青藏高原东缘活动构造与现今地应力场三维粘弹性模拟研究

青藏高原东缘地区活动断裂极其发育,强震繁发,特别是2008年5月12日的汶川Ms8.0级地震的发生,使得众多地球科学家认识到有必要更为全面地了解和认识该地区的地应力场背景和地球动力学环境.本论文结合活动构造的性质和分布特征,在考虑重力因素的条件下,利用三维粘弹性有限元模拟分析青藏高原东缘现今地应力场的分布特征和控制因素.模拟结果表明,印度板块与欧亚板块的持续碰撞和稳定华南块体的阻挡控制着青藏高原东缘总体的动力学环境,主要活动断裂和次一级活动断裂的展布对地应力场分布特征具有不同程度的影响,在不同的构造位置具有不同的地应力场特征,同时决定了相应活动断裂的性质.巴颜喀拉块体的水平最大主应力方向总体上为东西向;印度板块向北运动过程中对缅甸块体产生的剪切拉伸的作用和南海伸展性的边界使得水平最大主应力方向在川滇地块发生了偏转,同时造成了围绕喜马拉雅东构造结的旋转变形.青藏高原东缘在近地表区域由于受到地形地貌的影响,地应力随深度发生了不同程度的变化,在地形梯度较大和块体边界地壳结构发生较大变化的区域,如龙门山断裂带附近,地壳浅部的地应力随深度发生较为明显的变化,而地势比较平缓和地壳岩石物性比较稳定的地区,由浅到深的地应力变化较小.     

川滇块体东缘地壳动力学问题的讨论

从川滇块体东缘的地质构造应力场、地震形变带所反映的构造应力场,震源机制解所确定的应力场、地壳应力解除及地壳应力测量所反映的应场等方面的资料,对场体东缘地壳动力学问题进行了讨论,结果认为印度板块与欧亚板块的碰撞是川 滇块体东缘地壳动力的主要力源。     

中国大陆地壳的应变应力场研究

根据全国ＧＰＳ网１９９４年和１９９６年两期测量结果,研究了中国大陆地壳现阶段的水平形变应力场。结果显示,西部青藏块体与新疆块体主压应力场为近南北至北 北东向,而南北地震带以东、长江以及北地区为北东东至近东西向,华南块体上为北 北西至北西向,与滑线场理论模型基本吻合。反映出中国大陆地壳变形的压应力主要来自印度板块与欧亚板块的俯冲碰撞。而太平洋板块与菲律宾板块对欧亚板块的作用力以及地幔向上的作用力总体     

川滇块体东缘地壳动力学问题的讨论

从川滇块体东缘的地质构造应力场、地震形变带所反映的构造应力场,震源机制解所确定的应力场、地壳应力解除及地壳应力测量所反映的应力场等方面的资料,对块体东缘地壳动力学问题进行了讨论,结果认为印度板块与欧亚板块的碰撞是川滇块体东缘地壳动力的主要力源.     

中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究

系统研究了1918～2006年间中国大陆及其周缘发生的3115个M4.6以上中、强地震的震源机制解,得到中国大陆地壳区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计结果.探讨了大陆应力场的结构,以及周围板块运动对中国大陆应力场影响作用范围及其界线.结果表明,中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直至琉球海沟的广阔范围内存在的方位为170°引张应力场的控制.华北地区大地震的震源机制解反映出,该区地震发生为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果.印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、乃至延伸到天山及其以北的广大地区.在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量位于20°~40°,形成了近北东方向的挤压应力场,大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区以及天山等地区. 本文结果表明,正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区.证明了青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动.根据本文最新结果,得到了华北、华南块体之间地壳区域应力场的控制边界线,发现该分界线与大地构造、岩石圈板块构造图等有较大差异,特别是在大别及其以东地区, 该分界线向东南偏转,在沿海的温州附近转向东,最终穿过东海直至琉球海沟.台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界,来自北西西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场. 地震震源机制结果还表明,南北地震带南段西侧其P轴大约为NNE方向,与青藏高原的P轴方位一致.南北地震带南段东侧其P轴大约为NWW方向,与华南块体的P轴方位一致.因此,将中〖JP2〗国大陆分成东、西两部分的南北地震带南段是印度洋板块与菲律宾海板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线.     

