华北地块近期构造变形和强震活动特征研究

华北地块近期构造变形和强震活动特征研究

唐方头[1]2003年在《华北地块近期构造变形和强震活动特征研究》文中认为中国大陆现代以块体构造变形为主要特征。随着研究工作的深入,块体活动的普遍性被越来越多的科学工作者所认同,导致了活动地块理论的诞生。活动地块是被形成于晚新生代、晚第四纪(100~120kaB.P.)至现今强烈活动的构造带所分割和围限、具有相对统一运动方式的地质单元。活动地块边界构造活动强烈,绝大多数强震都发生在地块边界的活动构造带上。活动地块具有新生性、层次性、整体性和立体性四个基本特征。中国大陆及邻区可以划分出6个一级活动地块,它们是:青藏、西域、华南、中缅、华北和东北活动地块。华北地块位于中国大陆的东部,与青藏、西域、华南和东北4个一级活动地块相邻,其地震活动强度和构造变形在东部地区最强,也是中国大陆强震活动最强烈的地区之一。华北地区人口稠密、经济发达,也是祖国的首都所在地。加强华北地块构造变形和地震活动规律的研究,对于防震减灾,为国民经济建设服务,具有重要意义。本文以华北地块为研究对象,对华北地块近期构造变形和强震活动进行了较为详细的研究,初步认识了华北地块内部与边界带的构造变形、强震活动的关系,并对其成因机制进行了初步探讨。 一、中国大陆的活动地块与强震活动 在前人对中国大陆活动地块划分的基础上,研究了中国大陆活动地块与强震活动的关系。进一步证实了中国大陆的强震活动明显受活动地块的控制,其中52%以上的6级地震、73%以上的7级地震和100%的8级地震发生在一、二级活动地块的边界带内;多个活动地块边界带相互交汇、相互作用的地带往往是强震高发区;特别是几个一级活动地块的交汇部位,更是强震集中发生的地区;而且不同构造部位地块的活动性也有差异,以南北地震带为界,西部地块的活动性等明显高于东部地块,在西部地区,青藏地块活动性最高,而对于东部地区,华北地块活动最强烈。 二、华北地块与强震活动 利用华北地块已有研究成果,对华北地块的构造演化特征进行了研究,认识到华北地块内的主要构造单元都表现出新生与继承的辩证发展。根据地块内地质、地球物理与强震活动等资料,将华北地块进一步划分成3个二级地块(鄂尔多斯、华北平原和鲁东—黄海),并对其中的一些二级地块进一步细分为叁级和四级地块。 通过对华北地块内强震活动的研究,进一步证实了活动地块对地震活动的控制作用。华北地区二级活动地块边界带和活动地块内部5级以上地震的密度相差2.5倍以上,每平方千米地震释放能量是地块内部的30倍以上;7次8级特大地震都发生在一级、二级活动地块的边界带上;7级大震除一级、二级活动地块的边界带外,在叁级活动地块的边界带上也有分布,而4级活动地块的边界带上只有6级强震发生。研究结果表明,华北地块不同构造部位的构造单元内的活动强度存在差异,对于二级地块:华北平原块体活动最强、鄂尔多斯块体活动最弱;对于叁级地块:东南鄂尔多斯亚块体活动性大于西北鄂尔多斯亚块体,豫皖亚块体活动性明显大于太行亚块体和冀鲁亚块体;对于边界带:鄂尔多斯西南弧活动性最强烈,而华北平原块体和鲁东—黄海块体的南部边界带则活动较弱;大致以NE向大同—环县基底隐伏断裂、豫皖亚块体西边界和鲁西微块西边界的连线之间是华北地区活动最强的区域。 华北地块地震活动在时间上具有明显的活跃期与平静期交替出现的特征,在空间上不同活跃期有不同主体活动区域。第一跃期7级以上大震主要发生在鄂尔多斯块体的边界带;第二活跃期7级以上大震主要分布在鄂尔多斯和华北平原块体的边界带上;而第叁活跃期7级以上大震除在二级活动地块的边界带发生外,在华北平原和鲁东一黄海块体的内部也有分布。研究还发现华北地块不同震级地震在活动地块内部和边界带的分布差异很大,震级越大两者的差异越大;地块级别降低,各震级地震的频度和能量释放在块内与边界带的比值都减,J。叁、华北地块近期构造应力场和断裂活动研究 利用近期震源机制解资料研究华北地块构造应力场,证实了区内主压应力方向为NE一NEE,强震发生主要受区域应力场控制。同时发现,在强震活跃期间,在与强震发生有关的边界带内震源机制解主压应力P轴的方向与区域应力场基本一致,而在地块内和其它边界带上则存在一定的差异;平静期间,则总体与区域应力场基本一致。 利用GIS对华北地块活动断裂与地震活动进行统计研究后现,华北地块内地震活动在不同时期受不同构造控制。具体表现为,在1474一1804地震活动活跃期内,强震主要受NE断裂组控制;1805年以来强震主要受NW断裂组控制。1970年以来,5级以下地震活动主要受NE断裂组控制;6级以上强震主要发生在NE和NW断裂组交汇区内。 跨断层测量资料表明,邦庐断裂带和太行亚块体内断裂的近期构造变形强度明显小于张家口一渤海断裂带和山西断陷带;山西断陷带东缘断裂的近期构造变形强度明显弱于西缘;华北地块对于NE走向断裂作用为主的构造单元(包括地块和边界带),强震活动时段的断层运动速率明显小于强震活动较弱的时段;对于NW走向断裂作用为主的构造单元,强震活动时段的断层运动速率明显大于强震活动较弱的时段;对于NE、NW走向断裂?

