青藏高原区域构造应力场特征分析

利用区域测震台网的地震波形及震相数据基于CAP方法反演北纬26°~42°,东经90°~110°内的270个M_S>3.0以上地震的震源机制解;并结合GCMT目录和一些前人研究结果中该区域的共759个震源机制解数据,运用SATSI方法计算了研究区域的应力场。将研究区域按1°×1°网格化后得到了154个局部应力场分布结果,从结果上看,整个青藏高原的最大主压应力方向大致表现为顺时针且向右的旋转方式。该结果反映了青藏高原块体向NE和NNE挤压的过程中,分别在其北部和东部受到鄂尔多斯和阿拉善两个坚硬块体的阻挡,造成青藏块体增厚,块体之间物质的侧向流动。对研究区域应力型因子R值的研究显示青海祁连、甘东南区域、四川龙门山断裂带等沿青藏高原块体与阿拉善块体以及鄂尔多斯块体交界处相对应力值偏大,与近年来这些地区的地震活动性成正比。本文研究结果对比其他应力场研究结果、GPS研究结果、以及数值模拟结果具有很好的一致性,可为青藏高原地区的孕震机理、活动构造以及地震趋势判定提供可靠的参考依据。     

青藏高原岩石圈多层构造应力场

青藏高原构造应力场可按岩石圈下层、多震层和浅层地壳区分为三层。除了震源机制解方法和井孔原地测量方法可分别用于推测多震层和浅层的应力状况外,还可根据下层塑性流动网络,采用平分网络共轭角的方法估计下层的应力方向。对比岩石圈下层与上层(多震层)的构造应力场,其结果表明: 由于板块边缘驱动力主要通过下层的网络状流动实现其远程传递,故在总体作用趋势上,上层的应力方向受控于下层;又由于高原靠近喜马拉雅驱动边界,部分驱动力直接沿上层传递,致使局部地区上、下层应力方向相差显著。     

青藏高原北、东边缘第四纪构造应力场演化特征

由断层滑动资料确定的第四纪构造应力场和晚第三纪以来的地壳形变分析结果,较好地解释了青藏高原北、东边缘自中新世中晚期以来的地壳动力学演化特征：在中新世中晚期至早更新世末期,青藏高原北、东边缘主要受来自印度板块碰撞青藏块体产生的垂直块体边界方向的挤压,在高原周缘主要形成逆断裂．构造应力场以逆断型为主;早更新世末期以后,印度板块继续向北推挤,高原内部挤压变形增大．与此同时,在高原东侧边缘形成北西-南东方向的引张,构成了高原东部块体向东、南东方向滑移的有利条件,从而导致了高原周边一系列断层由逆冲改变为走滑,构造应力场以走滑型为主．其最大主压应力方向相对早期构造应力场发生了一个顺时针方向的旋转．     

青藏高原东北缘构造应力场及动力学特征

青藏高原东北缘是高原物质挤出的重要通道,也是深入认识青藏高原构造隆升和横向扩展机制的重要区域.本文利用中国地震台网在青藏高原东北缘布设的宽频带地震仪记录的波形资料,利用CAP全波形反演方法及基于P波初动极性和S/P振幅比的HASH方法,获得了研究区内M_L≥3.0地震震源机制解781组,同时收集了M_W≥4.6中强地震震源机制解96组,利用STASI阻尼区域应力场反演算法对该区的构造应力场分布特征进行了分析.结果显示,研究区震源机制P轴、T轴以及最大主应力轴σ₁和最小主应力轴σ₃总体上倾伏角较小,揭示了近水平的挤压或剪切应力环境.σ₁以NE向为主,且由巴颜喀拉块体西南部向外呈扇形辐射,至祁连造山带逆时针偏转为NNE向,至秦岭造山带顺时针偏转为ENE向—ESE向,分布特征与区内走滑型边界断裂活动性质相对应.水平最大主应力S_Hmax方向与σ₁分布特征基本一致,应力结构类型以走滑型为主,且R值具有明显的空间差异分布特征.柴达木—陇西块体和巴颜喀拉块体东南部与秦岭造山带和四川盆地的过渡区域,深浅地壳S_Hmax方向具有差异性,深部地壳变形与浅部可能发生解耦,其余区域不同地壳深度的S_Hmax方向一致性较好.联合基于原位地应力实测获得的地壳浅表层地应力状态、基于地震各向异性获得的地壳和上地幔变形特征以及基于GPS观测获得的地壳浅表层形变特征,讨论了青藏高原东北缘岩石圈垂向变形特征及动力学机制.结果表明青藏高原东北缘应力场与应变场特征一致,地表形变主要受控于区域构造应力场.壳幔变形机制和深部动力学特征极为复杂,很难用单一模式解释,青藏高原东北缘可能以岩石圈连续增厚变形与下地壳通道流的共同作用模式为主.

