中国大陆现今地壳运动的GPS分析与构造变形模拟

正中国大陆位于欧亚板块东南部,受印度板块、菲律宾板块和西伯利亚—蒙古亚板块的夹持,是全球岩石圈变形和地壳运动最强烈的地区之一,也是全球大陆地震多发区。因而,研究我国大陆内部的变形,对于认识长期的岩石圈动力学过程与变形模式,了解断层的作用机制以及进行地震危险性评估都有十分重要的意义。我国于20世纪80年代末开始用GPS监测地壳形变,之后的20多年,先后在青藏高原、川滇、天山等地区陆续开展了流动GPS观测,获取了大量的GPS测站资料。随着中国地壳     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

中西天山现今地壳形变特征及地震危险性分析

自新生代以来,由于受印度板块对欧亚板块强烈碰撞和持续挤压的远程效应影响,天山造山带重新活动并再次隆升,成为欧亚大陆内部规模最大的再生造山带。GPS观测结果显示,跨天山（74°E～76°E）的现今地壳缩短速率约为20mm／a,几乎占印度板块与欧亚板块汇聚缩短总量的一半。     

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.     

青藏高原东边缘冕宁—宜宾剖面电性结构及高导层的地质意义

约50Ma前印度板块与欧亚板块开始碰撞之后,青藏高原发生了令人瞩目的整体隆升,成为晚第三纪以来亚洲乃至全球最为重要的地质事件,并使青藏高原成为大陆岩石圈变形最为强烈的地区之一,是全球学者研究大陆动力学乃至地球动力学的焦点和热点地区。由于印度板块与欧亚板块的碰撞以及组成青藏高原各地块向东和东南的挤出运动,位于青藏高原东边缘大凉山地块及其附近地区具有明显的高原和盆地之间的过渡带特征,地壳变形严重,地壳厚度变化剧烈,并且是重力梯度带和航磁异常明显的地区,也是（GPS）资料显示的地壳运动方向由东向东南发生转变的关键地段。本区不仅蕴藏有丰富的金属矿等矿产资源,也是我国强烈地震最为频繁的地区之一。     

亚洲中东部岩石圈网状塑性流动控制下的多层应变速率场

根据“网状塑性流动”大陆动力学模型,岩石圈的变形方式由浅层脆性向深层延性的转变以及岩石圈下层网状塑性流动的控制作用,导致板块内部的多层构造变形。GPS方法或断层错动反演方法所测定的只是浅表地壳。多震层的应变速率可用“地震复发间隔法”,根据先后两次地震的复发间隔和后发地震的发震概率予以估计。基于岩石圈下层塑性流动网络共轭角与挤压变形之间的关系,可运用“共轭角法”估计该层的应变,并结合对于变形时间的估计,进一步推算网络的特征应变速率。文中给出了亚洲中东部地区岩石圈下层特征应变速率的等值线图,其数量级为10-15～10-14/s。控制多震层地震活动的主要是塑性流动网带,其应变速率大于网络的特征应变速率,除此以外,多震层的应变速率还受到驱动边界的直接作用、塑性流动波和上下层之间非连续分布软弱层的影响。根据青藏高原至华北平原11个潜在震源区所在地段多震层应变速率与岩石圈下层特征应变速率的对比分析,除临汾盆地1处偏差较大外,其余10处两者间表现出显著的线性相关,其比值β平均为1.75,分布范围为1.25～2.25。文中建议在进行中长期地震预测时,可根据岩石圈下层特征应变速率等值线图,结合比值β的引入,粗略地估计各潜在震源     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