雷启云[2]2016年在《青藏高原东北缘弧形构造带的扩展与华北西缘银川盆地的演化》文中指出中国大陆在新生代既承受着印度板块的楔入作用,同时又受到太平洋板块俯冲的影响。在两大地球动力系统的控制下,中国大陆东部和西部的构造变形样式呈现出完全不同的面貌。青藏高原和华北地块是中国大陆东、西部构造的典型代表,研究二者在构造变形方面的相互关系,是大陆动力学的一个重要课题。宁夏地区位于青藏高原东北缘和华北西缘,是研究上述课题的极佳窗口。在青藏、阿拉善、鄂尔多斯3大地块的相互作用下,宁夏断裂活动性质多样,在其南部和北部形成了两类性质截然不同的构造:南部是数条左旋走滑断裂与端部逆冲断裂组合而成的弧形构造带,属于青藏高原构造域;而北部则为由数条正断裂控制的银川断陷盆地和贺兰山,形成了典型的盆山构造,隶属于华北构造域。由3支次级断裂组成的罗山-牛首山-贺兰山西麓右行剪切带分割了宁夏南部和北部的构造。本论文以该断裂带的构造变形为切入点,通过研究晚新生代以来弧形构造带的扩展与银川盆地的演化,明确宁夏南北构造之间的关联,为讨论中国大陆构造变形的动力学提供参考。主要获得以下认识:野外地质调查和断裂带初步地质填图表明,贺兰山西麓断裂、叁关口-牛首山断裂以及罗山东麓断裂首尾相接,具有相同的右旋走滑性质,晚第四纪以来活动强烈,共同组成了一条特殊的右旋剪切带。与一般意义的断裂构造不同,这条断裂带在几何上不连续,产状上有变化,各个次级断裂又有着不同的边界意义,分割了不同的地质构造单元,表现出不同性质的垂直运动。在断裂带内,贺兰山西麓断裂是阿拉善地块和贺兰山断块的分界,向东倾斜,剖面上为逆断层;叁关口断裂斜切了贺兰山断块,倾向西南,垂向为逆断层;柳木高断裂是贺兰山南部和银川盆地的分界,倾向北东,垂向为正断层;关马湖断裂是青藏高原东北缘和银川盆地的边界,倾向北北东,剖面上为正断层;罗山东麓断裂则是鄂尔多斯地块和青藏高原东北缘的界线,北段向东倾斜,南段倾向多变。这一复杂的断裂系统构成了宁夏南部青藏高原东北缘弧形构造和北部华北西缘盆山构造的分界线。野外地质调查发现叁关口-牛首山断裂具有明显的右旋走滑特征,而非前人认为的左旋走滑。在其北段叁关口断裂上表现最为明显,形成于古生代、中生代、新生代的地质界线均被右旋错动,山脊、冲沟均发生了右旋扭动。断裂的最大走滑位移约为961 m,由地貌测量和沉积物测年获得的晚第四纪以来平均水平和垂直滑动速率为0.35 mm/a和0.09mm/a,由古地震研究获得水平和垂直滑动速率为0.34mm/a和0.1mm/a。断裂中段柳木高断裂晚第四纪以来的平均水平和垂直滑动速率为0.59mm/a和0.03mm/a。晚第四纪以来,叁关口断裂上发生了3次古地震事件,第I次事件发生在距今25.11~27.63ka之间,第II次事件发生在距今17.34~18.09ka之间,第III次事件发生在距今8.18~8.32ka之间,叁次事件间隔分别为8.65ka、9.47ka、8.25ka,平均复发周期为8.8ka,同震水平位移为3m,同震垂直位移为0.9m。叁关口断裂的古地震复发模型属于特征地震类型,离逝时间已较接近平均复发周期,该断裂未来的地震危险性值得关注。贺兰山西麓断裂是一条右旋走滑兼逆冲的全新世活动断裂,最大走滑位移不小于800m,第四纪晚期的平均水平滑动速率为0.28mm/a,垂直滑动速率为0.11mm/a。断裂中段的组合探槽揭示了3次古地震事件:第I次事件发生在距今30.54~30.6ka,第II次事件发生在距今10.15~11.24ka,第III次事件发生在距今6.16~4.83ka,古地震复发周期接近5000a,第I次事件和第II次事件之间事件记录不完整,最新一次事件的离逝时间已接近复发周期,该断裂未来的地震危险性值得关注。罗山东麓断裂南段(庙山-西泉)向北并不和牛首山东麓断裂相连接,而是以近南北向继续向北延伸,直抵银川盆地南部的双吉沟一带。罗山东麓断裂北段(孙家滩-双吉沟)同样具有明显的右旋走滑特征,一系列冲沟跨断层发生同步扭动,晚第四纪的水平滑动速率在1.31~1.54mm/a之间,也即1.43±0.11mm/a。重新估算罗山东麓断裂南段(庙山-西泉)晚第四纪的水平滑动速率大于且接近1.4mm/a。罗山东麓断裂南段和北段的水平滑动速率值较接近。银川盆地的沉积和演化受4条主要正断层的控制。贺兰山东麓断裂中北段的晚第四纪垂直滑动速率为1.3mm/a,南段为0.1mm/a,光释光样品测试结果显示贺兰山东麓断裂的最后一次破裂事件发生在距今600-700a以来,对长城夯层分析和错动复原表明修筑于500a前的明长城确实被其错断。芦花台隐伏断裂南段为中更新世末活动断层,北段为全新世活动,其垂直滑动速率为0.18mm/a,于地下5km和贺兰山东麓断裂相交。银川隐伏断裂向北终止于姚伏镇,全新世活动段不超过36km,最后一次地表破裂事件发生在距今3400±78a之前不久,晚第四纪垂直速率为0.22mm/a,槽探、钻探和浅层地震勘探结果显示断裂具有原地复发破裂的特征和显着的生长特性,断裂没有发生断错被松散层吸收而未抵达地表的现象。黄河断裂虽然在深部切割了下地壳,但在浅部活动并不强烈,调查表明其北段的红崖子陡坎并非断层陡坎,钻探显示该断层在距今3625±35a以来没有活动,3万年以来的累计位移仅为0.96m,垂直滑动速率为0.04mm/a,南段活动相对较强,垂直滑动速率为0.24mm/a。