汶川Mw7.9地震周边地区布格重力异常与岩石圈垂向构造应力场

前人研究给出,龙门山断裂带中南段地壳均衡异常显著,具有发生7级以上大地震的深部动力背景。2016年6月,我们围绕该均衡异常显著区域开展重力/GNSS加密观测,提高了该地区布格重力异常和地壳均衡异常场的空间分辨率。依据上述观测结果与前期同类观测数据,反演了汶川MW7.9地震周边地区地壳密度构造。结果显示,龙门山断裂带是地壳密度变化的高梯度带,其东侧地壳较薄,但其西部明显变厚,上、中、下地壳变化趋势均呈现上述特征;研究区东侧的莫霍面深度为35~40km,西侧为60~65km。此外,利用重力/GNSS联合观测数据计算了汶川MW7.9地震震中区周边地区岩石圈承载的垂向构造应力场,结果表明,汶川MW7.9地震震中区北部、宁强、峨眉山周边地区蓄积了-30 MPa至-40 MPa的负向构造应力,龙门山断裂带中南段蓄积了约40 MPa的正向构造应力,区域最大垂向构造应力分布在龙门山断裂带中南段,临近芦山MW6.6地震。统计结果表明,地震多发生在垂向构造应力高梯度带附近,或垂向构造应力的高值区域。

中国岩石圈应力场与构造运动区域特征

笔者系统分析了1918—2005年间中国大陆及其周缘发生的3130个中、强地震的震源机制解,根据其特征进行了岩石圈应力场构造分区,首次得到区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计数字结果。在此基础上研究了应力场的区域特征、探讨了其动力学来源以及构造运动特征。总体结果表明,中国大陆及其周缘岩石圈应力场和构造运动可以归结为印度洋板块、太平洋板块、菲律宾海板块与欧亚板块之间相对运动,以及大陆板内区域块体之间的相互作用的结果。印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、中国西部乃至延伸到天山及其以北的广大地区。在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量方位位于20～40°,形成了近NE方向的挤压应力场。大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区,以及天山等地区。而多数正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区,断层位错的水平分量位于近东西方向。表明青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动。中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制。华北地区大地震的震源机制解均反映出该区地震的发生大体为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果。台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界。来自北西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场。地震的震源机制结果还表明,将中国大陆分成东、西两部分的中国南北地震带是印度洋板块、菲律宾海板块与太平洋板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线。

苏鲁-大别造山带岩石圈应力场、构造运动特征以及超高压变质带折返机制的研究

苏鲁-大别造山带是华北、华南地块之间的大地构造交界带。本文分析研究了我国东部地区的3000余年的地震活动性,并根据1918～2006年间苏鲁-大别及其周围地区发生的1000余个地震的震源机制解,系统研究了地壳应力场和构造运动的区域特征,探讨了超高压变质带的折返机制。结果表明,苏鲁带以及华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制。右旋走滑运动是苏鲁地区和郯庐断裂带的现代构造运动的主要特征。地震发生类型多为右旋走滑型或右旋走滑正断层型地震。华南地区构造应力场主要表现为,受北西西向运动的菲律宾板块向欧亚板块碰撞挤压运动所产生的方位为110～120°挤压应力的控制。华北、华南地块之间现代地壳应力场的分界线,西部与秦岭带大致相符,在大别东开始则逐渐偏离大地构造,到黄山附近向东南偏转,在温州附近转为向东延伸,最终穿过东海直至琉球海沟。研究结果还表明,苏鲁-大别超高压变质带的折返运动机制,即致使大量超高压变质岩折返到上地壳或地表的岩石圈应力场背景原因为,中生代以来大华北地区存在着较强扩张应力场的主控作用。此外,岩石圈地幔的蘑菇云构造增强了华北地区扩张应力场及扩张构造运动,导致形成大量深裂谷、裂隙,深部物质上涌。苏鲁及东大别地带处于或接近蘑菇云构造运动发育地区的中心,深部地幔物质的上涌导致并加剧了超高压变质岩折返到上地壳或地表,形成了世界著名的苏鲁-大别超高压变质带。

