青藏高原东部构造块体的运动学及形变特征分析

通过分析青藏高原东部的活动断裂资料和GPS速度场数据,试图阐述活动地块的几何学、运动学和形变特征。初步认为:(1)第四纪特别是晚更新世以来的活动地块边界带与早期的构造单元边界密切相关,但也具有明显的新生性;(2)根据两种资料推导出的各个活动地块的运动学特征基本上是吻合的,其中鲜水河-玉树-玛尼断裂带是一条重要的分界线,其南、北部活动地块的运动方式差异明显;(3)除了活动地块的边界带强烈活动外,各个地块内部也显示出很强的变形;(4)晚更新世以来,青藏高原地壳的运动学和形变特征表现为在印度板块挤压力作用下,活动地块在向NE方向的运动过程中遇到稳定地块阻挡,调节方式是地壳增厚以及南、北部地块分别向SE-SSE和NWW-W方向的构造软弱部位水平侧向迁移。     

基于GPS观测的青藏高原现今三维地壳运动研究

<正>自始新世(距今约55 Ma)以来,印度板块对欧亚板块的持续推挤和俯冲楔入作用所导致的青藏地区隆升变形,在地球表面塑造了最为显著的地形地貌体——青藏高原。青藏高原的形成是地球演化历史上最为壮观的地质事件之一,它不仅以巨大的构造变形造就了平均海拔达4 500m、区域面积超过250万平方千米的"世界屋脊",而且深刻地影响了整个亚洲乃至全球范围的气候环境、生态格局和自然灾害。由于青藏高原从地壳变形、地形地貌和构造演化     

西藏南部地区现今构造变形分析

近十多年来藏南地区GPS网的多期观测结果为研究其构造变形提供了精确数据。本文将该区划分为冈底斯、西喜马拉雅、中喜马拉雅、拉萨4个块体,建立了各块体的弹性运动模型。以藏北高原的旋转框架为参考基准,得到藏南地区的水平形变场和应变场,分析形变场和应变场的空间变化,发现藏南地区存在强烈的S-N向挤压缩短变形,同时也有明显的E-W向伸展变形。南北边界之间的平均缩短速率16.9±2.5mm/a,大约吸收了印度与欧亚汇聚速率的42.4%。在雅鲁藏布江缝合线与班公错—嘉黎断裂之间,从80°E到90°E,地壳E—W向的伸展速率16.3±2.4mm/a。因此,藏南地区现今构造变形是以挤压缩短为主,S-N向挤压缩短与E—W伸展共存的复合变形模式。印度板块向欧亚板块的俯冲推挤是该区域变形的主要驱动力,重力作用对其变形也有重要贡献。     

青藏高原东北缘岩石圈变形及其机理

为了解青藏高原东北缘岩石圈变形特征,进一步研究该地区地壳运动的壳-幔耦合机理,本文通过处理分析该地区1999～2007年多期GPS观测数据、1972~2000年水准测量数据和1992年及2007年相对重力测量资料,获得了该区域地壳水平运动速度场、较长时间段的垂直形变场和相对重力变化场.分析发现青藏高原东北缘东西部的变化特征存在明显差异：西部以北东向地壳缩短运动为主,而东部以顺时针旋转为主;东部以地壳隆升为主,速率在2.1 mm/a左右,而西部隆升的速率小于1 mm/a;相对重力变化则表现为在整体增大的背景下东部升高速率较大,平均为9.0×10-8 m·s-2·a-1,而西部较小,平均值为3.1×10-8 m·s-2·a-1.我们还发现,地壳不同变形形式的转换不是渐变的,而是发生在较窄的一个转换带内.这个转换带的整体走向为NEE,北部位于金昌与武威之间,中部在祁连山东部、门源以西,南部位于德令哈以东青海湖以西.最后结合前寒武纪构造格架、重力均衡异常资料和地震SKS分裂结果对形成这种运动态势的机理进行了探讨,我们认为岩石圈物质侧向流动、岩石圈结构及壳-幔耦合方式差异可能是导致东部与西部岩石圈变形差异主要动因.     

