利用GPS数据反演阿尔金断裂现今滑动速率

利用2009—2013年的GPS水平速度场,使用三维线性球面弹性块体模型,综合前人研究成果建立了阿尔金断裂及其邻区的三维块体几何模型,反演得到阿尔金断裂不同断层段和其邻区主要活动断裂的现今滑动速率。结果表明:阿尔金断裂柴达木盆地以南段左旋走滑速率为(7.8±0.2)mm/a,该段向北至肃北左旋走滑速率为(7.5±0.1)mm/a,肃北—昌马段左旋走滑速率为5.3~5.5mm/a,昌马以北段的左旋走滑速率仅有(1.0±0.4)mm/a。阿尔金断裂左旋走滑速率总体表现出从南向北减小的趋势,衰减主要集中在祁连山地区,并转换为这一地区明显的地壳挤压作用。     

GPS观测及断裂晚第四纪滑动速率所反映的青藏高原北部变形

断裂晚第四纪滑动速率及现今GPS观测揭示了青藏高原向北扩展与高原边缘隆升的运动特征.主要断裂晚第四纪滑动速率及跨断裂GPS应变速率的结果表明,青藏高原北部边缘的断裂以低滑动速率（＜10 mm/a）为主,特别是两条边界断裂：阿尔金断裂和海原—祁连山断裂.两条主要边界断裂上的滑动速率分布显示了断裂间滑动速率转换及调整特征.阿尔金断裂自95°E以西的8～12 mm/a稳定滑动速率,向东逐渐降低到最东端的约1～2 mm/a,而海原断裂自哈拉湖一带开始发育后滑动速率为1～2 mm/a,到祁连一带（101°E以东）增大到相对稳定的4～5 mm/a,直到过海原后转向六盘山一带,滑动速率降低到1～3 mm/a,甚至更低.滑动速率的变化及分布特征显示,阿尔金断裂滑动主要是通过祁连山内部隆起及两侧新生代盆地变形引起的缩短来吸收的,海原—祁连山断裂的低滑动速率及沿断裂运动学特征表明断裂尾端的陇西盆地变形及六盘山的隆起是断裂左旋走滑速率的主要吸收方式.这一变形特征表明,青藏高原北部边缘的变形模式是一种分布式的连续变形,变形发生自高原内部,边界断裂的走滑被高原内部变形所吸收.     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004—2010年间的ENVISAT ASAR数据,采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场,并结合研究区GPS观测数据结果,分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示,喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为?1—2mm/a,其中,乌恰南边的山区形变量最大,形变速率达到2mm/a,是整个研究区中隆升最明显的区域;而喀什、阿图什一带形变量比较小,基本在0—1mm/a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带,这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm/a的水平形变能量,是喀什-乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。     

新疆北天山地区盆山交界主要构造带运动特性研究

利用2009~2013时段的GPS速度场数据,基于块体运动模型和GPS剖面研究了新疆北天山地区盆山交界构造带的运动特征。结果表明:均匀应变模型可以较好地描述天山块体整体运动特性;刚体旋转模型可较好地描述准噶尔块体的整体运动特性;准噶尔南缘断裂、博格达北缘断裂的走滑速率小于1mm/a,挤压缩率为3~4mm/a;博格达北缘断裂表现出应变积累水平较高特征,需关注其强震危险性。     

青藏高原北缘地应变演化特征

利用青藏高原北缘中国地壳运动观测网络1991-2013年间的GPS水平速率观测结果,对青藏高原北缘不同时期的面应变和面应变率梯度进行了计算,分析了地应变的时空演化特征,并结合不同时期发生的中强以上地震,研究了地震分布与地应变时空演化特征的关系.结果表明:2001年11月14日Ms 8.1级昆仑山口西地震发震断裂对其南部区域的面应变调整结果影响较大,阿尔金断裂滑动速率的分段差异性可能控制着阿尔金断裂及塔里木盆地区域的面应变变化.青藏高原北缘面应变率梯度时空演化特征较为明显,其高值区影响范围随时间不断变化,表现为由小-变大-变小的时空演化特征,与震后地壳松弛和区域构造变形的调整有关.北缘中南部出现面应变率梯度"盆地"区,面应变率梯度量值较低,Ms5.0级以上地震有向该"盆地"聚集的趋势,该区有可能为应变积累的高值区,发生地震的可能性较大;地震空间分布的聚集性与区域地壳运动变形空间分布的趋势性相呼应.     