因此,贺兰山东麓断裂是银川盆地内活动规模最大的正断层,也是1739年平罗8级地震的发震构造。边界断裂带在晚新生代经历了两个阶段的构造变形过程:早期(上新世末,约2.7ma),以地层褶曲变形为主,表现为次级地块的缩短和区域性的抬升,是青藏高原东北向扩展推挤的结果;后期(第四纪初),则转化为断裂的右旋走滑活动,表现为次级地块的侧向挤出,是高原扩展受阻侧向挤出和鄂尔多斯地块逆时针旋转共同作用的结果。青藏高原东北缘弧形构造带的扩展是以数个次级地块分阶段逐次向外推挤而实现的,高原扩展抵达到海原断裂、天景山断裂以及叁关口-牛首山断裂附近的时间分别为10ma、5.4ma、2.7或2.6ma,次级地块的运动状态控制了边界断裂的运动性质,次级地块受阻后侧向挤出是导致边界断裂带性质转变的根本原因。银川盆地在地壳内发生了双层伸展,地壳深部的运动控制了浅部构造活动。在下地壳,两条相向的韧性剪切带将上地幔的水平伸展力转化为向下的垂直运动。韧性剪切带所挟持下地壳的垂直运动使得上下地壳解耦,并在c面上发生剪切滑脱。通过c面滑脱和贺兰山断裂面的共同调节,下地壳的大部分垂向运动在上地壳底部转化为共轭的水平拉张力,引起银川断裂和贺兰山断裂之间块体的垂向运动,导致了上地壳数条脆性正断层的活动。贺兰山在晚新生代以来经历3个阶段的隆升,分别是10-12ma向西南的快速掀斜隆升、上新世末中南段的区域性抬升、第四纪以来断块式的差异隆升。贺兰山东侧的掀斜隆升可能受控于下地壳韧性断裂活动产生的抬升力,而贺兰山西侧则受到阿拉善地块的上地壳斜向楔入的抬升力,在两种构造力的作用下贺兰山整体发生断块式的差异性抬升。宁夏南、北部的构造是两个相对独立的构造体系,南部的构造活动受控于青藏高原的推挤作用,而北部受控于华北岩石圈的伸展运动,二者有着独立的构造演化过程,但在重要的构造变形事件上却趋于同步。在10-12ma,银川盆地的断陷收缩及贺兰山快速掀斜隆升和高原扩展到海原断裂的时间同步;在5.4ma,银川盆地的扩展和高原扩展抵达天景山断裂的时间同步;第四纪初(2.6Ma),银川盆地的再次收缩和高原扩展抵达边界断裂带同步。北部构造的形成要早于南部,南部的构造变形又对北部施以影响。这种影响在早期可能是通过对鄂尔多斯地块深部的作用间接实现,而在后期,则通过浅层的构造变形直接扩展和抵达北部构造区域,并在局部予以改造和影响。第四纪以来,宁夏及邻区的构造变形以地块运动为主要特征,青藏、鄂尔多斯、阿拉善3大地块的差异运动引起了不同构造部位不同性质的断裂活动,以实现对各块体间的构造转换平衡。在宁夏南部,以左旋走滑断裂和逆冲断裂的组合来协调青藏高原相对阿拉善的左旋剪切和相对鄂尔多斯地块挤压推挤运动,在宁夏北部,以右旋走滑断裂和正断裂的组合来协调鄂尔多斯地块相对阿拉善地块的右旋剪切运动。对宁夏南、北部晚新生代构造变形的研究结果表明,从浅表构造变形的角度,青藏高原的扩展对华北地块的影响有限,二者的现今边界仍位于华北的西缘地带。华北西缘断陷盆地的形成和演化主要受太平洋板块俯冲动力系统的控制,青藏高原扩展抵达华北西缘后才对其施加局部影响,早期可能通过地壳深部作用间接实现,而后期则通过浅表构造变形直接完成。

牛之俊[3]2006年在《用全球定位系统(GPS)研究中国大陆现今地壳运动模式》文中认为中国大陆受周缘板块的挤压、各块体间的相互作用影响,致使其内部聚积了特别强大的构造作用力,历史上成为板内构造最活跃、板内地震最强烈的地区,构造变形覆盖了印欧碰撞带以北两到叁千公里的范围。正确理解大陆构造变形运动过程及其动力机制,是探求地震成因和进行中、长期或短临地震预报的首要前提。因此,必须首先获取分辨精细、精度一致的岩石圈构造变动速度场,而岩石圈构造变动速度场的获取必须以质量均匀、分布广泛、密度适当的地壳变形和应变的实测资料作基础。迄今为止,对此运动、动力过程的认识基本来自第四纪以来主要活动断层大量观测调查及百余年来地震矩张量反演。中国大陆的晚新生代构造变形分布十分广泛,获取第四纪活动断裂和活动褶皱的定量数据需要漫长的时间和大量的投入,短时间内很难完成。地质学、地震学对地壳整体运动研究仍是一种间接推算,受资料来源及分析方法上制约,其准确性与可靠性在短期内难有根本提高,对现今地壳运动形态的精细观测更难有作为。与地质、地震资料相比,GPS观测结果具有量化清晰、精度高,时间尺度一致,动力学意义明确等优点,逐步成为岩石圈大尺度构造运动与动力学研究的重要基础资料。自上世纪八十年代开始,中国大陆现今地壳运动的GPS监测资料日益丰富,一张全面反映中国大陆地壳运动的速度图像已经形成,使利用GPS测定的站点速率,研究构造变形的模式速度场成为可能。本文继续了前期工作,主要用“中国地壳运动观测网络”实测速率值(1200个测站),通过数值模拟技术构建了南至青藏高原南侧的印欧板块碰撞边界和南中国海,北至贝加尔湖,西至咸海以东的中亚地区,东以日本海以西为界的中国大陆构造变形的整体速度场。为此本文针对构造变形是以连续还是以分块的方式进行了对比研究。首先在地块细分的多样性和块体边界的不确定性条件下,中国大陆的构造变形运动虽然块体或断裂带之间的非连续性是绝对的,可当假定中国大陆运动在重力驱动下类似流体缓慢流动,认为可将变形描述为连续粘性介质运动。