渤海盆地的现今扩张运动

关于渤海盆地的扩张,前人已有很多研究成果.但是,对渤海盆地现今扩张的主方向,扩张的速率和笵围迄今还不清楚,本文试图探讨之.根据中国地壳运动观测网络GPS网1998～2004年的观测结果,建立了渤海盆地周围地区相对于欧亚板块的速度场.将该区划分为8个块体,建立了各块体的速度模型,得到该区的水平形变速度场和应变场.分析形变速度场和应变场的空间变化,发现渤海及周围地区呈现明显的NW-SE方向的双向扩张运动,扩张速率为2.5±1.8mm/a.NW-SE与NE-SW方向扩张范围分别为310 km与410 km.渤海盆地扩张的范围与华北地壳最薄的区域基本一致,这表明上地壳的扩张变形与上地幔的隆升密切相关,岩石圈减薄和岩浆上涌使上地壳发生拉张变形,使渤海地区发育成一个拉张盆地.

中国大陆及周边地区的水平应变场

推导并建立了块体的两种弹性运动方程 :块体的整体旋转与均匀应变方程和块体的整体旋转与线性应变方程 .应用统计学原理 ,使用西域、青藏和华北块体上的GPS站速度数据 ,对这两种弹性运动方程与刚体运动方程模拟块体站速度的无偏性和有效性进行了统计检验 .检验结果表明 ,块体的整体旋转与线性应变方程是描述块体运动的最优模型 .将中国大陆划分为 10个块体 ,应用块体的整体旋转与线性应变方程和块体上的GPS站速度估计了各个块体上的旋转与应变参数 ,按照 1°× 1°的间距计算了中国大陆及周边地区上 10 0 5个点的应变参数 ,分析了中国大陆及周边地区应变场的基本特征 .用本文方法得到的主压应变方向与地质学方法和测震学方法得到的主压应力轴方向具有很好的一致性 (华南块体除外 ) .

由空间大地测量得到的太平洋板块现今构造运动与板内形变应变场

推导了板块的弹性运动方程．根据太平洋板块（PCFC）上空间大地测量的观测结果，建立了PcFC的弹性运动模型，该模型与板块实际运动状态的符合程度明显地优于刚体运动模型．研究表明：PCFC现今旋转的角速度比过去3Ma的平均值大0．0370／Ma；在PcFC内部存在明显的水平形变，在15°s以北和204．5°E以西地区存在一致的向西形变，北西与南西方向的形变速率分别为0．8～3．5mm／a与1．0～3．4mm／a；在板块的东南区存在一致的向东形变，北东与南东方向的形变速率分别为1．5～1．8mm／a与2．8～9．1mm／a．PCFC内部水平应变场的空间变化是有规律的，在PCFC的西北部，主压应变轴为NW—SE方向，主压应变率大于主张应变率；在PCFC的东南部，主压应变轴为NE—SW方向，主张应变率大于主压应变率；PCFC的东南边界是扩张边界，边界附近的主张应变率最大（平均为1．51×10^-9／a），主张应变轴基本上与洋中脊的扩张方向一致；PCFC的西北边界是俯冲边界，边界附近的主压应变率最大（平均为0．75×10^-9／a），主压应变轴基本上与太平洋板块的俯冲方向一致．

汶川M_s8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了M_S8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的UPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为—30.840×10^(-9)/a与13.956×10^(-9)/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.

板内块体的刚性弹塑性运动模型与中国大陆主要块体的应变状态

建立了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型 ,并对其进行了块体应变参数唯一性与速度残差中误差最小检验 .根据中国大陆及周围地区的速度场 ,估计了 8个块体的应变参数 ,分析了这些块体的应变状态 .本文估计的各个块体的应变状态与地质学、地球物理学方法估计的结果具有很好的一致性 .由喜马拉雅块体主压应变方向估计的印度板块向欧亚板块碰撞力的主方向为北东 7.

菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型与板内形变-应变场

用菲律宾海板块上7个站ITRF2000的速度建立了菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型.结果认为菲律宾海板块的现今运动是顺时针方向旋转,与NNR_NUVEL_1A估计的旋转方向一致,但与NNR_NUVE_1A估计的旋转极位置和旋转角速度有较大差别.本文模型与Sella等建立的刚体运动模型相比能更精确地描述菲律宾海板块的现今构造运动与板内形变.菲律宾海板块内部存在强烈的形变-应变场.在板块上存在一致的向东形变,形变速率在中央构造线附近小,东、西边界附近大,南、北两端小,中部大,在Mariana弧上向东的形变速率达到48.4 mm/a.板块上南北方向的形变,东、西部存在明显差别,东部的南北向形变速率很小,西部在Manila海沟附近南北向形变速率较大,北端向北的形变速率为11.3 mm/a,南端向南的形变速率为29.3 mm/a.板块的中央构造线把板块的主应变场分为东、西两个区.东区存在非常强烈的张应变,压应变则很弱.主张应变为近东西方向,从中央构造线向东主张与主压应变率逐渐增加,板块东南边界附近(148°E,15°N)主张应变率最大为8.58×10-8/a.在西区,存在很强的主压应变而主张应变则较弱,主压应变为NW-SE方向,主压与主张应变率呈现从中央构造向西逐渐增加的特征,在板块西北边界(122°E,23°N)附近,主压应变率最大为5.71×10-8/a.菲律宾海板块主应变场的空间变化与板块内部及周围的构造背景密切相关,是构造应力场的反映.

日、月对孕震区的水平引潮力与震源机制的关系

根据计算日、月对孕震区水平引潮力方位角的表达式及美国哈佛大学提供的全球 Mw≥7.0的矩张量地震目录 ,选取了 1 980年 1月至 1 999年 1 2月全球发生的 (Mw≥ 7.0 ) 2 4 2次地震。利用地震目录中提供的地震矩张量参数 ,计算了每次地震发震应力场 P轴、T轴的方位角。同时计算了每次地震时日、月对震中区水平引潮力的方位角。将此方位角与 P轴、T轴以及二组断层面的走向进行对比分析。结果表明 ,日、月对震中区的水平引潮力方向与 P轴、T轴的方位角及二组断层面的走向互相平行或互相垂直 ,其平行或垂直的一致性非常好。平行或垂直相差在1 0°、2 0°、30°之内的发震概率分别达到了 0 .41 4、0 .736、0 .945。这个结果表明 ,日、月对孕震区的水平引潮力与大地震的发生密切相关。并进一步讨论了日。

太平洋板块俯冲对中国大陆的影响

在中国大陆及周边地区ITRF2000速度场的基础上,建立欧亚板块整体旋转与线性应变运动模型,得到中国大陆及邻区的局部形变场,分析此形变场发现东北块体和华北块体东部地壳存在一致的向西或北西西向运动,平均运动速率东北为2.9 mm/a,华北东部为1.4 mm/a,推测这是太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响。其影响范围仅限于东北和华北块体,影响较大的是120°E以东和40°N以北地区。并分析太平洋板块俯冲对中国大陆影响的表现形式和形成机制。

鄂尔多斯的逆时针旋转与动力学

根据鄂尔多斯块体及周围地区的GPS数据,计算了鄂尔多斯相对于蒙古地台和欧亚板块的旋转参数,表明鄂尔多斯相对于蒙古地台和欧亚板块存在逆时针旋转。用GPS方法与地质学方法得到的鄂尔多斯相对于蒙古地台的旋转参数相同,证明鄂尔多斯自晚新生代以来的运动是稳定的。分析周围地区相对于鄂尔多斯的运动以及鄂尔多斯周围边界断裂带两侧的相对运动,发现鄂尔多斯主要受两对力作用:鄂尔多斯北部北西向拉张与南部北东向推挤形成的力矩作用,以及燕山块体对鄂尔多斯的NW向拉张作用力与华南块体对鄂尔多斯SE向拉张作用力。这两对作用力是促使鄂尔多斯发生逆时针旋转的驱动力。

华南块体的现今构造运动与内部形变

运用华南块体及周围地区最新的GPS观测结果,研究了华南块体的现今构造运动。华南块体无论是相对于欧亚板块或相对于西伯利亚块体都存在逆时针方向的旋转。由GPS观测结果得到的华南块体相对于西伯利亚块体的现今旋转运动与由地质学和地球物理学方法得到的自晚新生代以来华南块体相对于西伯利亚的旋转运动相比,运动速率相同,但运动方向顺时针旋转了20.7°。

