中国大陆现今构造运动的GPS速度场与活动地块

GPS观测结果给出了在欧亚参考框架下周边板块的运动状态 ,印度板块的运动方向约NE2 0° ,速度是 40～ 42mm/a ;北美板块的运动方向约NW 2 80°～ 2 90° ,速度是 2 1～ 2 3mm/a ;菲律宾板块的运动方向是NW 2 90°～ 310° ,速度是 37～ 45mm/a ;哈萨克—西伯利亚地盾的运动方向约NE130° ,速度是 3～ 5mm/a。GPS所揭示的中国大陆现今运动场清晰地表现出了以活动地块为单元的分块运动特征。文中给出了各主要活动地块的运动方向和速度。大部分活动地块内部结构完整 ,以整体性的运动为主 ;个别活动地块内部发生构造变形 ,地块的整体性不好。中国大陆以活动地块为单元的现今构造变形可能与大陆岩石圈的结构和性质有关 ,上地壳以脆性变形为主 ,下地壳和上地幔以粘塑性的流变为特征 ,从底部驱动着上覆脆性地块的整体运动。     

中国大陆现今构造变形GPS观测数据与速度场

利用 1991— 1999年间 36 2个全球定位系统 (GPS)测站的观测资料 ,初步获得了中国大陆及周边地区现今地壳水平运动的统一速度场。该速度场主要涵盖青藏高原 ,天山 ,塔里木、川滇 ,河西走廊 ,福建东南沿海等重要构造活动区 ,测定精度总体优于 2～ 3mm/a ,速度场站点的分布和测定精度基本上满足中国大陆现今构造变形和动力学研究的需求。现代大地测量第一次比较全面、定量地展示出中国大陆在周边板块作用下大幅度构造变形的图像 ,为模拟大陆岩石圈动力过程提供了基础性的运动学约束条件。     

青藏高原地壳水平差异运动的GPS观测研究

青藏高原及其周边580多个GPS站点的观测资料为基础，通过消除青藏高原的整体刚性运动，将GPS水平速度场归化到“青藏高原整体固定”的参考框架下，使青藏高原内部不同区域的水平差异运动得以获得最大限度的突出。所得速度场图像显示：①以玛尼-玉树-鲜水河断裂为界的青藏高原东南部区域，最突出的内部水平形变表现为一条绕喜马拉雅东构造结的挤出式顺时针“流滑带”。而这一流滑带前缘速度场在青藏高原东南角呈现扇形发散特征，表明整个流滑带起因于高塑性上地壳物质在挤压和重力共同作用下的侧向逃逸；②介于玛尼-玉树-鲜水河断裂和海原断裂之间的青藏高原东北部区域，总体上表现出比较均匀的左旋剪切带特性，但这种左旋剪切在青藏高原东缘的龙门山一带已不再明显，且四川盆地及其以北区域，并未承受强烈挤压。因此，青藏高原东北部区域，相对于高原整体，并无明显的东向逃逸。③在整个青藏高原区域内，阿尔金断裂、海原断裂及玛尼-玉树-鲜水河断裂两侧的速度场显示了明显的差异，反映出这三条断裂带现今强烈的活动性。由于位于玛尼-玉树-鲜水河断裂和喀喇昆仑-嘉黎断裂之间的塑性流滑带的独立东向“逃逸”所产生的“拖拽”使流滑带以北区域表现为整体均匀的左旋剪切，而流滑带以南区域呈现了一定的右旋剪切。     

