山西裂谷带形变应力场及其与地震的关系

1996年至2001年山西裂谷带6期GPS复测资料的基本特征为趋势性活动,表现为北段向西运动,南段向东运动,整体呈逆时针的差异活动性质;趋势性活动强度并不高,南北向伸展运动只有1 mm/a,而且主要发生在断裂带的北段;主压应变场的方位角为72;°看不出区内任一条断裂两侧存在着明显的趋势性差异运动。显示了华北地区西界受力的特征为“南强北弱,”2002年运动性质与以往基本一致,量级上也比较接近;2003年的运动量级明显偏大,这可能预示着应力增量场有所加强,山西断裂带中段的应变(尤其剪应变)积累较快一些。2004年水平运动没有形成断层错动、应变相对集中或断层闭锁的有序结果。     

山西断裂带活动趋势与动态特征

利用沿山西断裂带布设的GPS监测网的 6期复测资料 (1996～ 2 0 0 1) ,分析了山西断裂带水平运动的趋势及动态活动特征。结果表明 :(1)现阶段趋势性活动表现为北段向西运动 ,南段向东运动 ,整体呈现逆时针的差异活动性质 ;但趋势性活动强度并不高 ,断裂带从南到北在垂直方向上的趋势性差异运动分量为 3mm a左右 ;该带的南北向伸展运动量也只有 1mm a ,而且主要发生在断裂带的北段。 (2 )趋势性运动所反映主压应变场的方位角为 72°。 (3)每年间的活动性质并不完全相同甚至相反 ,并偏离趋势性活动 ,由此所推算出的应变场参数不能反映基本应力场的物理特性。 (4)高频运动 (每年的 )不但存在而且复杂 ,强度是趋势运动的数倍。 (5 )无论是长趋势性活动还是每年的活动都看不出区内任何一条断裂两侧存在明显的差异性运动(包括走滑运动 )。趋势性运动结果不仅验证了华北地区西界受力“南强北弱”的基本特征 ,而且一直持续到华北腹地。断裂两侧无明显的差异活动可能说明板内各块体之间的差异活动是在一定的空间范围内通过渐变来完成的 ,并不是以某一条断裂或狭小条带为界的突变过渡来实现的。动态活动明显存在则可能表明 :(1)在基本应力场的大环境下存在着应力扰动行为。 (2 )由于介质的物性存在着差异 ,区域应力     

华北地区应力状态与地震关系的研究

通过对华北地区6个应力台站实测资料的分析处理,并结合近几年华北地区发生的四个5级以上地震,从总体应力场角度对华北地区的相对应力与地震的关系进行了研究讨论。发现华北地区5级以上中强震与各单点应力状态的变化无明显关系,而对于整个区域的平均应力状态的变化却密切相关,这种关系不但表现在水平空间各方向正应力的变化,而且表现为正东西方向和正南北方向的剪切应力变化,二者对华北强震的发生起着主导作用。     

山西裂谷带形变应力场及其与地震的关系

1996年至2001年山西裂谷带6期GPS复测资料的基本特征为:a) 趋势性活动表现为北段向西运动,南段向东运动,整体呈现逆时针的差异活动性质;趋势性活动强度并不高,南北向伸展运动只有1 mm/a,而且主要发生在断裂带的北段;b) 主压应变场的方位角为72°;c) 看不出区内任一条断裂两侧存在着明显的趋势性差异运动.     

利用GPS果确定华北不同运动性质单元及活动方式

利用华北地区1992，1995和1996年所施测的高精度GPS结果，对华北地区内部同期不同运动性质的活动单元进行辨别，确定了4个有明显差异运动的活动单元和1个过渡带，它们分别是鄂尔多斯 阴山单元、燕山单元、晋冀鲁单元、胶辽鲁单元和燕——冀过渡带；并给出了这一时期相邻单元间的相对运动，具体为:①鄂尔多斯——阴山单元与燕山单元之间不存在明显的压缩运动（量值为0.41.3 mm/a）；② 晋冀鲁单元背离鄂尔多斯 阴山单元向东偏南40的方向运动，量值为4.41.0 mm/a；③相对于燕——冀差异运动转换带，燕山单元向西偏北38方向运动，量值为2.41.3 mm/a，晋冀鲁单元向东偏南35方向运动，量值为2.30.9 mm/a；④晋冀鲁单元相对于燕山单元向东偏南37方向呈张拉型左旋运动，量值为4.71.4 mm/a；⑤位于晋冀鲁断块南部郯庐带附近的局部地区有偏离晋冀鲁单元的运动，方向为南偏西14，量值为1.51.1 mm/a；⑥相对于晋冀鲁单元，胶辽鲁单元有顺时针运动的趋势。其与燕山单元为邻的北端表现为张拉型右旋运动，南端则表现压性运动．需要说明的是，这里所给出的误差是根据单元内各点位移间的离散性得到的，并不是由观测点位移误差计算求得的．分析结果还表明:①山西带和燕——冀过渡带是体现华北内部相对运动格架及强弱的主要构造活动带，其它构造活动带则为次一级的活动带；② 华北地区整体水平形变并非均匀连续；③华北地区的动力模式可能为地幔拖曳＋边界耦合．      

