用于塔里木地壳构造成像的重力场谱矩方法研究

现代地壳探测取得的各种地球物理场中包含有大量地壳构造信息,如果提取这些信息,可以在数学物理普适规律指导下计算出关于地壳构造的图件.由于区域重力场的高阶谱矩包含了场轮廓面的几何信息,可用于地质构造要素的分析计算,为地质构造要素选取和定位的计算机自动制图提供理论依据.由地面布格重力场的二阶谱矩的统计不变量计算,可导出表征地壳变形带的脊形化系数,用于计算机自动制作区域地壳变形带分布图.脊形化系数强弱区的边界代表了活动的和稳定的构造单元的边界.在计算脊形化系数的基础上,还可进一步计算其二阶谱矩的统计不变量并作进一步增强处理,计算构造单元的边界系数,对地壳构造单元边界作连续和精细的追踪.文中介绍了脊形化系数和边界系数的计算方法,以及用在塔里木盆地进行地壳构造分析的结果.圈定了塔里木盆地深层满中高密度扰动带和满南、满北低密度扰动带,为深层油气勘探提供重要基础资料.

     

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.     

张家口-渤海地震构造带的地壳形变研究

华北北部地区的张家口-渤海断裂带是控制现代强震的一条地震构造带。新近纪以来,在区域NEE向主压应力的作用下,新发育了一系列的NE向构造活动带,与张家口-渤海断裂带组成1组共轭的剪切破裂系统,控制了近代强震的发生。文中主要探讨了这条断裂带的地壳形变特征。长趋势GPS地壳形变图像反映了这条活动断裂带相对完整的左旋走滑活动。分期的地壳形变图像揭示了在中强地震前,沿该断裂带出现一系列的NE向梯度异常带,分别指示了唐山-河间、三河-涞水以及延怀-山西地震构造活动带的活动,表明了沿张家口-渤海断裂带出现了中强地震的中期前兆。研究认为,强震前地壳形变揭示的是深部蕴震层的应变活动信息,而强震之后比较杂乱的图像特征体现了盖层的调整运动     

青藏高原东北缘地壳电性结构和地块变形关系的研究

对青藏高原东北缘大地电磁剖面电性结构的研究表明, 沿剖面可以区分为4个电性区块, 分别与巴颜喀拉地块(BK区块), 秦祁地块(QQ区块), 南北地震构造带(HY区块)和鄂尔多斯地块(OD区块)对应. 区块BK, QQ和OD的地壳电性结构具有相似的特点, 上地壳为高阻层, 下地壳上部为低阻层, 下地壳下部到上地幔的电阻率随深度增加逐渐增大. 上述3个地块的电性结构特点与青藏高原南边缘、东边缘等其他较完整地块的地壳电性结构相似, 属于大陆内部变形不严重或较完整地块的正常地壳电性分层. HY区块属于地壳发生严重变形的边界区, 电性成层性遭到破坏, 结构复杂, 是现今构造活动和地震活动较强烈的地区. 青藏高原东北缘各地块相互间的接触关系既有向外围的仰冲作用, 又有走滑作用, 不同于高原的南边缘带和东边缘带. 对地壳内的低阻层成因进行了分析, 对岩石圈厚度进行了估测.     

帕米尔及其周围地区的重力场特征与地壳构造的研究

本文根据帕米尔地区（32°N—42°N,66°E—80°E）的重力资料,计算出深部重力场。以费尔干纳—帕米尔—斯利那加地震测深剖面数据作为控制与参考资料,采用三维横向变密度重力模型,进行重力反演计算,求得研究区莫霍界面的起伏深度,并依此给出研究区的地壳厚度分布特征。结合帕米尔及其周围地区的地震活动和均衡异常,对这一地区的构造运动进行了初步探讨。     

中地壳韧性剪切带中的水与变形机制

利用傅里叶变换红外吸收光谱仪（FFIR）,对红河断裂带早期左行走滑期间形成的中地壳韧性剪切带中的细粒长英质糜棱岩和条带状花岗片麻岩中的主要矿物石英、长石进行了水含量分析．红外吸收谱特征表明,石英和长石中的水以晶体缺陷水为主,并且含有颗粒边界水和包裹体水．其中,条带状花岗片麻岩中长石水含量为0．05—0．15wt％,石英水含量为0．03～0．09wt％,细粒长英质糜棱岩中剪切残斑长石和石英的水含量分布在0．095～0．32wt％范围;细粒长石和石英含水含量范围为0．004～0．052wt％．这些数据表明,弱变形的粗粒长石、石英的水含量高于强烈变形的细粒长石、石英的含水量．因此,在剪切带中,强烈剪切变形导致长石、石英中赋存的水被破坏,而糜棱岩中长石和石英的水基本被脱出．     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据,利用远震P波接收函数的H-k叠加方法,求得地壳厚度和平均波速比.通过分析地壳厚度、波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面,研究了该区域的地壳结构特征.结果表明,研究区域内地壳结构差异大,呈过渡带特征.地壳厚度总体上呈北北西向分布,自西南向东北逐渐减小.羌塘块体地壳厚度为72km,渭河盆地附近为39km.西秦岭构造带的地壳厚度为42—56km,南北向莫霍界面平坦.研究区域P波与S波波速比平均为1.74,其中西秦岭构造带平均为1.72.较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、祁连山块体、松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域,这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的.该区域缺少超高波速比,表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小.综合分析表明,西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致.西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.     

