青藏高原东北缘海原断裂带晚新生代构造变形

海原断裂带是青藏高原东北缘的边界断裂带,其新生代以来丰富的构造变形样式是研究高原向北东方向扩展的天然实验室。采自断裂带上盘南华山的磷灰石裂变径迹热年代学结果、横跨海原断裂带的地震反射剖面分析揭示了海原断裂带晚新生代以来经历了先逆冲、后走滑的两阶段变形过程。海原断裂第一阶段强烈的北东方向逆冲推覆变形始于(12±3)Ma,造成了断裂上盘山体的快速隆升与断裂下盘的挠曲变形,同时,破坏了高原东北缘新生代巨型沉积盆地。海原断裂这种挤压变形代表了青藏高原在约12Ma扩展至现今高原东北部,使其成为高原东北缘的最新组成部分。约5.4Ma,海原断裂第二阶段变形以不断增加的左旋走滑分量为特征,沿断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的六盘山、马东山以东西向的地壳缩短调节吸收。海原断裂上新世左旋走滑运动,可能主要是青藏高原东北缘北东向挤压变形作用后期高原东北部物质沿其主要边界断裂向东有限挤出的结果。     

青藏高原东北缘海原断裂带新生代构造演化

海原断裂带作为青藏高原东北缘构造变形最显著断裂带之一,记录了青藏高原向北东扩展的构造信息。在详细的构造测量基础上,初步提出海原断裂带新生代以来的古构造应力场序列,反演了其新生代构造演化历史。详细构造解析表明,海原断裂带新生代以来主要经历了5个构造演化历史阶段,即始新世-中新世NWSE向构造伸展与沉积盆地发育、中新世晚期-上新世NNESSW向构造挤压与海原断裂带右行走滑活动、上新世末-早更新世NESW向构造挤压与强烈褶皱逆冲活动、晚更新世晚期以来ENEWSW向构造伸展与断陷盆地发育、全新世以来NESW向构造挤压作用与断裂带强烈左行走滑活动。变形分析表明海原断裂带现今地貌格局主要缘于上新世末-早更新世NESW向强烈逆冲活动,后期ENEWSW向构造挤压作用导致断裂走滑活动,并改造了局部地貌,主要表现为沿断裂带发育一系列第四纪小型拉分盆地。该带新生代构造演化研究,为探讨青藏高原东北缘新构造演化提供了具体构造证据。     

海原-六盘山断裂带现今地震危险性的数值模拟分析

基于正交各向异性理论表征断层的变形行为,将平行断层面的剪切模量和周围介质剪切模量的比值作为反演参数,以海原-六盘山断裂附近现今GPS观测地壳水平运动速度场作为约束,通过构建三维有限元模型,采用遗传算法,反演了海原-六盘山断裂平行断层面的剪切模量分布.结果显示:六盘山断裂中南段平行断层面剪切模量与周围介质接近,且沿断层面...     

青藏高原东北缘六盘山地区新生代构造旋转及其意义

青藏高原东北缘构造变形的研究是认识高原隆起过程、机制和印度-欧亚板块碰撞远程效应的重要途径。新生代时期,海原-六盘山断裂、香山-天景山断裂、烟筒山-窑山断裂和青铜峡-固原断裂控制的青藏高原最东北缘六盘山地区山前盆地群,接受了巨厚的新生代沉积,较完整地记录了高原东北部的变形隆升历史。通过六盘山地区丁家二沟剖面的精细古地磁研究发现,白垩纪结束后至中新世六盘山地区发生了约23°的长期顺时针构造旋转,并主要发生在三个时期:可能于晚始新世至早渐新世六盘山地区发生了约9°的顺时针旋转、早渐新世晚期顺时针快速旋转约9°、早中新世初顺时针快速旋转约5°,同时它们也被地层变形侵蚀和沉积演化所记录,说明印度-欧亚板块碰撞变形的前峰最迟在约始新世末-渐新世初就已经达到六盘山地区。这比目前普遍认同的六盘山地区变形隆升是青藏高原隆起中最晚形成(第四纪以来)的观点早了至少3千多万年,它为深入认识高原隆升过程和环境效应提供了新的证据。     

