青藏高原东南缘构造旋转的古地磁学证据

本文在总结青藏高原东南缘近年来地质研究进展的基础上,从古地磁学的角度讨论其新生代以来的构造运动特征.结果表明:相对稳定的欧亚大陆,新生代以来山泰地块发生了约20°～80°顺时针旋转,局部地区旋转量甚至高达135°,且中部地区的旋转量明显高于南北地区;印支地块经历了～30°的顺时针旋转;川滇地块的顺时针旋转量沿102°E经度线由南向北由30°逐渐减小;另一方面,古地磁数据还揭示出山泰地块新生代以来发生了～8°的南向滑移运动.旋转量随时间的变化表明主要构造旋转发生在始新世与中中新世之间,与哀牢山—红河断裂的左行走滑时间相一致.这表明青藏高原东南缘的新生代构造运动具有差异性和复杂性,现今国际流行的挤出逃逸、地壳缩短增厚及下地壳流模式均有其局限性.值得注意的是,青藏高原东南缘可靠的新生代古地磁数据在时空分布上的严重不足,制约了我们对印度与欧亚大陆碰撞在青藏高原东南缘的运动学响应过程的深入探讨和正确理解.因此,进一步对该地区新生代地层开展深入细致的古地磁学等综合研究,无疑具有重要的科学意义.     

川滇地块古新统宁蒗组磁组构特征及构造意义

对川滇地块程海断裂附近的宁蒗地区古新统宁蒗组地层进行了详细的磁组构研究,沿战河-西布河布置了22个采点(钻取287块样品),综合分析表明研究区内存在四种磁组构类型,分别为初始变形磁组构和铅笔状磁组构以及介于上述两者之间的两种过渡型磁组构.研究区西侧(采点1—9)K1轴优势方向为近NNE-SSW方向,东侧(采点13—22)K1轴优势方向则为近S-N向,K1轴方向的突然变化可能与研究区内的隐伏断层活动有关.另外,磁组构也可以很好判断断层所夹持块体之间的相对旋转运动.将两组K1轴优势方向经过旋转校正之后,发现研究区内中-晚始新世时古应力方向为近E-W向,该应力方向主要与新生代印欧碰撞有关.此外,E-W向的古应力场明显不同于现今的近S-N向的应力场方向,这可能与印欧碰撞后青藏高原从前期的挤压缩短阶段进入到后期的E-W向伸展阶段有关.     

川滇地块古新统宁蒗组磁组构特征及构造意义

对川滇地块程海断裂附近的宁蒗地区古新统宁蒗组地层进行了详细的磁组构研究,沿战河-西布河布置了22个采点（钻取287块样品）,综合分析表明研究区内存在四种磁组构类型,分别为初始变形磁组构和铅笔状磁组构以及介于上述两者之间的两种过渡型磁组构. 研究区西侧（采点1—9）K1轴优势方向为近NNE-SSW方向,东侧（采点13—22）K1轴优势方向则为近S-N向,K1轴方向的突然变化可能与研究区内的隐伏断层活动有关.另外,磁组构也可以很好判断断层所夹持块体之间的相对旋转运动.将两组K1轴优势方向经过旋转校正之后,发现研究区内中-晚始新世时古应力方向为近E-W向,该应力方向主要与新生代印欧碰撞有关.此外,E-W向的古应力场明显不同于现今的近S-N向的应力场方向,这可能与印欧碰撞后青藏高原从前期的挤压缩短阶段进入到后期的E-W向伸展阶段有关.     

青藏高原东南缘地貌边界性质的界定及其对高原东南缘扩展模式的启示

青藏高原东南部的地貌结构是高原隆升深部动力过程与高原扩展的重要指标之一,存在受下地壳流驱动的渐变模型和受宽约50～200km的雅砻-玉龙断裂系控制的陡变模型2种不同认识。文中基于30m分辨率的SRTM数据进行数字高程分析,利用高程和水系参数对研究区地貌加以提取和分析,结合野外地貌和构造调研的结果以及前人的相关研究,对高原东南缘川滇地块中部构造地貌细结构进行了详细的解析。研究认为,青藏高原东南边界具有明显的台阶式构造地貌结构,不同台阶梯度带受不同时期发育的NE-SW向断裂控制。其中一级边界位于木里-玉龙断裂,控制了平均海拔4 200m的高原面的东南边界,是渐新世—中新世早期构造抬升的结果;二级边界受中新世中期逆冲活动的金河-箐河断裂控制,其构成丽江—盐源一带海拔中等(约3 000m)、相对低起伏区域的东南边界。高原东南边界的台阶式构造地貌结构反映了高原向SE的前展式逆冲扩展。这种扩展模式并不支持下地壳管道流连续变形模型。     

