青藏块体东北缘弹性块体边界负位错反演与强震地点预测

利用青藏块体东北缘1993—1999年、1999—2001年和2001—2003年3个时段的GPS 水平运动速度场成果,通过研究建立的弹性块体边界负位错模型反演,给出该区构造块体及 其边界断裂运动与变形差异、构造应变场时空分布、高应变能积累部位以及强度的定性分析 和定量描述．在充分考虑区域构造及块体应变的前提下,研究与该区6级左右及6级以上地 震地点预测相关的背景性前兆的共性特征．

川滇地区地壳水平运动的弹性块体边界负位错模型与强震地点预测

利用川滇地区1991～1999年和1999～2001年GPS水平运动速度场成果,通过研究建立的块体弹性变形及其边界负位错部分锁定的复合作用模型反演,获取地壳水平运动反映的块体变形差异、边界断裂的高应变能积累部位和锁定能量强度,以及区域构造应变场的时空演化图像。在充分考虑区域构造和块体变形的前提下,研究与该区6级以上强震孕育及地点判定有关的背景性前兆的共性特征。

台湾地区地壳形变的弹性块体位错模型

在经典的非震形变位错模型中,地壳形变被认为是活动块体刚性运动和上部断层锁定影响的叠加,本文对此模型进行了改进:(1)用活动块体整体运动和内部线性应变、旋转的贡献代替活动块体刚性运动的贡献;(2)用分层介质地壳模型代替半无限介质模型计算断层锁定的影响.利用改进后的非震形变位错模型,拟合了台湾地区1990～1995年间GPS观测资料.结果显示,在东部海岸山脉区,约有30 mm·a^(-1)的汇聚率被奇美断层消耗掉,运动速度从奇美断层向北迅速衰减.在西部平原地区,南部断层是岛内锁定最为强烈的断层,该地区相应的也是史上灾害性地震多发的地区.根据反演结果计算出的应变率与旋转率分布与前人结果在大部分地区一致,主应变率场显示台湾大部分地区存在近NW-SE方向的主压应变,主压应变方向呈扇形分布.旋转率场显示台湾东部和南部地区存在着逆时针旋转率,而西部和北部地区则为顺时针旋转率.

川滇地区地壳块体运动特征研究

通过对川滇地区块体细划，借助均匀弹性块体应变模型，利用1999～2007年和2009—2011年两个时段GPS观测地壳水平运动场，计算了这两个时间段该区块体应变状态、块体内部均匀弹性变形场及相邻块体边界带的相对运动。考虑汶川I地震、玉树地震对该区域的地壳运动的影响，分析计算结果认为：（1）计算结果较好地反映了该区域构造运动特征；（2）川滇地区块体东边界运动主要以走滑为主，安宁河断裂和则木河断裂的交汇部位表现为明显的左旋走滑运动受阻，且其两侧块体应变率积累显著，是未来可能的强震孕育区；（3）2009—2011年与2007—2009年相比，整个区域块体边界运动空间差异增强，可能反映了汶川、玉树地震对该区域地壳运动的影响。

青藏东北缘块体水平运动特征研究

借助均匀弹性块体应变模型,利用GPS观测获得的地壳水平运动速度场,分块计算各个块体的运动参数和应变参数。然后,利用计算获得的参数反算各个块体内部均匀变形场和相邻块体分界带的相对运动。在此基础上,结合构造特征,以及海原-六盘山弧形构造带的GPS速度剖面,研究了现今构造的活动性。