青藏高原东北缘大陆岩石圈现今变形和位移

川青地块在地貌上为川西高原,亦是青藏高原东北边缘最重要的构造单元。新的GPS监测资料表明,在欧亚框架内,川青地块及其邻近的龙门山带和华南地块西缘的地壳运动水平速度,具有自西向东由25．66mm／a递变下降到6．99mm／a的总趋势。速度矢量表现出顺时针涡旋转动。川青地块内具有局部应变积累的非均一的区域剪切。横切鲜水河断裂带中段新的GPS量结果揭示,两侧地块间的平均左旋滑动速率约8mm／a;由于局部应变积累,断裂系南西侧的主断裂的移动速率为9．3mm／a,其间为拉分盆地和小的横向伸展断裂。鲜水河断裂系的左旋断裂滑动作用,调节了川青地块与／11滇地块之间的相对运动。     

青藏高原东北缘六盘山—鄂尔多斯盆地的地壳 速度结构特征

青藏高原东北缘六盘山—鄂尔多斯盆地深地震测深剖面沿近东—西向布设长约420km,跨越鄂尔多斯盆地、六盘山和秦祁地块。本文根据沿测线爆破地震的6炮记录截面图中,6个震相的到时资料,结合地震记录中的振幅信息,确定了沿剖面的二维纵波地壳速度结构。鄂尔多斯盆地的地壳平均速度为6.38~6.40km/s,地壳厚度为41.7~48.2km。六盘山地区的地壳平均速度最高为6.40~6.42km/s,地壳厚度最大为53~54km。六盘山以西秦祁地块的地壳平均速度最低为6.32~6.40km/s,地壳厚度为50.3~53km。整个莫霍面形态东浅西深,明显向西倾斜。鄂尔多斯盆地东侧的莫霍面深度最浅为41.7km,六盘山下方莫霍面的深度最深为54km。莫霍面首波Pn在220km之后出现,速度为7.8~8.1km/s。最后讨论了本区的深部特征和盆山结构关系。     

青藏高原东北缘六盘山盆地烃源岩的地球化学特征

在前人认识的基础上,依据近年来的勘探成果,对六盘山烃源岩进行了评价分析,发现目前较明确的3套主要烃源岩中,白垩系下统的乃家河组、马东山组和李洼峡组源岩在盆地内分布较广,除北部埋藏较浅的区域未成熟外,大部分已趋于成熟。石炭系也是重要的源岩,由于埋藏较深,后期改造作用大,应以找气为勘查目标。三叠系烃源岩成熟度较好,但分布范围局限,勘探潜力受到影响。盆地的诸多油气显示及地面油气异常响应特征,充分证实了该盆地具有烃类的生成、运移和聚集的过程。整个盆地的油气地球化学异常响应特征明显,油气苗显示丰富,分布广泛。地球化学勘探测量发现了盆地内有3个近东西向展布的油气地球化学异常区带。根据三维荧光光谱图,对油气属性进行了判别,均表现为轻质油的地球化学特性。     

青藏高原东北缘大陆岩石圈现今变形和位移

川青地块在地貌上为川西高原,亦是青藏高原东北边缘最重要的构造单元.新的GPS监测资料表明,在欧亚框架内,川青地块及其邻近的龙门山带和华南地块西缘的地壳运动水平速度,具有自西向东由25.66 mm/a递变下降到6.99 mm/a的总趋势.速度矢量表现出顺时针涡旋转动.川青地块内具有局部应变积累的非均一的区域剪切.横切鲜水河断裂带中段新的GPS测量结果揭示,两侧地块间的平均左旋滑动速率约8mm/a;由于局部应变积累,断裂系南西侧的主断裂的移动速率为93mm/a,其间为拉分盆地和小的横向伸展断裂.鲜水河断裂系的左旋断裂滑动作用,调节了川青地块与川滇地块之间的相对运动.     