基于此,本文利用球面上双叁次样条函数数值模拟方法,将离散的值在空间域上连续化,来求解中国大陆的构造变形场,应变场。然后本文根据块体、非连续变形假定反演中国大陆GPS速度场,结合中国大陆活动构造背景,建立地块运动模型。以整个变形区域内的主要走滑断层、正断层和逆断层为边界细致划分块体来同时模拟弹性岩石圈块体的旋转和边界断层闭锁产生的应变。给出了33个块体的细致模型和29个块体的简化模型;得到了各主要断层的活动速率、地块运动速率、欧拉矢量以及应变率。两种模拟GPS观测结果显示:(1)印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压是构成中国大陆内部岩石层水平形变的主要驱动力;对中国大陆及周边地区构造活动的连续变形分析还表明GPS推算的数年尺度应变场的平均最大、最小水平主压应变率方向与长期地质资料、百年尺度地震资料展示的应力状态基本吻合;(2)绕东喜马拉雅构造结,模型速度场和主应力方向有近似180o的顺时针旋转,说明中国东南部的应力场主要受到了周边特定板块边界的作用;(3)太平洋板块和菲律宾板块作用力虽然比印度板块的作用力小,但仍然是影响中国大陆东部的重要因素;(4)以玛尼-玉树-甘孜-理塘断裂带为中心构成了一条现今地壳物质东流带,并且青藏高原物质向东的挤出或流动没有超出其东边界,而是在东边界一带转化成绕东喜马拉雅构造结的顺时针旋转;(5)青藏高原内部以连续地壳变形或均匀地壳缩短为现今构造变形的主要特征,印度和欧亚板块之间相对运动量的90%被青藏高原的现今地壳缩短速率所吸收和调节,且西藏中部东西存在东西向的拉张,其拉张速率为16mm/yr左右;(6)阿尔金断裂带的左旋走滑速率是5.8±1.5 mm/yr ,祁连山和阿拉善之间的左旋走滑速率是6.5±2.0mm/yr,横穿喜马拉雅和青藏的南北向压缩速率为19.0+/-2.0 mm/yr,穿过西天山的南北向压缩速率为14.0±1.1 mm/yr,穿过中天山的南北向压缩速率为7.9±1.2mm/yr;(7)塔里木块体围绕欧拉极(37.39°N, 96.4°E,-0.533°/Ma)相对西伯利亚作顺时针旋转,华南块体则围绕欧拉极(63.38°N,159.87°W)作轻微的顺逆时针方向旋转,鄂尔多斯块体围绕欧拉极(49.06°N,118.51°E,0.213°/Ma)相对西伯利亚作逆时针方向旋转。从统计结果和GPS残差图来看两种模型在中国大陆范围内都得到了较好的模拟效果。但连续模型似乎得到更好拟合效果,但这并不表明分块模型不能适用于大陆构造研究。实际上,本文得到的块体滑动速率、活动断裂滑动速率说明无论青藏高原,还是整个中国大陆,现今活动构造变形仍可以视为有限制的较低速率岩石圈和块体运动,不过进一步比较有待今后更多的GPS数据和地质、地震资料。

陶玮[4]2003年在《强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究》文中认为许多学者(马宗晋等,1986;张肇诚等1994;洪汉净等,1994,1997;黄圣睦等,1996)通过对本世纪以来中国大陆及邻区强震活动的研究,逐渐认识到:在一定时期内,中国大陆及邻区内强震活动有相对集中的地区,称为强震活动主体地区,本文简称为主体地区;不同时期的主体地区在空间上有较大距离的转移与变换。强震活动主体地区体现了大陆内某段时期的应力状态。主体地区发生大范围迁移的时期约为十几年时间尺度,称为微动态期。不同时期的主体地区反映了大陆内应力场的快速变化。要解释这种应力场快速变化必须回答:动力来源、应力快速积累机制、影响应力场变化的主要因素等问题。 中国大陆内地震属于板内地震,有不同于板块边界地震的物理机制。中国大陆周围受到印度、太平洋和菲律宾海叁大板块的联合作用,并且岩石圈结构复杂,具有横向和纵向不均匀性,这些因素必然影响大陆内的应力场分布,从而影响大陆内强震的活动,但是其影响方式和物理过程,都需要进一步的研究。本文从中国大陆动力学背景特征、应力在岩石圈中的传播特征、大陆岩石圈介质特征、前期强震活动对局部地壳的影响等方面进行较全面的计算和模拟,希望能较好地理解和探讨以上问题。 动力学分析表明,大陆周围的印度、太平洋和菲律宾海板块边界的活动是一个动态过程。通过推导常速度边界条件下应力在双层粘弹性模型中传播的解析解,本文分析论证了在周围板块边界动态作用下,应力可以通过岩石圈韧性层的作用,在大陆地壳内快速积累。从而证明板块边界的动态活动,可能是影响大陆内应力场快速变化的动力来源。本文又通过计算中国大陆的上、中、下地壳温度、粘滞性系数等值线分布,和地块的温度、粘滞性系数变化特征,分析了大陆内的介质分布特征,进一步理解了中国大陆的构造背景和孕震环境。从而证明大陆内介质的不均匀分布会在一定范围内影响应力集中位置。本文通过对大陆内强震释放应变能的分析和计算,做出各时期的强震释放应变能背景图,帮助分析前期强震对于局部大陆地壳的影响。 在以上工作的基础上,根据对大陆介质的计算,和各时期的强震释放应变能背景图,设计各时期中国大陆及邻区叁维粘弹性非均匀有限元模型,根据板块边界的强震活动,量化各时期动态板块边界活动状况,作为不同时期的边界条件。