榆林测点，平均速率约为5.7 mm/a；渭河盆地中部的彬县——西安——蓝田一线，两侧存在一个显著的左旋剪切带，其北部区域与铜川——泾阳——临潼——渭南小震频发区有较好的对应关系.      

青藏块体东北缘近期水平运动与变形

利用青藏块体东北缘地区13、1年GPS观测资料,给出了本区地壳水平运动速度场及视应变场分布图,提出了由位移观测值直接求解块体旋转和变形参数的方法,初步研究了本区构造块体运动与变形特征.结果表明：①本区存在整体性向东—东南方的运动(速率约mm/a);②南部的甘肃—青海块体的运动较快,而北部的阿拉善块体的运动较慢,二者运动速率相差近6mm/a,祁连—海原断裂带左旋走滑运动显著.③自西向东存在北北东—北东东向压性运动;④阿拉善块体、甘肃—青海块体内部存在北西西向张性变形,阿拉善块体的整体张性变形更显著,鄂尔多斯块体西侧的块体交接地带为压性运动.     

青藏块体东北缘近期水平运动与变形

利用青藏块体东北缘地区13、1年GPS观测资料，给出了本区地壳水平运动速度场及视应变场分布图，提出了由位移观测值直接求解块体旋转和变形参数的方法，初步研究了本区构造块体运动与变形特征.结果表明：①本区存在整体性向东-东南方的运动(速率约mm/a)；②南部的甘肃-青海块体的运动较快，而北部的阿拉善块体的运动较慢，二者运动速率相差近6mm/a，祁连-海原断裂带左旋走滑运动显著.③自西向东存在北北东-北东东向压性运动；④阿拉善块体、甘肃-青海块体内部存在北西西向张性变形，阿拉善块体的整体张性变形更显著，鄂尔多斯块体西侧的块体交接地带为压性运动.     

辽宁地区近期地壳垂直运动的演化特征

根据最近十年来三期复测精密水准资料，分析了辽宁地区近期地壳垂直运动的演化状况，结果表明辽宁地区在１９８４年－１９８９年期间表现为整体范围的隆升，且没有明显的原有继承性运动特征，这反映了应力应变在加强；１９８９年－１９９３年则显示出该区已处于应力应变的调整与恢复状态之中，其运动性质也体现为以继承性运动为主。辽宁地区的这一运动过程与华北北部地区的运动过程是相一致的。目前该区域内的差异运动量值偏大。