青藏高原东北缘牛首山-罗山断裂带新生代构造变形与演化

牛首山-罗山断裂带分隔了青藏高原东北缘和鄂尔多斯地块两大构造单元,是青藏高原东北缘最外缘的一条断裂带。通过断裂带内详细的构造变形测量,结合区域构造分析与筛分,获得新生代4期构造应力场。通过年代学的初步研究,提出牛首山-罗山断裂带新生代构造演化序列,即：始新世末-渐新世近N S向挤压逆冲变形、中新世晚期-上新世NWSE向挤压与左行走滑活动、上新世末-中更新世NNESSW向挤压与右行走滑活动、晚更新世以来近E W向挤压与伸展构造。其中强烈的构造变形起始于中新世晚期,表明青藏高原东北缘的边界扩展在中新世晚期已经到达该断裂带。研究结果表明,牛首山-罗山断裂带在不同阶段的构造演化过程与印度欧亚大陆碰撞及青藏高原隆升过程密切相关,同时记录了青藏高原东北缘向外侧扩展和鄂尔多斯地块新生代构造转换的构造过程。     

青藏高原东北缘大陆岩石圈现今变形和位移

川青地块在地貌上为川西高原,亦是青藏高原东北边缘最重要的构造单元。新的GPS监测资料表明,在欧亚框架内,川青地块及其邻近的龙门山带和华南地块西缘的地壳运动水平速度,具有自西向东由25.66mm/a递变下降到6.99mm/a的总趋势。速度矢量表现出顺时针涡旋转动。川青地块内具有局部应变积累的非均一的区域剪切。横切鲜水河断裂带中段新的GPS测量结果揭示,两侧地块间的平均左旋滑动速率约8mm/a;由于局部应变积累,断裂系南西侧的主断裂的移动速率为9.3mm/a,其间为拉分盆地和小的横向伸展断裂。鲜水河断裂系的左旋断裂滑动作用,调节了川青地块与川滇地块之间的相对运动。     

Numerical modeling of strike-slip creeping faults and implications for the Hayward fault, California

The seismic potential of creeping faults such as the Hayward fault (San Francisco Bay Area, CA) depends on the rate at which moment (slip deficit) accumulates on the fault plane. Thus, it is important to evaluate how the creep rate observed at the surface is related to the slip on the fault plane. The surface creep rate (SCR) depends on the geometry of locked and free portions of the fault and on the interaction between the fault zone and the surrounding lithosphere. Using a viscoelastic finite element model, we investigate how fault zone geometries and physical characteristics such as frictionless or locked patches affect the observed surface creep when the system is driven by far field plate motions. These results have been applied to creep observations of the Hayward fault. This analysis differs from most previous fault creeping models in that the fault in our model is loaded by a distributed viscous flow induced by far field velocity boundary conditions instead of imposed slip beneath the major faults of the region. The far field velocity boundary conditions simulate the relative motion of the stable Pacific plate respect to the Rigid Sierra Nevada block, leaving the rheology, fault geometry, and mechanics (locked or free to creep patches), to determinate the patterns of fault creep.Our model results show that the fault geometry (e.g. length and depth of creeping) and the local rheology influence the surface creep rate (SCR) and the slip on the fault plane. In particular, we show that the viscoelastic layer beneath the elastic seismogenic zone plays a fundamental role in loading the fault. Additionally, the coupling with the surrounding lithosphere results in a smooth transition from regions free to creep to locked patches.     

青藏高原东缘非刚性书斜式断层模型的物理模拟实验研究

印度板块和欧亚板块碰撞导致青藏高原垂向上整体快速隆升的同时,也导致东缘被断裂分割的块体沿着大规模走滑断裂的横向滑移,这也是青藏高原演化变形的两种端元模型:大陆逃逸模式和地壳增厚模式。本文设计了三种非刚性书斜式断层模型,运用粒子速度场成像技术(PIV, Particle Image Velocimetry)监测模型表面变形。实验结果表明,非刚性块体边界受力前后,位移场、速度、剪应变和面应变会有明显的不同。根据实验结果主要得出两点结论:①青藏高原东缘的变形是连续的,块体内部发育了冲断带、裂谷系统和右行走滑断裂系统;②自中新世以来,青藏高原东缘主要经历了两阶段的演化,早中新世-晚中新世(22～8Ma),既有左行走滑活动,也有块体的顺时针旋转,形成了近东西向的祁连山-南山冲断带、积石山冲断带、祁漫塔格冲断带、渭河地堑以及近南北向的右行走滑断裂;晚中新世(8Ma)以来,块体旋转量极少,主要以左行走滑断裂为主,发育了近南北向的冲断带和裂谷系统。     