首先模拟了板块边界的不同运动状况对大陆内活动块体边界上剪切力的影响,然后顺序模拟了中国大陆各期强震活动的剪切力变化情况,与大陆内相应时期的实际强震活动状况对应较好。验证了通过影响大陆内动态应力分布,进而影响强震活动主体地区的形成和迁移的主要因素为:(1)大陆周围板块边界的动态活动;(2)大陆内地壳介质不均匀分布;(3)前期强震对周围地壳介质的影响。并初步理解了强震活动主体地区的形成和迁移过程。 为进一步了解在太平洋和菲律宾海板块边界俯冲对中国大陆东部的影响,利用参考俯冲板块形态建立的中国大陆叁维粘弹性非均匀有限元模型和俯冲诱发地幔对流模型,模拟出海洋板块的俯冲对大陆东部应力场产生的复杂影响,理解了大陆东部一些现象的物理机制,例如:由于俯冲作用,在大陆东部岩石圈内形成局部地幔对流;虽然受到海洋板块的西向俯冲,但在大陆东部边界附近却存在引张作用以及较大的东向运动;大陆东部地区出现挤压、引张、挤压作用相间排列的情况。一、对影响中国大陆应力场变化的重要因素的考虑和计算分析 地震是差异应力的产物,中国大陆内的6级以上强震多是构造强震。因此要理解强震主体地区的形成机制必须从了解大陆应力场入手。中国大陆及邻区处在印度、太平洋和菲律宾海叁大活动板块边界之间,其应力场格局受到这叁大板块活动情况的直接影响。通过对中国大陆强震的特殊动力学背景的分析,认识到大陆周围的板块活动并不是均衡的,而是不断变化中的动态过程,并且通过以前的工作认识到,印度板块边界的活动基本控制了应力场的主要格局,而太平洋和菲律宾海板块边界都会对大陆内部应力场产生重要的调整作用。 虽然强震绝大多数是发生在中、上地壳中,然而破碎的上地壳无法远距离传递应力,那么板块边界作用是如何影响到大陆深处的呢?又是如何在几十年甚至十几年的时间尺度内引起大陆内应力场分布发生较大变化呢?板块边界作用是作用于整个岩石圈深度上的,显然只考虑板块边界对地壳脆性层的作用是不合理的,在此必须考虑整个岩石圈的分层流变结构在应力传递中的作用。板块边界的运动是一个动态的过程,板块常以一定速度推进(如印度板块的推挤速度),而不是维持定常力作用在相邻的板块上,在这种情况下边界上的速度是常量。因此,本文在Kuszni:&Bott(1977)双层粘弹性岩石圈模型(上层粘滞性系数较大,下层粘滞性系数较小)的基础上修改模型,以速度作为边界条件进行模拟计算,给出解析解。并证明,如果给定两层模型的杨氏模量和各层的厚度比,则一F层所占厚度比越大,在上层中应力集中速度越快,可以极大的缩短应力积累时间。从而证明在板块边界连续动态作用条件下,地壳韧性层和岩石圈地慢在应力的传播和集中过程中起了很重要作用,岩石圈

张培震, 邓起东, 张国民, 马瑾, 甘卫军[5]2003年在《中国大陆的强震活动与活动地块》文中研究指明中国大陆晚新生代和现代构造变形以地块运动为主要特征,活动地块是被形成于晚新生代、晚第四纪(10~12万年)至现今强烈活动的构造带所分割和围限、具有相对统一运动方式的地质单元。不同活动地块的运动方式和速度是不同的,地块间的差异运动在其边界最强烈。强震是在区域构造作用下,应力在变形非连续地段不断积累并达到极限状态后突发失稳破裂的结果,活动地块边界带由于其差异运动强烈而构造变形非连续性最强,最有利于应力高度积累而孕育强震。我国大陆几乎所有8级和80%~90%的7级以上强震发生在活动地块边界带上,表明地块间的差异运动是大陆强震孕育和发生的直接控制因素。

范俊喜[6]2002年在《鄂尔多斯地块运动特征研究》文中研究说明中国大陆构造的成块性与中国大陆地震活动的成组性构成中国地震构造和地震活动的一个突出现象。论文研究了两者之间的联系,论证了地震活动的成组性与地质构造的成块性的关系,划分了地块活动类型。研究地块的运动特征是认识地震活动规律的关键问题之一。考虑到鄂尔多斯地块是中国大陆一个典型地块,地块内部构造简单,周缘则是着名的强震活动带,本文以之为例加以研究。利用地质、地形变和震源机制解资料对鄂尔多斯地块的运动过程进行了详细解析,发现鄂尔多斯地块的活动表现为整体性运动,其不同方向边界带的活动存在着交替性,从而建立了1000年来鄂尔多斯地块的运动动态过程,并用数值方法模拟了鄂尔多斯地块的运动和周边构造应力场。 一、中国大陆地质构造的成块性与地震活动的成组性 在前人对中国大陆地震成组划分的结果和地块划分方案的基础上,研究了中国大陆地块与成组地震活动之间的关系。发现大部分强震分布于地块边界断层上,成组地震的孕育和发生与块体活动有关。由成组地震震中分布图表现出来的地块活动方式主要有如下四种类型:①单缝式(相邻地块)活动型(A),一组强震分布于两个相邻地块或两个相邻组合地块的共同边界上,表现为一组地震震中沿地块或地块组之间的一条缝分布。其中组合地块是指多个地块在某一时空范围内结合形成的一个统一地块,它在该时期控制了成组地震的发生。②单地块活动型(B):一组强震分布于一个地块或一个组合地块的周边,可能与某一地块或组合地块的运动(平移、旋转、掀斜及其组合形式)有关。③多地块活动型(C),一组地震分布于若干地块各自的边界上,表现为多个地块同时活动。④地块内部活动型(D),一组地震分布于一个或多个地块的内部,表现为地块内部构造活动。每种地块活动类型出现的频次并不相同,在考虑了非成组地震时,地块活动频度以单缝式活动型为最高;单就成组地震而言,地块活动主要以单块式活动型为主。