青藏高原隆升及伸展变形中的重力位能

青藏高原在南侧印度板块和北侧欧亚板块的双向挤压下整体抬升,边界挤压力所作的功增加了高原内部重力位能.但高位能态的物质会不断向重力势能最小的平衡态转移,并产生流变变形.由于受南北边界的挤压力约束,高原内部的高位能驱使喜马拉雅山和昆仑山之间的地体产生东西向伸展变形.利用三种不同方法对青藏高原重力位能进行计算,结果表明,一定流变学条件下,青藏高原目前所具有的重力位能可以产生各地体中观测到的地表构造变形速率.     

重力位能同震变化及其构造意义——以青藏高原地区为例

地震除了以地震波的形式释放能量之外,地震还会使地球产生永久变形,该变形将使重力位能产生变化.研究表明,地壳的重力位能的同震变化能够很好地揭示构造活动的拉张或挤压状态.本文首先基于球对称、非自转、弹性和各向同性（SNREI）地球的点源位错理论,提出了一种有效的计算重力位能的同震变化的方法,该方法不仅适用于剪切型地震,而且适用于拉张型地震;然后研究了青藏高原地区在1976—2013年间发生的地震对地壳重力位能的同震变化的影响.结果表明,青藏高原中部和西部的地震使得整个地壳的位能减小,而东部的地震使位能增大;位能的减小和增大对应了该地区构造活动的拉张和挤压状态;并且1999—2013年期间较1976—1998年期间地震对地壳重力位能的影响加剧.

     

青藏高原南缘绝对重力测站的非构造重力效应特征

基于2002—2017年的ECMWF Interim三维大气再分析资料、GRACE时变重力场模型和GPS数据,分析了青藏高原南缘的拉萨、日喀则、仲巴、噶尔4个绝对重力测站的非构造重力效应。结果表明:ECMWF Interim大气负荷重力效应主要表现为季节性变化特征,最大周年振幅可达到1.4μGal;GRACE陆地水负荷重力效应和GPS地壳垂直位移引起的重力效应均存在较为明显的季节性及长期趋势变化特征,二者的最大周年振幅和长期趋势分别达到2.6μGal,-0.6μGal/a和1.8μGal,-0.3μGal/a;GRACE与GPS的比较分析结果表明青藏高原南缘的非构造重力效应会受到局部流体质量负荷的显著影响。     

剥蚀及地幔作用下青藏高原隆升过程的数值模拟

修改了England和Mckenzie的黏性薄层流变模型中控制大陆形变的连续性方程,将剥蚀作用对高原隆升演化的影响直接引入该方程,并考虑下伏地幔小尺度对流对增厚岩石层的搬离作用对高原隆升演化后期的影响,用有限差分法直接模拟青藏高原隆升过程. 数值模拟结果所显示的高原隆升演化过程与实际观测资料吻合较好,揭示了高原隆升演化过程的非平稳和多阶段的特性;同时还表明上地幔小尺度对流对岩石层底部的搬离作用可能是最近8Ma以来高原快速隆升的主导机制.     

青藏高原构造结构特点:新重力异常成果的启示

截至2007年1:1000000区域重力工作已基本覆盖青藏高原全区,这些全新的重力成果揭示了很多有意义的现象.通过多方法处理分析研究不同深度层次的重力场特征及正反演计算构建地壳模型,认为:重力异常形态显示青藏高原独成体系,与相邻块体具有多样化的接触关系.已发现蛇绿岩的结合带、弧盆系和岩浆岩带是幅值不等、规模不一的重力高和重力低,表明青藏高原是具有多条结合带的拼合体;班公湖—怒江结合带是高原内最主要的重力高异常带,长达千余公里,将不同深度层次的重力场分成截然不同的南北两大区块,为它是冈瓦纳大陆北界提供了依据;局部重力异常指示青藏高原构造形迹自南而北以东西走向为主,东部则为北西—南北走向,具有与大地构造相似的分区特征; 85°E和92°E附近存在较大尺度的南北和北东走向的重力异常特征线,揭示出青藏高原腹地的深部结构具有东中西三分现象,与表壳的东西走向格局形成对比.     

青藏高原新生代构造隆升阶段的时空格局

青藏高原不同部位低温热年代学记录、沉积记录和构造变形记录揭示出存在60~35,25~17,12~8Ma（藏南17~12Ma）和大约5Ma以来4个主要强构造隆升剥露阶段.除了藏南地区在17~12Ma发生藏南拆离系的活动及其所控制的高喜马拉雅结晶基底岩系的快速抬升剥露这一特殊情况外,青藏高原不同地区主要强构造隆升剥露阶段具有准同时性.几个强隆升剥露阶段对应于几个强构造变形活动时期,反映隆升剥露主要受构造动力控制.新生代以砾岩为代表的粗碎屑物的分布、前陆盆地或走滑拉分盆地的分布及其沉积充填、角度不整合的发育和地层间断缺失,以及受断裂控制的盆山地貌变迁和高原扩展与青藏高原几个强构造抬升剥露阶段也具有良好的匹配关系.本文还讨论了青藏高原作为地表隆升的高原形成过程,揭示高原的形成是随时间演变不断扩展的过程.     

