基于最小二乘配置在椭球面上解算喜马拉雅地区GPS应变分布

随着空间大地测量技术不断发展,GPS观测的地壳水平形变速度场精度也在不断提高,更加严密的GPS应变分析模型将有助于促进更高精度的地壳运动模型的构建.大地线长度与对应球面弧长之间的差异与纬度、经度变化均有关,并且与纬度变化影响最为显著,纬度越低,相应的椭球面效应约显著.本文在最小二乘配置模型的基础上进一步研究并推导了基于椭球坐标系的GPS应变分析模型,通过该模型进一步计算了青藏高原南部喜马拉雅构造带及阿萨姆构造结地区现今GPS应变分布.最大、最小主应变的显示喜马拉雅山脉中部的南北向压缩变形最强,西部次之,东部最弱.在印度板块的俯冲推挤作用下,喜马拉雅构造带内部地壳的变形过程并不统一.本文研究发现雅鲁藏布江缝合带与亚东—古鲁断裂带是该区域地壳水平形变的两条重要分界构造,雅鲁藏布江缝合带南部、亚东—古鲁断裂西侧的条带状地区可能是青藏南部吸收来自印度板块俯冲挤压作用的主要区域,最大剪应变分布及面膨胀值分布均表明亚东—古鲁断裂带是喜马拉雅构造带东西向拉伸变形过程中的一条重要的分界构造.沿喜马拉雅构造带分布的地壳剧烈变形区域集中分布在断裂以西,向东跨过该断裂的GPS应变场大幅减弱.青藏高原东南缘以阿萨姆构造结为中心的顺时针旋转变形存在旋转内、外圈层速度不一致现象,旋转速率由内向外逐渐增强.     

青藏高原及周边现今构造变形的运动学

青藏高原现今构造变形的定量化研究是理解其动力过程的基础 ,近年来高速发展的GPS(全球定位系统 )技术为测量大尺度现今构造变形提供了最有效的手段。我们利用青藏高原及周边的5 5 3个GPS观测数据给出了其现今构造变形的速度场 ,表明印度和欧亚板块之间的相对运动主要被青藏高原周边的地壳缩短和内部的走滑剪切所调整吸收。其中 ,喜马拉雅山系吸收了青藏高原总缩短量的 4 4%～ 5 3% ,北部的阿尔金山、祁连山和柴达木盆地吸收了 1 5 %～ 1 7% ,高原内部吸收了 32 %～4 1 %。青藏高原的“向东挤出”实际上是地壳物质的向东流动而不是刚性地块的挤出。这一地壳物质流动带在高原西部以地表张性正断层和共轭剪切走滑断层为特征 ,到高原中东部转换为巨型的弧形走滑断裂带 ,再到高原东北缘转换为地壳缩短和绕东喜马拉雅构造结的顺时针旋转。青藏高原的大尺度现今构造变形以连续变形为特     

喜马拉雅东构造结周边地区主要断裂现今运动特征与数值模拟研究

喜马拉雅东构造结(简称东构造结)周围地区是青藏高原构造应力作用和构造变形最强的地区,也是地球上变化剧烈、构造类型复杂、保存完整的地区.该地区汇集了喜马拉雅、拉萨、羌塘、川滇地块和印度板块及主边界断裂、主中央断裂、雅鲁藏布江断裂、嘉黎断裂、怒江断裂、墨脱断裂、阿帕龙断裂等,可以说东构造结周围地区是检验青藏高原晚新生代构造变形机制不同理论和学说的关键地区之一.     

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.     

