利用GPS数据探讨鄂尔多斯地块西南缘地壳动态演化特征

利用GPS大地测量数据,借助最小二乘配置方法构建位移与应变间的偏导关系,探讨了鄂尔多斯地块西南缘地震空区近10年尺度地壳运动速度场、应变场的动态演化特征,分析了研究区域较少发生地震的成因。结果表明：地壳物质流在阿拉善地块、鄂尔多斯地块与西秦岭构造区的复杂地质构造交汇处,地壳内部物质流加速东移,板块间应力积累特征不显著;六盘山断裂、陇县—宝鸡断裂带以西,显示了EW向或NE向的压应变,而沿断裂走向则以拉应变为主,表明西侧地壳物质沿鄂尔多斯地块西南缘东迁顺时针旋转的运动状态;在岐山至扶风一带,出现了面膨胀的特征,释放了地壳内部的压应力,但构造内部运动并无闭锁现象出现,这可能降低了研究区域地震孕育与发生的风险。     

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2000年从青海玛沁到陕西榆林,横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由47台宽频带数字地震仪组成的长约1000km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明,沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征; 地壳厚度自东向西由40km增加到64km左右;在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂;在1920年海原震区及其西侧,上地壳存在明显的低速层,在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧;祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断,壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生,沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面;在玛沁断裂和日月山断裂之间,上地壳存在厚度很大的低速层,同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈,地壳结构较为破碎,这与该地区地震频发相一致.     

鄂尔多斯地块周缘三维地壳速度结构研究

鄂尔多斯地块及周缘位于青藏高原与华北地块之间,其内部无大断裂分布,而周缘却由活跃的地震带——活动断陷带和弧形断裂带包围.因此,鄂尔多斯地块内部无6级以上大地震分布,而周缘地震活动则频度高、强度大(图1),历史上发生多次破坏性大地震,如:1654 年天水南8.0 级、1879 年武都南8.0级、1920 年宁夏海原81/...     

鄂尔多斯地块地壳内S波衰减特征的研究

采用分布于鄂尔多斯地块及其周缘的32个地震台站记录到的19次地震事件共487条数字化波形记录, 利用遗传算法反演得到了整个鄂尔多斯地块地壳内S波的三段几何扩散参数、S波非弹性衰减Q值随频率变化的关系式、32个台站的场地响应以及19次地震的震源参数. 计算结果表明, 鄂尔多斯地块地壳内S波非弹性衰减在1 Hz处的Q值比地质构造活跃地区的结果要大得多. 32个地震台站的场地响应在高频部分除个别台站外基本没有表现出明显的放大效应,但在低频区间部分台站之间有一定的差异. 19次地震事件的地震矩对数值与震级ML有很好的线性关系.      

利用GPS数据研究南北地震带北段近期地壳水平形变特征

采用中国地震局"陆态网络"GPS基准站和流动站观测数据,利用MIT的开源软件GAMIT/GLOBK解算南北地震带北段(33°~42°N,97°~110°E),特别是六盘山地区、祁连地块、银川地堑1999年以来在欧亚框架下、以鄂尔多斯块体作为参考的GPS速度场。计算南北地震带北段5条断裂两侧50~350km范围内各站垂直/平行于断裂走向的速度投影,以及14个基准站18条基线2010年以来的长度时间序列,试图进一步估计关心区域的应力积累情况,探索断层闭锁段。结合地震活动性,认为南北地震带北段未来50年有发生M8地震的可能性;该段1900年以来的第4个M6、M7地震活跃期可能已经拉开序幕,未来2年有发生M7以上地震的可能性;祁连断裂带、海原断裂、西秦岭北缘地震带具备发生M6和M7地震的优先条件,尤其是海原断裂。     

