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.

用GPS数据反演海原断裂带断层滑动速率和闭锁深度

以"中国地壳运动观测网络"区域站在海原断裂带附近的所有观测数据及跨断裂GPS剖面观测数据作为约束,用Smith3-D体力模型反演了海原断裂带断层滑动速率和断层闭锁深度.从西到东断裂共分为5段,采用遗传算法拟合GPS水平运动速度场,拟合残差均方根为1.1mm/a.反演结果为:毛毛山断裂左旋走滑运动速率为3.5mm/a,闭锁深度为22.0km;老虎山断裂左旋走滑速率为6.5mm/a,闭锁深度为10.3km;海原断裂带西段、中段和东段的滑动速率依次为4.5mm/a、5.6mm/a和5.5mm/a,闭锁深度依次为8.4km、3.6km和4.3km.表明毛毛山断裂左旋走滑运动速率小,闭锁深度大,有利于应变能的积累,使得该断裂及附近地区存在发生强震的背景.

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10^(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10^(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0^-3.0)×10^(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10^(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0^-2.0)×10^(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.

长白山天池火山近期形变场演化过程分析

对长白山天池火山区2002～2005年的4期水准测量数据、2000～2005年6期GPS测量数据以及1999年以来的定点地倾斜观测数据进行了系统处理分析，结果表明：（1）2000年9月～2002年6月期间，长白山天池火山地表变形很小，基本上处于较为稳定的状态．1993～1998年的lnSAR观测资料也未发现明显的地表变形；（2）2002～2003年，长白山天池火山出现了明显的地表形变异常变化，其水平形变表现为以天池火山口为中心的放射状膨胀运动，垂直形变则表现为近火山口的快速隆起，显示天池火山下部可能有岩浆压力增大变化；（3）长白山天池火山2003年以来的形变速率有逐年迅速衰减的变化特征，其最大水平运动速率已由2002～2003年期间的38．3mm／a衰减到2004～2005年的15．8mm／a，最大垂直形变速率则由2002～2003年的46．0mm／a衰减到2004～2005年的5．0mm／a．

甘青块体东西部运动分界带的确定

通过研究用1999～2004年多期GPS观测资料计算获得的青藏块体东北缘地壳水平运动图像发现：甘青块体可分为东部块体和西部块体，它们的运动状态存在明显的差异，2001年11月14日昆仑Ms8．1地震后，其差异表现得尤为明显。进一步结合地质、地球物理资料确定了分界带的位置：分界带的整体走向为北东向；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的地方。并对形成这种运动态势的机制进行了探讨。

用GPS监测西安市南郊地壳形变

介绍了用GPS监测到的西安市南郊的地壳三维形变 ,并与 1990年前后的传统测量结果相比较 ,分析了西安市的地壳形变特征。结果表明 :西安市南郊地面沉降速率有所减慢 ,但水平形变显著。观测结果与颗粒位移模型 (GDM )模拟的结果具有较好的一致性 ,说明导致地面形变的主要因素为过量抽取地下水。

陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演

位于华北板块和扬子板块之间的陕西中南部由渭河盆地、秦岭造山带和汉中盆地构成,其新构造运动主要形式为山脉隆升、盆地断陷,因此以重复水准测量为手段的地壳垂直运动研究尤为重要.基于研究区1970年以来的多期精密水准测量数据,用GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得了区域垂直运动速度场.以此为基础,用倾滑位错模型、网格搜索方法反演了研究区主要断层倾滑速率和闭锁深度,结果显示:秦岭北缘断裂倾滑速率为2.25~4.53 mm·a-1,闭锁深度为7.7~10.0 km;华山山前断裂倾滑速率为2.35~2.71 mm·a-1;闭锁深度为2.8~5.0 km,反映了该断裂在华县大地震之后,可能还没有完全闭锁,发生大震的应变能积累条件不足;渭河盆地北缘断裂的倾滑动速率为2.0~2.5 mm·a-1,闭锁深度仅为3.0 km左右,说明该断裂以蠕滑运动为主;略阳断裂倾滑速率为3.02 mm·a-1,闭锁深度6.7 km,是陕南较活动的断裂.

