中国大陆现今构造作用的地块运动和连续变形耦合模型

板块构造基本理论（特别是其刚性块体假设）能否应用于大陆，是大陆动力学研究所面临的主要问题之一，不同的理论模型给出不同的回答。缺乏完整、可靠的构造变形运动学图像使得无法对不同的理论模型给予约束和检验，以至于无法回答上述基本问题。本文以中国大陆及其周边近年来的1350个GPS观测资料为主，结合活动断裂和地震活动性资料，研究中国大陆现今构造变形的运动学特征。中国大陆的现今构造变形既有刚性地块的运动，如塔里木、鄂尔多斯、华南等地块；又有非刚性的连续变形，如青藏高原和天山。在大陆构造变形过程中，由于岩石圈性质的不同而造成变形的分区差异和上部脆性地壳的分块运动，不仅有整体性好的刚性地块运动，也有刚性很差的连续变形。以粘塑性流变为特征的下地壳和上地幔在周边板块作用下发生连续流动，从底部驱动着上覆脆性地块的运动，而不同活动地块本身的性质决定着地块的整体性和变形方式，中国大陆的现今构造变形可以用耦合的地块运动和连续变形模式来描述。     

基于LiDAR数据开展活动断层填图的实验研究——以新疆独山子背斜-逆冲断裂带为例

机载LiDAR技术为描绘活动构造相关构造地貌和最新的地表形变提供更精确的基础数据。如何将LiDAR新技术、新数据应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等方面,是今后活动构造研究领域的一个重要的发展方向。文中以新疆天山北麓的独山子背斜-逆冲断裂带为试验区,开展了基于LiDAR数据的活动构造填图实验研究。首先,采用机载LiDAR技术进行数据采集,获得点云密度为6.6个/m2、平均点间距为0.39m的LiDAR原始数据;其次,利用试验区内12个测量精度可达mm级的GPS静态测量点评估LiDAR的相对垂直精度为0.12m、均方差值为0.078m;最后,对密度为6.4个/m2的地面点云数据进行DEM最佳分辨率评估,利用反距离权重算法获得0.5m分辨率的数据高程模型(DEM)。该分辨率的DEM数据足以完成独山子背斜-逆冲断裂带的精细构造地貌特征的确定以及高精度的空间解译。文中仅使用DEM可视化工具从不同虚拟的视角、不同色度或其他处理方式来识别微构造地貌、划分地貌面和确定断层位置等,宏观上获得与前人通过航片解译和野外调查一致的断裂分布特征,微观上较前者具有更高的精细程度。此外,数据采集、数据质量检验、数据处理及数据应用等技术和方法适用于其他能够获得LiDAR地形数据的活动断裂研究工作。     

GRACE卫星重力场同震变化的经验正交函数分解:以日本M_W9.0地震为例

2011年3月11日日本东海发生MW9.0地震,造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域,空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×0.5°网格点上的重力变化时间序列,采用最小二乘拟合、经验正交函数(EOF)2种方法,提取了同震重力变化,结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布,其中弧后区域重力下降,最大降幅约6μgal,海沟区域重力增加,最大增幅约3μgal。EOF方法避免了最小二乘拟合方法所需的地震发生时刻等先验信息,但卫星重力信号是由多种地球物理过程引起的重力变化的叠加,EOF结果的可靠性及其反映的真实物理来源往往随着事件的规模、观测时间的长短等而改变。文中第2,3,4主成分主要反映了非构造因素的影响,通过第1主成分空间一致性提取的同震重力变化与位错理论模型计算结果较为接近,因此较真实地反映了地震引起的重力变化特征。     

PCA空间滤波在高频GPS定位中的应用研究

利用主成分分析法(PCA)对高频GPS时间序列进行空间滤波,并结合Karhunen-Loeve展开法(KLE)对其结果进行判定,可有效地提取共模误差,提高单历元定位精度。通过对四川GPS连续观测网的计算分析表明,PCA方法可较好地减弱区域共模误差,并能准确地反映共模误差的空间分布,且精度优于传统的堆栈法,这对高频GPS技术的应用和发展具有重要意义。     

青藏高原班公-怒江缝合带现今运动状况的GPS观测研究

利用青藏高原改则地区一条跨越班公-怒江缝合带的10站GPS剖面在2007-2009年的3期流动观测资料,采用自洽的统一参考框架方法分析研究了改则地区的现今地壳差异运动,得出该区域现今地壳应变率以南北向挤压为主,量值达(104.0±28.6)×10^-9/a,同时兼有东西向拉张,量值约为(25.4±17.7)×10^-9/a。利用半无限弹性空间的断裂位错模型和GPS速度矢量的约束,反演获得班公－怒江缝合带在该地区（即改则-洞错断裂）的现今运动以右旋走滑为主,走滑速率约为(7.4±0.8) mm/a。     