     

欧亚地震带现代构造应力场及其分区特征

利用美国哈佛大学矩心矩张量目录中的2818个地震的震源机制解资料,分析了欧亚地震带及其5个分区现代构造应力场的基本特征,给出了5个分区的震源机制主压应力方向分布图。结果表明:①欧亚地震带以逆断型和走滑型断层活动为主;②地中海地震区以走滑断层活动为主,主压应力方向为SSW向;③伊朗—阿富汗—巴基斯坦地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NNE—NS向;④喜马拉雅地震以逆断型为主,主压应力优势方向为NS和NE向;⑤川—滇—缅地震区以走滑断层活动为主,主应力场方向为NNE向;⑥印度尼西亚地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NE—SSW向。各分区的主压应力方向明显受其所在区域板块运动的影响,由此推测板块运动可能是产生欧亚地震带构造应力的主要力源。     

青藏高原现代构造应力状态及构造运动的三维弹粘性数值模拟

根据现有的地球物理和地质资料，建立了青藏高原三维弹－粘性有限单元模型，模拟了由地震震源机制解和地质调查资料推断的高原岩石圈的构造应力状态，并模拟岩石圈物质的运动特征，着重考察高原物质向东南方向运动的可能性，并把模拟结果与实际资料结果进行比较。施加载荷时考虑了处于Ａｉｒｙ均衡条件下的高原地壳的重力势能和底面浮力，以及水平边界的挤压作用，根据试错法的试验结果，能够符合观测结果的模型边界条件表明：①印度     

南海及邻域现代构造应力场与近代地壳运动及地壳稳定性研究

本文根据有限元法反演了南海及邻域现代构造应力场的基本特征,着重讨论了应力场与地震活动、火山活动、活动断裂和地壳升降运动等的相关性,并根据最大剪应力的数值将本区划分为极不稳定区(≥1.8×10~7Pa)、不稳定区(1.2×10~7Pa-1.8×10~7Pa)、次稳定区(6×10~6Pa-1.2×10~7Pa)和稳定区(<6×10~6Pa)等4个大区域的地壳稳定性分区。     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

塑性流动网络控制下华北地区构造应力场与地震构造

文中所述华北地区位于中东亚塑性流动网络系统的东部 (偏北 ) ,在岩石圈下层内含右向和左向塑性流动网带多条 ,受其控制 ,在其上方多震层内形成地震带 ,并导致上层构造应力场在总趋势上与下层基本保持一致。发震断裂以不同交角沿网带展布 ,组成地震构造带 ,其中少数地震构造带的视成熟度较高 ,多数尚属未成熟的准地震构造带     

青藏高原及周边区域岩石圈重力势能及其产生的偏应力场

岩石圈质量横向分布不均匀深刻影响青藏高原及周边区域构造应力场分布样式和构造形变特征.本文采用Crust 1.0地壳模型数据, 并在此基础上分别采用艾里均衡和普拉特均衡两种均衡模式对地幔数据进行约束, 计算了青藏高原及邻区重力势能.采用有限元方法求解了青藏高原及周缘重力势能差产生的偏应力场, 结果显示高重力势能产生应力样式以张裂为主, 反之低重力势能产生应力样式则以压缩为主, 偏应力数值大小主要集中在10~30 MPa.将重力势能差产生的偏应力和现今GNSS应变进行比较发现, 在重力势能横向变化幅度大的区域, 如青藏高原内部柴达木盆地和川滇块体中南部, 高原周边的塔里木块体西北部、阿拉善块体南部、鄂尔多斯块体西部、华南块体西北部和印度板块北部, 偏应力和GNSS应变的压缩张裂分布样式和主轴方向符合较好, 两者相关性强.这些结果表明板块运动驱动力在远离欧亚板块边界的青藏高原北部和东部边缘以重力势能的形式影响其构造形变, 而在喜马拉雅地区, 重力势能差与印度板块俯冲两种机制作用方向相反.