青藏块体东北缘地壳水平运动状态

应用青藏块体东北缘 1999～ 2 0 0 3年多期GPS观测资料 ,计算了不同时段GPS点水平运动速率。通过分析发现 :甘青块体可分为东部块体和西部块体 ,东、西部块体的运动状态存在明显的差异 ;受 2 0 0 1年 11月 14日昆仑Ms8.1地震的影响 。

昆仑8.1级地震对青藏高原东北缘地壳形变场的影响

根据震源区及其附近地震前后的形变观测数据以及震后考察结果,用Okada模型反演发震断层模型参数,模拟2001年11月14日昆仑8.1级地震的同震位移,获得扣除同震形变后的速度场。结果表明:1)昆仑8.1级地震对青藏高原东北缘西部地壳变形影响显著,同震位移在德令哈一带可达40mm左右;2)用这种方法得到的速度场比GPS原始速度场能更真实地反映地震后区域地壳运动状态和应变状态。

陕西中南部现今地壳垂直形变研究

收集陕西中南部1970年以来的多期精密水准测量数据,用基于GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得区域垂直运动速度场。分析表明,地壳垂直运动总体表现为山地、高原相对隆升,盆地相对下沉。相对于关中盆地,西部秦岭、陇山上升速率为4～5 mm/a,北秦岭造山带为2～3 mm/a,盆地北部的鄂尔多斯南缘为3～4 mm/a;相对于北秦岭,汉中盆地下沉速率为1.0 mm/a左右,安康等北大巴山裂谷下沉速率接近2.0 mm/a;秦岭北缘断裂垂直滑动速率为1.3～1.8 mm/a,华山山前断裂为2.0～2.8 mm/a,渭河断裂小于1.0 mm/a,渭河盆地北缘断裂为1.0～2.5 mm/a,南部断裂为0.7～1.1 mm/a。

用大地形变判定强震危险区的指标体系及河西地区垂直形变场演化

提出了表征地壳垂直形变场定量特征的地壳垂直运动准加速度及体积变化率两个新指标，利用甘肃河西地区７０年代以来的５期复测水准资料计算了地壳剪切变形率、扩张变形率、体积变化率、速率增量、准加速度等各项指标，并分析了这些指标与强震危险区判定的关系．系统地研究了该地区垂直形变场的演化过程．

经验正交函数分解在地壳垂直形变场分析中的应用

论述了应用经验正交函数分解方法分析地壳垂直形变场 ,处理分析了甘肃河西地区的实测资料 ,结果显示 ,地壳垂直形变场的第一典型场对中强以上地震发震地点的判定有重要意义 ;而地壳垂直形变场的时间权系数能够表示区域地壳运动的相对强弱 。

基于石英晶体三分量土层压力传感器研制

介绍了一种基于AT切石英晶体谐振器力-频线性关系原理研制的土层压力传感器。该压力传感器由3个相互垂直的压力传感器和1个温度传感构成,采用等精度频率测量技术,实现高精度数据采集,用RS485串行接口进行数据传输。重点介绍了传感器的结构设计,并对弹性膜片材料和厚度与量程和灵敏度的关系进行试验和研究。研制的传感器量程为0～1.0MPa,非线性度小于1.0%,重复性误差小于0.05%,滞后误差小于0.1%,温度的测量精度为0.01℃,可用于地震监测的试验。

天祝—景泰6.2级地震的地形变异常特征

本文总结了1990年天祝—景泰6.2级地震前地壳形变异常特征,发现这次地震并未发生在地壳垂直运动最强烈的地方,而是在其边缘。至于断层形变,则随测点与震中关系的不同表现出不同的特征。