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。     

利用GPS数据研究中缅边界地区现今地壳形变特征

中缅边界地区位于缅甸弧东缘—青藏高原东南缘—巽他板块的衔接地带,地质构造复杂,区内多条活动断裂横跨中缅两国.为了研究中缅边界地区现今地壳形变特征,本文收集处理1998至2020年中国和缅甸的GPS数据,获得了中缅边界地区高空间分辨率的GPS速度场,并采用多尺度球面小波方法计算了多尺度应变率场.结果表明：（1）印度板块向缅甸块体东侧强烈挤压俯冲作用导致位于缅甸弧的GPS测站以约30 mm/a的速度沿NNE向随着印度板块向青藏高原推挤,缅甸弧地区剪切应变积累明显,主压应变率在弧外侧表现为垂直构造走向的近东西向挤压,在弧内侧与伊洛瓦底江盆地表现为平行构造的近南北向挤压.实皆断裂处于主应变率与剪应变率的高值区,存在分段活动性：北段两侧的速度呈现明显的差异,剪切应变积累显著,呈现右旋剪切运动和缩短;中段以约20 mm/a的速度向NNW向运动,具有右旋走滑兼拉张特征.（2）川滇块体围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转,GPS速度方向从构造结北侧的近东西向运动偏转到川滇菱形块体为向南或东南运动,并在滇西南地区呈弥散型分布,速率向东南逐渐减小.其中,小江断裂带总体为左旋走滑.红河断裂中段具有较低的走滑速率,...     

鄂尔多斯地块周围的现代地壳应力场

根据近十年来区域台网的P波初动方向观测资料,得到了鄂尔多斯地块周围13个分区的综合地震节面解;结合已有的结果进行分析,地块周围确实存在有别于华北地区地壳应力场基本情况的小区域应力场:地块西南边缘的六盘山褶皱带处于北东东向的水平挤压应力状态;地块边缘的断陷盆地处于北西向的水平拉张应力状态,尤其是渭河盆地到临汾盆地的主压应力轴已近于直立;地块西北角和东北角处于北西向的水平拉张与北东向的水平挤压共同作用的应力状态;在地块的西面与北面,从北到南和由西往东,主压应力轴的走向由北北东向逐渐转变为近东西向。 此外,还对本文结果在板内动力学中的意义进行了简要的讨论。     

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.     

鄂尔多斯地块周围的现代地壳应力场

根据近十年来区域台网的P波初动方向观测资料,得到了鄂尔多斯地块周围13个分区的综合地震节面解;结合已有的结果进行分析,地块周围确实存在有别于华北地区地壳应力场基本情况的小区域应力场:地块西南边缘的六盘山褶皱带处于北东东向的水平挤压应力状态;地块边缘的断陷盆地处于北西向的水平拉张应力状态,尤其是渭河盆地到临汾盆地的主压应力轴已近于直立;地块西北角和东北角处于北西向的水平拉张与北东向的水平挤压共同作用的应力状态;在地块的西面与北面,从北到南和由西往东,主压应力轴的走向由北北东向逐渐转变为近东西向。 此外,还对本文结果在板内动力学中的意义进行了简要的讨论。     

Mantle anisotropy across the southwestern boundary of the Ordos block,North China

Located at the northeastern margin of the Tibetan plateau,the Ordos block is a stable tectonic unit in North China.With its active boundary fault zones,the Ordos block played an important role in the eastward extrusion mechanism of the Tibetan plateau.Peking University deployed a linear array of 15 portable broadband seismometers across the western Weihe graben during September 2005 to August 2006 and later a 2-D seismic array(Southwest Ordos Array) of 14 portable broadband seismometers during 2007-2008 at its southwestern boundary.Analyses of shear wave splitting of SKS and SKKS phases at these stations show that the fast directions trend ～110° with an average delay time of 0.9 s in the southwestern margin of the Ordos block.The agreement between the lithosphere deformation indicated by GPS data and Quaternary fault slip-rate observations and the mantle flow represented by shear wave splitting implies that accordant deformation patterns from lithosphere to asthenosphere in relation to the eastward extrusion of the Tibetan plateau could extend at least to 200 km depth.Spatial distribution of splitting polarization directions indicates that the mantle flow driven by the Tibetan plateau is blocked by the Ordos block and locally restricted in a narrow channel along the Qinling-Dabie fault zones between the Ordos block and Sichuan basin.     