     

云南及邻区地壳应力场研究

地壳应力场对探讨区域构造动力过程和形变机制有重要意义.为了获得云南及邻区精确的构造应力场以及确定先前研究中存在差异地区的构造应力场,本研究首先在搜集研究区已有震源机制解的基础上,使用gCAP方法反演了近年来发生的地震震源机制解,共获得研究区震源机制解1302个; 其次,在应力场反演时,提出了定量设置反演网格大小的方法,并删除阻尼和无阻尼反演应力场结果性质存在差异的网格.最终,基于大量震源机制解资料获得研究区精确的应力场：（1）云南及邻区震源机制解类型以走滑型为主,遍布整个研究区,逆走滑和逆冲型地震集中分布在云南与四川盆地交界地区,正断型和正走滑型地震较少,主要分布在滇西和滇西北地区; 研究区震源机制解的多样性,在一定程度上反映了研究区构造活动和应力场的空间差异性.（2）云南及邻区整体应力场表现为：主压应力轴方位迹线呈以西北角为中心的扇形分布,主张应力轴方位迹线呈以西北角为中心的弧形分布,总体上反映青藏高原物质向东南的运移作用对研究区应力场具有控制作用.（3）研究区应力场类型以走滑型为主,局部地区出现逆冲和拉张型应力场,所得结果与前人应力场研究结果总体上一致.（4）腾冲火山区地壳应力场为走滑型,与腾冲地区断裂以走滑型为主相一致,一定程度上揭示出现今火山活动对浅部地壳应力场的影响较小.

     

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001—2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山—河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.     

青藏高原腹地现今地应力测量与应力状态研究

青藏高原腹地现今构造活动强烈,为了解强烈构造活动下的应力背景,我们在五道梁、风火山、雁石坪和安多不同构造部位的四个测点采用压磁应力解除法进行了现场应力实测工作,测量深度12～20m.测量结果表明, 最大主应力方向总体为北东向,与地质、地震以及大地测量等方面的研究成果基本吻合;最大主应力量值为3.6～6.8MPa（安多测点除外）,与其他地区测量结果相比,属于中等偏高;安多测点最大主应力方向为北西西向,最大主应力量值为8.1MPa,与其他测点有较大差别,反映了板块缝合带附近现今应力状态的复杂性.     

中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析

本文以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"为基础,补充了迄今为止查阅到的中国大陆水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据,在1474个测点上得到3586条数据,研究区经度范围75°E－130°E,纬度范围18°N－47°N,深度范围0~4000 m,基本覆盖了中国大陆的各活动地块与南北地震带各段等研究区.本文采用等深度段分组归纳的方法解决了实测地应力数据样本数量沿深度分布的不均匀问题,给出了中国大陆与各研究区地壳浅层测量深度范围内应力量值、方位特征.结果显示:(1)中国大陆地壳浅层最大水平应力、最小水平应力、垂直应力随深度呈线性增加;(2)中国大陆地区侧压系数随深度的变化特征为:浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.68,D=465 m是水平作用为主导向垂直作用为主导的转换深度,Kav=1;(3)中国大陆水平差应力在地表为3 MPa左右,随深度增加以5.8 MPa/km的梯度增大;(4)在测量深度范围内,中国大陆各研究区最大水平应力中间值(深度为2000 m时的统计回归值)从大到小的顺序是:青藏地块63.6 MPa、南北带北段57.3 MPa、华南地块51.4 MPa、华北地块50.5 MPa、南北带中段47.9 MPa、西域地块47.5 MPa、南北带南段45.4 MPa、东北地块44.8 MPa,总体表现为"西强东弱"的基本特征,反映了印度板块与欧亚板块的强烈碰撞是中国大陆构造应力场强度总体特征的主要来源;(5)与其他研究区相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点;(6)最大水平应力方向的总体特征,基本以青藏高原为中心,呈辐射状展布,由西向东,从近N-S方向逐步顺时针旋转至NNE-SSW、NE-SW、NEE-SWW、NW-SE方向,与深部的震源机制解研究结果有一致性.     

中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究

系统研究了1918～2006年间中国大陆及其周缘发生的3115个M4.6以上中、强地震的震源机制解,得到中国大陆地壳区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计结果.探讨了大陆应力场的结构,以及周围板块运动对中国大陆应力场影响作用范围及其界线.结果表明,中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直至琉球海沟的广阔范围内存在的方位为170°引张应力场的控制.华北地区大地震的震源机制解反映出,该区地震发生为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果.印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、乃至延伸到天山及其以北的广大地区.在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量位于20°~40°,形成了近北东方向的挤压应力场,大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区以及天山等地区. 本文结果表明,正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区.证明了青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动.根据本文最新结果,得到了华北、华南块体之间地壳区域应力场的控制边界线,发现该分界线与大地构造、岩石圈板块构造图等有较大差异,特别是在大别及其以东地区, 该分界线向东南偏转,在沿海的温州附近转向东,最终穿过东海直至琉球海沟.台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界,来自北西西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场. 地震震源机制结果还表明,南北地震带南段西侧其P轴大约为NNE方向,与青藏高原的P轴方位一致.南北地震带南段东侧其P轴大约为NWW方向,与华南块体的P轴方位一致.因此,将中〖JP2〗国大陆分成东、西两部分的南北地震带南段是印度洋板块与菲律宾海板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线.     