中国西部及邻区岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用瑞利波群速度频散资料和层析成像方法,研究了中国西部及邻近区域(20°N—55°N,65°E—110°E)的岩石圈S波速度结构.结果表明这一地区存在三个以低速地壳/上地幔为特征的构造活动区域:西蒙古高原—贝加尔地区,青藏高原,印支地区.西蒙古高原岩石圈厚度约为80 km,上地幔低速层向下延伸至300 km深度,说明存在源自地幔深部的热流活动.缅甸弧后的上地幔低速层下至200 km深度,显然与印度板块向东俯冲引起俯冲板片上方的热/化学活动有关.青藏高原地壳厚达70 km,边缘地区厚度也在50 km以上并且具有很大的水平变化梯度,与高原平顶陡边的地形特征一致.中下地壳的平均S波速度明显低于正常大陆地壳,在中地壳20~40 km深度范围广泛存在速度逆转的低速层,这一低速层的展布范围与高原的范围相符.这些特征说明青藏高原中下地壳的变形是在印度板块的北向挤压下发生塑性增厚和侧向流动.地幔的速度结构呈现与地壳显著不同的特点.在高原主体和川滇西部地区上地幔顶部存在较大范围的低速,低速区范围随深度迅速减小;100 km以下滇西低速消失,150 km以下基本完全消失.青藏高原上地幔速度结构沿东西方向表现出显著的分段变化.在大约84°E以西的喀喇昆仑—帕米尔—兴都库什地区,印度板块的北向和亚洲板块的南向俯冲造成上地幔显著高速;84°E—94°E之间上地幔顶部速度较低,在大约150~220 km深度范围存在高速板片,有可能是俯冲的印度岩石圈,其前缘到达昆仑—巴颜喀拉之下;在喜马拉雅东构造结以北区域,存在显著的上地幔高速区,可能阻碍上地幔物质的东向运动.川滇西部岩石圈底界深度与扬子克拉通相似,约为180 km,但上地幔顶部速度较低.这些现象表明青藏高原岩石圈地幔的变形/运动方式可能与地壳有本质的区别.     

青藏高原东南缘的地壳各向异性及S波速度结构研究

<正>青藏高原东南缘地区是欧亚板块与印度板块碰撞的强烈变形地带,地质构造复杂,地震活动频繁,是研究青藏高原地壳形变模式和构造演化规律的重要地区。通过青藏高原东南缘地区的壳幔各向异性及深部结构的研究,可以讨论在青藏高原物质东向挤出作用下,青藏高原东南缘的地壳变形模式及其与区域构造应力的关系、块体之间的相互作用、深部的动力学     

喜马拉雅东构造结及周边岩石圈变形特征

<正>喜马拉雅造山带是印度板块与欧亚板块相碰撞的结果,由于陆-陆碰撞导致的喜马拉雅崛起过程已为许多学者所关注。喜马拉雅东构造结位于喜马拉雅造山带东侧,处于印度板块、缅甸板块和青藏块体的陆-陆碰撞的核心部位,是青藏高原东南缘地形变化最剧烈、构造最复杂的地区,这里曾经在1950年发生察隅MS8.6级大地震,是开展地球动力学研究的天然实验室。本文利用128个地震台站分析的横波分裂结果表征的地幔变形场与~3000个GPS和断裂第四纪滑动速率数据得到的地表变形场数据联合分析了东构造     

青藏高原南缘中部的地壳结构：远震P波尾波自相关的新约束

在青藏高原南缘有很多主动源和被动源地震学观测，为研究印度板块和欧亚大陆碰撞的过程和机制提供大量的地震学证据.由于印度板块的俯冲，青藏高原下方存在广泛分布的倾斜构造，对地壳结构成像带来挑战.本文基于改进的远震P波尾波自相关方法，获得了青藏高原Hi-CLIMB台阵下方清晰的P波反射率剖面.结果表明在拉萨地块下方，观察到类似于接收函数成像展示的“双Moho(doublets)”特征，反映了印度板块下地壳俯冲到青藏高原下方时可能发生了榴辉岩化；该特征向北可以追踪到31°N北侧附近，指示了印度板块下地壳的俯冲前缘.本文结果支持了印度板块向青藏高原俯冲过程中，其上地壳在雅鲁藏布江缝合带以南已被剥离，而其下地壳和岩石圈地幔继续向北俯冲并近水平地底侵到青藏高原下方.该P波反射率剖面还揭示了地壳内部的很多构造信息，例如：印度下地壳的减薄；雅鲁藏布江缝合带和班公湖—怒江缝合带的反射特征；拉萨地块和南羌塘地块的地壳内部分层特征；拉萨地块北侧和喜马拉雅北侧的中上地壳存在两个低速带.     

