GPS观测与数值模拟揭示的滇西北地区地壳形变特征及主要断层运动变化

滇西北地区地质构造复杂,强震孕育背景显著.本文利用滇西北地区不同期次(1999～2007期、2013～2018期)GPS观测数据解算地壳应变率场,分析地壳应变率场的动态演化特征.以不同期次GPS观测数据作为边界约束,利用二维有限元接触计算,模拟给出滇西北主要断裂带运动学特征与应力积累速率的变化;并结合汶川、芦山等历史强震和近场跨断层观测等资料,探讨滇西北地区地壳变形特征及其变形机理.结果表明:滇西北地区现今地壳变形特征表现为近东西向的拉张和近南北向的挤压,同时还叠加了南西—北东向的剪切变形,地壳应变率场在不同时段经历了动态调整,但最大主压应变方向在两个时段未发生改变,为NNW向.汶川地震前,滇西北地区主要断裂带的运动速率、运动性质与现有地质、形变结果较为一致;汶川、芦山等地震后,部分断裂带的运动性质与受力状态发生变化,本文分析认为与汶川等远场强震及断裂带近场中强震的发生有关,这些地震对滇西北地区局部应力场产生一定的影响,是部分断层运动性质发生变化的原因之一.     

GPS数据揭示的喜马拉雅东构造结地区现今应变特征及其动力学机制

喜马拉雅东构造结位于印度与欧亚板块碰撞的前缘,是地壳缩短和构造旋转变形十分强烈的部位。本文收集东构造结及其周边区域大范围、长时段的最新GPS速度场资料,采用“二维张力样条”方法计算获得区域构造应变场,研究其现今地壳运动与构造变形特征。结果显示,高应变率区集中在喜马拉雅主逆冲断裂、实皆- 阿帕龙断裂、鲜水河- 小江断裂、东构造结的环形地区和印度东北部及缅甸西部的巴坎- 若开山脉地区,而在跨嘉黎断裂和红河断裂区域并无显著的应变。区域最大剪切应变率主要沿着实皆- 阿帕龙断裂、鲜水河- 小江断裂等构造带分布,区域最大面压缩率发生在阿萨姆东北部一带(N28°~29°、E95. 5°~96. 5°),最高量值为151. 8×10-9 a-1; 反映喜马拉雅东构造结的最强变形核心部位已经由南迦巴瓦峰地区向其东南方向发生了转移,移至位于阿萨姆东北部地区的喜马拉雅主边界逆冲断裂与阿帕龙断裂的交汇处。综合分析认为,喜马拉雅东构造结地区在印度板块强烈的楔入挤压作用下,大陆变形以地壳增厚为主,深部以黏塑性为特征的下地壳和上地幔物质的流动驱动着上覆脆性上地壳地块。     

南迦巴瓦构造结的楔入及其地质效应

南迦巴瓦构造结由其核部的喜马拉雅构造单元和周边的冈底斯构造单元、雅鲁藏布构造单元组成。喜马拉雅构造单元为构造楔入体,两侧发育有右旋和左旋走滑断层系,构成南迦巴瓦楔入构造。由于南迦巴瓦构造结的楔入作用,使雅鲁藏布缝合线横推错位,形成滇藏涡旋构造,并为雅鲁藏布大峡谷的形成奠定了基础。南迦巴瓦楔入构造的形成与印度板块连续的向北汇聚推挤作用发生反时针旋转有关,并可分为点碰撞(45 Ma前)、碰撞楔入(45～7 Ma)和旋转抬升(7 Ma以来)三个阶段。     

东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群的解体

通过对研究区南迦巴瓦岩群的大比例尺填图工作,根据南迦巴瓦岩群的原岩建造、变质程度的不同、变形样式的差异,将其解体为在区域上具有可填性3套岩石组合——直白岩组、派乡岩组和多雄拉混合岩,三者之间均以构造面接触。     

南迦巴瓦地区东喜马拉雅构造结印度与欧亚大陆古新世初期碰撞的构造及年代学证据

南迦巴瓦地区东喜马拉雅构造结为一由边界断裂围限的强烈变形变质地体,其东、西边界分别为左行为主的东久——米林断裂和右行的阿尼桥断裂,北边界由一系列北西向断裂组成,沿边界分布雅鲁藏布江缝合带及日喀则群弧前沉积的残余。构造结变质地体为印度大陆高喜马拉雅岩系的角闪岩相——麻粒岩相正负片麻岩,构造结外侧为欧亚大陆岩系。构造结西边界的东久——米林断裂为——北东走向左行剪切带,主要由强烈剪切变形形成的糜棱状岩石组成,运动性质为北西盘上升的左行逆冲;构造结内部构造形态为南南西向逆冲推覆构造体系。边界断裂的走滑与构造结内部的缩短运动形式协调一致,     