用GPS测量结果研究华北现今构造形变场

用华北及邻区近十多年GPS测量结果和欧亚板块的弹性运动模型研究华北地区的水平形变场和局部水平形变场 ,发现华北地区水平形变场存在比较一致的SE向运动 ,且运动方向绕顺时针方向逐渐旋转 ,从西向东运动速率逐渐增大。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的运动速率分别为 4 .8mm/a、5 .0mm/a、5 .2mm/a ,运动方向分别为SE5 0°、4 0°、35°。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的局部形变方向分别为SE方向、SSE方向和SSW方向 ,而华北局部形变场的形变速率大约为水平形变场的 5 0 %。应用地块的整体旋转与线性应变模型计算了华北主要断裂带两侧的相对运动和各地块内部的主应变场。华北EW向和NWW向断裂基本上为左旋走滑型 ,滑动速率从东向西逐渐减小 ;NNE向和NE向断裂基本上为右旋走滑型 ,从北向南滑动速率逐渐减小。华北地区应变场的基本格架是NEE SWW方向压缩与NNW SSE方向扩张 ,主压应变率从西向东逐渐增大而主张应变率从西向东逐渐减小。根据全区水平形变场与应变场的基本特征推测 ,华北地区构造运动与形变的主要驱动力为 :青藏高原NE方向的推挤力 ,太平洋板块向欧亚板块俯冲对华北地壳产生的西向推挤力 ,以及地壳上隆所产生的NW

南海及周围地区的现今构造运动

利用南海及其周围地区的GPS数据,分析南海及周围地区速度场和应变场的空间变化,以及相邻块体之间的相对运动。研究发现,南海现今仍在继续扩张,西部是从其北边缘向南沿NW-SE方向逐渐扩张的,东部是从中心向北与向南逐渐扩张的。由主张应变率计算的中央海盆近SN方向的平均扩张速率为3.1 mm/a。在南海东部(117.0°E),南北之间(11°～22°N)SN方向的扩张速率为9.3 mm/a,小于65M a以来NNW-SSE方向13.0 mm/a的平均扩张速率。南海的扩张运动是印度板块、太平洋和菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用,以及南海地区地幔物质上涌共同作用的结果。

一种由地心直角坐标到大地坐标的直接转换

在分析大地坐标与地心直角坐标几何关系的基础上,建立了地心直角坐标与大地纬度正切的4次方程,由此方程可直接解算大地纬度。这种解算4次方程的算法简单,解算精度和效率优于已有的迭代算法和直接转换方法。

渤海盆地及邻区现今构造运动的基本特征

摘要根据近十多年来渤海盆地周围地区GPS网的观测资料，分析了这一地区的现今构造运动、内部形变与应变场。渤海盆地及周围地区相对于欧亚板块发生了逆时针旋转，存在一致的SE向运动，速率为2．2—7．2mm／a。该地区的水平形变场是不对称的四象限分布，渤海西区存在比较一致的NE向形变，渤海东北区存在一致的SW向形变，这两个区呈现NE-SW方向的压缩状态；渤海南区存在比较一致的SE向形变，渤海西北区存在比较一致的NW向形变，这两个区呈现NW-SE方向的拉张状态。渤海盆地及周围地区主压应变轴基本上为NEE-SWW方向，主张应变轴基本上为NNW-SSE方向，这与由地球物理学方法得到的该地区的构造应力场主压应变轴的优势方向完全一致。自1969年至今，该区的现今构造应力．应变场的主方向是稳定的。

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体,实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程,由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律:板块边界附近的应变率最大,从边界向内部逐渐减小;在板块扩散边界附近,主张应变率大于主压应变率,主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致;在俯冲边界附近,主压应变率大于主张应变率,主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致;在走滑兼有俯冲性质的边界附近,最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力-应变场基本上遵循广义胡克定律.

