岩石圈根拖曳作用在青藏高原西部和东部造山中的比较研究

根据地球物理探测资料,基于二维模型,利用黏弹性有限元方法,研究青藏高原西、东剖面的地壳均衡和岩石圈根拖曳的构造应力机制.数值模拟结果表明,青藏高原西部（B B′剖面）的造山水平挤压力主要来源于岩石圈根的向下拖曳,印度板块向北挤压为次要因素,形成“山隆盆降”的地表形态;而青藏高原东部（A A’剖面）岩石圈根向下拖曳还不足以形成硬上地壳中挤压造山的主要力源.对比结果认为,青藏高原的深部层圈结构和应力体系在西、东部存在明显的差异,反映了高原内部造山演化的西、东分异特征.     

板内应力快速积累的一种机制

要解释在很短的时间尺度内强震活动主体地区的大范围迁移现象 ,必须考虑整个岩石圈的分层流变结构和应力积累的时间过程。文中分析了应力在岩石圈中的传播情况 ,论证了板块边界对大陆内部的动态作用形式 ,推导出了在常速度边界条件下 ,双层黏弹性模型的解析解。证明在板块边界连续动态作用条件下 ,由于岩石圈的分层流变性和应力在不同流变性介质中的传播特征 ,在黏弹性模型黏滞性较大层中应力的积累时间可以大大缩短 ,从而可以较合理地解释一些短期的地质现象     

大陆俯冲带弹性板块厚度的变化

通过对欧洲、亚洲和美洲俯冲形成造山带地区的15个弹性岩石圈厚度可靠地估计后,我们认为大陆岩石圈的强度作为深度的函数与大洋岩石圈显著不同。大陆岩石圈的强度可比所预计的、具有相同热年代的大洋岩石圈的强度高得多或低得多,这取决于岩石圈的应力状态。我们认为这是两种效应相互作用的结果。对一亿年以上的大陆板块来说,大陆下面的热板块越厚,其弹塑性转变点就越深,并且由于大陆地壳的塑性蠕变激活能低,导致上部弹性岩石圈在很高的扭曲应力作用下大规模破裂。若年龄为10亿年的岩石圈弹性板块的厚度为100km,则热板块的厚度至少为250km。在高应力状态下弹性板块变薄的程度与下地壳中包含塑性带的简单屈服包络线的计算结果相一致,大陆物质的屈服强度低,表明有效弹性板块的     

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.     

中国大陆现今地应力场黏弹性球壳数值模拟综合研究

中国大陆现今实测地应力场的状态与板块构造环境、活动断裂带分布、地形地貌以及地壳结构呈现一定相关性. 在中国大陆西缘,印度洋板块与欧亚板块陆发生陆碰撞,在中国大陆东缘,菲律宾海板块、太平洋板块俯冲到欧亚板块之下. 中国大陆内部被大型活动断裂带分割为多个块体,各个块体的地壳结构和厚度呈不均匀分布,地形地貌起伏具有很大的差异. 笔者以中国大陆块体模型为基础,把板块构造作用和重力势作为主要影响地应力状态的两个主要要素,在现今活动构造、GPS和实测地应力等成果的约束下,利用线性黏弹体球壳有限元模拟分析了中国大陆现今地应力场的分布特征和控制因素. 结果表明: (1)构造应力场总体上呈现出西部挤压,东部拉张的特征,印度板块与欧亚板块的持续碰撞形成了青藏高原及其周缘的挤压性质的构造应力场,而东部菲律宾板块与太平洋板块的俯冲形成了黄海、东海和环渤海区域的拉张性质的构造应力场,中间为拉张环境和挤压环境的过渡,最大主应力的方向受到板块构造环境和活动构造分布的控制;(2)重力的影响主要体现在地形梯度大和地壳厚度结构变化大的地壳浅部区域,在藏南、滇西北局部地区的地壳浅部由于受到重力势控制,呈现为张性应力场,在塔里木地区由于重力势引起的应力场与构造应力场同为挤压性质,因此该区的挤压强度得以增加;(3)中国大陆浅部地应力场的状态主要受到区域板块构造环境、块体边界活动构造带的展布和地形的控制,总体上以南北构造带为界,西部以较强的压性构造环境为主,东部为较弱的压性构造环境,藏南和滇西北局部地区存在有张性构造环境;构造应力对地应力的贡献比重随着深度增加而增加;(4)采用黏弹性模型的构造应力场模拟结果比完全弹性模型的模拟结果能够更好地与实测地应力场相吻合,利用完全弹性模型分析由地震等诱发的地应力瞬时变化是有效的;(5)青藏高原东南缘最大主应力方向发生了较大的偏转,其主要控制因素有:印度板块持续的碰撞、中下地壳对上地壳拖曳以及印度板块通过实皆断裂对欧亚板块的剪切拉伸作用. 中国大陆现今地应力场是整个地壳岩石黏弹特性长期演化和断裂活动的结果,是地应力场动态演化过程中在现今时间点上的状态,受到板块构造环境、大陆内部活动断裂分布、地形地貌和地壳结构等因素不同程度的控制,模拟结果为中国大陆地应力场提供了一个定量的参考模型.     