川滇块体东缘地壳动力学问题的讨论

从川滇块体东缘的地质构造应力场、地震形变带所反映的构造应力场 ,震源机制解所确定的应力场、地壳应力解除及地壳应力测量所反映的应力场等方面的资料 ,对块体东缘地壳动力学问题进行了讨论 ,结果认为印度板块与欧亚板块的碰撞是川滇块体东缘地壳动力的主要力源。     

青藏高原隆升过程的三阶段模式

综合分析了前人对青藏高原岩石层构造和动力学研究的成果,提出印度板块和欧亚板块会聚、大陆碰撞及大陆形变的基本特征为青藏高原地壳的加厚和地壳缩短,地壳物质的横向流动;青藏高原隆升过程呈现出阶段性、多样性和复杂性;组成青藏高原的各块体可能有不同的主导隆升机制．认识到在板块构造理论所揭示的全球构造格局中,青藏高原不仅仅是印度板块和欧亚板块会聚、碰撞以及大陆形变的结果,它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的结果．从地幔动力学的角度出发讨论了青藏高原隆升的断离险升－挤压隆升－对流隆升三阶段模式（ＢＣＣＭ）,结合数值模拟的结果分析了与此模式相对应的该区域岩石层构造、运动的地幔深部物质运移和动力学背景．     

中国大陆构造应力应变场现今年变化特征的数值模拟

根据中国大陆活动地块构造、全新世活动断裂、分辨率为1°×1°的中国大陆地壳波速结构等,建立了中国大陆构造应力应变场的二维有限元模型。利用GPS实测资料,导出现今中国大陆构造应力场年平均变化的有限元模型位移速率边界条件,进而通过数值模拟研究了中国大陆现今构造应力应变场的年变化图像的基本特征。研究结果表明:(1)中国大陆现今构造变形的总体特征受控于与周边板块的相互作用,其中印度板块起着主要控制作用。中国大陆西部具有向NNE方向的位移速率,其值在碰撞边界最大,由南至北、由西到东,向北的位移分量逐步减小而向东的位移分量逐步增大;东部地区存在着整体的向东运动,且具有一定的向南运动分量。(2)中国大陆现今地壳应力场近年来处于增强的进程中,且呈现了以青藏高原为中心向东辐射的基本形态。总体特征与中国大陆背景应力场相似,表明了中国大陆现今构造运动的继承性。(3)最大主应变具有明显的西高东低特征,西部构造活动强烈,而东部相对较弱。活动断裂带均为最大主应变的高值区,而它们所围限的活动地块内部的应变相对较小。(4)川滇地区的应力应变场具有特殊性,并非由单纯的板块边界碰撞所控制,周围活动地块的运动、下地壳或上地幔的物质流动以及特殊的边界构造形态(如喜马拉雅东构造结)的作用,均可能成为其区域构造应力应变场的控制因素。     

中国大陆现今地壳运动的动力学机制

用有限元方法对中国大陆及邻区地壳与岩石圈运动进行动力学模拟. 以一个黏性薄板（牛顿黏滞、非牛顿黏滞）比拟中国大陆岩石圈，通过解力平衡方程得到中国大陆地壳相对于欧亚板块的运动速度分布，并与最新观测的GPS测量资料比较. 结果表明，造成中国大陆及邻区现今地壳运动及形变的主要动力来源为印度-欧亚板块碰撞及中国西部地区，特别是青藏高原的巨大重力位能. 相对而言，前者的贡献大于后者. 同时，构成中国大陆岩石圈的介质具有较强的非均匀流变特性，呈现出分块特征.     