高邮凹陷南断阶调节带断层构造特征分析与数值模拟

在高邮凹陷南断阶北界上,始新世出现的总体北北东走向、左阶雁列状真②断层带内发育了许庄与方巷调节带。各反射层构造图显示,这两个调节带内部发育了连接与非连接两大类断层。其中连接断层可分为垂向连接、斜向连接与弧形连接3类,而非连接断层可分为同向平行断层、区域斜向正断层、斜向与横向断坡拉张断层、斜向与垂向连接—扩展断层、派生斜列断层、网状断层8类。本文通过有限差分法与有限单元法数值模拟,再现了调节带内各类断层的发育过程。结果表明,调节带内的断层一方面是区域应力直接作用的产物,另一方面是边界断层斜向拉张与扩展、断坡弯曲等影响的结果。故而,调节带内断层的发育受多种因素影响,常形成复杂的断层组合。     

从断层擦痕反演的郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪构造应力场

本文通过断层擦痕应力场反演方法,对郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动进行了详细研究,厘清了郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪拉伸方向的演变规律。研究结果显示：从早白垩世早-中期、晚期到晚白垩世,拉伸方向由NWW-SEE向、NW-SE向到近SN向转变,具顺时针旋转特征。与西太平洋区大洋板块运动方向对比分析认为：郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动发生在弧后拉张的动力学背景下,拉伸方向的演变可能是西太平洋区大洋板块运动方向改变的结果。     

Three-dimensional mechanical modeling of large-scale crustal deformation in China constrained by the GPS velocity field

We present a quantitative model for the crustal movement in China with respect to the Eurasia plate by using the three-dimensional finite element code ADELI. The model consists of an elastoplastic upper lithosphere and a viscoelastic lower lithosphere. The lithosphere is supported by the hydrostatic pressure at its base. The India–Eurasia collision is modeled as a velocity boundary condition. Ten large-scale faults are introduced as Coulomb-type frictional zones in the modeling. The values for the root mean square (RMS) of the east and north velocity components differences (RMS(Ue) and RMS(Un)), which are between the observation and the prediction, are regarded as the measurements to evaluate our simulations. We model the long-term crustal deformation in China by adjusting the faults frictions ranged from 0.01 to 0.5 and considering the effects resulted from lithospheric viscosity variation and topographic loading. Our results suggest most of the large-scale faults frictions are not larger than 0.1, which is consistent with other large-scale faults such as the North Anatolian fault (Provost, A.S., Chery, J., Hassani, R., 2003. Three-dimensional mechanical modeling of the GPS velocity field along the North Anatolian fault. Earth Planet. Sci. Lett. 209, 361–377) and the San Andreas fault (Mount, V.S., Suppe, J., 1987. State of stress near the San Andreas fault: implications for wrench tectonics. Geology, 15, 1143–1146). Further, we examine the effects on the long-term crustal deformation in China of three causes: the large-scale faults, lithospheric viscosity structure and topographic loading. Results indicate that the lithospheric viscosity structure and the topographic loading have important influences on the crustal deformation in China, while the influences caused by the large-scale faults are small. Although our simulations satisfactorily reproduce the general picture of crustal movement in China, there is a poor agreement between the model and the observed GPS velocity field in Sichuan–Yunnan area. It may result from our simple models such as that the faults are all vertical from model surface to bottom and that the effects caused by the subduction of Burma slab are neglected.     