基于GPS观测分析鄂尔多斯块体南缘现今地壳运动和地应变特征

根据陕西省2001和2002年两期的GPS测站的观测资料，给出了渭河盆地及周邻地区地壳运动速度场和该区现今地壳水平应变场，结果表明：(1)渭河盆地及邻区的运动速率呈现较明显的北东向条带状变化特征，该区有整体不连续性逆时针旋转运动的特征；(2)渭河盆地中部的彬县—西安—蓝田一线存在一个左旋剪切带(东侧)，该左旋剪切带的北部区域与铜川—泾阳—临潼小发震带恰好对应；(3)渭河盆地中部与北部以压应变为主，南部以张应变为主，高值区主要分布在该区主要断裂带的附近，尤其是在宝鸡一太白、渭南—蓝田和合阳—韩城附近分别形成应变高值区，并且应变梯度也较大；该区渭河断裂以北大部分地区以面收缩为主，以南则以面膨胀为主，面应变高值区与压应变高值区以及最大剪应变高值区有着较好的对应关系。     

东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群花岗质片麻岩的初步研究

野外地质填图和研究发现,东喜马拉雅构造结高喜马拉雅结晶岩系中有古老的花岗岩侵入,并在鲁霞地区圈定了9个花岗质侵入体。古老的花岗质岩石主要侵位于南迦巴瓦岩群直白岩组中,与南迦巴瓦岩群一起经历了麻粒岩相变质作用而形成花岗质片麻岩套。岩石类型有花岗闪长质片麻岩、黑云母花岗质片麻岩、闪长质片麻岩等。岩石化学研究表明这些花岗片麻岩套具“S”型特征,可能有深部幔源物质的加入。花岗岩形成深度在2～5km之间,侵位时代为552～525 Ma,为新元古代晚期,属泛非期陆内演化阶段的产物。高喜马拉雅地区在元古宙末期形成了结晶基底。     

GPS技术应用于中国地壳运动研究的方法及初步结果

文中主要就中国利用GPS等空间测地资料研究地壳运动、构造变形 ,以及用于地震预测探索方面 ,从方法技术和近年来取得的一些初步结果进行了概要性论述。介绍了利用GPS技术资料研究地壳水平运动速度场、水平应变场、建立地壳运动模型等方法研究的进展。由GPS观测给出的地壳水平运动初步结果表明 :中国大陆现时水平运动在全球参考系中为整体向东 ,并兼有顺时针扭转运动。西部地区构造形变强烈 ,整个青藏块体及其边界带 ,以及新疆西部是应变值最高的区域 ,水平应变场主压应变优势分布方向为近NE向 ,空间差异显著 ,反映了印度板块碰撞推挤和青藏块体强烈构造运动的影响。中国大陆东部水平运动的差异性不显著。强震分布于地壳运动的大小、方向显著变化的区域 ,大地震通常发生在水平剪应变高值区或其边缘 ,尤其是与区域主干断裂的构造活动背景相一致的剪应变率高值区。     

基于GPS速度场的四川地区1999～2018年应变场特征演化分析

基于1999～2018年GPS水平运动速度场数据,解算并分析了四川“Y”形构造区各周期网格速度场、地壳应变率场,并讨论了近20年尺度的地壳应变场演化过程。研究表明：1）2008年汶川地震前1999～2007期GPS速度场相对稳定,整体“Y”型构造区地壳运动变化不大,但汶川地震后龙门山断裂带发生较大变化,由4.0 mm/a增至10.0 mm/a。2）1999～2007年,整个四川“Y”型构造区应变场演化特征微弱,而汶川地震之后的两个周期,最大剪应变自龙门山山前断裂向西到汶川一带,形成了由高到低、平行于龙门山断裂带走向的高密度梯度带。龙门山断裂带以ES或EES向的主压应变为主,其量值变化范围为 5.0×10-8 /a～12.0×10-8 /a;鲜水河断裂由震前主拉应变,改为震后近EW向的主压应变特征。面膨胀结果则显示龙门山断裂带由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区。3）2008年汶川地震和2013年芦山地震是最为重要的时刻分割点。近20年的应变率场变化,更似一个“时间—地壳构造运动”的大轮回,目前四川“Y”型构造区整体处于2008年汶川地震前较为稳定的活动周期。龙门山断裂带仍值得我们做出更为深入的研究。     