另一方面大陆内部各地块的活动性也有差别,仅就涉及到成组地震的频次而言,东部比较活跃的地块有太行山地块和华北平原地块,西部比较活跃的地块有川滇和昆仑-松潘地块。 二、鄂尔多斯地块运动的整体性与不同方向边界带活动的交替活性 从以下几个方面研究了鄂尔多斯地块的运动特点。①从地质资料分析,鄂尔多斯地块除西南缘为弧形挤压断裂外,其周边围绕着一系列断陷盆地带,盆地外侧为山地。反映鄂尔多斯地块主要处于伸展构造环境中。由各盆地的走向和排列方式,可知地块南北、东西两侧边界分别为左旋、右旋走滑剪切拉张带,两者形成一对共轭剪切拉张带。根据各断陷带内断裂活动特征,地块南北两侧主要以拉张断陷为主,东西两侧则以走滑运动为主,东西边界的活动比南北边界强。②从地震活动性分析,若以鄂尔多斯地块周边各个断陷带为单元,其地震活跃期和平静期长短不一,无明显规律,但是把鄂尔多斯地块周边断陷带作为一个整体,其地震活动则呈现出约300年活动期,100年平静期的明显规律,表明鄂尔多斯地区的地震活动不是以断陷带为活动单元,而是以地块为活动单元。这一方面说明鄂尔多斯地块的整体性,另一方面也表明地块活动决定着其周边强震的孕育与发生;地震活动性还呈现出另一规律,地块的南北边界带与东边界带的构造活动是交替发生的。③从地形变资料分析,近几年来GPS观测结果显示哪尔多斯及其周边地块相对稳定的欧亚大陆在向南东东方向运动,各地块的运动速度存在着差别,引起了地块之间的构造运动和变形.本文根据w如g学等(2加l)的结果拟合了部尔多斯及周边地块的运动速度,求出了周边各地块相对部尔多斯地块的运动速度,分别投影到相应的断陷边界带的延伸方向和其垂直方向上。由此得到,在GPS施测期间周边断陷带的运动方式总体上同长期内地质平均结果相似,即南北、东西边界断陷带分别为左旋、右旋剪切拉张,西南缘为挤压边界,略带左旋运动.但也显示出一些与地质结果相矛盾的现象:地块南北边界,即渭河断陷带和河套断陷带的走滑分量显着,而东西边界,即山西断陷带和银川断陷带的拉张分量显着,这与各边界带长时期运动的地质结果不符,反映出地块南北边界带正处于构造活动时期。七十年代到八十年代末的精密水准资料反映出那尔多斯地块与太行山地块之间存在着微挤压隆起,也不同于近几年该带上的拉张运动。多期精密水准网资料还反映出哪尔多斯地块与周边地块间的相互作用存在着周期性的加强与减弱现象。 总之,邵尔多斯地块运动的整体性表现为:在地块内部无活动构造分布;地震活动以地块为单元;地块内部的GPS侧点间差异运动较小;垂直形变零等值线沿地块边界分布。部尔多斯地块不同方向边界活动的交替性表现为:在南北边界带与东西边界带上的地震活跃期存在明显的交替活动现象,·反映出两带构造活动的交替性;近期GPS结果反映的地块南北边界带较大的走滑运动,而东西边界带走滑运动很小,主要为拉张运动,与长期地质结果不符,从而说明两者在不同时期交替地成为地块的主导活动边界带。各种资料表明至少从八十年代末期以来,鄂尔多斯地块南北边界带处于构造活动时期;近几年?

党学会[7]2012年在《用中国大陆构造环境监测网络GPS数据研究中国大陆现今应变场特征》文中认为中国大陆处于欧亚板块的东南角区,受太平洋和印度洋板块以及欧亚板块本体围限,其独特的构造条件使陆内形变和各块体之问的相互作用及构造现象十分复杂,属全球现今构造运动最强烈的地区。正确理解大陆构造变形运动过程及其动力机制,是探求地震成因和进行中、长期或短临地震预测的首要前提。GPS技术由于有大空间、短时间尺度、高精度、全天候、低成本和机动性强等特点,已经逐渐成为研究地壳运动的主要手段之一。GPS在板块运动、地球自转、地震监测等多方面业已产生丰富成果,并展现出广阔的应用前景。在亚洲大陆构造变形与地球动力学研究方面,GPS更可发挥独特作用,并将导致其发生深刻变化。自上世纪八十年代开始,中国大陆现今地壳运动的GPS监测资料日益丰富,一张全面反映中国大陆地壳运动的速度图像已经形成,使利用GPS测定的站点速率,研究构造变形的模式应变场成为可能。因此,本文在参阅了国内外大量文献的基础上,主要应用“中国大陆构造环境监测网络2009~2011年的速度场资料,对中国大陆现今水平形变应变场特征及构造活动性进行研究。首先,本文在邓起东等对中国活动构造分区划分的基础上,对中国大陆活动构造特征及驱动学机制进行了必要论述。研究表明,中国大陆活动构造基本特征以南北向活动构造带为界,显示出“东西迥异、西强东弱”的巨大差异,西部地壳形变以挤压为主,东部多表现为拉伸性质,主要断裂第四纪以来的滑动速率多在1~20mm/a之间,而东部多低于1mm/a,活动强度明显弱于西部。中国大陆现今地壳运动速度场表明“地壳增厚”假说可能更真实地反映了大陆构造变形的动力学机制。其次,认真学习研究了地壳形变场的分析理论和方法,并在国内外学者对中国大陆大量研究的基础上,对中国大陆的现今水平速度场特征进行分析。结果显示,中国大陆西部运动速率明显大于东部,西部地壳水平运动速率一般为10~30mm/a,东部则小于10mm/a,地壳运动“西强东弱”的特征十分明显,这与地质结果相对应而量值略大。另一明显的特征是地壳运动速度有围绕东喜马拉雅构造结顺时针旋转的特点。最后,根据水平速度场资料,基于连续变形假说,运用叁角形法对中国大陆变形较大的川滇、青藏、天山和华北四个地区的水平应变率场特征进行了分析。结果表明,中国大陆区域应变量值整体处于10-8/a量级,量值高值区多集中于活动板块交界处的断裂带及其附近区域。对现今地壳形变与强震活动关系进行分析表明,活动地块相互交汇区往往是地壳形变突变区,同时也是强震活动的高发区。