天山-帕米尔结合带的地壳速度结构及地震活动研究

利用流动地震台阵记录的地震数据,通过地震层析技术反演了天山—帕米尔结合带的P波速度结构,揭示出地壳结构的非均匀特征及其与地震活动的对应关系. 分析结果表明,天山和西昆仑的双向挤压导致塔里木西部边缘地壳严重变形,在山前地区形成基底隆起带,地壳深部则被断裂分割成为若干块体,有的块体可能卷入造山带内部;喀什坳陷地壳深部结构相对完整,变形程度较弱;天山和西昆仑的地壳结构显示出缩短增厚的波速特性,在与塔里木接壤的局部地区,壳幔边界附近存在热物质的侵入迹象. 大部分地震都发生在塔里木西部边缘的壳内高速块体周围,推测块体之间的相互作用和应力调整是导致天山—帕米尔结合带频繁发生地震的主要原因,伽师地震则与构造变形由天山向塔里木内部扩展以及该地区的地壳非均匀结构有关.     

中国境内天山地壳上地幔结构的地震层析成像

根据横跨中国境内天山的库车—奎屯宽频带流动地震台阵和区域地震台网记录的近震和远震P波走时数据,利用地震层析成像方法重建了沿该地震台阵剖面下方400 km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构.结果表明：沿新疆库车—奎屯剖面,天山地壳具有明显的横向分块结构,且南、北天山地壳显示了较为强烈的横向变形特征,表明塔里木地块对天山地壳具有强烈的侧向挤压作用;在塔里木和准噶尔地块上地幔顶部有厚度约60～90 km的高速异常体,塔里木—南天山下方的高速异常体产生了较为明显的弯曲变形,而准噶尔—北天山下方的高速异常体向南一直俯冲到中天山南侧边界下方300 km的深度,两者形成了不对称对冲构造;在塔里木和准噶尔地块下方150～400 km深度存在上地幔低速体,其中塔里木地块一侧的上地幔低速物质上涌到南天山地块的下方;在塔里木—南天山200～300 km深度范围的上地幔存在高速异常体,它可能是地幔热物质向上迁移过程融断的塔里木岩石圈的拆离体. 上述结果表明,塔里木地块的俯冲可能涉及整个岩石圈深度,但其前缘仅限于南天山的北缘;青藏高原隆升的远程效应可能不但驱动塔里木岩石圈向北俯冲,同时还造成天山造山带南侧上地幔物质的涌入;天山造山带上地幔广泛存在的低速异常有助于其上地幔的变形,而上地幔物质的强烈非均匀性应有助于推动天山造山带上地幔小尺度地幔对流的形成;根据研究区地壳上地幔速度结构特征推断,新近纪以来天山快速隆升的主要力源来自青藏高原快速隆升的远程效应,相对软弱的上地幔为加速天山造山带的变形和隆升创造了必要条件.     

青藏高原东缘岩石圈结构对现今地表垂向运动影响的数值分析

参考青藏高原东缘松潘-甘孜地块至四川盆地陡变地形起伏和地壳密度结构的横向差异,本文建立了二维牛顿黏性流体有限元模型,计算分析构造加载、陡变地形和重力效应控制下青藏高原东缘岩石圈变形特征,探讨横向不均匀的地壳密度结构、陡变地形和岩石圈流变性质对区域现今垂向运动的影响.计算结果显示：在构造加载作用下,松潘-甘孜地块至四川盆地地表抬升微弱.区域横向不均匀的地壳密度结构驱使松潘-甘孜地块地壳整体抬升,速率高达2 mm·a^-1,四川盆地整体下沉,速率约1 mm·a^-1,与龙门山两侧现今观测到的地表垂向变形模式相近.龙门山地区陡变地形驱使柔性地壳流动,调整区域地壳局部变形;岩石圈流变结构影响重力驱动作用下的模型变形量值和岩石圈变形耦合程度,松潘-甘孜地块较低的中地壳黏滞系数引起上、下地壳的变形解耦;模型较高的岩石圈地幔黏滞系数使重力驱动作用下区域垂向变形量降低.因此,青藏高原东缘地壳密度结构差异、地形起伏和岩石圈流变性质是现今区域垂向变形的重要动力学控制因素.