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.     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

用cGPS研究青藏高原南缘现今垂向变动

以青藏高原隆升为代表的内陆造山是岩石圈动力学核心问题之一,多年来相关资料比较欠缺,完整性、系统性较差.本文用1995—2020年青藏高原南缘98个GPS连续站,以优于1 mm·a^-1的精度约束青藏高原南缘的现今地壳垂直运动的速度场,清楚呈现了印度—欧亚大陆碰撞前缘地带垂向变形分布,其特征为: 印度次大陆整体,升降幅度不到1 mm·a^-1,恒河平原及低喜马拉雅一带沉降1~2 mm·a^-1,高喜马拉雅隆升1~6 mm·a^-1,藏南一带仅有约2 mm·a^-1左右的上升速率.雅鲁藏布以北逐渐从微弱隆升转变为下降2 mm·a^-1,以上由南向北的沉降-隆升-沉降的空间分布与印度板块向下挤入青藏高原的变形响应一致,喜马拉雅整体处于一种动态的升降状态,通过大震变形,将高喜马拉雅的震间隆升转换为同震沉降,并抬升低喜马拉雅.而雅鲁藏布以北的广大区域因挤压不足、拉张强烈而垮塌.

     

渭河盆地及邻区现今地壳形变及构造特征研究

基于2009—2014年渭河盆地及邻区GPS资料,利用Shen提出的连续形变场与应变场计算方法,获得渭河盆地及邻区的水平形变场及应变率场,结合构造地质、地震目录等资料对渭河盆地及邻区的现今地壳形变及构造特征进行研究,并得到如下结论:(1)鄂尔多斯地块南缘西段和东段GPS形变场变化差异明显,六盘山—陇县—宝鸡断裂带形变场...     

青藏高原及邻区现今地应变率场的计算及其结果的地球动力学意义

许多研究人员利用GPS测量的速度资料计算了地应变率场,但其结果差异较大. 本文将地质统计学中的Kriging方法引入到GPS观测的速度场研究中, 通过Kriging插值得到青藏高原及邻区均匀网格节点上的速度值,然后运用有限单元中形函数(Lagrange插值函数)的求导方法,计算每个网格单元积分点处的地应变率分量,从而获得青藏高原及邻区的地应变率场的分布. 计算结果显示,青藏高原主体处在南北向受挤压、东西向被拉张的应变状态之中,但高原东部地区则正好相反,即南北向拉张、东西向出现挤压. 青藏高原及邻区主应变率的方位与震源机制解中P轴、T轴的方向基本一致;最大主压应变率的高值区分布在喜马拉雅主边界冲断带及附近地区,高原内部出现主张应变率大于压应变率的现象,且高原内部处在拉张应变状态. 面膨胀率结果也表明,喜马拉雅山及附近地区为面收缩区,而高原内部其他地区主要为膨胀区;最大剪应变率分布清晰地显示出青藏高原周边的主要断裂带轮廓. 文中的应变率计算结果预示青藏高原及周边地区现今的地应变与较长期的地质活动之间有一定的继承关系.     

青藏高原东北缘主要活动断裂带GPS加密观测及结果分析

为了对青藏高原东北缘海原断裂带和香山-天景山断裂带的现今走滑及逆冲运动状况进行更加精细的观测研究,我们沿甘肃兰州至宁夏中卫一线布设了1条由12个站点构成的跨断裂GPS加密测线网。该测线网的站点在空间分布上与“中国地壳运动观测网络”的已有站点相互补充,共同构成了1条平均点距约22km的密集型GPS跨断裂剖面。在第1期观测中,考虑到测区周围存在2个“中国地壳运动观测网络”的连续观测基准站(西宁XNIN、盐池YANC),我们尝试采用了各观测组未必同步的“自由观测方式”,而在数据处理中采用了GIPSY先进的“精确单点定位”策略。结果表明,由“中国地壳运动观测网络”的连续基准网作为支撑平台,在局部区域的GPS加密监测中采用灵活的“自由观测方式”和简易的“精确单点定位”数据处理策略,能够在满足精度要求的前提下更加有效地实施     