唐方头, 邓志辉, 张培震, 王椿镛, 甘卫军[8]2004年在《由跨断层形变测量反映的华北地块近期断裂活动特征》文中提出通过对华北地块不同构造部位、不同地震活动时段的跨断层测量资料研究表明 ,华北地块对于NE走向断裂作用为主的构造单元 (包括地块和边界带 )的强震活跃时段的断层运动速率明显小于强震不活跃时段 ;对于NW走向断裂作用为主的构造单元 ,其强震活跃时段的断层运动速率明显大于强震不活跃时段 ;对于NE、NW走向断裂共同作用的构造单元 ,断层运动速率变化特征类似于NW走向断裂作用为主的构造单元。结果还表明 ,华北地块现今强震活动主要受NW走向断裂的控制。

徐继山[9]2012年在《华北陆缘盆地地裂缝成因机理研究》文中研究说明地裂缝既是一种以地面破裂变形为显着特征的宏观地质现象,又是一种对地表土体直接破坏的表生地质灾害,在华北平原地区乃至整个华北板块区域发育之广、危害之大,世属罕见。随着人类工程实践活动向自然领域拓展,地质活动也愈加反作用于人类自身,两者之间的矛盾日益凸显,地裂缝等灾种的危害日益突出。本质而言,地裂缝是致裂因素在一定介质中按照某种法则演进而成的地表破裂现象,反映了连续性时空对非连续性地质事件或工程事件的突变响应关系。本次研究以“华北平原地面沉降地裂缝调查与监测”项目为依托,探讨华北地裂缝成因本质的相关理论问题,旨在摸清地裂缝活动规律、破解地裂缝孕发机理、探寻地裂缝减灾措施,为农业生产、民居民生、工程建设、经济发展提供科学依据和实践指导。本文利用地质调查、勘探、测绘、监测、试验等工程手段,以及事实归纳、理论分析、模型演绎、逻辑论证等理论方法,从深部与表部、整体与局部、宏观与微观等角度,对华北陆缘拗陷盆地——华北平原地裂缝全面展开研究,得出六个方面的成果:1)通过调查研究,新近查明了华北地裂缝分布现状。华北地裂缝分布格局为“一带四区”,即太行山前地裂缝发育带、冀中拗陷地裂缝发育区、沧县隆起地裂缝发育区、临清拗陷地裂缝发育区,以及其他零散发育区,在构造上基本布于太行山前断裂以东、沧东断裂以西、燕山褶皱带以北这一带状区域;具有扩展方向性、分布群集性、构造关联性、形成复杂性、活动周期性等五个属性。2)通过理论研究,全面阐释了华北地裂缝孕裂机理。华北平原地裂缝的孕育、成生和演化联系于一定的时空环境,包括大尺度的构造环境和小尺度的局部环境。从微观上看,地裂缝是土体介质材料连续性的中断,土体所处环境发生变化,造成了维持土体平衡状态的固有条件改变而诱发土体微观结构重新分布,当变化累积到极限而发生破坏。从宏观上看,地裂缝作为一种地质要素,与其他空间地质要素、动力地质要素、时间地质要素形成一个有机的、相互联系的体系,地裂缝的形成是这一体系自身变化、演化的结果。从地裂缝的孕裂环境的要素组成来看,地层结构是地裂缝形成的介质因素,地质结构是其构造因素,现代构造应力和现代地壳变动是其动力因素,块体演化是其时间因素。3)通过事实研究,重点分析了华北地裂缝启裂机理。地裂缝在长期缓慢的变化过程中因某些因素的突变,而使在一定深度和范围内的土体持力性质发生弱化,破裂活动被较大规模、较大速度地启动并扩展,最终在地表显化。构成地裂缝的启裂条件包括深部构造拱裂作用、基底伸展抻裂作用、断层活动错裂作用、水体活动渗裂作用、埋藏地貌陷裂作用、岩溶构造蚀裂作用、采掘活动塌裂作用等七个方面。4)通过勘探研究,首次归纳了华北典型地裂缝成裂模式。地裂缝的形成过程包括孕育、开启、发展、演化、休止、复活等环节,这些环节并非由简单因素始终控制,而是糅合了内动力、外动力因素的复杂过程。华北平原典型地裂缝成裂模式可以划分为盆缘断裂牵动式(邯郸)、断块升降位错式(隆尧)、隐伏断裂蠕动式、深部剪切开花式(河间)、地震活动响应式(唐山)、抽水作用加剧式、表水渗透潜蚀式、埋藏地貌沉陷式(大名)、内外动力耦合式等九种模式。5)通过区域研究,尝试探讨了华北地裂缝群发机制。在板块尺度上,华北地区地处欧亚板块与太平洋板块交汇地带,被燕山隆起、太行山隆起及泰山隆起围限。青藏高原隆升带来的远程效应及太平洋板块南北偏移带来的阻挡效应,造成深部物质运动并向地表转化,形成华北地区近EW向拉张应力场,共同促生了地裂缝的群发现象,表现为时空选择发育特征。6)通过评价研究,初步划分了华北地裂缝危险区域。利用层次分析法将华北地区地裂缝危险区划分为四个等级——高度区、中高度区、中度区及轻度区,其中太行山前断裂、沧东断裂及冀中拗陷西缘断裂带为地裂缝监测、预报的重点区。最后,地裂缝的理论价值在于解释已发现事实、预测未知事实,更多新事实的探索、更新、验证,不仅有助于科学认识的深入,也有助于工程实践的推进。