青藏高原岩石圈多层构造应力场

青藏高原构造应力场可按岩石圈下层、多震层和浅层地壳区分为三层。除了震源机制解方法和井孔原地测量方法可分别用于推测多震层和浅层的应力状况外 ,还可根据下层塑性流动网络 ,采用平分网络共轭角的方法估计下层的应力方向。对比岩石圈下层与上层 (多震层 )的构造应力场 ,其结果表明 :由于板块边缘驱动力主要通过下层的网络状流动实现其远程传递 ,故在总体作用趋势上 ,上层的应力方向受控于下层 ;又由于高原靠近喜马拉雅驱动边界 ,部分驱动力直接沿上层传递 ,致使局部地区上。

亚洲中东部岩石圈塑性流动网络与构造应力场

:板块边缘驱动作用主要通过岩石圈下层的网络状塑性流动实现其向板内的远程传递 ,并控制上层的构造变形。相应地造成构造应力场的的多层分布格局 ,主要包括下层 (含下地壳和岩石圈地幔 )、多震层 (属于上部地壳 )和浅层 (浅表地壳 )应力场。这些层中最大压应力方向可分别采用塑性流动网络共轭角平分线、震源机制解和井孔应力测量等方法加以确定。根据对亚洲中—东部下层与多震层应力场的对比表明 ,大部分地区二者的应力方向基本一致 ,表明了下层对上层的控制 ,这对了解板内应力场的一般趋势与格架提供了基础。靠近驱动边界的局部地段 ,由于上部地壳直接的传递作用 ,往往导致上、下层应力方向的显著偏差 。

连云港─银川岩石圈壳─幔组合结构剖面构造应力场的有限元数值模拟

从岩石圈壳－幔组合结构出发，选择了大华北岩石围块体内一条NWW向连云港－银川的岩石圈壳－幔组合结构剖面，试图先从一个简单的力学模型开始，用二维有限元法得到岩石围（地壳和上地幔顶盖层）中的构造应力场的分布特征，从而解释板内地震与 岩石围亮－幔结构比值（R）相关的力学原因。

新疆精河6.6级地震周边地区密度构造、均衡异常以及岩石圈挠曲机理

依据EIGEN-6C4重力模型和ETOPO1高程模型数据,围绕新疆精河6.6级地震展开岩石圈均衡与挠曲机理研究,得到如下结论:(1)震中附近的布格与自由空气重力异常分别为-221和-92mGal(10^-5 m·s^-2),震中位于重力异常高梯度带上;(2)震中周边地区地壳厚度约为50km,密度结构总体变化平缓,东西方向地壳厚度变化较小,但自南向北地壳厚度逐渐变薄,精河6.6级地震初始破裂发生在上中地壳分界面附近;(3)震中附近岩石圈承载的垂向构造应力为20MPa左右,震中位于岩石圈垂向构造应力极大值附近的高梯度带上;(4)地震周边地区岩石圈有效弹性厚度最优解为26km,加载比最优解为F1=1,F2=F3=0,表明该区域岩石圈相对坚硬,且导致岩石圈变形的初始加载全部来自地表.

中国大陆科学钻探主孔2000米以上脆性变形构造应力场

在主孔2000米之内,存在复杂的脆性破裂系统和构造应力场。根据其充填物的特征,可划分为由石英、方解石和绿泥石等矿物充填的微破裂,发育石英、方解石等矿物薄膜或擦痕线理的微破裂和既无矿物充填、也无矿物薄膜的微破裂等3种不同类型的脆性应变现象,它们依次代表早、中、晚和深、中、浅3个不同构造层次的脆性变形。初步分析表明脆性变形阶段存在有以南东东-北西西向为主导的挤压作用、北东-南西向的区域挤压作用、南北向挤压作用和垂向伸展作用等4期构造应力场。郯庐断裂东侧的现代构造应力场在区域上具有极大的稳定性。在脆性和脆-韧性转换带,制约苏鲁高压-超高压变质带侵位的主导应力作用方式为自南东东往北西西方向的挤压,它在时间和空间上具有一定的稳定性。