横跨喜马拉雅造山带的构造运动转换与变形分配

喜马拉雅造山带包含喜马拉雅弧和东、西构造结3个基本部分,它们是大陆碰撞后印度板块继续向北移动,并向西藏高原下俯冲产生的构造变形系统.该系统的重要地质特征之一,是同时存在多种不同样式、不同或相反性质的地壳变形,例如地壳南北向缩短与东西向伸展,高原隆起与山间盆地下沉,与造山带走向大致平行的向北倾斜或向南倾斜的逆断层,东西向...     

喜马拉雅“东构造结”地区的特异重力场与深部地壳结构

跨越中、印、缅三国交界的喜马拉雅“东构造结”地区（92°E～97°E，26°N～30°N）有一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为近似空间重力异常，经计算给出的布格重力异常，其特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.据此得到该区不同方位的3个地壳深部结构剖面.重力异常反演求得青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33～35 km；那加山山脉地区为40～45 km，即呈现出3个不同构造单元的展布.同时求得“东构造结"区由高密度的刚性物质构成，在印度洋板块的碰撞、挤压作用下呈向北运移，并插入青藏高原东缘.基于这样的构造格局和深层动力过程，导致了青藏高原东南缘和东北缘的强烈构造运动，大、小地震的频频发生和矿产资源的聚集.     

青藏高原松潘—西秦岭—临夏盆地深地震反射剖面——采集、处理与初步解释

由于印度洋板块向亚欧板块俯冲使青藏高原不断隆起,其形成不仅导致了亚洲大陆内部强烈的晚新生代构造变形,还对其边缘地区的地貌格局产生重大影响.青藏高原东北缘是青藏高原向北东方向扩展的前缘部位,是印度与欧亚两大板块碰撞作用由近南北方向向北东、东方向转换的重要场所.本文利用2004年和2008年完成的深地震反射剖面资料,采用关键处理技术和参数开展唐克-合作剖面与合作-临夏剖面联线处理,获得总长约400 km的深地震反射剖面,完整揭示了西秦岭造山带及其两侧盆地的地壳结构和构造变形样式.结果显示西秦岭造山带下地壳向若尔盖逆冲推覆的深部构造特征;西秦岭下地壳北倾的强反射及其北侧南倾的强反射特征揭示出扬子与华北两个大陆板块在西秦岭造山带下的汇聚行为.Moho的埋深和起伏形态表明青藏高原东北缘地壳经历了高原隆升后强烈的伸展减薄作用.     

喜马拉雅东构造结及周边地区上地幔各向异性

收集了喜马拉雅东构造结地震台阵17个宽频带流动地震台站,以及东构造结周边地区布设的32个宽频带流动台站和中国地震台网10个宽频带固定台站的远震波形资料,并对这共计59个台站所记录的XKS(SKS,SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合其他研究在该区域取得的各向异性参数结果,获得了喜马拉雅东构造结及周边地区上地幔各向异性图像.从得到的结果来看,喜马拉雅东构造结的上地幔快波方向基本为NE-SW方向,其周边地区的快波方向自西向东呈现出NE-SW方向到E-W方向,然后到NW-SE方向,最后为N-S方向的逐步变化,其周边地区的快波方向表现出围绕东构造结顺时针旋转的变化特征.通过该区域快波方向与地表构造走向和运动速度场变化特征的对比分析,喜马拉雅东构造结及周边地区的快波方向与该区域地表构造走向和由GPS得到地表运动速度场运动趋势相一致,说明该区域地表变形特征与深部上地幔变形特征是一致的,其岩石圈变形是一种垂直连贯变形模式.喜马拉雅东构造结的快波方向为NE方向,与印度板块向青藏高原下NE方向的俯冲一致,说明稳定坚硬的印度块体向NE方向俯冲到青藏高原下方是引起该区域岩石圈变形的主要原因.围绕喜马拉雅东构造结的周边地区的快波方向呈现出顺时针旋转的环形变化特征,我们推测稳定坚硬的印度板块对青藏高原NE方向的俯冲作用,又由于缅甸块体下俯冲板片的东向俯冲和西向后撤对缅甸弧后的岩石圈产生了被动的西向拖曳力作用,使得绕喜马拉雅东构造结周边地区岩石圈产生了顺时针旋转的环形变形,进而形成了快波方向绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转的各向异性特征.     