青藏高原东部岩石圈电性结构特征及其构造意义

主要介绍青藏高原东部下察隅—清水河(EHS3D-3)剖面的大地电磁(MT)探测结果。根据2007年沿该测线观测的MT数据,经过资料处理、分析和二维反演,得到了研究区岩石圈的电性结构。结果表明:沿剖面电阻率分布具有纵向成层,横向分区的特征;上地壳由不同大小的高阻体构成;拉萨地块和羌塘地体中下地壳分别存在一个大范围的低阻体,初步认为这2个低阻体由深部流体以及部分熔融所致,可能是高原东部环绕东构造结的2个物质流通道,同时也是高原南北两侧的2个主要剪切走滑带;雅鲁藏布缝合带和班公-怒江缝合带均表现为向北逐渐加深的相对低阻带,可能是俯冲板片表面低阻物质的反映;金沙江断裂深部表现为强烈的低阻体异常,但与该区其它缝合带的电性特征区别较大。     

中国大陆构造块体的现今活动和变形

在重新对 1998年和 2 0 0 0年的中国地壳运动观测网络基准站和基本站的 2期观测资料进行预处理的基础上 ,得到了ITRF97坐标框架下 ,参考时刻分别为 1998年 9月 5日和 2 0 0 0年 6月 8日 ,分布在全国各主要构造块体上的 79个GPS站的坐标和协方差矩阵。分别以中国岩石圈动力学地图集 (马杏垣 ,1989)中的中国大陆主要构造单元 (称之为亚板块 )和张培震等 ( 2 0 0 2 )给出的中国主要活动块体为格架 ,用笔者提出的 1种推广了的QUAD方法对中国大陆的 2 0个主要构造块体逐个进行判别检验。那些现今无明显相对运动的相邻块体则被归并起来 ,从而确定了活动块体和它们的边界。采用刚体运动 +块体均匀应变 +局部变形的模型作为描述中国大陆构造块体的现今活动和变形的模型。求出了有明显相对运动块体的欧拉运动矢量和块体的整体均匀变形参数、各块体内部的不均匀局部变形以及活动边界的活动方式和强度。在此基础上 ,除了一般地指出中国大陆地壳运动西强东弱的特征之外 ,还对西部主要活动块体和边界活动强弱给出了定量比较结果 ,从而为强震危险区的判别提供了形变背景依据     

THE COMPREHENSIVE ANALYSIS AND RESEARCH OF RECENT GRAVITY AND CRUSTAL DEFORMATION IN NORTHEASTERN EDGE OF THE TIBETAN PLATEAU

In this study, we systematically analyzed the relationship between regional gravity changes, 3D crustal deformation, regional tectonic environment and strong earthquakes based on the relative gravity measurements(2011-2014), GPS data and the background vertical deformation from the leveling measurements conducted from 1970 to 2011. Subsequently, we further characterized the temporal-spatial patterns and discussed the mechanism of regional gravity changes and the crustal deformation. The results can be summarized as follows:1)The regional gravity changes, the GPS-derived horizontal deformation and the vertical deformational obtained from leveling data showed a close spatial relationship:The gravity increased along with the direction of horizontal movement, and the gravity decreased with the crustal uplift and vice versa, which reflects the inherited characteristics of neotectonic activities. 2)The crustal deformation was closely related to the active faults. The contour lines of gravity changes and vertical deformation were generally along with the Qilian-Haiyuan Fault(the strike is NWW), and the crustal horizontal deformation showed left-lateral strike slip motion near the Qilian-Haiyuan Fault. 3)The strong earthquakes usually occur in the active faults where intensive gravity change and vertical and/or horizontal deformation occurred. The extrusion deformation, surface compression rate and gravity changes were obvious near the epicenter of 2016 Menyuan earthquake. The 2013 Minxian-Zhangxian M_S6.6 earthquake occurred in the direction-turning area of intense gravity gradient zone and the transitional area of surface compression and vertical deformation. The first author of this paper has made a medium-term forecast before the Minxian and Menyuan earthquakes, especially the location of the earthquake. Based on the above understandings, we emphasized that:there are still possibilities of strong or huge earthquakes within medium-long term in the areas of crustal deformation anomalies in the study region.     