从北淮阳构造带的多期变形透视大别山构造演化

大别山北部的北淮阳构造带主体由佛子岭群和庐镇关群构成. 北淮阳构造带没有经历超高压变质作用, 但却具有与大别山其他地区相同的构造变形形式. 通过几何学、运动学及多期构造变形的研究, 论证了北淮阳构造带具有与其他地质单元相同的动力学背景. 同大别山中部穹隆及南部超高压变质地体相比, 由于北淮阳构造带的俯冲深度较浅, 从而保留了超高压变质作用之前的构造变形形迹. 结合同位素年代学的测量结果, 把北淮阳构造带的岩石变形划分为五期, 分别代表了早期板块会聚的变形痕迹(D1), 早期的构造折返(D2), 表示主变形期的晚三叠世的伸展作用(D3), 晚三叠世的重力滑脱伸展作用(D4)和白垩纪的伸展作用(D5). 结合大别山的岩石变形, 可以认为华南与华北板块碰撞造山过程大致经历了陆壳俯冲阶段, 同俯冲期的折返作用, 穹窿及其边缘的重力滑脱变形和混合岩化及岩浆侵入作用.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.     

帕米尔及其周围地区的重力场特征与地壳构造的研究

本文根据帕米尔地区（32°N-42°N,66°E-80°E）的重力资料,计算出深部重力场。以费尔干纳-帕米尔-斯利那加地震测深剖面数据作为控制与参考资料,采用三维横向变密度重力模型,进行重力反演计算,求得研究区莫霍界面的起伏深度,并依此给出研究区的地壳厚度分布特征。结合帕米尔及其周围地区的地震活动和均衡异常,对这一地区的构造运动进行了初步探讨。     

地震前兆形变场研究

假设在均匀弹性介质半空间中，存在一单一力源F^→，通过求解弹性静力学方程，得到地球表面位移解3个分量（u、v、w)的解析表达式。讨论了理论垂直形变场的基本特征。力的大小是决定形变幅度的基本因素，力越大，形变幅度亦越大，反之，则越小。力源深度h越大，形变幅度越小，影响范围越大，反之，形变幅度大，影响范围小。力源倾角为正时（向下），形变中心区下降，倾角为负（向上）时，形变中心区隆起。力的方位角是决定形变场图像形态的重要因素。利用大同地区（1984－1987年）和张北地区（1984－1991年）水准测量资料反演这二个地区震前力学参数，结果表明，力源中心与实际震中位置相差小于40km，力的方位角近于水平，理论形变图与实测形变图基本相似。     

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响.本文研究发现：①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化.②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级,对水平形变的影响较小,对地面重力的影响可达数百微伽.③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡,对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近.④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变,与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性,但在部分区域存在差异.本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用,为高程基准和重力基准的动态维护提供支持.

     

省级地壳形变前兆标志及预报体系应用研究

对形变监测能力相对薄弱的省份建设省级形变前兆标志及预报体系进行了应用研究。内容包括中短期地震形变前兆异常的规范化识别及提取,省级体系的构架设计及建设要点等。以广东地区为例,从震例出发确认了γ因子,海平面等１０个省级形态前兆标志,并在预报实践中付诸应用。最后,就形变标志与地震三要素的关系进行了讨论。．     

Rates of crustal deformation in the North Aegean trough-North Anatolian fault deduced from seismicity

The rates and configuration of seismic deformation in the North Aegean trough-North Anatolian fault are determined from the moment tensor mechanisms of the earthquakes that occurred within this region. The analysis is based onKostrov's (1974) formulation. The fault plane solutions of the earthquakes of the period 1913–1983 withM _s 6.0 are used. The focal mechanism of some of the past events (before 1960) is assumed, based on the present knowledge of the seismotectonics as well as on the macroseismic records of the area studied. The analysis showed that the deformation of the northern Aegean is dominated by EW contraction (at a rate of about 15 mm/yr) which is relieved by NS extension (at a rate of about 9 mm/yr). It was also shown that the northern part of North Anatolia (north of 39.7°N parallel) undergoes contraction in the EW direction (at a rate of about 9 mm/yr) and NS extension as the dominant mode of deformation (at a rate of about 5 mm/yr). It may be stated therefore, that the pattern of deformation of the northern Aegean and the northern part of North Anatolian fault is controlled by the NS extension the Aegean is undergoing as a whole, and the dextral strike-slip motion of the North Anatolian fault. The southern part of North Anatolia is undergoing crustal thinning at a rate of 2.3 mm/yr, NS extension (at a rate of 5 mm/yr) as well as EW extension (at a rate of 4 mm/yr), which are consistent with the occurrence of major normal faulting and justify the separation of North Anatolia into two separate subareas.     