东喜马拉雅南迦巴瓦地区区域地质特征及构造演化

研究区位于喜马拉雅造山带的东构造结。本文以区域地质填图成果为基础 ,结合前人资料 ,首先对研究区进行了构造单元划分 ,其次对各构造单元的地质特征进行了总结 ,最后对构造演化和有关问题进行了探讨。结论为 :1南迦巴瓦地区可以划分为冈底斯—拉萨陆块、雅鲁藏布江缝合带和印度陆块 3个一级构造单元。以蛇绿混杂岩为代表的雅鲁藏布江缝合带呈向 NE凸的马蹄状连续分布 ;印度陆块由被称为南迦巴瓦岩群的高喜马拉雅结晶岩系单独构成 ,南迦巴瓦岩群由以含高压麻粒岩透镜体为标志的直白岩组、派乡岩组和多雄拉混合岩组成。2印度—欧亚板块碰撞的时间早于 70 Ma;2 3Ma以来主要断层的运动性质以伸展拆离作用为主 ;大约 5 Ma时发生了大规模的混合岩化和深熔作用。3地幔上隆是本区快速隆升的关键因素 ,但河流的作用同样功不可没     

东喜马拉雅构造结南迦巴瓦群高压麻粒岩中含石榴石花岗岩脉锆石SHRIMP U-Pb定年及其与折返作用

东喜马拉雅构造结核部的南迦巴瓦群是经历了高压麻粒岩相峰期变质、角闪岩相退变质和强烈混合岩化作用形成的以含有高压麻粒岩透镜体或夹层为特色的变质岩组合。地质地球化学研究表明产于退变质高压麻粒岩中的含石榴石花岗岩脉具有高钾、富铝、轻稀土强烈富集、分馏程度很高、重稀土相对亏损、Eu强烈亏损、大离子亲石元素及放射性元素相对原始地幔值强烈富集、Rb/Sr1.4的特征。利用花岗岩的主要成分及锆的含量估算的岩浆初始温度为792～801℃,略低于南迦巴瓦群的峰期变质温度850℃。锆石SHRIMPU-Pb定年结果显示锆石核部年龄集中在519～525Ma之间,揭示出印度地块经历泛非期构造运动改造的痕迹。锆石边部主要存在39～44Ma、24～25Ma和7.3Ma三个年龄段,前者代表了花岗岩浆的侵位时代,第二个年龄段是对MCT和STDS构造热事件改造的反映,后者揭示出构造-浅表反馈作用的信息。说明含石榴石花岗岩脉是在南迦巴瓦群折返过程中近等温降压条件下地壳岩石发生"干"深熔作用形成的高钾过铝质钙碱性花岗岩,以及南迦巴瓦群在经历峰期变质作用后很快就开始折返,并在后碰撞过程中经历了藏南拆离系(STDS)和主中央冲断带(MCT)构造事件及后期构造-浅表反馈作用的影响。     

Growth of the Namche Barwa Syntaxis and associated evolution of the Tsangpo Gorge: Constraints from structural and thermochronological data

The eastern syntaxis of the Himalaya, Namche Barwa, is dominated by a north-plunging antiform which began to decompress/grow at approximately 4 Ma. New fission-track analyses on both apatite and zircon, combined with previous geochronological ages, indicate that the Namche Barwa Dome also extended laterally while growing vertically. Zircon fission-track ages range from 17.6 to 0.2 Ma and have a strong relationship to the main faults of the region, including the Tertiary Tsangpo Suture, with the younger ages inside the fault bounds towards the syntaxis core on the Indian Plate and the older ages away from the fault. Apatite ages reveal that the dome has grown laterally and now impinges over the older faulted margin onto the Asian Plate. The dome is traversed by the Tsangpo which has followed the trace of the Suture for over 1300 km from its source to the entrance of the dome near Dania. As the Tsangpo crosses the dome it departs from the Suture but rejoins it some 60 km northeastwards. We construe that the Suture has been displaced by the growing antiform and as a consequence, the antecedent river has been “dragged” in a left-lateral sense along the exhuming north-plunging dome. Restoring the Suture to its position prior to 4 Ma reveals a path of the Tsangpo eastwards across the present southwestern position of the Namche Barwa indentation. This geometric reconstrunction implies that the Tsangpo and the Brahmaputra were always one and the same river. In addition, the Tsangpo was tectonically forced into juxtaposition with a tributary of the Jiali-Parlung which it probably then captured. The capture was due to tectonic forcing, in the last 4 Ma, rather than headward retreat of the paleo-Brahmaputra as has been previously suggested.     