青藏高原地震活动及其构造背景

青藏高原是大陆范围内地质作用最活跃的地区。十分强烈的地震活动，清楚显示了以大区域构造为背景的整体性活动特征。在青藏高原的大地构造格局中来研究地震活动和震源性质的变化规律，是认识高原构造活动状态、规律、起因的重要部分。为此，本文综述了近些年该地区地震活动、震源性质、速度结构、地质构造及高原隆起机理的研究。     

PRESENT KINEMATICS CHARACTERISTICS OF THE NORTHERN YUMUSHAN ACTIVE FAULT AND ITS RESPONSE TO THE NORTHEASTWARD GROWTH OF THE TIBETAN PLATEAU

Qilian Shan and Hexi Corridor, located in the north of Tibetan plateau, are the margin of Tibetan plateau's tectonic deformation and pushing. Its internal deformations and activities can greatly conserve the extension process and characteristics of the Plateau. The research of Qilian Shan and Hexi Corridor consequentially plays a significant role in understanding tectonic deformation mechanism of Tibetan plateau. The northern Yumushan Fault, located in the middle of the northern Qilian Shan thrust belt, is a significant component of Qilian Shan thrust belt which divides Yumushan and intramontane basins in Hexi Corridor. Carrying out the research of Yumushan Fault will help explain the kinematics characteristics of the northern Yumushan active fault and its response to the northeastward growth of the Tibetan plateau.Because of limited technology conditions of the time, different research emphases and some other reasons, previous research results differ dramatically. This paper summarizes the last 20 years researches from the perspectives of fault slip rates, paleao-earthquake characteristics and tectonic deformation. Using aerial-photo morphological analysis, field investigation, optical simulated luminescence(OSL)dating of alluvial surfaces and topographic profiles, we calculate the vertical slip rate and strike-slip rate at the typical site in the northern Yumushan Fault, which is(0.55±0.15)mm/a and(0.95±0.11), respectively. On the controversial problems, namely "the Luotuo(Camel)city scarp" and the 180 A.D. Biaoshi earthquake, we use aerial-photo analysis, particular field investigation and typical profile dating. We concluded that "Luotuo city scarp" is the ruin of ancient diversion works rather than the fault scarp of the 180 A.D. Biaoshi earthquake. Combining the topographic profiles of the mountain range with fault characteristics, we believe Yumu Shan is a part of Qilian Shan. The uplift of Yumu Shan is the result of Qilian Shan and Yumu Shan itself pushing northwards. Topographic profile along the crest of the Yumu Shan illustrates the decrease from its center to the tips, which is similar to the vertical slip rates and the height of fault scarp. These show that Yumu Shan is controlled by fault extension and grows laterally and vertically. At present, fault activities are still concentrated near the north foot of Yumu Shan, and the mountain ranges continue to rise since late Cenozoic.     

用天然地震探测青藏高原中部地壳、上地幔结构

从西藏南部的定日、嘎拉至青海铜铁山的天然地震探测剖面，实际路线长约２０００ｋｍ，布设了约１１０台便携地震仪，记录了数百次远震和近震事件，采用多种方法进行了资料处理与解释．依据ＳＫＳ，ＰＫＳ，ｐｓ等横波分裂特征计算的青藏高原中部上地幔的地震各向异性表明：研究区各构造单元内的地震各向异性有明显变化，发现上地幔各向异性快速波的偏振方向与造山带的走向不完全一致．在雅江缝合线、崩错－嘉黎、唐古拉山口、昆仑山口几条断裂带处南、北各向异性出现显著的差异，而金沙江缝合线和班公－怒江缝合线的南、北则没有明显的各向异性变化．由Ｐ波走时残差，利用层析技术反演了４００ｋｍ深度内的速度图像，可以看出近地表１００ｋｍ范围内速度的不均匀变化与地表划分的构造单元很吻合，进一步佐证了青藏高原是由不同时期的微板块拼合而成的认识．在青藏高原中部１５０ｋｍ深度以下发现了多处低速区．在金沙江缝合带下方约２００ｋｍ深度处有一长２５０ｋｍ以上、延伸１５０ｋｍ的低速体，推测可能是一地幔柱．利用ＰＳ转换波划分的界面，显示出青藏高原北部具有低速层和高速层交替出现的地壳结构．     