利用复测水准资料寻求反映地壳纯形变的定量指标

地壳纯变形分为剪切变形和扩张变形。在前人研究的基础上提出了仅利用复测水准资料求出描述地壳剪切变形和扩张变形指标的方法和步骤，所得的定量指标不受基准的影响，受测量累积误差的影响亦很小，能客观地反映地壳变形的特征。通过理论和实例证明：以一点周围变形分量的最大值代表该点周围垂直面的变形程度比其平均值更能突出变形信息。最后根据实例计算结果分析了剪切变形分量、扩张变形分量与形变速率、构造地震的关系。

基于石英晶体谐振器的三分量压力仪的研制

介绍一种基于AT切石英晶体谐振器力-频线性关系原理研制的土层压力仪。该压力仪由三个相互垂直的压力传感器和一个温度传感器及采集器构成。测试结果表明:传感器的量程为0～1.0 MPa;非线性度小于1.0%;重复性误差小于0.05%;滞后误差小于0.1%。温度的测量精度优于0.01℃。

南北地震带北段南瑞现代地壳运动特征与地震

本文对南北地震带北段南端近十五年来大面积垂直形变观测资料及跨断层短水准观测资料进行了系统的分析处理。认为本地区七十年代以来以继承性构造运动为主。八十年代以来有加强的趋势;孕震区附近存在高梯度形变带,且高梯度带在断裂带附近发生偏转;形变速率等值线在其偏转处的切线几乎与断裂线正交。随着观测点的震中距及观测点与发震构造的位置关系不同,断层形变表现出不同的特征。另外,还对地壳形变与莫霍面深度及地壳应力场之间的关系作了初步分析。

三分量石英晶体谐振式压力传感器研制

早在20世纪六七十年代，我国就曾开展过比较多的土层应力观测工作，河北唐山八中业余地震观测组曾利用简易液压土层应力计，观测到唐山7．8级地震数次强余震前的土层应力扰动异常信号。土层应力观测虽在多次地震前监测到了比较好的短临异常信号，但是由于其观测精度低、应力-应变本构关系不够明确等方面的原因，在20世纪80年代清理攻关后逐步退出专业舞台、甚至群测群防舞台。

青藏块体东北缘近期水平运动与变形

利用青藏块体东北缘地区 1 993、1 999年GPS观测资料 ,给出了本区地壳水平运动速度场及视应变场分布图 ,提出了由位移观测值直接求解块体旋转和变形参数的方法 ,初步研究了本区构造块体运动与变形特征 .结果表明 :①本区存在整体性向东—东南方的运动(速率约 9mm/a) ;②南部的甘肃—青海块体的运动较快 ,而北部的阿拉善块体的运动较慢 ,二者运动速率相差近 6mm/a,祁连—海原断裂带左旋走滑运动显著 .③自西向东存在北北东—北东东向压性运动 ;④阿拉善块体、甘肃—青海块体内部存在北西西向张性变形 ,阿拉善块体的整体张性变形更显著 ,鄂尔多斯块体西侧的块体交接地带为压性运动 .

昆仑山与汶川强烈地震对青藏块体东北缘地壳运动及应变积累的影响

充分应用GPS、区域水准、跨断层等地形变观测资料,借助非震负位错反演,结合地震活动,综合研究2001年11月14日昆仑山Ms8.1级地震对青藏块体东北缘地壳运动与应变积累的影响。通过分析笔者认为,青藏块体内部Ms8.1级巨大地震能量释放产生的扰动应力场对NE向主压背景应力场的调制作用,导致块体边界构造区域地壳差异运动和应力应变状态发生变化。其中,对阿尔金断裂东段与祁连山断裂带西段的应变积累状态反映减缓为主的影响,而对祁连山断裂带中东段则反映促进应变积累为主的影响。这种影响是一定时期、一定程度的。近期青藏块体东北缘区域应力场处于昆仑山、玉门、民乐等地震后的恢复状态。而由2008年5月12日汶川Ms8.0地震后有限的GPS、跨断层短水准观测资料,可推测汶川地震对甘川交界东段-甘川陕交界区应变积累状况一定程度促进影响。