鲜水河—安宁河—则木河断裂带上可能存在的凹凸体:来自背景地震活动性的证据

基于1992—2002年小震双差重新定位结果,沿鲜水河—安宁河—则木河断裂带走向的震源剖面作b值及局部复发时间TL值的空间扫描,以确定断裂带上可能存在的凹凸体。结果显示,b值沿断裂带走向具明显的空间非均匀性,与地表几何结构的分段变异是相应的。异常短的TL值及低b值出现在鲜水河断裂带的炉霍—道孚间、安宁河断裂带的石棉—冕宁段以及则木河断裂带的西昌—普格段,表明在间震期这些段落破裂产生的小震平均震级大于其他段落上的小震,是断裂带中相对活跃的段落。由b值与应力成反比的关系,推测这些段落可能为断裂带上凹凸体所在地,成为现今应力积累的闭锁段,是未来主震初始破裂最有可能形成的段落,其中石棉—冕宁段的地震危险性最大。而在鲜水河断裂带南东段的乾宁—康定—石棉一带,尽管历史地震与现今小震都异常活跃,但具有异常高的b值及TL值估计,表明现今应力水平较低,目前可能成为以小震活动为主的蠕滑段,不具大震危险性。     

中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究

通过分析中国大陆地壳运动GPS速度场得到现今构造应变率场。结果显示在印度板块北向推挤作用下 ,青藏高原内部及其邻域形变场并不局限于少数大型走滑断裂 ,而是在大范围内广泛分布 ,各地区构造运动驱动机制也可能各有不同。藏南地区主应变率场呈均衡的约 2× 10 -8a-1南北向挤压和东西向拉张 ,显示印度板块下插造成的地壳增厚和岩石圈拆离可能形成上地壳与上地幔间形变解耦 ,地壳内部在南北向挤压及重力场作用下产生东向塑性流驱使上地壳产生东西向拉张。西藏中部羌塘地区主应变率场显示均衡的约 2× 10 -8a-1北北东向挤压和北西西向拉张 ,反映本地区一系列走向北东和北西的共轭剪切断裂的活动 ,可能源于南北向挤压和软流层内东向塑性流的驱动。柴达木盆地及周边地区主应变率场呈约 2× 10 -8a-1北东向压缩和约 (0 1)× 10 -8a-1北西向拉张 ,表明地壳增厚造成的地壳温度上升可能还不足以造成上下地壳的充分解耦 ,南北向的消减还未能有效地转换成东西向的拉张 ,形变以褶皱和逆冲断裂运动为主。当今青藏高原形变场的形成应是构造运动从南到北阶段性发展过程中地壳与上地幔介质性质差异造成驱动机制不同的结果。     

华北地区主要断裂带的现今运动特征

用中国地壳网络观测中心提供的华北地区最新GPS观测数据, 研究了华北地区主要断裂带的现今运动特征, 得到NE走向断裂带由北至南存在由挤压转变为拉张、右旋走滑速率增大的特征, NW走向断裂带以左旋挤压变形为主, 走滑速率NW向断裂带大于NE走向断裂带, 据此认为华北地区煤层气开发的有利区块位于南部地区。     

2018年佳木斯汤原ML 4.4地震震源机制及地震趋势分析

2018年1月15日佳木斯汤原县发生M_L 4.4地震,采用ISOLA方法反演矩张量解,结果显示为逆冲型地震,兼少量走滑成分。结合震源区地质构造背景,推断依舒断裂北段通河-汤原段西支断裂为发震构造,主压应力轴与背景应力场方向不一致。分析认为,黑龙江亚板块由东南转向东北运动,造成断层两侧应力产生差异,区域应力场调整诱发汤原M_L 4.4地震。     

GPS观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约

活动断裂的滑动速率是晚第四纪构造变形的定量描述 ,是制约和研究现今大陆动力过程的重要基础数据。地震地质学研究给出主要活动断裂的长期和平均运动水平 ,横跨断裂的GPS观测能够提供断裂的现今滑动速率。文中利用重大科学工程“中国地壳运动观测网络”的 10 0 0多个GPS观测站的复测数据 ,计算中国大陆主要活动断裂的现今滑动速率。发现主要活动断裂的GPS滑动速率与晚第四纪滑动速率在运动方式和运动量上是大体一致的。从GPS观测到的断层滑动速率来看 ,中国大陆的大多数活动断裂的速率都在 10mm/a之下 ,而没有类似于板块边界的大于 2 0 30mm/a的滑动速率。这种现象意味着整个中国大陆的构造变形可能是分布式的 ,而不是仅仅集中在少数几条大型活动构造带上 ,沿主要活动断裂的刚性块体滑移可能不是构造变形的主要方式。现今构造变形的分块运动图像可能只是脆性上地壳的变形方式 ,中下地壳和上地幔的运动则以连续变形为特征 ,从下部驱动脆性上地壳的变形和运动 ,使得上部地壳的变形既表现出分块特征 ,又发生块内的变形。“连续变形”理论模型能够更好地描述大陆内部的构造变形。