用天然地震探测青藏高原中部地壳、上地幔结构

从西藏南部的定日、嘎拉至青海铜铁山的天然地震探测剖面,实际路线长约２０００ｋｍ,布设了约１１０台便携地震仪,记录了数百次远震和近震事件,采用多种方法进行了资料处理与解释．依据ＳＫＳ,ＰＫＳ,ｐｓ等横波分裂特征计算的青藏高原中部上地幔的地震各向异性表明：研究区各构造单元内的地震各向异性有明显变化,发现上地幔各向异性快速波的偏振方向与造山带的走向不完全一致．在雅江缝合线、崩错－嘉黎、唐古拉山口、昆仑山口几条断裂带处南、北各向异性出现显著的差异,而金沙江缝合线和班公－怒江缝合线的南、北则没有明显的各向异性变化．由Ｐ波走时残差,利用层析技术反演了４００ｋｍ深度内的速度图像,可以看出近地表１００ｋｍ范围内速度的不均匀变化与地表划分的构造单元很吻合,进一步佐证了青藏高原是由不同时期的微板块拼合而成的认识．在青藏高原中部１５０ｋｍ深度以下发现了多处低速区．在金沙江缝合带下方约２００ｋｍ深度处有一长２５０ｋｍ以上、延伸１５０ｋｍ的低速体,推测可能是一地幔柱．利用ＰＳ转换波划分的界面,显示出青藏高原北部具有低速层和高速层交替出现的地壳结构．     

川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模型研究

通过分析中国地壳运动观测网络的GPS数据得到川滇地区地壳水平运动速度场 ,由此划分活动块体并分析其运动特征。结果表明 :相对欧亚板块 ,滇中、雅江和中甸次级块体的顺时针转动速率分别为 0 37°± 0 16°/Ma ,0 84°± 0 39°/Ma和 0 90°± 0 39°/Ma ,造成块体间跨木里弧形断裂带约 3mm/a的SN向挤压、丽江 -大理断裂带约 4mm/a的EW向拉张和理塘断裂带约 6mm/a的近EW向拉张。鲜水河断裂带左旋走滑速率 8～ 10mm/a ,安宁河 -则木河 -小江断裂带左旋走滑 5～6mm/a。龙门山断裂带没有明显的地壳消减 ,而断裂带西北约 15 0km处有一形变速度阶跃带 ,右旋走滑速率 4～ 5mm/a。阶跃带两侧的岷山块体和阿坝地区逆时针转动速率分别为 0 13°± 0 0 8°/Ma和0 5 3°± 0 19°/Ma。鲜水河 -小江断裂带以南、以西地区 ,青藏高原物质的E向挤出和重力滑塌造成川滇块体东移 ,在东部相对稳定的华南地块的阻挡下 ,川滇块体沿鲜水河 -小江断裂带由东转向南运动 ,从而引起川滇块体内部各次级块体的顺时针转动     

青藏及邻区新生代火山活动及构造演化

青藏高原是现今地球动力学和地质演化研究的一个热点。该区火山活动受中 -新生代以来高原深部地球物理 -化学反应的控制 ,是多种因素相互作用所表现的形式和结果。本区既有富钾质的 (主导 ) ,也有富钠质的火山岩 (次要 ) ;既有喷发熔岩流 (主导 ) ,也有一些浅源上侵的次火山岩体 ;火山活动发育在古近纪、新近纪与第四纪 ,而最强烈的发生在中新世期间。本区钠质和钾质两类火山岩在形成环境和时代上有很大的差异 :前者一般发育在古新世—始新世 (6 0～ 4 0MaBP) ,而后者主要形成在渐新世—中新世 (30～ 10MaBP) ;存在着钠质—钾质—酸性次火山岩的演化过程 ;大体上可划分为西羌塘、北羌塘、可可西里、中昆仑、西昆仑等 5个火山岩省。本文对比了青藏高原及邻区甘肃礼县和云南三岩区 (金沙江北段、腾冲和滇东南地区 )新生代火山岩的岩石组合、同位素年代学以及地球化学特征 ,大量的证据表明 ,这些火山岩形成在原始地幔、或“壳 -幔过渡带”或陆壳基底等源区。在实际考察和综合研究的基础上 ,探讨了岩石圈的区域构造特征及其与高原隆升的关系等