中国大陆现今地壳运动速度场的最新观测结果

“中国地壳运动观测网络”是国家“九五”期间投资建设的一项重大科学工程,其中GPS观测由27个连续观测的基准站、55个年复测的基本站和近1000个不定期复测的区域站组成[1,2].自1998年该网络开始观测以来,基准站一直连续观测,基本站已观测7期,区域站于1999,2001和2004年观测了3期.中国大陆地域广阔,地质构造复杂,地震活动强烈,故GPS观测点密度越高越能准确地反映中国大陆现今地壳运动的总貌和细部特征,因此,目前区域站的观测数据是刻画现今地壳运动速度场之关键所在.据1999和2001年两期GPS观测,前人已给出过中国大陆速度场的初步结果[3~5…     

中国地壳各构造块体运动模型的初建

利用中国地壳运动ＧＰＳ监测网站和中国邻近地区ＧＰＳ站的水平速度场以及国际地球参考架ＩＴＲＦ９６的速度场等现代空间大地测的监测结果，初步地建立了中国地壳各构造块本的运动模型，该模型与前人的地质学模型相比呈现较好的一致性。     

中国大陆地壳运动的背景场

中国地壳运动晨全球地壳运动背景场中发生的，为了研究中国大陆地壳构造运动的背景，利用中国大陆及其周围地区的国际ＧＰＳ地球动力学力学服务网的１２个ＩＧＳ站３年多（１９９５年５月－１９９６年６月）的ＧＰＳ观测资料测定了这些ＩＧＳ站的水平位移速率，并由此初步分析了中国大陆周围各块体对大陆地壳运动的影响。     

大陆地壳多震层成因与一个新的地壳断层带模式

在不同范围温度和围压条件实验研究的基础上，重点对于围压１．５ ＧＰａ，温度２５～６５０℃、应变速率２×１０~（－６）次／ｓ条件下实验变形万成花岗岩开展了系统的力学与显微构造分析，阐述了大陆地壳岩石圈内不同条件下变形岩石及其主要组成矿物内的脆性破裂到晶质塑性显微构造组合，提出脆－韧性转变域内脆性破裂机制和晶质塑性机制同时出现、互相制约和依存．脆性破裂机制与晶质塑性机制之间的叠加与抑制作用导致岩石强度具有异常变化，并合理地解释了大陆地壳多震层的成因与中、上地壳强震发震机理．在此基础上建立了新的地壳断层带模式。     

大陆动力学的哲学探索

板块构造学说不能合理地解释大陆地质现象。本文从大陆地质事实出发，采用系统的哲学观，探讨大陆造山带与盆地的耦合关系，渐变与突变的内在联系，水平运动与垂直运动的转换过程，地球运动、岩石圈运动与大陆地壳运动的制约关系，指出大陆下地壳层流运动和大陆盆山耦合作用构成大陆动力学的基本结构体系     

中国西南地区地壳运动的GPS监测

通过１９９１￣１９９７年期间对中国西南地区ＧＰＳ（全球定位系统）载波相位测量,建立了青藏高原东部及相邻地区现代地壳运动的速度场,相对于成都,川滇地块及其以西的速度大多为５￣１０ｍｍ／ａ,鲜水河－小江断裂以东的川青地块和扬子地块运动微弱,约为０￣７ｍｍ／ａ,２个地区都表现为顺时钟的涡旋运动,而没有明显的地壳物质向东挤出或逃逸,地壳变形主要型式为顺时针旋卷构造和块体边界断裂的非均一滑动。     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

地球曾经翻过跟斗

现在的地球,地壳构造板块的漂移速度是比较缓慢的。这些板块携带着上面的大陆以每年几英寸的速度在半熔状态的地幔上缓缓移过。在这一运动过程中,新的地壳不断在中央海脊形成,同时,原有的地壳也缓缓地在潜没区沉入地幔中。地质学家认为,地壳虽然在不断运动中,但是因为运动的速度很缓慢,所以,一般要经过几千万年的时间,     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

天山及其前陆盆地的晚新生代构造变形

现代天山是典型的板内新生代复活型造山带,为什么远离板块边界上千公里的大陆内部会发生如此强烈的构造变形?构造变形是以什么样的方式和速度发生的?什么因素控制着大陆内部构造变形的发生?大陆内部构造变形与深部的物质运动和动力过程是怎样相互作用的?这些问题从20世纪80年代以来就引起了国际地球科学界的普遍关注,天山成为探索和回答上述重大科学问题的天然实验室.     