强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究

中国大陆内地震属于板内地震,有不同于板块边界地震的物理机制.中国大陆周围受到印度、太平洋和菲律宾海三大板块的联合作用,岩石圈结构复杂,具有横向和纵向不均匀性,这些因素必然影响大陆内的应力场分布,从而影响大陆内强震的活动,但其影响方式和物理过程,都需要进一步研究.本文从中国大陆动力学背景特征、应力在岩石圈中的传播特征、大陆岩石圈介质特征、前期强震活动对局部地壳的影响等方面进行较全面的计算和模拟,希望能较好地理解和探讨以上问题.     

青藏高原-天山大陆内部地壳变形三维数值模拟研究

大量研究事实证明,板块相互作用除了在板块边缘产生地壳强烈变形外,其应变可以扩展到远离板块边界的大陆内部,对板块相互作用的远程效应以及大陆内部地壳变形的动力学机制目前仍然有争议.本文结合前人对大陆岩石圈流变学研究的知识和现代GPS观测结果,应用三维有限元数值模拟技术探讨了印度大陆向北推挤与青藏高原-天山地壳变形的动力学关系.模拟地壳的流变学用Maxwell黏弹性模型近似,印-藏的汇聚速度用大量GPS观测的速度边界约束,而欧亚大陆内的远程边界用弹簧约束.在重力方向上,模型考虑了重力加载和位于深部的静岩压力边界.通过大量模型的计算,在均一的地壳流变学框架下印-藏汇聚的应变使研究区内发生整体隆升;然而当考虑青藏高原,塔里木地块和天山等区域中地壳流变学可能存在的横向不一致时,可以发现印藏汇聚的应变经青藏高原吸收后可以跃过塔里木导致天山地区的强烈变形.这暗示新生代以来发生在天山地区强烈地壳变形的动力学可能与印-藏汇聚过程中青藏高原-塔里木天山一带岩石圈流变学存在横向不均一有关.这对我们进一步认识板块相互作用的远程效应和大陆内部岩石圈变形机制有一定理论意义     

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.     

青海门源─福建宁德地学断面综合地球物理研究

概述了青海门源─福建宁德地学断面的综合地球物理研究结果．综合研究以贯穿断面的深地震测深剖面资料为基础．综合地球物理模型表明了各大地构造单元的结构特征及相互关系．断面显示了太平洋板块、印度板块与欧亚板块之间相互作用的结果．断面西段由于印度板块与欧亚板块碰撞，急剧的岩石圈缩短使地壳增厚；断面东段则处于西太平洋裂陷引张状态，形成一系列张性断裂和断陷盆地，导致岩石圈变薄，地壳亦随之减薄．本文还讨论了断面中几个重要构造单元的动力学问题．     

青海门源─福建宁德地学断面综合地球物理研究

概述了青海门源─福建宁德地学断面的综合地球物理研究结果．综合研究以贯穿断面的深地震测深剖面资料为基础．综合地球物理模型表明了各大地构造单元的结构特征及相互关系．断面显示了太平洋板块、印度板块与欧亚板块之间相互作用的结果．断面西段由于印度板块与欧亚板块碰撞，急剧的岩石圈缩短使地壳增厚；断面东段则处于西太平洋裂陷引张状态，形成一系列张性断裂和断陷盆地，导致岩石圈变薄，地壳亦随之减薄．本文还讨论了断面中几个重要构造单元的动力学问题．     