利用GPS数据研究中缅边界地区现今地壳形变特征

中缅边界地区位于缅甸弧东缘—青藏高原东南缘—巽他板块的衔接地带,地质构造复杂,区内多条活动断裂横跨中缅两国.为了研究中缅边界地区现今地壳形变特征,本文收集处理1998至2020年中国和缅甸的GPS数据,获得了中缅边界地区高空间分辨率的GPS速度场,并采用多尺度球面小波方法计算了多尺度应变率场.结果表明：（1）印度板块向缅甸块体东侧强烈挤压俯冲作用导致位于缅甸弧的GPS测站以约30 mm/a的速度沿NNE向随着印度板块向青藏高原推挤,缅甸弧地区剪切应变积累明显,主压应变率在弧外侧表现为垂直构造走向的近东西向挤压,在弧内侧与伊洛瓦底江盆地表现为平行构造的近南北向挤压.实皆断裂处于主应变率与剪应变率的高值区,存在分段活动性：北段两侧的速度呈现明显的差异,剪切应变积累显著,呈现右旋剪切运动和缩短;中段以约20 mm/a的速度向NNW向运动,具有右旋走滑兼拉张特征.（2）川滇块体围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转,GPS速度方向从构造结北侧的近东西向运动偏转到川滇菱形块体为向南或东南运动,并在滇西南地区呈弥散型分布,速率向东南逐渐减小.其中,小江断裂带总体为左旋走滑.红河断裂中段具有较低的走滑速率,...     

青藏高原东南缘地壳结构与变形机制研究进展

新生代青藏高原的隆升改变了整个亚洲的构造格局,对气候、环境均产生了重要的影响,但高原的隆升扩展机制众说纷纭.青藏高原东南缘作为扩展前缘,其构造演化对了解整个高原的扩展机制具有重要的意义.本文总结了近年来对青藏高原东南缘地壳结构研究的最新进展,特别是2011年中国地震科学探测台阵计划开展以来,利用密集地震台阵取得的新成果,探讨了青藏高原东南缘地壳的结构与变形机制.这些研究发现青藏高原的地壳由高原向外围减薄,但在高原边界断裂附近存在地壳厚度突变带;下地壳中存在两个独立的低速异常,一个位于松潘—甘孜块体下方,被高原的边界断裂所围限,另一个位于小江断裂带下方,呈NE-SW向展布.我们认为青藏高原东南缘下地壳物质被边界(丽江—小金河)断裂所围限,并没有继续向边缘流出,但是地壳挤出产生的应力作用继续向东南方向传递,造成了小江断裂带附近的地壳变形.     

青藏高原东北缘主要断裂滑动速率及其动力学意义

本文利用青藏高原东北缘地区1991—2015年的GPS速度场资料, 基于弹性球面块体模型获得了区域活动断裂的滑动速率, 并讨论了断裂滑动速率分配的动力学意义。 反演结果表明, 青藏高原东北缘地区主要块体以北东向并兼顺时针旋转运动为主; 区域断裂平均闭锁深度为17 km; 另外, 各主要断裂滑动速率也不尽相同。 其中, 阿尔金断裂、 东昆仑断裂左旋走滑速率为10～12 mm/a, 祁连—海原断裂左旋走滑速率为3～5 mm/a, 鄂拉山断裂、 拉脊山断裂右旋走滑速率为1～3 mm/a。 阿尔金断裂、 祁连—海原断裂、 东昆仑断裂的走滑速率被其端部的山脉隆起和逆冲断裂所吸收和转换, 鄂拉山断裂和拉脊山断裂则起到了调节块体间运动平衡的作用。     

利用InSAR技术研究滇西南镇康—永德地区现今地壳形变特征

基于12景ALOS PALSAR卫星影像,利用InSAR的前沿技术,提取了2007~2010年滇西南镇康—永德一带的平均地壳形变速率和形变时间序列,并结合不同时段的水准和GPS监测结果,从三维角度研究了该区域现今的地壳运动特征。研究结果表明,水准资料显示的镇康—永德一带异常隆起区位于南汀河断裂带附近,范围沿北东—南西方向呈近椭圆形展布。这一地壳形变异常区在数十年尺度上表现为隆升(速率约2~3 mm/a),表明区域具备中强地震孕育的地壳形变背景。而在2007~2013的数年尺度上表现为大幅垂向形变波动,可能反映区域近年来地壳垂直运动比较活跃,应加强跟踪与监视。     