青藏高原拉萨块体地应力测量及其意义

受印度板块向欧亚板块持续北东向挤压作用,青藏高原腹地拉萨块体内新构造活动强烈,其地应力特征一直是工程规划建设、地球动力学和地壳稳定性研究的重要内容.2014至2015年,沿雅鲁藏布江断裂带,分别在西藏林芝县(LZ)、朗县(LX)和乃东县(ND)开展了水压致裂原地应力测量工作.本文通过测试结果分析,获得了拉萨块体现今地壳浅表层的应力状态及分布特征.LX及ND测点应力强度均高于LZ测点,且应力结构均为逆断型,表现为S_HS_hS_v,水平应力作用占主导.LZ测点在测试深度内揭穿了断裂,且应力结构不够明确.三个测点的应力状态显示出拉萨块体现今地壳强度处于破裂临界状态,结合各测点所处构造环境,应力的持续累积可能会打破这种平衡导致断裂活动.主应力比值K_(Hv)=S_H/S_v,K_(av)=(S_H+S_h)/2S_v和K_f=(S_H—S_h)/2也显示出该区强烈的水平构造运动.三测点揭示的最大水平主应力方向集中于近SN(LX)-NNE(LZ及ND)向,与该区背景应力场特征相一致,且与地壳运动场相耦合,反映出该区应力状态主要受控于印度板块北向欧亚大陆持续挤压碰撞的构造背景,同时各测点之间应力状态的差异性也体现了区域构造作用的差异影响.     

中国大陆地壳运动与汶川MS8.0级地震孕育的关系

根据网络工程的GPS站点观测资料,计算相对中国大陆整体1999～2007年的趋势运动速率和2004~2007年的动态运动速率,用青藏亚板块和华南亚板块的参数计算龙门山断裂带的活动参量,研究了中国大陆运动场和其变化,分析了地壳运动场的特征与汶川M_S8级地震的孕育关系.结果揭示出：现今地壳的运动分区与地质新构造单元基本一致,显示现代地壳构造活动是新构造运动的继承和发展;中国大陆地壳运动的动力主要与印度板块、太平洋板块与欧亚板块的相互碰撞俯冲产生的作用力有关.汶川M_S8级地震的发生,主要是由于印度板块对青藏亚板块的向北推挤、产生侧向运动,致使龙门山断裂带遭受挤压产生能量积累所致.2004～2007年的地壳动态运动,使龙门山断裂带走滑活动加强,从稳定的压应变积累状态转入了剪切作用下的易活动状态.     

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。     

蒙古及周边地区重力异常和地壳不均匀体分布

基于全球EGM2008自由空气重力异常模型,本文计算了蒙古及周边地区的布格重力异常和AiryHeiskanen均衡重力异常.在此基础上,本文采用Crust 1.0地壳模型为参考,通过重力正演方法,对蒙古及周边地区不同深度地壳密度结构模型的重力异常进行了计算,并对得到的正演布格重力异常与实际重力异常进行了对比和分析.研究结果表明:蒙古西部杭爱山地区与阿尔泰山地区的构造变形差异性明显,现今均衡重力异常中杭爱山周边没有明显的均衡异常高值区,而阿尔泰山地区西南方向存在均衡重力异常高值分布,分析与新构造运动密切相关;Crust 1.0模型给出的壳幔横向密度不均匀体分布对于计算Moho面起伏引起的重力异常作用明显;Crust 1.0给出的地壳内界面变形可以反映深大活动断裂的深部构造变形.研究结果对于认识蒙古东西部构造特征差异,以及现今西部活动断裂的地球物理场特征具有参考意义,也可以为进一步应用Crust 1.0模型为参考开展三维密度结构反演提供一定帮助.     

Tectonic stress field in East Eurasia

The overall pattern of the recent tectonic stress field in the eastern part of the Eurasian plate is inferred from the geological features of large transcurrent and reverse faults, graben structures and from focal mechanism solutions of shallow earthquakes. NE-SW striking trajectory lines, of maximum horizontal tectonic stress axis (σ Hmax), are estimated at the north of Tibet and mainland China, but its strike turns to easterly near the eastern margin of the Eurasian plate. This suggests that the main origin of the σ Hmax in East Eurasia is due to a compressive stress regime along, the Himalayan belt, Tibet and the Japan Trench (and also the Sakhalin and Nankai Trough). This tectonic stress field seems to provide some influence on the extensional tectonics in the Shansi region, Baikal, and also in the Okinawa Trough where the N-S opening has been confirmed. The systematic view of the tectonic stress field in East Eurasia, makes it possible to appreciate the fundamental background of a number of complicated intra-plate tectonics.     