天山地震带境内外主要断层滑动速率和地震矩亏损分布特征研究

本文搜集、整理1998—2013年境内外天山及周边地区（包括中国新疆、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦等）500余个GPS观测点数据,采用GAMIT/GLOBK软件对其进行解算和平差计算,并利用了弹性块体模型计算区域块体边界断层闭锁深度、块体运动参数和主要活动断层的滑动速率.研究结果表明,东、西昆仑地震带闭锁深度最大（19km）,其次为南天山地区,闭锁深度达到17km,闭锁深度最小的为哈萨克斯坦（13km）;各块体相对欧亚板块作顺（逆）时针旋转,旋转速率最大（-0.7208±0.0034°/Ma）为塔里木块体,其围绕欧拉极（38.295±0.019°N,95.078±0.077°E）顺时针方向转动,旋转速率最小为天山东段（0.108±0.1210°/Ma）,而天山东、西两段无论是在旋转速率上还是在旋转方向上都有显著的区别.西昆仑断裂带的滑动速率（10.2±2.8mm·a-1）最大,南天山西段滑动速率为9.5±1.8mm·a-1,其东段为3.9±1.1mm·a-1;而北天山东段滑动速率（4.7±1.1mm·a-1）高于北天山西段（3.7±0.9mm·a-1）;塔里木盆地南缘的阿尔金断裂带平均滑动速率为7.6±1.4mm·a-1,其结果与阿勒泰断裂带滑动速率（7.6±1.6mm·a-1）基本相当;天山断裂带运动方式主要以挤压为主,而阿尔金、昆仑、阿尔泰以及哈萨克斯坦断裂带均是以走滑运动方式为主,除阿勒泰断裂带走滑方式为右旋以外,其余几个断裂带均为左旋运动.最后,利用主要断裂带的滑动速率计算出各地震带的地震矩变化率以及1900年以来地震矩累计变化量,其结果与利用地震目录计算所得到的地震矩进行比较,判定出各地震带上地震矩均衡分布状态,研究结果显示阿尔金、西昆仑、东昆仑和北天山东段断裂带存在较大的地震矩亏损,均具有发生7级以上地震的可能性,南天山东段和哈萨克斯坦断裂带地震矩亏损相对较小,具有孕育6~7级地震的潜能,而天山西段、阿勒泰地震矩呈现出盈余状态,不具在1~3年内有发生强震的可能.

天山地震带主要活动断层现今的滑动速率及其地震矩亏损

文中收集了1999—2015年天山地震带及其周边地区的GNSS数据,计算得到了速度场结果,并利用弹性块体模型计算了研究区域内各块体的闭锁深度和主要断层的滑动速率。研究结果表明:南天山断裂带西段的迈丹断裂的缩短速率处于高值状态,达(-6.3±1.9) mm/a,高于南天山东段;北天山断裂带西段的缩短速率同样高于东段。利用主要断裂带的滑动速率计算出各地震带的地震矩积累变化及1900年以来的地震矩释放变化量,以分析地震矩亏损分布,结果显示北天山山前断裂、迈丹断裂、额尔齐斯断裂带北段和喀什河断裂西段存在较大的地震矩亏损,具有孕育7级以上地震的潜能,而北轮台断裂、柯坪断裂带中段则呈现地震矩盈余状态,在未来的一段时间内不具备发生强震的可能。

基于GPS资料反演中国大陆主要断裂现今活动速率

断层活动速率分布提供了中国大陆地壳运动变形的图像.它不仅是解释中国大陆岩石圈变形动力学原因的关键,还是评估未来地震危险性的关键参数之一.本文根据中国大陆活动构造和地震活动分布建立了三维弹性块体模型,并利用最新的GPS资料计算了作为一个整体的断层系统中自洽的断层活动速率.计算结果显示,中国大陆内部绝大多数断裂带的活动速率小于20mm/a,并不存在类似于板块边界的快速运动.另外,中国大陆断裂带的活动存在东西差异,东部断裂带的活动速率大多低于1.0mm/a,而西部断裂带的活动速率最高达到18mm/a.本文给出的断层长期活动速率结果为中国大陆现今运动变形的动力学研究提供了新的约束.

碰撞带倾角和摩擦系数对陆-陆碰撞变形的影响

借助一个简单的大陆与大陆碰撞模型，即把两个大陆的碰撞简化为两个粘弹性块体的碰撞，两个块体之间的不连续变形面对应两个大陆之间的碰撞断裂带，运用三维粘弹性拉格朗日非连续变形有限元（LDDA）方法，通过分析模型中不连续变形面的存在对两个粘弹性块体碰撞变形的影响，探讨了大陆碰撞断裂带的倾角和摩擦系数对两个大陆碰撞变形影响的一般规律，给出了大陆碰撞变形的一些显著的特点。尽管运算模型的几何尺寸、边界条件等参考了印度和欧亚大陆碰撞的实际特征，但所得结果适用于更一般的情况。研究结果表明，碰撞断裂带倾角和摩擦系数对陆一陆碰撞变形有着重要的影响。当断裂带倾角在15～30°时，两个大陆板块碰撞导致的仰冲板块一侧隆升高度相对更大，利于形成高大的山脉，其中以15°倾角对应的仰冲板块一侧隆升最高；当断裂带倾角在30-45°时，两个大陆板块碰撞导致的俯冲板块的俯冲深度相对更深，利于形成深陷的盆地，其中以45°倾角对应的俯冲陆块一侧俯冲最深；当断裂带倾角≥75°时，两个大陆板块之间的相对俯冲和仰冲作用变得不明显。碰撞断裂带摩擦系数越小，碰撞过程中两个大陆板块之间相对俯冲和仰冲作用越强，形成高大的山脉和深陷的盆地要求碰撞断裂带摩擦系数≤0．2°从大陆与大陆碰撞变形构造特征看，除发育前陆盆地一山脉系统外，在仰冲陆块一侧靠近造山带后缘还发育呈不对称结构的挤压性凹陷，当两个大陆板块碰撞断裂带倾角在15-30°时，该类型凹陷更容易形成，其中以30°倾角对应的凹陷最深，反映其形成可能是大陆碰撞过程中陆块之间相对俯冲和仰冲运动的综合结果。