汶川MS8.0地震前后南北地震带北段GPS垂向形变特征

2008年汶川M_S8.0地震对南北地震带北段垂向变形产生了影响,对1999—2016年多期GPS观测数据进行精密解算,采用多面函数方法分别对研究区垂向运动进行周年运动剔除和空间滤波,获取了汶川地震前后垂向形变特征。结果表明:(1)以巴颜喀拉块体与华南块体交界带西侧为界,其西部自东向西呈指数函数衰减;东部自西向东呈对数函数形式衰减,且东部衰减程度大于西部,两块体交界南北段垂向形变特征存在差异性,北段隆升速度和变化梯度均弱于南段;(2)地震前后南北地震带北段垂向形变特征具有明显差异性,相对震前,震后大部分区域隆升速度加快,平均约为2 mm/a,局部区域加快程度较大,最大值达7 mm/a;(3)垂向速度的差异性变化对地壳的垂向应变积累具有影响,最大正影响区域为巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域,增大了约10×10~(-8)/a,约为震前的2倍,最大负影响区域为川滇块体北部局部区域,减小了约7×10~(-8)/a。建议对巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域和川滇块体北部局部区域强化跟踪分析。     

青藏块体东北缘地壳水平应变场数值模拟研究

基于青藏块体东北缘1999～2001年GPS结果,分别采用块体整体旋转与线性应变模型和弹性力学有限元法这两类地壳形变数值模拟方法,分析了该区地壳水平应变场特征.结果表明:(1)两类方法在研究地壳形变时各具一定的优势,前者对块体整体运动变形及块体与块体之间的相关性研究具有一定的优势,而后者则较强体现出了应变高值区与深大断层在空间分布的紧密结合性;(2)两类方法所获得的应变高值区具有良好的空间分布一致性,主要集中在阿尔金断裂、祁连山断裂中东段、东昆仑断裂和海原断裂这些深大断裂处及其附近,面压缩值达到了-3×10-8以上,最大剪应变值达到了10×10-8以上;(3)应变高值区的空间分布与中强地震的发生具有一定的对应关系.     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.     

渤海盆地的现今扩张运动

关于渤海盆地的扩张,前人已有很多研究成果.但是,对渤海盆地现今扩张的主方向,扩张的速率和笵围迄今还不清楚,本文试图探讨之.根据中国地壳运动观测网络GPS网1998~2004年的观测结果,建立了渤海盆地周围地区相对于欧亚板块的速度场.将该区划分为8个块体,建立了各块体的速度模型,得到该区的水平形变速度场和应变场.分析形变速度场和应变场的空间变化,发现渤海及周围地区呈现明显的NW-SE方向的双向扩张运动,扩张速率为2.5±1.8 mm/a.NW-SE与NE-SW方向扩张范围分别为310 km与 410 km.渤海盆地扩张的范围与华北地壳最薄的区域基本一致,这表明上地壳的扩张变形与上地幔的隆升密切相关,岩石圈减薄和岩浆上涌使上地壳发生拉张变形,使渤海地区发育成一个拉张盆地.     

基于GPS速度场采用RELSM模型分析青藏块体东北缘的形变—应变特征

利用青藏块体东北缘地区1999～2001年GPS观测获得的地壳水平运动速率场,通过对该地区进行块体划分,将该地区划分为9个块体,应用块体的整体旋转线性应变模型(RELSM)估计了各个块体的旋转与应变参数,以及计算了该地区内143个GPS站点的应变参数,以此分析了该地区的应变场的基本特征,结果表明:①阿拉善块体s较稳定,其旋转角为0.630×10-8,运动速率为0.688 mm/a,②相比其他块体,共和块体旋转角最大达到了6.589×10-8 ,运动速率达到了7.296 mm/a,③应变高值区主要集中在祁连山断裂,海原断裂等,在这些地区最大剪应变率达到了7.5×10-8、面膨胀率达到了-2.5×10-8、主压应变达到了-6×10-8.     