青藏高原东北缘构造应力场及动力学特征

青藏高原东北缘是高原物质挤出的重要通道,也是深入认识青藏高原构造隆升和横向扩展机制的重要区域.本文利用中国地震台网在青藏高原东北缘布设的宽频带地震仪记录的波形资料,利用CAP全波形反演方法及基于P波初动极性和S/P振幅比的HASH方法,获得了研究区内M_(L)≥3.0地震震源机制解781组,同时收集了M_(W)≥4.6中强地震震源机制解96组,利用STASI阻尼区域应力场反演算法对该区的构造应力场分布特征进行了分析.结果显示,研究区震源机制P轴、T轴以及最大主应力轴σ_(1)和最小主应力轴σ_(3)总体上倾伏角较小,揭示了近水平的挤压或剪切应力环境.σ_(1)以NE向为主,且由巴颜喀拉块体西南部向外呈扇形辐射,至祁连造山带逆时针偏转为NNE向,至秦岭造山带顺时针偏转为ENE向—ESE向,分布特征与区内走滑型边界断裂活动性质相对应.水平最大主应力S_(Hmax)方向与σ_(1)分布特征基本一致,应力结构类型以走滑型为主,且R值具有明显的空间差异分布特征.柴达木—陇西块体和巴颜喀拉块体东南部与秦岭造山带和四川盆地的过渡区域,深浅地壳S_(Hmax)方向具有差异性,深部地壳变形与浅部可能发生解耦,其余区域不同地壳深度的S_(Hmax)方向一致性较好.联合基于原位地应力实测获得的地壳浅表层地应力状态、基于地震各向异性获得的地壳和上地幔变形特征以及基于GPS观测获得的地壳浅表层形变特征,讨论了青藏高原东北缘岩石圈垂向变形特征及动力学机制.结果表明青藏高原东北缘应力场与应变场特征一致,地表形变主要受控于区域构造应力场.壳幔变形机制和深部动力学特征极为复杂,很难用单一模式解释,青藏高原东北缘可能以岩石圈连续增厚变形与下地壳通道流的共同作用模式为主.

华北地区中东部岩石圈挠曲与均衡特性以及地震活动性分析

华北地区中东部涵盖北京、天津以及即将建设的雄安新区等大型城市,区内发育了张渤地震带等多条大型活动断裂,地震活动性较强,历史上发生过多次6级以上地震.本文利用Fan小波的布格重力异常一致性方法研究该区的岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比分布,同时基于均衡调整方法计算该区垂向构造应力分布,并将以上结果与历史地震活动进行统计分析.岩石圈挠曲分析表明,华北地区中东部的岩石圈有效弹性厚度为10～65 km,分布特征为自东南向西北逐渐减小.均衡调整初始加载比为0.5～0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.该区地壳承载的垂向构造应力约为-20～20 MPa,中西部地区垂向构造应力向上,东北和西南地区向下.统计分析结果显示,华北地区中东部的地震活动性随着岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比的增加而减弱,垂向构造应力零值区域地震活动性较弱.雄安新区的岩石圈有效弹性厚度大约为15 km,均衡调整初始加载比为0.5～0.6,垂向构造应力为15～20 MPa,岩石圈参数对应的地震活动性较强,相关结果对于新区建设具有一定参考价值.

大陆构造系统动力学及构造应力叠加场探讨

从＂系统动力学＂的角度，对大陆构造动力学系统的结构、组成和特性进行了初步探讨，并且指出大陆区域构造应力场是多种因素联合作用的结果，是多种内、外力的非线性动态叠加场，大陆构造应力叠加场的主要成分包括重应力场、热应力场、离心惯性应力场、板块互相作用应力场、壳幔相变应力场、地幔流剪切应力场和其他诸如地幔底辟、岩浆侵入等造成的应力场等。并以亚洲东北部中新生代断陷盆地系的形成演化为例，试图说明在大陆构造动力学系统内，各种因素总是以其固有的规律演化着，并且相互作用，相互叠加，甚至相互转化，导致构造应力场的多次转化，推动一场又一场不同方式、不同方向和不同性质的构造运动，使中国大陆区域出现纷繁复杂的构造图象，铸成了特有的山川盆湖的分布格局。大陆构造系统动力学与现有的各种大地构造学的有机结合，可能导致＂系统大地构造学＂的发生和发展。

岩石圈构造应力场及其作用过程

问题描述地球表面和内部发生的各种地质构造现象及其伴生的各种物理现象与化学现象,都与构造应力的作用密切相关,认识并阐明岩石圈应力分布及其规律,特别是深部应力状态,是解决地球动力学有关科学问题的基础。

构造地质学现状和进展——第31届国际地质大会构造领域学术成果综述

第31届国际地质大会于2000年8月6日至17日在巴西第二大城市里约热内卢召开.与以往国际地质大会一样,构造地质学的研讨是大会讨论的主要组成部分.本次大会在一般学科讨论中以构造地质学为专题进行了4个方面的讨论.