重力荷载作用下整浇钢筋混凝土无次梁楼盖梁工作性能研究

整浇混凝土无次梁楼益中,梁、板作为直接承担重力荷载的构件,楼盖梁板相互影响,共同工作。本文采用大型通用有限元分析程序ANSYS和SAP2000对整浇楼盖进行全SOLID弹性块体单元建模分析,同时也采用结构设计程序ETABS对整浇混凝土楼盖进行了纯杆系单元、杆+壳单元建模计算,分析和总结重力荷载下整浇楼盖梁的工作性能,找出目前杆系模型、杆+壳模型计算设计方法中不合理之处,为整浇楼盖梁设计的安全、合理、经济做出初步的探索。

青藏高原东北横向扩展运动研究

现今普遍认为，青藏高原在新生代晚期（20—12Ma）存在着从高原内部向其东缘的横向扩展。特别是，在青藏高原东南部发育大尺度SE—SSE向的横向逃逸运动，并得到了全球卫星定位系统（GPS）获取的地壳水平运动速度场的支持。然而，与青藏高原东南部表现出显著、清晰的横向挤出逃逸运动相比，青藏高原东北部的横向扩展运动的研究却仍然存在很大的不确定性：首先，源于青藏高原内部横向扩展运动是被限制在现今高原东北部以内，还是存在大尺度与中国大陆东部新生代伸展构造活动联系的逃逸运动；其次，高原东北部横向逃逸是以近E—W向的秦岭构造带作为扩展的通道，还是NEE向横向扩展并深入到六盘山断裂以东的鄂尔多斯地块南缘甚至其内部。