川滇地区现今构造变形分析

基于对川滇地区的速度场、形变场和应变场的分析,提出了川滇地区围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转与拉张、挤压和剪切变形共存的复合变形模式;研究认为青藏高原物质的向东挤出与阿萨姆角NEE方向的持续楔入是川滇地区现今构造变形的主要驱动力。

台湾集集7.6级地震前后福建沿海地区的地壳运动

对福建GPS网的5期观测数据（1995、1997、1999、2001、2003）进行了统一处理，得到4个时段（1995-1997、1997-1999、1999-2001、2001-2003）ITRF2000的站速度、福建地区的整体旋转参数和主应变参数。福建地区存在一致的南东向运动：地震前（第1时段）运动速度平均为32．1mm／a；震时和震后两年时间内（第2时段）运动速度大幅度增加到38．7mm／a；震后第2个两年（第3时段）运动速度相对于第2时段大幅度减小为30．0mm／a；震后第3个两年（第4时段），运动速率相对第3时段有较大增加并超过了第1时段。福建地区的主应变场，在震前主压应变率（12．4×10^-9／a）大于主张应变率（7．1×10^-9／a），地壳表现为弹性压缩，主压应变轴为N70．9°W；震后应变场发生了相反的变化，主压应变轴变成了主张应变轴，主张应变率（28．9×10^-9／a）大大超过主压应变率（3.7×10^-9／a），地壳表现为南东方向弹性伸展，第3时段与第4时段主压应变率逐渐增加，主压应变轴也逐渐恢复到震前的方向。福建地区从1995年到2003年地壳运动速度场与应变场随时间的变化过程，反映了集集大地震发生前后区域应力场加强、弹性应变能积累，震时和震后弹性应变能快速释放与逐渐调整恢复的过程。

由GPS测量得到的喜马拉雅的现今构造变形

根据新的GPS观测结果建立西喜马拉雅(WH)、中喜马拉雅(CH)和东喜马拉雅(EH)块体的弹性运动模型。将块体运动分解为整体旋转与内部变形。WH向北运动,平均速率31.5 mm/a;CH NNE向运动,平均速率31.1 mm/a;EH NE向运动,平均速率27.0 mm/a.喜马拉雅山在总体上呈现S-N向缩短与NWW-SEE向伸展。山脉中部S-N向的缩短速率最大平均14.6 mm/a,大约吸收了印度与欧亚板块汇聚速率的35.7%。山脉存在明显的NWW-SEE向伸展变形,西部与东北部之间E-W方向的伸展速率为11.0 mm/a.山脉中段南边界的主压应变率最大,都大于7.5×10-8/a,而主张应变率最小,都小于1.0×10-8/a.山脉的西南角与EH的西北部主张应变率最大,都大于3.7×10-8/a.印度板块对欧亚板块的强烈碰撞与持续推挤力,重力势能差和上地幔的拖曳力是喜马拉雅山现今构造变形的主要驱动力。

地壳形变监测中的水准与重力资料联合解算

重复水准测量提供了点位高程变化的重要几何信息，但水准测量本身又受地球重力场的影响，在水准观测值中同时含有重力场的信息．重复绝对重力测量或相对重力测量提供了丰富的局部重力场的信息，由于点的重力值随高程变化而变化，因此，它们同时也含有点位高程变化的信息．经典平差方法将两类观测值分别解算，将互补的信息作为干扰加以改正，或作为噪声处理，这不仅丢失了有用的信息，而且有损于成果的精度．本文在整体大地测量框架内构制了这两类观测值的联合解算模型，给出了解算方法，研究了形变场的拟合和预测问题，并用实例进行了验证，得到了一些有益的结果．研究表明：联合解算可同时给出地面点的高程及其变化率和局部重力场的参数及其变化率，有利于信息的提取；联合解算的精度优于单独解算的结果；秩亏抗差解和拟稳抗差解分别优于相应的非抗差解；拟稳抗差解算方法自动选择拟稳点，有效地抵制了粗差和形变异常对起算基准的干扰；对于多期复测的资料，使用动态拟稳抗差估计，不仅能动态地寻找可靠的拟稳点，而且能保证动态变化参数免受或少受各历元观测粗差的干扰，可明显地提高动态参数的验后精度；当点位丰富时，建立形变模型并据此内插未测点的变形和推测某个时刻地壳的形变状态也是可行的．