青藏高原地壳运动GPS实测结果的定量分析

青藏高原素有“世界屋脊”之称.其目前变动的水平位移达到l-3cm/a,这是全球大陆变动最强的地区,长期以来,高原的现代地壳运动的定量观测基本上局限于它的垂直运动分量,至今未得到该地区的大尺度地壳水平运动可信的实测结果.     

塔里木盆地西北缘河流阶地变形测量与地壳缩短速率》讨论

沈军等人[1]在《科学通报》第46卷第4期发表了《塔里木盆地西北缘河流阶地变形测量与地壳缩短速率》一文（以下简称《速率》）.他们发现了塔里木盆地西北缘阿图什背斜之上博古孜河更新世末期至全新世阶地的变形,并进行了水准测量和GPS差分测量.他们的研究获得了该地区第四纪晚期地壳缩短运动的直接证据,对于研究塔里木盆地-天山盆山耦合具有重要的大陆动力学意义.但是《速率》对于     

寻找大陆俯冲板片的遗迹

６０年代末期总结大洋地质地球物理观测结果而出现的岩石层板块大地构造学说，继承了大陆漂移、海底扩张的活动论内涵，引起２０世纪地球科学的一场革命．但板块构造学说并不能令人满意地阐释复杂的大陆地质现象，更未曾阐明大陆的形成和演化过程．大陆是怎样形成的，又是怎样演化的？这些一直是近年地球科学探讨的热门话题．而特提斯海的启闭关系到中生代中国大陆的形成演化与挤压改造，具有重要意义． Ｒｕｄｎｉｃｋ等人［１］的研究认为，底侵作用可能是大陆地壳增生和地幔演化的重要机制．Ｄａｖｉｅｓ等人［２］提出岩石层拆离模型，…     

中国大陆岩石圈的形成、演化与特征

中国大陆岩石圈是由37个以上的小地块所组成的,各地块统一结晶基底的形成时期各不相同。它们从元古宙到新生代一直在运移、变位：古生代处在以离散为主的状态,都位于特提斯洋内;古生代晚期、中生代与新生代则为逐渐聚合的过程,最后就汇聚成现在的中国大陆岩石圈。在周边板块运动的影响下,中国中部与西北部形成基本正常的大陆岩石圈,东部在侏罗纪以来则形成具有陆壳洋幔型的、较薄的岩石圈,而西南部的青藏地区形成陆壳增厚型岩石圈。中国大陆岩石圈内部可以发生多圈层的滑脱作用,除岩石圈底面的滑脱作用之外,还可以在莫霍面与中地壳低速高导层等界面发生滑脱,使岩石圈的内部结构变得十分复杂,并由此派生出较强的构造变形、岩浆活动与内生成矿作用。针对中国大陆岩石圈的特殊性,深入研究岩石圈演化的具体特征,具有十分重大的理论意义与实用价值,也可进一步丰富和发展全球板块构造学说。     

大西洋中脊现今扩张运动

基于最新国际地球自转服务组织（IERS）发布的ITRF2000速度场建立独立于任何板块模型假设的现今全球板块运动模型ITRF2000VEL，并求出北美与欧亚、北美与非洲、南美与非洲板块的相对Euler矢量，同此给出了大西洋中脊的现今扩张速度，与地质模型NNR-NUVEL1A相比，呈现出南大西洋中脊扩张速度大于北大西洋，但南大西洋中脊在减速扩张，北大西洋中脊在加速扩张，反映了大西洋中脊现今扩张运动特征。     

天山和塔里木盆山接合部地壳上地幔速度结构研究

通过在天山地区布设宽频带数字流动台阵, 利用观测获得的远震体波波形资料, 采用接收函数方法, 得到天山造山带和塔里木盆地北缘结合部0~80 km深度范围的二维S波速度剖面. 研究结果表明: 研究区域的地壳上地幔速度结构存在显著的垂向和横向变化, 垂向速度结构存在4个速度界面, 其中结晶地壳可分为上中下三部分, 中上地壳内普遍存在低速层. Moho界面深度变化范围在42~52 km, 在剖面北端存在4~6 km错动, 北深南浅, 显示出向北俯冲的态势, 推测为塔里木向天山下俯冲的前沿. Moho界面在塔里木盆地北缘表现为一级速度间断面, 库尔勒以北主要表现为速度梯度带. 通过地壳上地幔精细速度结构和深部盆山接触变形关系研究, 揭示了天山-塔里木盆山接合部南北向挤压变形增厚的动力学特征, 为建立盆山耦合大陆动力学模型提供基础依据.     