鄂尔多斯地块北缘b值的时空特征及其地震预测效能分析

使用中国地震台网1970—2017年地震目录,在评估目录完整性和删除余震的基础上,使用最大似然法对鄂尔多斯地块北缘进行b值时空扫描. 扫描结果显示,鄂尔多斯地块北缘的低b值区域主要分布于阿拉善和晋冀蒙地区,低b值区域的空间分布随时间呈现一定变化. 低b值区域与中强地震存在一定的对应关系,对14次震例的回溯性检验显示,其中10次地震发生在低b值区域及其边缘. 使用Molchan图表法和R值评分法对b值时空扫描结果进行预测效能检验,以低于阈值的区域为预测区域,计算不同阈值的漏报率、报准率和时空占有率。Molchan图表法检验结果显示,本文所使用的b值时空扫描方法的预测效果优于泊松分布,最优结果的概率增益达到2,显著性水平达到0.25. R值曲线显示,当阈值为0.8时,达到最高R值0.28,并达到97.5%置信水平.      

鄂尔多斯南缘地区重力变化场源特征

以鄂尔多斯南缘地区布格重力异常数据及2014—2017年相对重力观测数据为基础,采用欧拉反褶积方法,对引起重力变化的场源深度进行反演,并对空间分布规律予以解释.通过构建理论模型,反演得到最优模型参数,并对实际数据进行计算和分析.为了减弱和消除欧拉解的发散性,利用水平梯度滤波法优化反演结果.结果表明:①构造指数为1时,适...     

基于GPS连续站观测资料的鲜水河断裂运动特征研究

鲜水河断裂GPS连续站监测网由七美、瓦日、牦牛、塔工4个站组成,于2006年2月建成并开始运行。本文利用该监测网2006年2月至8月期间的观测资料,计算出6条基线长变化的时间序列,在此基础上,分析了鲜水河断裂的运动特征。结果表明,在测区范围内,鲜水河断裂以12.3±1.2 mm/a的速率左旋滑动,测区北端有明显张性,而南端则没有明显的张性或压性特征。最后,通过与以前对鲜水河断裂运动状态进行观测的各种手段和结果的比较,本文认为GPS连续运行参考站监测网在活动断裂的监测方面具有明显优势。     

基于GPS速度场采用RELSM模型分析青藏块体东北缘的形变—应变特征

利用青藏块体东北缘地区1999～2001年GPS观测获得的地壳水平运动速率场,通过对该地区进行块体划分,将该地区划分为9个块体,应用块体的整体旋转线性应变模型(RELSM)估计了各个块体的旋转与应变参数,以及计算了该地区内143个GPS站点的应变参数,以此分析了该地区的应变场的基本特征,结果表明:①阿拉善块体s较稳定,其旋转角为0.630×10-8,运动速率为0.688 mm/a,②相比其他块体,共和块体旋转角最大达到了6.589×10-8 ,运动速率达到了7.296 mm/a,③应变高值区主要集中在祁连山断裂,海原断裂等,在这些地区最大剪应变率达到了7.5×10-8、面膨胀率达到了-2.5×10-8、主压应变达到了-6×10-8.     

Discussion on the dynamic mechanism of Great North China area based on the observed stress data

Introduction The Great North China, located at longitude 106E to 124E and latitude 31N to 42N, in-cludes three secondary active tectonic blocks, Ordos, Yanshan and North China plain (Figure 1). The geological tectonics of these three secondary blocks is much different from each other. As a stable block with high rigidity, the Ordos block is mostly surrounded by down-faulted basins with an inactive interior since Cenozoic, although the fault zones along its boundary are strongly active wi…