利用GPS资料研究郯庐带现今运动及变形状态

本文利用华北地区1999—2001年, 2001—2004年, 2004—2007年及2007—2009年四期GPS速度场资料, 基于块体的整体旋转与均匀应变模型, 分析了郯庐断裂带中南段的运动及变形特征。 结果显示: 潍坊—郯城段主要为右旋走滑的变形特征, 而郯城—庐江段则为左旋滑动的变形特征, 两段垂直断层方向上的变形表现为“张压交替”的特征。 基于刚体运动模型, 计算了扣除环渤海湾区域整体刚性运动的华北地区GPS速度场, 并分析了环渤海湾区域块体的变形状态, 结果显示环渤海区虽然各期的变形特征不同, 特别是郯庐带附近, 各期的运动特征差异较大, 但基本可反映燕山—渤海地震带是运动特征差异的分界线, 且每期郯庐带各站点的一致性运动明显。     

利用GPS资料研究郯庐带现今运动及变形状态

本文利用华北地区1999-2001年,2001-2004年,2004-2007年及2007-2009年四期GPS速度场资料,基于块体的整体旋转与均匀应变模型,分析了郯庐断裂带中南段的运动及变形特征。结果显示：潍坊—郯城段主要为右旋走滑的变形特征,而郯城—庐江段则为左旋滑动的变形特征,两段垂直断层方向上的变形表现为“张压交替”的特征。基于刚体运动模型,计算了扣除环渤海湾区域整体刚性运动的华北地区GPS速度场,并分析了环渤海湾区域块体的变形状态,结果显示环渤海区虽然各期的变形特征不同,特别是郯庐带附近,各期的运动特征差异较大,但基本可反映燕山—渤海地震带是运动特征差异的分界线,且每期郯庐带各站点的一致性运动明显。     

近10年华北地壳水平运动的若干特征

根据近10年华北网高精度GPS复测资料、“中国地壳运动观测网络”GPS复测资料、山西断陷带的GPS资料等，分析了华北地区最近10年来地壳水平运动状态与演化，结果表明：①燕山构造带(张渤带)是华北地区水平应变最大的活动构造带，相邻块体的趋势性差异运动以燕山块体与华北平原块体之间为最大，约2mm／a(左旋)；②华北地区周边差异性水平运动最显著的特征为该区西界中北段(银川等活动构造带组成)呈右旋走滑活动，南段以压性活动状态为主，该区北界西段的阴山断陷带以拉张活动为主，其它各界带的差异活动均不太明显；③从整体上看，每个时段的结果均有所不同，这其中除了误差因素外，可能还包含着运动的非线性成分。与此同时，文中也给出了华北各个块体、边界带不同时段的相对运动和应变结果。     

华北地区重力场变化与地壳物质密度变化特征

<正>华北地区2009年以来实施的统一流动重力网由1 000多个相对重力点和11个绝对重力点组成,约以半年为周期。为了提取其趋势性变化特征及深部地壳运动机制,首先,利用最小二乘法计算了华北地区2009—2013年841个重力观测点的重力变化趋势,考虑到重力变化观测的半年周期,测点(φ,λ)的重力     

近几年山西断裂带水平形变的初步分析

以沿山西断裂带布设的GPS监测网的6期复测资料(1999~2004)所计算的近期趋势性运动速率为基础,获得了2005、2006年山西断裂带相对于近期趋势性运动的偏离结果。结果显示:(1)趋势性差异运动信息不显著,运动信息明显的点数只占十分之一,它们分别是S21、S20、S30和S33(位于太原以南),量级最大约6mm/a;(2)尽管单站趋势性运动信息不显著,但整体模拟计算表明,1999~2004年似乎有南北相对运动的迹象,相对变化最大约2.0mm/a;(3)2005年有偏离趋势运动的迹象,且背离趋势运动方向,最大量级约7mm;(4)截至2006年的累计偏离量最大约6mm;这表明2006年基本未发生累计偏离。由于变化相对平稳,这可能预示着山西断裂带内近期地震活动强度不太可能明显提高。     