青藏高原均衡重力异常研究

根据重力异常图等有关资料，研究了青藏高均衡重力异常的分布特征与地质构造、地壳新构造运动产间的关系，结果表明：（１）高原内各块体的均衡状太民并不均一，而且异常幅值大小与地壳的相对隆起或沉程度相关；（２）高原均衡异常同强地震分布有较密切联系。     

青藏高原均衡场与非潮汐重力测量

根据已有资料与1°×1°平均布格异常和1°×1°平均地形高,计算出青藏高原均衡异常场。     

青藏高原GRACE卫星重力长期变化

本文采用最新的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)(RL05)数据,通过水文模型(Global Land Data Assimilation System, GLDAS与Climate Prediction Center, CPC)扣除土壤水及雪水的影响,利用Paulson提供的冰川模型结果扣除GIA(Glacial Isostatic Adjustment)的影响,采用尺度因子的方法减少数据处理过程中误差的影响,最终基于最小二乘计算方法得到2003—2013中国及周边地区长期性重力异常变化情况.结果发现青藏高原有较为明显的重力上升信号,我们认为该信号可能由印度板块俯冲欧亚板块导致青藏高原地壳增厚所引起.接着依据GPS观测结果和艾黎均衡假说构建了地壳形变模型并通过直立长方体模型予以正演模拟分析.以班公湖—怒江断裂带为界将青藏高原划分为南北两大区块,结果显示青藏高原重力异常大致以0.2 μGal·a-1的速率在递增,小于GRACE得到的0.3±0.08 μGal·a-1的增长速率(对应于地壳增厚速率约3 mm·a-1),剩余未解释部分可能与湖水、冰川因素、冻土因素等有关.该结果对于认识青藏高原隆升动力学有一定参考意义.     

青藏高原隆升过程的三阶段模式

综合分析了前人对青藏高原岩石层构造和动力学研究的成果,提出印度板块和欧亚板块会聚、大陆碰撞及大陆形变的基本特征为青藏高原地壳的加厚和地壳缩短,地壳物质的横向流动;青藏高原隆升过程呈现出阶段性、多样性和复杂性;组成青藏高原的各块体可能有不同的主导隆升机制．认识到在板块构造理论所揭示的全球构造格局中,青藏高原不仅仅是印度板块和欧亚板块会聚、碰撞以及大陆形变的结果,它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的结果．从地幔动力学的角度出发讨论了青藏高原隆升的断离险升－挤压隆升－对流隆升三阶段模式（ＢＣＣＭ）,结合数值模拟的结果分析了与此模式相对应的该区域岩石层构造、运动的地幔深部物质运移和动力学背景．     

青藏高原东北地区地震重新定位及其活动特征

青藏高原东北地区是青藏块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的汇聚部位 .为探索该区的构造特征 ,结合地质构造绘出 4条剖面线 .对剖面两侧各 40 km范围内的 ML≥ 3.0及研究区范围内 ML≥ 4.0的 388次地震做了重新定位 .重新定位后 ,36%的地震震中变化达 5km以上 ;给出深度的地震数比重新定位前增加了 50 % .青藏高原东北地区似三联点构造区 ,历史上曾发生过 3次 8级以上大震 ,现今微震活动也很频繁 ,反映出青藏高原东北地区三大块体间的现代构造运动仍然十分强烈     

剥蚀及地幔作用下青藏高原隆升过程的数值模拟

修改了England和Mckenzie的黏性薄层流变模型中控制大陆形变的连续性方程,将剥蚀作用对高原隆升演化的影响直接引入该方程,并考虑下伏地幔小尺度对流对增厚岩石层的搬离作用对高原隆升演化后期的影响,用有限差分法直接模拟青藏高原隆升过程. 数值模拟结果所显示的高原隆升演化过程与实际观测资料吻合较好,揭示了高原隆升演化过程的非平稳和多阶段的特性;同时还表明上地幔小尺度对流对岩石层底部的搬离作用可能是最近8Ma以来高原快速隆升的主导机制.     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

青藏高原新生代构造和第四纪研究的进展及问题讨论

简述了近年来国内外在青藏高原晚新生代构造和第四纪地质研究方面所取得的新进展，针对在活动构造研究中所存在的问题，提出 今后研究工作的方向，认为应当加强青藏高原及其周缘地区晚新生代构造变形方式、幅度和速率的研究，同时在研究中应当将第四纪地质与活动构造研究相结合，特别要注重深部构造的研究。     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

青藏高原东北部地区的区域地壳现今构造形变系统--陆壳浅源构造地震成因的新认识

依据青藏高原东北部地区的大震 (MS≥ 7)、大震形变带、活动断裂和活动构造体系的资料 ,以地球系统科学、地质力学、地震地质学、现代地震学的理论和方法为主线 ,对该区内大震的“共性”进行了探讨 ,提出了具有三维空间动态的区域地壳现今构造形变系统的新概念 ,并对该区内地震的形成机制、分布规律等科学问题提出了新的见解 .     

地震活动反映的青藏高原东北地区现代构造运动特征

用地震活动资料研究了青藏高原东北地区的现代构造运动特征．地震活动证据表明,青藏高原东北地区活动块体之间是以复杂的变形带接触的．甘-青地块与阿拉善地块之间有一个宽阔的挤压变形带,该挤压带东南端转变为以网络状水平剪切变形为主．甘-青地块与鄂尔多斯地块接触的六盘山地区处于NE-SW向的挤压变形之中．鄂尔多斯地块与阿拉善地块间有一个具有拐折结构的剪切变形带,鄂尔多斯地块的西北角和东南缘处于NNW-SSE方向的受拉伸状态．该区现代构造变形特征可能与青藏高原向东北的挤压作用、鄂尔多斯地块的阻挡作用以及高原物质向东南方向挤出运动有关．     

青藏高原东北缘及其邻区的地壳结构与地震关系初探

用人工地震测深资料及天然地震反演结果给出了东经９６°～１０８°，北纬３２°～４０°范围内的莫霍面埋深图，并讨论了莫霍面轮廓与中强地震发生的关系。结果表明，中强地震多发生在地壳厚度急剧变化、陡变带拐弯处及中地壳顶部存在低速层的区域内