兰州至玛曲地区地应力测量与现今构造应力场特征研究

兰州—玛曲地区是印度板块北东向推挤引起青藏块体强烈变形的前缘区,该区的现今构造应力场研究对研究大陆动力学问题具有重要意义.本文给出了兰州—玛曲地区不同地点的现今地应力实测值的大小和方向.测量方法采用压磁应力解除法,测点分别布置在阿姨山、大水、尕海、玛艾以及清水.为系统研究本区及邻近地区现今构造应力场特征,对已有应力实测数据进行了整理分析.研究结果表明,本区及邻区几十米浅表部应力与其他地区相比,属于中等大小量值;应力随深度增加而加大,但在不同构造单元,应力增加梯度有所不同;最大水平主应力方向总体上为北东向,不同构造单元上方向有所不同,鄂尔多斯地块最大水平主应力方向为近东西向,河西走廊带最大水平主应力方向在北北西—北东方向内变化,祁连山东南端最大水平主应力方向变化较大,西秦岭地块是现今地应力的一个过渡带,最大水平主应力方向由北侧的NE向逐渐转变为中部的EW向和南侧的SEE向.本文给出的结果与由GPS观测给出的该区域应变场分布具有一致性.     

Isotopic characteristics of shoshonitic rocks in eastern Qinghai-Tibet Plateau: Petrogenesis and its tectonic implication Isotopic characteristics of shoshonitic rocks in eastern Qinghai-Tibet Plateau: Petrogenesis and its tectonic implication

The Cenozoic magmatic rocks of shoshonitic series in the easternQinghai-Tibet Plateau include potassic alkaline plutonic rocks, volcanic rocks, lamprophyres and acidic porphyries. Analytical results show that these different lithological rocks are extremely similar in Sr, Nd and Pb isotopic compositions with the range of 0.705 187-0.707 254 for 87Sr/86Sr, 0.512 305-0.512 630 for 143Nd/144Nd, 18.53-18.97 for 206Pb/204Pb, 15.51-15.72 for 207Pb/204Pb and 38.38-39.24 for 208Pb/204Pb. They are isotopically similar to the EMII end-member. This indicates that mantle metasomatism must have taken place in their source region. The formation of these particular rocks is related to crustal thinning and mantle upwelling in a large-scale strike-slip and pull-apart fault zone at about 40 Ma in northern and eastern Qinghai-Tibet Plateau.     

中国大陆及邻区现代构造应力场分区

以“中国大陆地壳应力环境基础数据库”资料为基础,总结了中国大陆及邻区现代构造应力场的基本特征,提出了划分构造应力分区的原则,将中国大陆及邻区现代构造应力场划为四级应力区. 指出一级构造应力区主要受板块边界的几何特征和作用在边界上的力所控制,应力作用在大范围和长时间内保持均匀和稳定;二级构造应力区受控于区域块体间的相互作用,在较大区域范围内应力作用具有较强的相关性;三级构造应力区受控于区域内部块体间的相互作用,在一定区域范围内应力结构具有相似性;四级构造应力区受控于块体和断裂相互作用的影响,其应力性状(方向、强度、结构等)一致性较好. 论文还初步分析了控制中国大陆及邻区现代构造应力场分布的动力学环境.     

台湾海峡及其邻区现今构造应力场数值模拟

本文将台湾海峡及其邻区划分为多个具有不同弹性参数的等厚区块,并利用基于弹性理论的有限元数值模型,以GPS观测速度和由震源机制解(FMS)得到的主应力轴方向为约束条件,计算了该研究区的现今构造应力场.结果表明:(1)最大主应力轴在台湾海峡中部和台湾岛弧中部大致为NW-SE向,在东北部呈顺时针旋转,而在南部呈逆时针旋转;(2)研究区水平位移场大致以23°N为界,南强北弱,且在北部呈顺时针旋转,南部呈逆时针旋转;(3)东沙-澎湖-北港隆起因强度大于周边盆地区而成为"阻挡带",导致在其南北出现两个反向的构造逃逸区,并且隆起东南区形变特别强烈,而其西北区则相对较弱.