GPS观测研究现今青藏高原地壳形变机制——来自阿尔金断裂三维运动场及高原地壳减薄的证据

自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断裂,其运动学性质在20世纪70年代备受关注,不同量级的滑动速率引出了块体运动与东向逃逸和连续变形与地壳增厚两种端元模型。约10~15 Ma以来,在青藏高原南部与北部出现地堑与裂谷,为高原东西向拉张运动提供了证据,表明青藏高原开始经历地壳减薄过程。青藏高原形成以来形变场经历怎样变化,长时间尺度的地质学构造过程与现今GPS观测是否能够统一?10~15 Ma以来青藏高原地壳减薄过程造成高原高程怎样的变化?青藏高原北缘,尤其是跨阿尔金断裂具有怎样的现今三维地壳变形场,地壳应变是如何在北阿尔金断裂、祁漫塔格断裂和阿尔金断裂之间分配的?青藏高原北缘与塔里木盆地具有怎样的力学性质,对跨阿尔金断裂构造形变场造成怎样的影响?最后,GPS观测得到的现今地表形变场能够对青藏高原形变模式的争论作出何种解答?上述科学问题的解答,对于研究青藏高原隆升与变形过程具有十分重要的意义。本研究分为两部分。第一部分是青藏高原北缘三维震间运动场的观测与研究。在青藏高原北缘跨阿尔金断裂中段自建9个GPS连续台站并开展观测,根据区域研究特点设计无人值守的观测台站,具有低成本投入、高质量观测的特点。上述连续GPS台站的建立填补了青藏高原北缘,尤其是在阿尔金无人区地壳形变观测研究的空白,积累了宝贵的连续GPS数据;截止2015年7月,共有4年的连续GPS观测。数据分析结果证明,设计建站方法行之有效,GPS台站稳定、观测数据质量稳定、数据连续性稳定。结合使用中国大陆构造环境监测网络在研究区及邻域GPS连续台站数据作位置时间序列与速度场解算,获得青藏高原北缘地区跨阿尔金断裂中段现今三维形变场。使用三维线弹性后向滑移(backslip)块体运动模型,反演塔里木块体、北阿尔金块体、柴达木块体和祁漫塔格块体的三维块体运动。结果表明,北阿尔金山相对于塔里木盆地有(1.32±0.2)mm/a的抬升速率,相对于柴达木盆地具有(0.73±0.3)mm/a的抬升速率,可解释为北阿尔金块体存在显著的造山过程;阿尔金断裂有(8.21±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(0.66±0.60)mm/a的缩短速率;祁漫塔格断裂有(0.53±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(1.53±0.60)mm/a的缩短速率;北阿尔金断裂有(0.87±0.60)mm/a的左旋速率、(0.69±0.60)mm/a的缩短速率。同时,阿尔金断裂中、西两段滑动速率基本一致,约为8.0~10.0mm/a。定量研究结果支持连续形变与地壳增厚模型,表明相对塔里木块体,青藏高原北缘地区正在抬升、增厚,以北阿尔金山地区最为明显,抬升速率约达1.3mm/a。跨青藏高原北缘的阿尔金断裂、北阿尔金断裂和祁漫塔格断裂近200km的宽泛变形带内,南北向地壳缩短并不明显,缩短量仅约为2.9mm,且近一半缩短量发生在祁漫塔格山南侧。GPS观测阿尔金断裂车尔臣河段(~86°E)剖面表明,断裂两侧存在非对称变形特征。本文采用非对称变形模型反演GPS速度剖面数据,获得断裂两侧塔里木盆地和青藏高原北部的地壳介质剪切模量差异。结果显示,塔里木盆地地壳介质剪切模量约为青藏高原北部剪切模量1.53倍,相应S波波速比值为1.24,与Yang等人得到的地壳和上地幔三维VSV模型结果一致。地震学研究结果认为,青藏高原北部与东部地区在中地壳存在低速层,局部区域可能发生部分熔融;Hacker等进一步确认羌塘地块中地壳到深部地壳存在熔融现象。本文的研究运用了与地震学完全不同的资料,通过大地测量方法推导青藏高原北部与塔里木盆地的地壳介质力学性质差异,得到与地震学研究得到的S波波速比及其构造物理学解释相当一致的结果。成果为青藏高原力学演化模型提供新的约束。本论文第二部分内容是使用覆盖青藏高原及周边的GPS速度场,计算青藏高原内部应变率场。GPS观测速度场不仅显示了南东东-北西西向的地壳拉张过程,也揭示了青藏高原内部更加重要的地壳减薄过程。结果显示,青藏高原北部和南部的垂向应变率(减薄应变率)分别为(8.9±0.8)nanostrain/a和(7.4±1.2)nanostrain/a,青藏高原西南部的垂向应变率为(12.0±3.2)nanostrain/a,表明青藏高原内部大尺度范围应变率测量结果的一致性。并且青藏高原内部的拉张应变率观测也相当一致,青藏高原北部,沿着N114±1°E主应变方向的拉张应变率为(21.9±0.4)nanostrain/a;高原南部沿着N93±1°E主应变方向的拉张应变率为(16.9±0.2)nanostrain/a;高原西南部沿着N74±3°E主应变方向的拉张应变率为(22.2±1.8)nanostrain/a。如果地壳减薄开始于10~15 Ma,并且现今观测得到应变率适用于整个时间跨度,那么地壳累积减薄5.5~8.5km。应用Airy地壳均衡理论,青藏高原的平均高程将下降~1km。青藏高原北部、南部和西南部相似的垂向应变速率也表明,在3个区域的地壳拉张、正断裂运动和地壳减薄过程由相同的物理机制所支配。综合上述两部分研究成果,发现青藏高原现今垂向运动在高原内部和边缘地区存在很大差别。高原内部地区正在经历地壳减薄,而高原边缘地区正在经历不同程度的增厚与隆升。青藏高原北缘地区的垂向应变率约5~20nanostrain/a,如果考虑重力均衡作用,对应的垂向隆升速率在0.04~0.14mm/a左右。但是,对于局部地区如北阿尔金块体,其底部受到塔里木盆地南缘下插挠曲板块的支持,在没有重力均衡情况下,垂向隆升速率可能达到1mm/a。喜马拉雅地区呈现不同水平的垂向形变,垂向应变强烈(约10~80nanostrain/a),山脉底部受到印度下插板片的支持,无法通过重力均衡假定由垂向应变率估计隆升速率。但由GPS与水准数据约束的俯冲板片模型推测山脉隆升速率达到约7mm/a。而对于祁连山地区,GPS应变率推测得到垂向应变率约20~40nanostrain/a,应用地壳均衡理论,平均隆升速率为0.15~0.3mm/a;而由于逆冲推覆构造与褶皱变形带的存在,中下地壳有可能仍存在弹性变形,不能实现完全重力均衡,实际隆升速率有可能高于这一估计。本文研究给出青藏高原不同地区三维形变场与形变速率的定量估计,是对连续形变与地壳增厚形变模型的重要修正。结果并不支持块体运动与东向逃逸模型,并认为高原南北双向俯冲模型中的塔里木块体南向俯冲几乎不存在。