Paleogene crustal anatexis and metamorphism in Lhasa terrane, eastern Himalayan syntaxis: Evidence from U-Pb zircon ages and Hf isotopic compositions of the Nyingchi Complex

In the eastern Himalayan syntaxis, the southern Lhasa terrane is dominated by middle- to high-grade metamorphic rocks (Nyingchi Complex), which are intruded by felsic melts. U-Pb zircon dating and zircon Hf isotopic composition of these metamorphic and magmatic rocks provide important constraints on the tectono-thermal evolution of the Lhasa terrane during convergent process between Indian and Asian continents. U-Pb zircon data for an orthogneiss intruding the Nyingchi Complex yield a protolith magma crystallization age of 83.4 ± 1.2 Ma, with metamorphic ages of 65-46 Ma. This orthogneiss is characterized by positive ε_Hf (t) values of + 8.3 and young Hf model ages of ~ 0.6 Ga, indicating a derivation primarily from a depleted-mantle or juvenile crustal source. Zircons from a quartz diorite yield a magma crystallization age of 63.1 ± 0.6 Ma, with ε_Hf (t) values of − 8.2 to − 2.7, suggesting that this magma was sourced from partial melting of older crustal materials. Zircon cores from a foliated biotite granite show ages ranging from 347 to 2690 Ma, with age peaks at 347-403 Ma, 461-648 Ma and 1013-1183 Ma; their zircon ε_Hf (t) values range from − 30.6 to + 6.9. Both the U-Pb ages and Hf isotopic composition of the zircon cores are similar to those of detrital zircons from the Nyingchi Complex paragneiss, implying that the granite was derived from anatexis of the Nyingchi Complex metasediments. The zircon rims from the granite indicate crustal anatexis at 64.4 ± 0.7 Ma and subsequent metamorphism at 55.1 ± 1.3 and 41.4 ± 2.3 Ma. Our results suggest that the late Cretaceous magmatism in the southern Lhasa terrane resulted from Neo-Tethys oceanic slab subduction and we infer that Paleocene crustal anatexis and metamorphism were related to the thermal perturbation caused by rollback of the northward subducted Neo-Tethyan oceanic slab.     

Comparative analysis of GPS, seismic and electromagnetic data on the central Tien Shan Territory

On the base of the GPS-measured velocity field referring to the recent crust movements over sizable terrestrial areas (Central Tien Shan), the strain rate tensor is evaluated as the tensor components are governed by space gradients of the velocity field. The areas of the extreme values of the strain rate tensor components are shown to coincide with the highest seismic activity areas. Also shown is the fact that, in the direction of the crust surface layer compression, the deep layer electric conductivity reaches its maximum. A simplest explanation of this phenomenon is proposed.     

北祁连造山带东端早古生代岩浆作用过程——来自甘肃天水长沟河闪长质片麻岩锆石年龄、微量元素及Hf同位素的证据

甘肃天水地区长沟河闪长岩位于北祁连造山带东端,发育片麻状构造面理,长期以来被认为是形成于前寒武纪的侵入岩体。用LA-ICP-MS技术测得2组岩浆锆石的~(206)Pb/~(238)U年龄为463.3±2.3Ma(MSWD=0.52,n=11)和443.8±2.6Ma(MSWD=0.44,n=9)。锆石微量元素分析表明,2组年龄具有一致的微量元素组成,说明二者晶出于同源封闭的岩浆体系。t-Eu/Eu~*投图显示,约460Ma的岩浆锆石无Eu异常,与幔源岩浆锆石稀土元素特征一致。而约440Ma的岩浆锆石具有负Eu异常,指示母岩开始发生斜长石的结晶分离,与深熔作用过程一致。因此,约460Ma为长沟河闪长质片麻岩原岩的形成年龄,约440Ma为长沟河闪长质片麻岩深熔岩浆的结晶年龄。Hf同位素分析测试结果显示,约460Ma和约440Ma两组锆石的εHf(t)值分别为8.23～11.57和6.36～8.03,指示460Ma发育幔源新生地壳岩浆作用,而440Ma壳源再造活动增强。