川滇活动地块东边界强震危险性研究

以川滇活动地块东边界为例,利用最近31年的地震资料,根据精细b值计算结果,研究该边界断裂带的应力空间分布及其强震危险性. 研究结果显示：（1）沿川滇活动地块东边界,b值空间分布显示在不同断裂以及同一断裂不同断裂段存在较大差异,从而反映出应力积累水平的空间差异.（2）小江断裂带主干断裂上的嵩明凹凸体及存在于主干断裂附近巧家与东川间以及嵩明北西的2个凹凸体、存在于安宁河断裂冕宁附近和则木河断裂西昌附近的凹凸体以及位于鲜水河断裂中南段道孚—乾宁间大尺度的凹凸体将是川滇活动地块东边界未来大震或强震的震源区.     

青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文利用三维有限差分方法,基于EIGEN6C4布格重力异常和SIO V15.1地形数据,计算了青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度.结果表明：青藏高原东南缘岩石圈有效弹性厚度为0~100 km,四川盆地和喜马拉雅东构造结岩石圈有效弹性厚度最大,达50~100 km;巴颜喀拉块体东部、川滇菱形块体大部、滇西等地区岩石圈强度弱,有效弹性厚度一般小于15 km;羌塘块体东部的玉树—德格附近地区岩石圈有效弹性厚度大于40 km;滇南地区岩石圈有效弹性厚度为10~30 km,大于云南北部地区.研究区域有效弹性厚度分布特征与岩石圈结构关系密切.四川盆地、喜马拉雅东构造结地区内部结构稳定,因而岩石圈强度大.川滇菱形块体等岩石圈有效弹性厚度小的地区与壳内低速、低阻/高导层分布有很好的对应关系,推测壳内岩石的部分熔融软化可能是造成高原东南缘岩石圈强度较弱的重要原因.羌塘块体东部的局部高力学强度岩石圈则可能是高原形成过程中的残留克拉通.根据本文计算的岩石圈有效弹性厚度特征,结合地震学、大地电磁等研究成果,认为青藏高原物质向东南缘挤出后受四川盆地等阻挡,造成下地壳软弱物质在理塘—稻城—丽江一带堆积,少部分物质可能穿过鲜水河断裂带的康定—道孚地区向北运动,但大部分物质向南运动,在受到滇南块体阻挡后一支流向西南的腾冲方向,另一支流向东南的攀枝花—东川方向.

     

塔里木地块奥陶纪古地磁新结果及其构造意义

本文报道塔里木地块阿克苏—柯坪—巴楚地区奥陶纪古地磁研究新结果.对采自44个采点的灰岩、泥灰岩及泥质砂岩样品的系统岩石磁学和古地磁学研究表明,所有样品可分成两组：第一类样品以赤铁矿和少量磁铁矿为主要载磁矿物,该类样品通常可分离出特征剩磁组分A;第二类样品以磁铁矿为主要载磁矿物,系统退磁揭示出这类样品中存在特征剩磁组分B.特征剩磁组分A分布于绝大多数奥陶纪样品中,具有双极性,但褶皱检验结果为负,推测其可能为新生代重磁化.特征剩磁组分B仅能从少部分中晚奥陶世样品中分离出,但褶皱检验结果为正,且其所对应古地磁极位置（40.7°S,183.3°E,dp/dm=4.8°/6.9°）与塔里木地块古生代中期以来的古地磁极位置显著差别,表明其很可能为岩石形成时期所获得的原生剩磁.古地磁结果表明塔里木地块中晚奥陶世位于南半球中低纬度地区,很可能与扬子地块一起位于冈瓦纳古大陆的边缘;中晚奥陶世之后,塔里木地块通过大幅度北向漂移和顺时针旋转,逐步与冈瓦纳大陆分离、并越过古赤道;至晚石炭世,塔里木地块已到达古亚洲洋构造域的南缘.     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.

基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.

本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.