天山现今地壳快速缩短与南北地块的相对运动

基于天山及塔里木地区１９９２～１９９９年间多次全球定位系统（ＧＰＳ）大地测量，直接观测到跨天山西段（７６°Ｅ）约 ２０ｍｍ／ａ的地壳快速缩短及天山东段（８７°Ｅ）约４ｍｍ／ａ的汇聚变形，且跨天山带的南北向汇聚变形从西到东递减．天山南缘ＧＰＳ点所代表的现今运动方向基木与天山褶皱带走向正交，塔里木盆地整体上对天山褶皱带形成正向挤压．塔里木盆地内部变形较小或基本不变形，整体上作为刚性块体，以９５．７°Ｅ，４０．３°Ｎ（甘肃省安西）为欧拉极，相对于稳定的西伯利亚地块作顺时针旋转，角速率为０．６４°／Ｍａ．哈萨克地台及准噶尔盆地间有明显相对运动，在亚洲构造运动格架上，准噶尔盆地可能是一个独立的活动地块。     

中国大陆地震震源深度及其构造含义

对中国大陆地震的震源深度资料作了系统研究.震源深度的研究,对于探索地震孕育和发生的深部环境,地震能量集结、释放的活动构造背景,以及地壳内部构造变形及其力学属性等都有非常重要的意义.以1970年1月～2000年5月期间中国大陆ML≥2.0级并给出深度的31282次1和2类精度的浅源地震为基础,研究了深度分布特征,并采用网格滑动平均方法,统计了网格内地震的平均深度.结果表明,中国大陆平均深度为（16±7）km,东部地区为（13±6）km,西部为（18±8）km,东部比西部平均偏浅5km.我国大陆地震深度最大的地区是新疆西南部地区,即塔里木地块的西端和西南缘.震源深度与构造分区的关系密切,青藏活动地块震源深度平均为（33±12）km.新疆活动地块为（21±10）km,华北为（14±7）km;东北为（11±5）km;华南为（10±4）km.完整地块边界上的地震较深,其中最明显的是塔里木盆地的西南缘、北缘;准噶尔盆地的南边缘,阿拉善地块的南边缘;鄂尔多斯地块的东、西两侧以及四川盆地的西边缘.在新生性的破裂带上地震偏浅,如滇西南地震带及张渤地震带.另外,还根据我国震源深度分布特征,讨论了壳幔（主要是地壳）力学行为、变形属性和破坏方式.     

我国华南沿海地区地壳与上地幔速度结构特征

我国华南沿海地区地处欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块交界处的舌状突出部位。受这三大板块的碰撞,俯冲,挤压,拉伸及上地幔物质上涌的综合作用,使得该区有着奇特的地壳与上地幔运动,发展,演化历史和地球动力学过程。前人曾用工业爆破观测方法得到某些有意义的成果。我们首次在该区开展了人工地震测深方法,对该区地壳与上地幔速度结构进行了较系统的研究与探索,得到了该区地壳深部速度结构模型。     

青藏高原GPS位移绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转成因的数值模拟

GPS测量结果表明青藏高原水平位移场在其东部绕喜马拉雅东构造结呈顺时针转动, 其地球动力学成因难以在二维模型中模拟. 由于青藏高原地壳巨厚、下地壳温度高, 岩石层流变性质可能会呈现脆性的上地壳、柔性的下地壳和黏滞系数较大的岩石圈上地幔, 在岩石圈下又存在黏滞系数较低的软流层的复杂分层流变结构. 在上述研究成果的基础上, 利用三维球坐标系下的Maxwell体有限元模型模拟了青藏高原在印度板块推挤下的变形. 模拟结果显示, 柔软下地壳的存在使整个青藏高原在印度板块的推挤下表现为整体抬升, 高原南缘和喜马拉雅东构造结抬升迅速, 而由于周边地块下地壳相对较硬而封闭、仅高原东南部存在高温柔软的通道, 青藏高原软的下地壳的存在还使得高原整体隆起达到一定高度后, 下地壳和软流层的物质向东、东南流动, 并拖曳上地壳作类似运动, 形成绕喜马拉雅东构造结的顺时针转动.