中国西部壳幔结构与动力学过程及其对资源环境的制约:"羚羊计划"研究进展

为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了“羚羊计划”(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),在青藏高原先后完成了羚羊-I(ANTILOPE-I)到羚羊-IV(ANTILOPE-IV)4条二维宽频带台阵剖面,而在青藏高原东西构造结则实施了羚羊-V和羚羊-VI两个三维宽频带台阵探测。另外,我们将前期在准噶尔盆地、天山造山带、塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地开展的九条综合地球物理观测剖面也纳入羚羊计划的总体框架中来。 通过“羚羊计划”的实施,我们在中国西部(包括西北部的环青藏高原盆山体系以及西南部的青藏高原)取得了大量的、高质量的、综合的第一手观测数据,获得了中国西部盆、山、原精细的壳幔结构,系统地揭示了中国西部盆山原的深部地球动力学过程。主要结论总结如下:确定了准噶尔盆地基底的结构与属性,优化了盆地的基底构造格架;建立了天山造山带“层间插入削减”新的陆内造山模式,揭示了印欧碰撞在天山岩石圈缩短44%的去向以及由洋-陆俯冲到陆-陆碰撞俯冲的转换机制;揭示了塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系;获得了塔里木盆地顺时针旋转的深部几何学、运动学和动力学证据;确定了青藏高原之下印度板块与欧亚板块的碰撞边界;发现目前的青藏高原由南部的印度板块、北部的欧亚板块和夹持于二者之间的巨型破碎区——西藏“板块”构成,首次确定了各自的岩石圈底边界;修正了高原变形的两个端员模型;建立了深部构造对地表地形的制约关系;系统地揭示了印度板块沿喜马拉雅造山带俯冲的水平距离与俯冲角度的变化规律与控制因素。 “羚羊计划”以其巨大的观测网络与综合地球物理探测技术,采用地球物理学、地质学、地球化学等不同学科相结合的分析方法,揭示了印度板块俯冲、西藏巨型破碎区发育、塔里木板块顺时针旋转、西部水汽通道提前关闭、中国西北部干旱、沙漠化提前这一深部结构、动力学过程及其对地表地形、油气资源和环境变化的制约关系,推动了青藏高原地球系统科学理论的发展。     

1954年山丹71/4级地震的孕震构造和发震机制探讨

龙首山断裂带位于青藏高原向北东推挤的最前缘,是河西走廊与阿拉善地块之间的分界断裂之一.虽然观测精度有限,1954年发生在该断裂带上的7_1/4级地震是该断裂上少有的有现代地震观测和记录的大地震.本次地震仅在龙首山北缘断裂带两个次级断裂段之间的一条转换断层上形成了长7 km左右的连续地震地表破裂带,以北西向右旋兼正断为主要特征,这与区域上近东西向左旋逆断构造运动特征差异较大.经过多次野外调查和地质填图,发现在主断层上没有形成地震地表破裂带,而地震震害的分布又完全受龙首山南北两条断裂所围限,说明地震的孕震可能与龙首山断裂带主断裂有关,转换断层上的地表破裂仅为局部的应力释放.利用震源机制解资料,通过静态库仑应力变化模拟可以看到,如果主震发生在南缘断裂上,对地表破裂有显著的触发作用.综合考虑北缘断层可能存在的动态触发作用,说明目前所见地表破裂是龙首山断裂带主断裂地震的同震响应.小震精定位也显示,龙首山南北两侧的断裂在约10 km范围内形成一狭窄的倒三角形,并有向北扩展的趋势.     

南北地震带中段地貌发育差异性及其与西秦岭构造带关系初探

南北地震带中段西秦岭交接区位于青藏高原东缘、东北缘交接复合部位,区内发育一系列与西秦岭构造带走向近似平行的东西走向断裂系统,历史上沿上述断裂系统曾发生过多次强震甚至大地震,预示着断裂系统的最新活动特征,同时也表征了南北地震带中段地区断裂活动的差异性.然而,由于自然条件差、交通不便等诸多原因,迄今为止,对该地区活动构造的基本格架,主要活动断裂的最新活动性及部分发震构造和发震机制等诸多问题都不十分清楚,是亟待研究的空白地区之一.     