On crustal movement in Mt. Qomolangma area

Mt. Qomolangma lies in the collision zone between the fringe of Eurasia plate and Indian plate. The crustal movement there is still very active so far. In the past three decades China carried out five geodetic campaigns in Mt. Qomolangma and its north vicinal area, independently or cooperatively with other countries, including triangulation, leveling, GPS positioning, atmospheric, astronomical and gravity measurements. On the basis of the observation results achieved in the campaigns the crustal movements in the area were studied and explored. A non-stationary phenomenon both in time and space of the crustal vertical movement in the area is found. There seems to be some relevance between the phenomenon of non-stationary in time and seismic episode in China. The phenomenon of non-stationary in space is possibly relevant to the no-homo- geneity of crustal medium and non-uniform absorption of terrestrial stress. The horizontal crustal movement in the area is in the direction of NEE at a speed of 6–7 cm per year, and the trend of strike slip movement is manifested evidently in the collision fringe of Indian plate and Qinghai-Xizang block.     

地幔对流拖曳力对中国大陆岩石层变形的影响

采用较为符合实际岩石层变形的非线性幂指数本构关系,基于ANSYS有限元平台, 模拟了近20万年来中国大陆地区地表运动及演化过程,探讨了印度板块挤压作用和地幔对流拖曳力各自对于中国大陆地区地表形变运动格局的影响.模拟结果与观测数据的比较表明：在印度板块的挤压和地幔拖曳力联合作用下,中国及东亚大陆岩石层运动形变模式能够和现代GPS观测有较好的吻合; 印度大陆和欧亚大陆的碰撞以及印度大陆的持续向北推进、挤压所产生的应力环境,一直主导了以青藏高原为核心的我国西部地域岩石圈构造、运动和演化,但其影响随着远离青藏高原地区而逐渐变小;地幔对流产生的作用于岩石层底部的拖曳力是中国大陆（特别是远离碰撞带）岩石层运动构造变形的重要驱动力.然而在构造复杂和东部靠近太平洋板块的区域,模型预测结果和GPS观测还存在一定的差距,这说明在未来的中国大陆岩石层变形运动的数值模拟中,应当采用更为复杂的构造模型和驱动力因素.     

中国布格重力异常水平梯度图的判读和构造解释

分析和对比中国大陆布格重力异常水平梯度的彩色图像，得到一些新的构造特征信息. 大致以105°E为界，图像的东部以蓝色低梯度为背景，出现中、高梯度带状构造和大梯度差值边界的线状构造；西部以高、中梯度的带状构造为格架，镶嵌着低梯度区，区内有阴影线状构造. 总体上，重力异常水平梯度构造可概括为三大组. 第一组是NNE向的大兴安岭、太行山、武陵山高梯度带与斜切东部全区的郯庐大断裂带和NNW向的斜切西部全区的三条大断裂带；第二组为西部的NWW向与NEE向高、中梯度带的交叉构造格局，以及东部近于等间距的三条NWW向断续的阴影构造带和一条单一的构造线，而华南则仅有NE向的低梯度构造线；第三组是横贯全区的的几条近EW向和中部SN向宽而复杂的构造带，在后者的东、西两侧散臣着大间距、小长度、断续的SN向阴影构造线. 这三组重力梯度构造不仅反映了地貌起伏的信息，而且显示了大区域构造，特别是深部构造的密度差. 各组线状构造带的内部结构和各组的形成时间及演变历史可能不同，但它们相互复合构成现今总体的构造格局，对大尺度现代构造应力场作用都会有不同的响应，因此导致主应力方向的区域性变化.     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

福建泉州市区域稳定性的探讨

本文对泉州市区域地壳结构、地质构造、构造应力场和地震活动性进行了综合分析。结果表明,泉州市在第四纪中更新世之前位于环太平洋中、新生代构造一岩浆活动带中,地壳运动频繁而又强烈,地质构造复杂;现代处于菲律宾海板块对欧亚板块挤压形成的“台湾动力触角”影响区,但区内的断裂不具全新世活动性,新构造运动不强烈,有史以来未见≥5．0级地震记载,属于地壳相对稳定区,未来遭遇6．0级地震的危险性不大,其地震破坏性影响主要来自周边孕震区,特别是东部海域,与“台湾动力触角”的作用和滨海断裂带的活动有关。