华北地区近期地壳水平运动与应力应变场特征

利用华北GPS监测网 1 992年、1 995年、1 996年的观测资料 ,应用最小二乘配置给出了华北地区相对水平位移场、应变场的分布图像 .经初步研究表明 :华北地区 1 992-1 995年间的水平位移和应变场表现为整体性不均匀的压性运动 ,1 995- 1 996年测区东部仍以水平压性运动为主 ,但测区西部则主要表现为张性运动 .水平运动 （方向、大小 ）发生显著变化和应变高值区的地带主要位于块体边界带和主要断裂带附近 .燕山断块南边界的北东向断裂存在着较显著的左旋运动 .区内最大剪应变、面膨胀的高值区在天津、北京、唐山一带 .结合非连续变形数值分析方法 （DDA）初步分析认为 ,1 992- 1 995年GPS观测结果显示的华北地区存在东、西部构造应力作用的明显差别 ,华北东部以东西向压应力作用为主 ,而西部的南北向构造应力作用又明显大于东部 .     

Establishment of the GPS Monitoring Network in North China, the Relation of Horizontal Crustal Movement to Stress Field and Seismicity

In the paper, the establishment, measurement, data-processing program and monitoring accuracy of the GPS seismic monitoring network in North China, especially in the Capital-Circle area, have been presented briefly. The relation of horizontal crustal deformation to tectonic movement, stress-field variation and seismicity has been analyzed in detail. The results indicate that the accuracy of GPS measurement has reached the order of 10-9 and the annual rate of horizontal crustal deformation in North China is about 4 ~5 mm. Horizontal crustal movement is a direct indication of the regional stress field. Therefore, by monitoring the time-sequence variation of horizontal crustal motion, it would be possible to investigate the change in the stress field, to analyze the tendency of seismicity and to determine the seismogenic zones.     

华北地区现今地壳运动动力学初步研究

本文基于GPS、断层形变等观测资料,实现华北地区构造运动有限元数值模拟,研究其现今地壳运动及形变动力学机理.结果表明,鄂尔多斯地块、华南地块、东北亚地块等周边构造块体的相对运动基本决定了华北地区现今表面运动及应力场格局.而另一方面,当考虑区域下部岩石层较快速的“拖动”作用时,表面速度场可以得到更好模拟,并同时形成共轭分布的剪应力梯度带.可见太平洋板块的俯冲作用、印-欧板块的碰撞挤压作用等可能造成岩石层深部、浅部运动差异,从而对研究区现今地壳运动产生深刻影响.此外,地形重力作用、断层分布及区域流变结构非均匀性也对现今地壳运动具有一定影响作用,但处于次要地位.     

Characteristics of Horizontal Crustal Movement in the North China Region in the Last Decade

Based on high-precision data obtained in the past decade from GPS re-measurement in the North China Network, the Crustal Movement Observation Network of China (CMONOC) and GPS measurement along the Shanxi graben zone, the status and evolution of horizontal crustal movement in the North China region are analyzed. The results show that (1) the Yanshan tectonic zone (Zhangjiakou-Bohai Sea zone)is an active one with the largest horizontal strain in the North China region; The largest tendency differential movement of adjacent blocks is seen between the Yanshan block and the North China plain block; about 2mm/a (left lateral) ; (2)The significant horizontal differential movement along the boundaries of the North China region is characterized by right-lateral strike-slip movement at the middle-north segment on its west boundary (composed of Yinchuan and other active tectonic zones) and compressive movement at the south segment; while the Yinshan rift zone located along the west segment on its north boundary is dominated by tensile movement. Other boundaries and zones have no obvious differential movement; (3) On the whole, measurements of each period differ from one another, which might result from the nonlinear movement component as well as from the error effect. In the paper, results of the relative movement and strain in different periods are given for different blocks and boundary zones.     