     

青藏高原东南缘瑞利波群速度分布特征及其构造意义探讨

青藏高原东南缘是研究印度—欧亚板块碰撞过程、块体间相互作用和壳幔变形机制的重要地区.本文利用川滇地区流动地震台阵和固定地震台网共557个台站的连续波形数据,基于改进的背景噪声处理流程和分析方法得到了6023条瑞利波群速度频散曲线,反演获得了6~48 s的瑞利波群速度分布图像.结果显示在四川盆地内部短周期群速度分布较好地揭示了盆地内沉积层厚度的横向变化.在30~48 s周期,四川盆地西部群速度存在南低、北高的特征,推测是南部中下地壳和上地幔温度较高引起的.温度的增高降低了地壳的力学强度,在青藏高原东向挤压作用下盆地西南部地壳更易发生变形,并导致脆性上地壳在新生代产生地壳缩短和褶皱、断裂等地质活动.攀枝花及其周边地区从地壳浅部至上地幔深度的高速异常体,可能与基性和超基性岩的侵入有关.该高速体具有较大的介质强度,在一定程度上阻碍了青藏高原物质东南向的运移,这可能是造成丽江—小金河断裂两侧巨大高程差异的重要因素.自24 s开始,南盘江盆地表现为明显的高速异常,与华南块体西南部其他区域的深部结构存在明显差异.反演的S波速度结构揭示,自中上地壳至上地幔,南盘江盆地的速度一直高于北侧其他区域.结合此地区的地壳运动模式,推测介质S波速度较高、力学强度较大的南盘江盆地对青藏高原物质的东南向逃逸具有一定的阻挡作用.     

MT约束的青藏高原东南缘上地幔热结构研究——以兰坪—贵阳剖面为例

青藏高原东南缘是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其深部结构有助于理解青藏高原的扩张机制.本文利用穿过青藏高原东南缘的一条起始于兰坪—思茅块体,穿过川滇菱形块体,终止于华南块体的长约750 km的大地电磁测深（MT）剖面的电阻率结构,基于上地幔矿物和熔融体温度与电导率的关系,获得了研究区上地幔温度结构与熔融百分比分布.结果表明,采用随深度变化的含水熔融上地幔矿物组分模型才能合理地获得整个上地幔温度;上地幔全岩含水量约4.69（40 km深度）~0.13 wt%（150 km深度）,矿物熔融百分比约0~1.4%之间,并在70 km深度附近出现了较明显的局部熔融带;上地幔温度位于400~1300℃之间,随深度加深而逐渐增加;70 km以浅的温度表现出相对强烈的横向变化,且川滇和兰坪—思茅块体的上地幔温度和矿物熔融百分比的深度平均值明显高于华南块体.

     

青藏高原东南缘热流估算及与地震活动相关性分析

青藏高原东南缘地区内部构造运动强烈,是地热资源发育与地震事件频发的活动地区.大地热流记录了发生在地球深部各种作用过程的热学信息,可以作为地质构造活动和地震活动研究的有效约束,但是大范围的热流数据测量很难实现,因此,本文根据居里面深度结合放射性元素分布等计算了青藏高原东南缘的大地热流分布.首先,通过地表放射性元素的分布计算出地表产热量的分布,然后,利用相关地热参数之间的关系迭代计算出该地区地壳上下层的热导率分布,最终估算出地表热流及地下不同深度处热流值的分布.本文结果表明：（1）青藏高原东南缘的大地热流位于44~108 mW·m^-2之间,平均75 mW·m^-2,符合研究地区西南高、东北低的背景趋势,地壳内部热流值随深度的增加而降低.大部分地区地表热流异常与实际地热带分布相吻合,如川西、藏东南与滇西地区等地为地热高值区,川东和楚雄等地为热流低值区.（2）结合其他地球物理探测结果,总结了地壳内部热流与地震事件的联系：在地热梯度带地区,当两侧地层在一定深度范围内存在明显物性差异时,地震事件高发.

     

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明：研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.

     

青藏高原东南缘地震活动与地壳运动所反映的块体特征及其动力来源

通过分析青藏高原东南缘活动断裂带的活动特征和GPS资料显示的现今地壳形变场,辅以历史地震及地表破裂、震源机制解类型等资料,将青藏高原东南缘地区分成了11个次级块体.其中包括了西秦岭次级块体、阿坝次级块体、龙门山次级块体、藏东次级块体、雅江次级块体,香格里拉次级块体、滇中次级块体、保山次级块体、景谷次级块体、勐腊次级块体和西盟次级块体;并利用这些次级块体内的GPS站点速率计算出了这些块体现今运动情况及各块体之间断裂的滑动速率,分析认为各次级块体均受到了一种来自其相邻块体的主要应力作用而发生了旋转,其中保山次级块体、藏东次级块体、雅江次级块体、香格里拉次级块体、滇中次级块体的旋转尤为显著;同样,相邻块体之间的边界断裂带也呈现了相应的挤压或拉张活动特征,而藏东次级块体与雅江次级块体、雅江次级块体与滇中次级块体之间的挤压最为明显.利用上述结果,本文讨论了该地区的现今地壳形变特征,认为刚性块体的挤出作用与重力滑塌作用并存于该区域内,下地壳"管道流"的拖曳作用是该地区刚性块体挤出作用和重力滑塌的主要原因, 另外缅甸板块相对于自身的逆时针旋转作用在其北部引起的拉张作用也是重要因素之一.     