岩石圈构造应力场及其作用过程国际态势分析

构造应力场指地壳应力状态随空间点的变化。构造应力场是变化的,地震是在区域构造应力作用下积累的大量应变能达到一定程度时导致岩石圈岩层突然破裂错动的一种自然现象。大地震发生时!随着岩层的破裂释放出巨大能量,其中一部分以地震波形式传播出去。

对“用断裂系统研究欧亚东部板块构造”一书的评介

日本东北大学大槻宪四郎(Kens?iro Otsuki)的“用断裂系统研究欧亚东部板块构造”(Plate tecto-nies of eastern Eurasia in light of fault systems)专著(征求意见本)1985年由日本东北大学出版。全书分为三章,共有110页,38幅插图,并附有一幅卫星象片解释的“亚洲线性构造图(1/500万)”。本专著依据卫星象片解释获得了大量的信息和数据。

华北板内深部构造

华北板块的形成经历了早前寒武纪、燕山期及喜马拉雅期 3个主要构造发展期 ,由于华北板块自身运动及所受应力场的作用 ,加之上地幔岩石圈的不均一性等因素 ,在中、新生代形成许多特殊的板内构造块。综合应用地质、地球物理和地球化学的成果 ,对华北板内深部结构进行了研究。从深部构造角度划分出 6个金及多金属成矿带、4个金刚石成矿带 ,并对华北地区的地震及地热资源与新生带大陆裂谷的关系进行了探讨。

印度-欧亚碰撞带的动力学

根据大地测量学、地质学、地形学和地震数据,对亚洲地区(平均深度约100 km)垂向平均偏应力场进行了简单的新的动力学计算。通过解岩石层内与重力势能差有关的偏应力平衡方程和应力边界条件产生的一阶偏应力,我们可以初步得到对垂向平均偏应力的最小绝对强度和方向的估计。这种垂向平均偏应力场的初始估计与关于岩石层流变性的假设无关。其绝对值从5 MPa 变到40 MPa。假设岩石层有明显的粘滞性,与该区域其他较硬地方约1～2.5×10^(23) Pa s 的粘滞系数相比,由偏应力强度、GPS 和第四纪断层滑动速率得到的应变率,导出了西藏垂向平均粘滞系数为0.5～5×10^(22) Pa s。利用速度边界条件解力平衡方程的正向模拟,我们能改进对垂向平均有效粘滞系数分布和偏应力场的估计。总的垂向平均偏应力和有效粘滞系数场与西藏较软弱的下地壳是一致的,它们也与西藏和华南岩石层相对欧亚的东向运动一致,它们确证了重力势能差对青藏高原周围应变率的空间变化方式和强度有极深刻的影响。我们的垂向平均偏应力的结果表明,较强的岩石层部分位于孕震的上地壳内,其偏应力强度高达100～300 MPa(与实验室和理论摩擦试验一致,显示出地震的应力降是总偏应力的小部分)。

渤海湾盆地构造差异演化与油气差异富集

渤海湾盆地是中国东部最富油的新生代含油气盆地.盆地内各坳陷因区域应力场环境不同而表现出不同的断裂演化过程,垂向上的油气分布也具有明显的差异.本文基于各坳陷断层组合样式、发育密度和活动速率(FAR)的分析,阐述了渤海湾盆地断层发育演化的时空差异性.并通过区域应力场分析,探讨了断层活动差异的动力学机制.研究表明,渤中坳陷位于活动较强的营口-潍坊与北京-蓬莱走滑断层交会所形成的强烈转换拉张构造区,其主干断层活动最强,新近纪以来活动速率最大(FAR>10 m/Ma),在新构造运动期(上新世至今)甚至超过25 m/Ma,大部分油气可以通过这些断层发生垂向运移并在新近系成藏.远离渤中坳陷的其他坳陷新近纪以来断层活动速率减弱(FAR<10 m/Ma),新构造运动期近乎停止,不能成为油气垂向运移通道,油气主要聚集于古近系.因此,渤海湾盆地新近纪以来,尤其是新构造运动以来断层的差异活动控制了油气垂向的差异富集.

地球动力学研究中的地壳深部原地应力测量

一、引言原地应力测量对矿山开采、地下建筑工程、水利水电工程的设计与施工、油气田和地热能的开发利用、核废料处理、核电站建设及工程稳定性评价等具有重要的实际意义. 近年来,随着地应力测量的进展和资料积累,地应力测量日益受到重视.地壳内的各种地质构造现象和地震,及其伴生的物理化学现象都与地壳应力的作用密切相关.