三维数值模拟在华北地区现今构造变形分析中的应用

基于并行版ANSYS数值模拟软件平台,根据华北地区活动地块划分及活动断裂分布,结合GPS资料等,确定模型的几何边界范围是99.8°~121.4°E,27.9°~42.3°N,模型的边界范围包括华北活动地块区的绝大部分以及周边青藏、西域、南华和东北亚地块的部分地区。模型单元平均边长为25km,模型共划分为单元416 582个,节点582 392个。主要研究成果为:1)地壳运动速度模拟与分析对比:华北地区地壳运动速率的整体分布呈现由东向西逐渐减小、自北向南逐渐增大的特点,数值模拟结果与GPS观测运动速度大部分较吻合;2)断层运动性质模拟与分析对比:华北地区有限元模型考虑了华北地区已知所有晚更新世以来的活动断裂,模拟结果所得的断层运动性质与活动断裂地质调查的运动性质符合得较好;3)应变场模拟与分析对比:通过数值模拟,计算了1999—2004年和2004—2007年华北地区地表第1主应变和第3主应变(最大压应变)的大小和方向,与前人利用震源机制结果、GPS测量结果等资料反演得到的华北地区主应变场较一致。     

中国大陆应变应力场研究

根据1999～2009年网络工程GPS观测资料计算得到的应变率参数,研究了中国大陆地壳的应变应力场及其地壳现今的水平活动特征。结果表明,中国大陆地壳西部青藏亚板块的压应力主方向围绕藏南和阿萨姆构造结向北、东、南依次辐射撒开。新疆亚板块自西向东由近SN向变为NE向。中国大陆东部地壳的压应力主方向自北向南由NEE变为近EW向,再变为SEE向。中国大陆主压应力作用强度西部显著大于东部。中国大陆地壳西部强于东部,南部强于北部,现今西部地壳以挤压、走滑为主,东部地壳既有挤压、走滑,也有拉张。     

板块边界构造应力场的反演及其对华北地震的影响研究

利用全球震源机制解资料,采用力轴张量计算法,反演中国大陆附近板块边界线上的构造应力场空间分布,其最大主压应力轴的方位角与GPS研究得到的板块运动方向一致,太平洋板块西边界和菲律宾板块琉球岛弧段的最大主压应力轴的倾角与板块俯冲倾角基本相当,因此认为该方法反演的构造应力场真实可靠。1999年、2005年和2011年太平洋板块日本本州段的最大主压应力轴方位角存在转折现象,震例总结显示该转折现象往往对应华北地区5级以上,甚至6级左右地震,但2011年的转折变化对应华北地震的震级在5级左右。根据对太平洋板块西边界的分段研究,认为2011年的转折变化主要是由42°~50°N段的构造应力场转折引起的,而该段从地理位置结合俯冲方向来看,影响的主要地区是东北地区,而对华北的影响相对较小,因此导致对应地震的震级偏低。1992—2000年菲律宾板块琉球岛弧段的最大主压应力轴方位角存在大幅度、长时间的逆时针偏转现象,分析认为是造成同期华北南部地区发生多次具有典型华南应力场特征地震的原因。     

华北地区现今水平运动场的动态特征

在整体无旋转基准的基础上, 采用了以提取中、 低频应变信息为主的连续应变模型, 处理并分析了《中国地壳运动观测网络》在华北地区400余个GPS测站的复测资料(1999—2001—2004年)和2006年130余个测站的复测资料, 获得了1999—2004年、 2004—2006年的相对运动速率以及2004—2006年偏离1999—2004年运动的位移结果。 结果表明: ① 华北地区非均匀应变比较明显, 不同时段的结果在空间上的表现形式也不一样; ② 前后两个时段的运动特征具有一定的不一致性; ③ 2006年存在着较明显的偏离位移, 并显示了右旋形变的迹象, 面应变表现为北、 中收缩, 南部膨胀的特征; ④ 近两年东西向的压性作用较前明显, 北京以南地区是运动的转化地区及面应变象限的准中心地区。 这可能表明, 在昆仑山口西8.1级地震之后, 华北地区又进入了常态能量的积累阶段。     

华北GPS地形变监测网的建立

全球定位系统GPS是利用监测地壳运动进行地震预测的新手段。华北是一个重要的地震监视区。应用GPS技术在华北布设了一个四维地形变监测网。由于采取了一系列先进的方法和措施,首次观测获得了高精度的成果,为今后大震预测和地球动力学的研究奠定了基础。     

用二维有限元方法研究青藏地块地壳水平运动

对1998~2003年青藏高原地区高精度GPS水平速度场成果进行参考框架的变换,获得了扣除刚性运动后的反映区域内部相对运动的水平速度场.进一步借助二维有限元技术,结合最优化原理,将变换框架后的GPS测点位移作为约束,反演区域块体边界分段位移.利用反演获得边界位移重建区域内部均匀、统一的变形场,并计算其应变率场、面膨胀率场.最后,对地质构造区域地壳变形及应变率场与强震发生部位的对应关系进行了分析.