青藏高原东南缘三江地区上地壳各向异性初步研究

三江地区位于青藏高原东南缘,川滇菱形块体的西侧.受陆-陆板块碰撞作用的影响,构造活动强烈,地震活动频繁.为研究该区的应力环境、构造特征及二者间的关系,本文使用三江流动线性地震台阵SL-Array（2016-12—2017-05）和国家固定地震台网（2015-01—2017-12）记录到的地震波形资料,运用剪切波分裂分析技术研究三江地区上地壳各向异性研究.计算得到该区域快剪切波优势偏振方向为NNW向,与区域主压应力方向一致.结果显示各向异性特征有分区性,以维西—乔后断裂和小金河—丽江断裂为界,将线性台阵划分为A、B和C三个区域.A区快波优势偏振方向表现出与区域主压应力方向的一致性.B区局部构造复杂,快波优势偏振方向表现为近NS向.C区结果比较离散,无明显快波优势方向.自西向东,研究区域快波优势偏振方向表现为NNW至近NS向的变化趋势.计算得到研究区域慢剪切波时间延迟为2.8±1.7 ms·km^-1,其中B区最大,A区最小,反映了该区地壳介质各向异性强度的不均匀分布,也揭示了区域构造复杂程度与地震各向异性强度的关系.

     

青藏高原东北缘地壳介质各向异性非均匀特征及其构造意义

本文利用径向和切向接收函数后方位角加权叠加方法分析了中国地震科学台阵探测项目二期资料, 确定了青藏高原东北缘海原断裂和西秦岭北缘断裂邻近区域地壳各向异性参数.结果显示, 研究区地壳各向异性快波方向表现出强烈的横向不均匀性, 快慢波延迟时间平均值为0.44 s; 快波方向受断裂带影响显著, 走滑断裂带附近快波方向和断层方向一致性较强, 逆冲断裂附近快波方向和断层方向差别较大或垂直; 晚中新世以来形成的海原断裂、香山—天景山断裂等多个走滑断裂附近地壳各向异性强度明显小于其他区域, 且形成时间更早的海原断裂方向和快波方向一致性更强.这种断裂附近各向异性强度和方向的分布特征也是该区域构造演化过程中逆冲断裂向走滑断裂转化的反映.陇中盆地快波各向异性结果复杂且没有明显规律性分布特征可能反映出该次级地块保留了较老构造过程中残存的化石各向异性.本研究结果表明东北缘地区高原扩展主要以连续流变模式为主, 在走滑断裂带附近存在局部侧向挤出, 但是侧向挤出影响的地壳变形范围较小.

     

Heterogeneous strain regime in the eastern margin of Tibetan Plateau and its tectonic implications

The eastern margin of Tibetan Plateau is one of the most active zones of tectonic deformation and seismicity in China. To monitor strain buildup and benefit seismic risk assessment, we constructed 14 survey-mode global position system(GPS) stations throughout the northwest of Longmenshan fault. A new GPS field over 1999–2011 is derived from measurements of the newly built and pre-existing stations in this region. Sequentially,two strain rate fields, one preceding and the other following the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake, are obtained using the Gausian weighting approach. Strain field over1999–2007 shows distinct strain partitioning prior to the2008 MW7.9 Wenchuan earthquake, with compression spreading over around Longmenshan area. Strain field derived from the two measurements in 2009 and 2011 shows that the area around Longmenshan continues to be under striking compression, as the pattern preceding the Wenchuan earthquake, implying a causative factor of the sequent of 2013 MW6.7 Lushan earthquake. Our GPSderived dilatation shows that both the Wenchuan and Lushan earthquakes occurred within the domain of pronounced contraction. The GPS velocities demonstrate that the Longriba fault underwent slight motion with the faultnormal and-parallel rates at 1.0 ± 2.5 mm and 0.3 ± 2.2 mm/a; the Longmenshan fault displayed slow activity, with a fault-normal rate at 0.8 ± 2.5 mm/a, and a fault-parallel rate at 1.8 ± 1.7 mm/a. Longriba fault is on a par with Longmenshan fault in strain partitioning to accommodate the southeastward motion of eastern margin of the Tibetan Plateau. Integrated analysis of principal strain tensors, mean principal stress, and fast directions of mantle anisotropy shows that west of Sichuan is characterized as mechanically strong crust-mantle coupling.