用数字台网的面波资料研究中国大陆的地壳上地幔结构

本文采用适配滤波频时分析技术对中国数字地震台网记录的长周期面波资料进行处理,获得了路经中国大陆的23条波路径的基阶瑞雷面波群速度频散曲线,频散曲线的周期从10.5秒至150秒。使用HARKRIDER面波反演程序反演了各条波路径的平均地壳上地幔结构。所得模型直至230km。深处仍有较好的分辨。根据所得结果将中国大陆划分为四个构造单元。各构造单元之间差异明显且在某些单元内部横向变化也很显著。     

地块活动与成组地震关系的初步探讨

中国大陆构造的成块性与中国地震活动的成组性构成中国地震构造和地震活动的一个突出现象．本文在前人对中国大陆地震成组划分的结果和地块划分方案的基础上,研究了中国大陆地块与成组地震活动之间的关系,发现大部分强震分布于地块边界断层上,成组地震的孕育和发生与块体活动有关．由成组地震震中分布图表现出来的地块活动方式主要有４种:单缝式活动型、单地块活动型、多地块活动型和地块内部活动型．地块活动频度以单缝式活动型为最高,在成组地震中则以单地块活动型为多．大陆内部各地块的活动性有差别,东部比较活跃的地块有太行山和华北平原地块,西部比较活跃的地块有川滇和昆仑-松潘地块．      

Basic Characteristics of Present Movement of Major Tectonic Blocks in China‘s Continent

In order to study the present crustal movement and geodynamics in China‘s continent, a countrywide GPS monitoring network consisting of 22 stations was set up evenly on major tectonic blocks in China‘s continent in the early 1990s. Three-phase observations using the network were carried out in 1992, 1994, and 1996, respectively. In this paper, the data processing and accuracy of the three-phase observations are examined and the basic characteristics of present block movement in China‘s continent are analyzed based on the data of three-phase repeated observations. The study result indicates that the accuracy of data obtained in three-phase observations on the GPS network reaches 10-8 ～ 10-9, which is adequate to the need of monitoring of crustal movement. A model for block movement in China‘s continent constructed based on the result of the three-phase observations has effectively tested the results of geological and geophysical studies. In global framework, China‘s continent as a whole shows its clear eastward motion and its regional movement relative to Siberian block is characterized by that the western China is mainly affected by northward subduction and pushing of Indian Plate. Qinghai-Xizang Plateau shows clear eastward lateral slip simultaneously with longitudinal compression. It is more favorable to the escape model for the continent. Block movement of eastern China is under the combined effect of Indian, Pacific,and Philippine plates, resulting in northeastern and eastern motions of eastern China up to southeastern coastal region where the effect of Philippine Plate strengthens.     

岩石圈流变强度与中国大陆构造运动关系的探讨

以GPS观测资料和地震学研究成果为约束，针对不同流变参数的中国大陆岩石圈模型，数值模拟了岩石粘度与中国大陆板块边界作用强度的关系，探讨了陆-陆碰撞对中国大陆分层岩石圈运动的驱动机制．给出了陆-陆碰撞驱动力、附加地形与山根浮力及热浮力对中国大陆构造运动的驱动特点．印度板块、太平洋板块和菲律宾板块对中国大陆驱动的边界作用强度之比约是4：1．25：1，所引起的水平主压应力主要集中在坚硬岩石层；而附加地形等垂直方向作用力在水平方向产生的最大主压应力则主要集中在软弱岩石层．这种垂直方向上的作用力在高原南部地区阻碍陆-陆碰撞向北的推挤运动，在高原东北部增加对其它块体的推挤作用。     

全球地震层析地幔密度横向不均匀及大陆动力学

地震层析为我们提供了研究全球及区域地幔横向不均匀的有力工具。本文使用Ｓ１２－ＷＭ１３［１］层析模型,假设地震波速度异常与密度异常之间呈线性关系［２］,以ＰＲＥＭ模型［３］为基础,计算了全球和部分区域的球谐展开１２×１２阶地幔密度异常分布;分析了一系列的结果,特别分析了大陆下部地幔密度异常的基本格局;讨论了其对大陆动力学研究的意义。应用于中国大陆发现,整个中国大陆下部７０ｋｍ－１５０ｋｍ深部范围内是地震剪切波的低速带或密度低的地区,而在１５０－４００ｋｍ范围中又处于密度高的异常地带。本文从地幔动力学的观念出发讨论了中国大陆岩石层构造运动的地幔动力学问题。     