宽角反射/折射剖面揭示的祁连造山带莫霍面深度

祁连造山带位于青藏高原东北缘,距南侧的喜马拉雅碰撞带前缘1 500 km,以一个宽阔的（东西长约1 000 km,南北宽200～400 km）、NW走向的造山带的形式被夹持于北侧的河西走廊盆地与南侧的柴达木盆地之间,西侧被NEE走向的阿尔金左行走滑断裂带所截切,北缘以青藏高原北缘断裂带,祁连山北缘断裂带和祁连山东缘断裂带与河西走廊盆地相邻,南东方向与西秦岭造山带相接,东缘与鄂尔多斯地块相邻.记录了新生代以来印度板块和亚洲大陆板块碰撞和青藏高原边缘造山和地壳变形的重要过程.对其地壳深部结构的探测是研究青藏高原隆升和向北扩展,理解印度与欧亚大陆碰撞的大陆内部构造作用的关键手段.自1980年代以来,前人在研究区实施了多条宽角反射/折射剖面,以揭示祁连造山带及周缘的地壳深部结构.本文通过对这些宽角反射/折射剖面的收集汇总和梳理分析,以探讨祁连造山带不同区段下方莫霍面起伏及深度差异,研究结果显示：祁连造山带莫霍面埋深整体自西向东变浅,最深的莫霍面位于北祁连造山带内的哈拉湖附近;结合其他地质与地球物理资料,本文推测莫霍面深度的起伏及变化状态揭示了祁连造山带由西向东不同的地壳缩短方式,其中西段最深的...     

东喜马拉雅构造结地震活动及地幔流场

<正>1研究背景 印度板块和欧亚板块自65 Ma前碰撞以来,形成了青藏高原南部世界上最高海拔的造山带——喜马拉雅造山带（丁林等,2017）。东喜马拉雅构造结（简称东构造结）位于喜马拉雅造山带东段,是青藏高原东南缘地形变化最剧烈、构造最复杂的地区,近东西向的欧亚大陆边缘在此发生了90°的顺时针偏转（宋键等,2011）。     

喜玛拉雅“东构造结”地区特异重力场的探讨

跨越中、印、缅三国交界的青藏高原东南的喜玛拉雅“东构造结”地区（92°E~97°E，26°N~30°N）一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文分析了卫星重力异常的特性，提出应用卫星重力异常作为近似空间重力异常，并作布格改正后，得到的布格重力异常具有与该地区地形高程呈镜像相关的特征，可用以研究深部地壳结构.据三条重力剖面计算得到该地区三个地壳深部结构剖面的结果，给出青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33~35 km；那加山山脉地区为40~45 km，显示出三者为三个不同的构造单元.同时给出布拉马普特拉构造单元为相对高密度的刚性物质构成，随着印度洋板块向北运移，在碰撞、挤压下，插入青藏高原东南缘一带.导致该地带的强烈构造运动，和频发大、小地震.最后提出了几点认识和建议.     