基底构造对矿床定位的控制机制:焦家金矿带构造应力转移模拟

大型-超大型金矿床具有群聚产出的空间分布规律,这种空间产出规律与断裂带的渗透性结构有关。通过应力转移模拟,计算库伦破裂应力（CFS）的变化值,获取断裂带渗透性结构可以为成矿流体通量及其中金属沉淀成矿概率提供半定量约束。胶西北焦家金矿田是我国第一个千吨级金矿田,其内金矿化严格受NE-NNE向的焦家断裂带构造控制,而其深部隐伏的近EW向基底构造带对成矿的贡献尚不明确。为此,我们根据地球物理资料解译的基底构造带空间形态,通过三维有限元模拟计算基底构造带对理想模型和焦家断裂带内库伦破裂应力变化的影响,探讨基底构造对矿床定位的控制机理。研究表明,EW向基底构造带对区域库伦破裂应力的变化有明显影响,模拟结果图像可视作该深度上NE-NNE向浅表断层和EW向基底构造带分别引起的库伦破裂应力变化之和。成矿深度上某一点因基底构造带活动引起的库伦破裂应力变化的值与基底构造带埋深与成矿深度间距的平方呈反比。当基底构造带和浅表断层运动方向指向同一象限时,基底构造带和浅表断层交汇部位的库伦破裂应力变化值相对减小;而基底构造带和浅表断层运动方向指向不同一象限时,基底构造带和浅表断层交汇部位的库伦破裂应力变化值相对增大。焦家金矿带内基底构造带在成矿期发生右行为主的走滑活动,滑动侧伏角不大于30°,滑动位移量略大于浅表的焦家断裂带。基底构造带在成矿期的再活动导致在其与浅表断裂交汇部位形成构造节点（如新城、焦家）,引起该处断层破裂的传播受到阻滞,库伦破裂应力增大,而岩石破碎,有利于高渗透性的裂隙-网脉系统的发育和大型-超大型金矿床的产出;在远离焦家主断裂带的前孙家、洼孙家等部位,浅表断裂引起的库伦破裂应力变化不明显,而基底构造带引起的库伦破裂应力变化占主导,发育高渗透性裂隙-网脉系统的发育和中-小型金矿床（点）的产出。基底构造带的空间展布及其埋深与成矿深度的间距可作为评估区域成矿潜力的重要因素,EW向基底构造带与NE-NNE向浅表断层的交汇部位是重点靶区,且基底构造埋深与成矿深度的间距越小则发育金矿床的概率和规模越大。

     

Genetic waveform modeling for the crustal structure in Northeast Japan

We propose a genetic algorithm (GA) search procedure for waveform modeling of local crustal earthquakes for optimal one-dimensional (1-D) crustal velocity model. Both waveforms and travel-time data are used for the structure determination. The use of travel times in model evaluation improves the waveform modeling performance in the sense of computation speed and accuracy. We applied this method to broadband waveforms of a local crustal earthquake (M 4.2) in Northeast Japan. P-wave velocities of the crustal model are found to be 4.95 ± 0.30, 5.9 ± 0.02, and 6.51 ± 0.20 km/s for a surface layer, upper crust and lower crust, respectively. The surface layer thickness and the Conrad and Moho depths are found to be 3.01 ± 0.8, 17.77 ± 0.4 and 34.59 ± 1.0 km, respectively. For epicentral distances <200 km, our synthetic waveforms match the observed ones generally well. Early arrivals are mainly observed at stations near the Pacific coast in the forearc area having a thinner crust. In contrast, delayed arrivals appear at stations near the volcanic front and back-arc areas where low-velocity anomalies exist due to the effect of the Pacific slab dehydration and the hot upwelling flows in the mantle wedge. In general, our results agree well with the main tectonic setting of the study area, which confirms the reliability of the proposed approach. Despite a 1-D velocity model is too simple to represent the complex crustal structure, it is still required for the conventional routine analysis of seismology, such as earthquake location and source parameter studies. The current approach is considered as a step toward the genetic full waveform modeling for the 3-D velocity model estimation.     

鲜水河断裂带康定段雅拉河断裂深部应力应变状态及其孕震环境

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型左行走滑断裂之一,揭示其深部应力状态与应变是认识孕震环境和评估断裂带地震危险性的重要依据。本文选择鲜水河断裂带未来强震危险性较高的康定段作为研究对象,聚焦雅拉河断裂带内的糜棱岩,通过光学显微镜和扫描电镜（SEM）的显微构造分析、粒度统计、石英组构和Ti含量测试,确定石英递进变形过程中差应力的变化和不同阶段的变形温度,构建鲜水河断裂带康定段的地壳强度剖面。观测结果显示,糜棱岩在抬升过程中石英发生颗粒边界迁移（GBM）、亚颗粒旋转（SGR）和膨凸重结晶（BLG）三种类型的变形机制。构建的地壳强度剖面显示,雅拉河断裂带应变速率约为6.08×10^-13~1.62×10^-11s^-1,脆韧性转化带发生在~12.5±2.5km深度,该处岩石极限强度~145.5MPa。实际岩石强度（μ=0.383）小于理论破裂摩尔圆（μ=0.85）的岩石强度发育应变弱化。当韧性变形阶段由位错蠕变形成的应变局部化以及细粒化等机制降低岩石的强度至临界条件时,会导致破裂频次的增强,应力释放发生地震。同时,位错蠕变引起的应变弱化导致岩石强度降低,使高应力无法积累。     

走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。