再探中国大陆第四纪地壳运动时程

以柴达木盆地新构造运动发生的期次、黄河兰州谷地出现的突出构造事件、阿尔金断裂带第四纪所经历的大运动阶段、攀西裂谷区新构造运动分期、北京地区南段新构造运动波动、全国一些地区断裂活动时序等为例证,再次证明了第四纪以来中国大陆地壳活动具有明显的时段性,４次强烈的构造活动分别发生在上新世末至早更新世初、早更新世中晚期、中更新世中晚期和全新世。其中,以中更新世中晚期地壳活动强度最大、波及范围最广     

西太平洋岛弧地震分布的不均匀性及其成因问题探讨

西太平洋地震活动沿岛弧呈狭窄的带状分布,但在岛弧的延伸方向上及岛弧间存在明显的差异。岛弧两端或岛弧与海岭的交接地段震源密度较大,而岛弧中段密度较小;菲律宾海板块西侧（靠大陆）的岛弧地震活动性较强,其东侧（靠太平洋）的马里亚纳岛弧地震活动性较弱;马里亚纳弧的ＮＮＥ和ＮＥ方向段地震活动比其它的方向段弱。震源密度与地貌格局及弧前构造应力有密切联系,表明导致地震活动的构造应力可能来源于大陆向海洋的运动     

中国大陆微破裂过程和应力图案的变化

本文通过对我国大陆东经97°以东地区,1972—1978年发生的17,000多次M≥2.0地震的活动率(d值)和震级-频度关系(b值)的时空扫描,研究了我国大陆的微破裂过程及其与大地震的关系,并认为区域性的b值扫描图在很大程度上反映了区域应力图案的变化     

中国大陆地壳和岩石圈铀、钍、钾丰度的大地热流约束

根据实测大地热流数据，求出中国大陆主要构造单元的地壳平均生热率的上限值为1．3μWm^-3，中国大陆的地壳平均生热率不应高于该值；相应的铀、钍、钾丰度上限值分别为2．04（10^-6)、7．76（10^-6)和2．04（％）。据此对黎彤等近年发表的中国大陆及塔里木－华北板块地壳和岩石圈的铀、钍、钾元素丰度值进行检验。结果表明这些丰度值过高，不满足实测大地热流值的约束，这意味着黎彤等给出的铀、钍、钾的丰度值不可信。我们认为，根据出露地表的相应岩石的成分估计地壳和岩石圈地幔深部的微量元素丰度的研究方法，缺乏可靠的理论或实验基础。     

基于K-Means++的省内子块体划分及中国大陆水平相对运动速度场模型的建立与分析

省市级区域CORS(Continuously Operating Reference Stations）系统是当代城市数字化、信息化和智慧化的重要组成部分,便于获取各类物体的时空信息及其相关动态变化．为了进一步实现区域框架基准的现代化与自主化,全面提升现代测绘基准综合服务水平和应急保障能力,同时为了提高中国大陆区域水平速度场的精度,并精细地刻画其自身的局部运动特征,本文利用陆态网上千站2011—2017年的连续观测数据,采用GAMIT/GLOBK软件,获得高精度的定位和速度成果,进而提出和构建了基于欧拉矢量模型的中国大陆省级块体相对运动模型和部分省内子块体相对运动模型,并与欧亚板块、大陆整体和二级板块相对运动模型进行对比分析;结果表明,欧亚板块相对运动模型仅能描述大陆的部分运动趋势,中国大陆整体板块相对运动模型能够较好地展现大陆整体运动趋势,二级板块和省级块体相对运动模型均能够较为精细地反映区域的局部运动特征,且两者水平相对速度的内符合精度均小于2mm·a~(-1),其外符合精度均小于3mm·a~(-1),其中前者物理意义更为明显,后者使用更为简便,但在青藏、川滇等地壳运动复杂的地区两者精度仍有欠缺．因此,本文提出利用K-Means++算法对地壳运动复杂区域的水平速度场进行聚类分析,以快速准确地对这些区域进行子块体划分;结果表明,划分成果与现有部分二级块体成果相符合．为了兼顾省内复杂地质构造与地形地貌的影响,同时提高省级块体划分的物理意义,对地壳运动复杂的省份再细分块体,进而对各子块体构建欧拉矢量模型;结果发现,该模型平均误差和中误差均小于2mm·a~(-1),提高新疆、西藏、川滇等地区的速度场模型精度至2mm·a~(-1)左右,在确保精确度的同时,满足使用简便性的要求．