库木库里背斜活动性初步研究

库木库里盆地位于青藏高原北缘,与柴达木盆地一山之隔,是二者的过渡地带,也是高原主体部分向NE扩展的前缘地区;现今构造表现为被3条大型活动构造带(走滑的阿尔金断裂带、东昆仑断裂带和逆冲的祁漫塔格褶皱逆冲系)所夹持。因此,该盆地对于研究青藏高原北缘的构造活动性、活动历史,探讨高原的扩展模式具有十分重要的意义。虽然库木库里盆地南、北两侧均发育活动性很强的大型走滑断裂,但是在盆地中央发育1条大型背斜,走向NWW-SEE,与祁漫塔格褶皱逆冲系和柴达木盆地内的褶皱构造走向一致,说明盆地目前遭受NNE向的挤压。通过对盆地地形横、纵剖面和阶地展布形态的分析,得出背斜有自西向东扩展变形的特征;野外调查和测年结果显示,背斜东段冰川融水形成了大型冰水扇,形成年龄为(87.09±2.31)~(102.4±3.7)ka,进而获得背斜东段自晚更新世以来平均隆升速率的最大值为(2.78±0.28)~(3.28±0.28)mm/a。库木库里盆地整体的活动性很强,在构造上与其北边的柴达木盆地类似,都受控于阿尔金断裂南侧的NNE向的区域挤压作用。     

台湾地区地壳形变的弹性块体位错模型

在经典的非震形变位错模型中,地壳形变被认为是活动块体刚性运动和上部断层锁定影响的叠加,本文对此模型进行了改进: (1) 用活动块体整体运动和内部线性应变、旋转的贡献代替活动块体刚性运动的贡献;(2) 用分层介质地壳模型代替半无限介质模型计算断层锁定的影响. 利用改进后的非震形变位错模型,拟合了台湾地区1990～1995年间GPS观测资料. 结果显示,在东部海岸山脉区,约有30 mm·a^-1的汇聚率被奇美断层消耗掉,运动速度从奇美断层向北迅速衰减. 在西部平原地区,南部断层是岛内锁定最为强烈的断层,该地区相应的也是史上灾害性地震多发的地区. 根据反演结果计算出的应变率与旋转率分布与前人结果在大部分地区一致,主应变率场显示台湾大部分地区存在近NW-SE方向的主压应变,主压应变方向呈扇形分布. 旋转率场显示台湾东部和南部地区存在着逆时针旋转率,而西部和北部地区则为顺时针旋转率.     

白杨河阶地揭示的北祁连山西段晚第四纪构造变形

祁连山作为青藏高原东北缘的重要造山带,是高原向NE方向扩展的最前缘,逆冲和褶皱作用是青藏高原向N扩展的重要构造变形方式。白杨河发育于祁连山内部,向N汇入前陆区酒西盆地。因此,可以通过白杨河阶地研究祁连山北缘的变形特征。通过对白杨河阶地的详细调查与测量,得到如下认识:1)白杨河阶地具有流域分段性,在地形陡变带及盆地内白杨河背斜区发育多级阶地。以阶地级数来说,以牛头山为界,上游发育2—3级阶地,下游发育4—5级阶地。2)从白杨河阶地纵剖面获得昌马断裂的垂直活动速率为(0.32±0.09)mm/a,地壳缩短速率为(0.12±0.09)mm/a;旱峡-大黄沟断裂T5形成以来(约13ka)没有垂直活动;老君庙背斜区T5阶地(约9ka)褶皱变形隆升量为(6.55±0.5)m,缩短量为(3.47±0.5)m,隆升速率为(1.23±0.81)mm/a,缩短速率为(0.67±0.44)mm/a;白杨河背斜开始活动时期约为300kaBP,其170ka以来的平均隆升速率约(0.21±0.02)mm/a,缩短速率为(0.14±0.03)mm/a;3)北祁连山地区在响应青藏高原向N扩展的过程中表现出2种不同的变形特征:在祁连山内部以剪切变形为主,表现为块体侧向挤出;而在祁连山北缘地形陡变带和酒西盆地内部以挤压变形为主,表现为地壳缩短和隆起,并且盆地内构造缩短变形量占总变形量的50%左右。     

大规模GPS揭示中国现今地壳构造形变特征

利用全国260多个陆态网络连续站以及2 000多个陆态网络区域站2011—2015年观测数据,计算分析中国大陆现今整体地壳构造形变特征以及板内应变场空间分布特征。根据密集、大范围的GPS速度场可知中国大陆现今整体速度场依然呈现西强东弱的态势,其中最大值出现在喜马拉雅地区,一般速率在35~42mm/a之间,而川滇地区形成的右旋剪切带的形变特征最为醒目,其西南部最小速率在3~9mm/a之间,北部最大速率在17~23mm/a;由应变场的空间分布可以看出应力最大的地区主要是喜马拉雅、昆仑山中部、川滇地区的鲜水河断裂带、天山地区以及京津唐地区;东部沿海地区应变速率表现为东西拉张型,主要是由于2011年日本大地震对该地区的影响还未完全消退造成的。