Relationship between the regional tectonic activity and crustal structure in the eastern Tibetan plateau discovered by gravity anomaly

The eastern Tibetan plateau has been getting more and more attention because it combines active faults, uplifting, and large earthquakes together in a high-population region. Based on the previous researches, the most of Cenozoic tectonic activities were related to the regional structure of the local blocks within the crustal scale. Thus, a better understanding of the crustal structure of the regional tectonic blocks is an important topic for further study. In this paper, we combined the simple Bouguer gravity anomaly with the Moho depths from previous studies to investigate the crustal structure in this area. To highlight the crustal structures, the gravity anomaly caused by the Moho relief has been reduced by forward modeling calculations. A total horizontal derivative (THD) had been applied on the gravity residuals. The results indicated that the crustal gravity residual is compatible with the topography and the geological settings of the regional blocks, including the Sichuan basin, the Chuxiong basin, the Xiaojiang fault, and the Jinhe fault, as well as the Longmenshan fault zone. The THD emphasized the west margin of Yangtze block, i.e., the Longriba fault zone and the Xiaojiang fault cut through the Yangtze block. The checkboard pattern of the gravity residual in the Songpan-Garze fold belt and Chuandian fragment shows that the crust is undergoing a southward and SE-directed extrusion, which is coincident with the flowing direction indicated from the GPS measurements. By integrating the interpretations, the stepwise extensional mechanism of the eastern Tibetan plateau is supported by the southeastward crustal deformation, and the extrusion of Chuandian fragment is achieved by Xianshuihe fault.     

哈山冲断带构造变形数值模拟

岩石圈流变结构是控制大陆碰撞造山的重要因素.哈山冲断带的构造变形、地表地形与青藏高原周缘冲断带差异较大,指示需要开展地壳流变学研究.本研究采用二维数值模拟,设计了盆山上地壳强度横向差异的单因素实验,模拟结果分析表明：若上地壳强度山弱盆强,构造变形集中于造山带,断块垂向叠置造成造山带隆升,使地表地形的构造高点位于造山带;若上地壳强度山强盆弱,构造变形集中于冲断带和盆地,盆山相互作用造成地表地形的构造高点位于冲断带,而非后陆.本文基于此单因素实验,模拟了哈山冲断带构造演化,发现哈山冲断带晚二叠世发育推覆构造后,构造变形逐渐减弱,扩展方式由前展式变为后展式,基底倾向由向后陆变为向前陆.结合哈山及龙门山的多学科观测资料,本文认为哈山和龙门山冲断带的构造变形、地表地形分别符合地壳强度山强盆弱模式和山弱盆强模式.研究成果可以为中西部冲断带的地球动力学模型和实验模型的搭建提供一定启示,同时对研究区内构造控藏分析和油气勘探具有指导意义.     

非构造形变对GPS连续站位置时间序列的影响和修正

GPS观测得到的地壳形变场通常包含有构造形变与非构造形变二类信息, 去除其中的非构造形变信息对于有效运用GPS数据研究构造形变场至关重要. 本文运用国际卫星对地观测资料及各类地球物理模型, 定量计算海潮、大气、积雪和土壤水、海洋非潮汐4项负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此研究和修正这些非构造形变对中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列的影响. 研究发现此4项负荷效应, 特别是大气、积雪和土壤水, 对于测站垂向位置的影响显著. 通过模型改正可以使测站垂向位置的RMS降低～1 mm, 占其总量的～11％. 对于垂向时间序列的周年项部分, 这一改正可降低其振幅的37％. 研究还表明经过地球物理模型改正和周年、半周年谐波拟合改正的时间序列比起仅经过周年、半周年谐波拟合改正的时间序列更为平滑, 表明地球物理模型改正对于消除非构造形变场的作用不是周年、半周年谐波拟合改正所能替代的.     

南北地震带大地形变监测与大震预测问题思考

本文以南北地震带及其附近地区大地形变监测与地震预测实践为基础,简要总结回顾了利用大地形变进行强震预测研究的工作思路、方法和一些进展;进而结合2001年昆仑山口西8．1级、2008年四川汶川8．0级特大地震前区域地壳运动变形背景和已有的研究结果,分析和探讨了基于大地形变监测,并考虑地震构造的差异性来进一步提高大震预测的科...     

基于PSInSAR技术的海原断裂带地壳形变初步研究

常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标的差分干涉相位进行回归分析,逐次消除大气延迟、轨道残余和地形残余等相位误差,提取出准确可靠的形变相位,进而得到相干点目标上的累积形变量和形变速率.在此基础上,以祁连山海原断裂带为实验研究区,利用2003~2009年的21景ENVISAT ASAR数据,采用上述相干点目标处理方法进行了海原断裂带地壳微小形变的探索性研究,得到海原断裂东段绝大多数高相干点的形变速率在6~7 mm/a,2003~2009年共6.3年累积位移平均值约为4.2 cm,运动性质为左旋走滑.这一结果与GPS,库仑应力反演和地质学方法得到的结果基本一致,说明PSInSAR技术在长期累积微小地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力,有望成为探测震间微小形变,获取地震形变异常的有效途径之一.