黄河上游积石峡古地震堰塞溃决事件与喇家遗址异常古洪水灾害

黄河上游积石峡史前时期发生了一次严重的堰塞事件,形成了水体达11.71×10^8m^3的古堰塞湖;山体崩塌是黄河发生堰塞的直接原因,而地震则很可能是触发山体崩塌的关键因素.堰塞湖在形成后不久即发生了部分溃决,造成了洪峰近35000m3·s^-1的异常洪水,相当于该河段万年一遇洪水流量的3倍多;残余堰塞湖则因泥沙的逐渐淤积而消亡.年代学研究表明,这一堰塞及溃决事件发生在大约1730B.C.,与其下游25km处黄河岸边喇家遗址毁灭的年代一致.根据该遗址在很短的时间内先后毁灭于地震和洪水,可以推测积石峡黄河古堰塞溃决事件与喇家遗址的毁灭存在密切的联系.流量-水位关系的计算则表明,黄河上游万年一遇的洪水不能淹没喇家遗址,而积石峡古堰塞湖的溃决洪水则完全可以将喇家遗址毁灭.因此,毁灭喇家遗址的异常洪水并不是气候变化造成的洪水,而是由强烈地震所诱发的堰塞湖溃决洪水;也就是说,地震及其次生堰塞湖溃决洪水共同毁灭了喇家这一齐家文化的重要遗址.这一发现和研究对认识史前人地关系具有重要的意义.     

2008年汶川8.0级地震发生的历史与现今地震活动背景

为了了解2008年5月12日四川汶川M_S8.0地震发生的地震活动背景,本文综合历史与现代地震资料,从南北地震带中段及其邻区的视野研究了汶川地震前1~2千年的强震活动性,以及震前20年的地震活动性背景.结果主要表明：（1）至少在2008年之前的1100~1700年中,龙门山断裂带未发生M≥7的地震,相对其南、北两侧的其他活动断裂带（或段）形成一个地震空区,2008年汶川M_S8.0地震发生在该空区中;（2）17世纪以来,在由龙门山断裂带大部分地区、川北岷江-虎牙断裂带以及甘南文县-武都断裂带组成的巴颜喀拉块体东边界上共发生了12次M=6.5~8.0地震,显示出一个已持续了近400年、逐渐加速的应变能释放过程,2008年汶川M_S8.0地震属于该过程中两次巨大地震之一;（3）汶川地震前20年,龙门山断裂带中、南段不存在背景地震活动的平静,反而显示出比曾经发生过1879年M_S8地震的甘南文县-武都断裂带还略高的地震活动背景水平;（4）2008年汶川地震的强度远远超出龙门山断裂带的历史最大地震,说明仅基于数百年至一、两千年的历史地震记载,远不足以正确评估较低滑动速率的、大型活动断裂带的潜在地震危险性.     

青海鄂拉山断裂带晚第四纪构造活动及其所反映的青藏高原东北缘的变形机制

鄂拉山断裂带是分隔青海乌兰盆地 (柴达木盆地的一部分 )与茶卡—共和盆地的一条重要边界断裂 ,长约 2 0 7km ,由 6条规模较大的主要以右阶或左阶次级断裂段羽列而成 ,阶距约 1～ 3.5km。该断裂右旋走滑的起始时代为第四纪初期 ,约在 1.8～ 3.8MaB .P .期间 ,大的地质体累积断错约 9～12km。断裂新活动形成了一系列山脊、冲沟和阶地等的右旋断错及断层崖、断层陡坎等。晚更新世晚期以来 ,鄂拉山断裂带的平均水平滑动速率为 (4 .1± 0 .9)mm/a ,垂直滑动速率为 (0 .15± 0 .1)mm/a。鄂拉山地区的构造变形受区域NE向构造应力作用下的剪切压扁与鄂拉山断裂的右旋剪切和挤压的共同影响 ,共和—茶卡盆地和乌兰盆地均属于走滑挤压型盆地。青藏高原东北缘地区在区域性北东向挤压的作用之下 ,应变被分解为沿北西西向断裂的左旋走滑和沿北北西向断裂的右旋走滑运动 ,形成一对共轭的剪切断裂。鄂拉山断裂及其他北北西走向断裂的发展演化和变形机制表明青藏高原东北缘向东的挤出和逃逸是非常有限的。