喜马拉雅及南藏的地壳俯冲带——地震学证据

地质学的证据表明 ,在喜马拉雅的冲断层带MCT和MBT处有大规模的地壳缩短 ;在雅鲁藏布缝合带附近也观测到冲断层 .但是 ,迄今还不知道这些冲断层向下俯冲多深 .我们根据地震学的证据 ,认为喜马拉雅及南藏的冲断层向下延伸至 80- 1 0 0km ,然后停止 .在MCT、MBT以及雅鲁藏布缝合带下面的冲断层与喜马拉雅以及南藏的多次地壳俯冲有密切关系 .这个现象为印度-欧亚的碰撞过程设定一个十分重要的框架 .该地区的地壳俯冲有一定深度 ,由于入侵的地壳太轻 ,使俯冲不能更深 ;此时由于印度板块的继续向北推进 ,在原俯冲带后方 ,出现另一个新的地壳俯冲带 .喜马拉雅与南藏的多重地壳俯冲与该地区地质活动的多幂性相吻合 .首先 ,在雅鲁藏布缝合带产生地壳俯冲 ,在到达 80- 1 0 0km处停止 .然后 ,在雅鲁藏布以南的MCT和MBT相继产生新的地壳俯冲 .它们也在 80- 1 0 0km的深处停止 .除了喜马拉雅和雅鲁藏布向北倾斜的地震带外 ,另外还观测到一个自地表从唐古拉山向南缓慢倾斜并到达雅鲁藏布地壳底部的地震带 .它可以解释为在唐古拉山附近的地壳向北仰冲 .喜马拉雅及南藏的多重地壳...     

深化认识青藏高原壳幔结构，驱动深层动力过程探索（代序）

青藏高原是当今地球上海拔最高、规模最大、时代最为年青的地域.在太平洋板块、印度板块与欧亚板块三大板块错综复杂的远程和近程俯冲、消减、碰撞、挤压与多元力系作用下,使青藏高原成为一盘破碎块体的镶嵌.两个大陆板块的陆 陆碰撞,于55-50 Ma首先在西部弧顶强力碰撞和持续的挤压,东部弧顶相续相衔,最后两板块相连,导致了喜马拉雅弧形山系的形成与崛起.地壳以平均约50mm·a^-1的速率向北推进,使地壳缩短约2000~2500km,增厚达70±5km.     

西藏南部地区现今构造变形分析

近十多年来藏南地区GPS网的多期观测结果为研究其构造变形提供了精确数据。本文将该区划分为冈底斯、西喜马拉雅、中喜马拉雅、拉萨4个块体,建立了各块体的弹性运动模型。以藏北高原的旋转框架为参考基准,得到藏南地区的水平形变场和应变场,分析形变场和应变场的空间变化,发现藏南地区存在强烈的S-N向挤压缩短变形,同时也有明显的E-W向伸展变形。南北边界之间的平均缩短速率16.9±2.5mm/a,大约吸收了印度与欧亚汇聚速率的42.4%。在雅鲁藏布江缝合线与班公错—嘉黎断裂之间,从80°E到90°E,地壳E—W向的伸展速率16.3±2.4mm/a。因此,藏南地区现今构造变形是以挤压缩短为主,S-N向挤压缩短与E—W伸展共存的复合变形模式。印度板块向欧亚板块的俯冲推挤是该区域变形的主要驱动力,重力作用对其变形也有重要贡献。     

宁夏南部新生代盆地沉积演化及其对青藏高原东北角构造变形的响应

印度板块与欧亚板块在60～50Ma的碰撞不仅造成了喜马拉雅造山带的形成,还导致了自印度与欧亚板块缝合带以北2 000km宽的广大地区逐步隆升,形成号称"世界屋脊"的青藏高原。青藏高原的形成对欧亚大陆的构造格局、中亚地区乃至全球的气候变化产生了深远的     

缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面起伏形态研究

新生代以来,印度板块和欧亚板块发生碰撞形成了喜马拉雅造山带和青藏高原,印度板片在喜马拉雅东构造结处缅甸弧俯冲带进入深部地幔.开展缅甸弧俯冲带下方地幔间断面的研究有助于认识印度大陆岩石圈的碰撞-俯冲过程及其对上地幔结构的影响.本文选用了发生于缅甸弧地区的3个中源地震事件,获取了欧洲和美国阿拉斯加地区多个密集地震台网/台阵...