刘峡[10]2007年在《华北地区现今地壳运动及形变动力学数值模拟》文中研究说明华北地区位于我国北部,阴山、燕山以南,秦岭、大别山以北、鄂尔多斯高原以东延伸至沿海一带的广袤区域,地理坐标范围为东经112°~124°,北纬31°~42°,是我国政治、经济、文化中心。同时,该区域囿于太平洋板块、菲律宾板块和印度板块之间,新生代以来构造运动活跃,为我国大陆强地震频发区域之一。因此,研究该区域现今地壳运动及形变、构造应力场特征,继而探讨其动力学机理,具有重要理论和现实意义。本文采用有限元方法在大型有限元软件平台ANSYS基础上,综合现有地质、地球物理资料构建华北地区岩石层(地壳和上地幔顶部)框架。以区域GPS观测、地形变观测以及震源机制解结果作为约束条件及检验标准,通过数值模拟的方式,研究该区域现今地壳运动和形变、构造应力场特征,并将表层运动与深部运动相联系,以区域动力学环境和驱动力为中心,探讨其动力学机制。根据华北地区新生代构造发育特征和深部地球物理观测数据,本文选取了108°E~127°E,32°N~42°N矩形区域构建有限单元数值模拟的几何框架。与此同时,还将现今活动断层及断裂带分布、地形起伏以及地壳—上地幔速度结构等纳入模型中。本文构建和测试了叁个基本模型:即叁维模型3DCM_Ⅰ,3DCM_Ⅱ利二维模型2DDM_Ⅰ。模型3DCM_Ⅰ不考虑地壳—上地幔的实际分层,将模型沿纵向分为七个厚度均匀的水平层,分别代表上、中、下地壳和上地幔(四层)。模型3DCM_Ⅱ则依据该区域深反射地震研究结果进行水平分层。在模型3DCM_Ⅰ、3DCM_Ⅱ中,区域内主要活动断裂带处理为宽度5—6Km,深度不等(10~15km)的软弱带,模型含14736个节点,24829个叁维实体单元。在模型2DDM_Ⅰ中断层及断裂带则处理为非连续接触边界,模型含1843个节点,3547个二维实体单元。论文采用有限元弹性静力分析方法,以模型区周边GPS观测作为边界约束,计算华北岩石层形变的水平速度场和应力、应变增量场。并以模型区内部GPS观测作为标准,通过调整模型中断层的物理参数方式,寻求与GPS观测的最佳吻合的有限元解。计算显示,水平运动场的最佳数值解和GPS观测值的平均离散度为10171mm~2/year(叁维模型)、1.176mm~2/year(二维模型)。与此同时,数值模拟预测的区内主要活动断层的错动方式、水平错动速率(叁维模型结果为~0.1mm/year,二维模型结果为~0.3mm/year)与地质及跨断层形变观测结果基本一致。叁维模型还显示,在10~15Km深度上,最大、最小主应力轴接近水平,主张应力为主压应力的2~8倍,主张应力方向为NNW,主压应力方向为NEE。这一结果与震源机制解、地应力观测结果比较吻合。叁维模型得到的全区应变率较低约10~(-9)/year。并且,大致沿汾渭地堑断裂系、唐山—河间—磁县断裂带和郯庐断裂带存在叁个北东走向的剪应变梯度带。不过二维模型预测的张家口—渤海断裂带水平运动速度为1.35~1.45mm/year,远高于其他断层以及叁维模型结果。数值模拟结果可以推论:华北地区岩石层水平形变运动主要受控于周边大型构造块体的相对运动,其次才是岩石横向、纵向非均匀性的影响。同时,在周边块体运动的控制下,区内主要断裂带现今的错动方式基本是继承性的,且错动速率较低。只有张家口—渤海断裂带错动速度较高,值得关注。论文考虑岩石应力—应变遵从幂指数本构关系,基于叁维模型3DCM_Ⅰ,3DCM_Ⅱ的基本框架,采用弹性—蠕变静力学有限元方法对华北地区晚近时期(~4Ma)构造运动进行数值模拟,探讨华北地区现今地壳运动演化的动力学环境和驱动力因素。模拟时以模型周边GPS观测数据作为表层的边界约束,计算时顾及岩石的流变性、重力作用以及大变形导致的位移—应变非线性。本文通过选择侧面、底面边界约束方式,调整岩石的物性参以及分析板块运动、周边块体运动、断层活动、岩石层流变分层等因素的影响,寻求与区内GPS观测、构造应力场观测数据最佳符合的预测模型。论文计算了22个模型。结果表明,当侧面以深部稍快、浅部稍慢的方式运动,并考虑岩石层下部的拖曳运动时,则模拟预测果更接近实际观测。在该约束方式下,相应于模型3DCM_Ⅰ、3DCM_Ⅱ框架的预测与GPS观测的最低平均离散度分别为1.1529mm~2/year、1.1451mm~2/year,低于弹性模型,而且断层错动与地质研究结果相一致。在相同边界条件下,3DCM_Ⅱ结果优于3DCM_Ⅰ结果,考虑断层运动结果优于不考虑断层运动结果。模型预测应力场显示,深度10Km处的最小主压应力轴均接近水平,方向为NNW向,最大主压应力轴在南部区域接近水平,在北部区域则垂直于水平面,方向以NEE为主。这与其它研究显示的最大、最小应力主轴的方向基本吻合,但与现有的最大、最小主应力轴均接近水平的基本认识存在一定差别。预测应力场随深度的变化明显受控于边界加载方式(应力环境),而断层的影响仅局限于断层内部以及断层附近较小区域内。为研究局部特别是隐伏构造对地表形变的影响,提取形变异常信息,论文发展了GPS差异形变分析方法。并用此方法,对华北地区和中国大陆GPS观测结果进行了GPS差异形变分析。华北地区GPS差异形变分析显示,张家口—渤海断裂带、唐山—河间—磁县断裂带为该地区现今构造活动较强烈区域,在未来若干年内需密切关注及防范强震发生。对中国大陆而言,论文分别使用叁种有限元模型(均一、分块和多驱动力模型)而进行了GPS差异形变分析。结果表明,中国大陆现今构造运动是多种驱动力共同作用的结果。其中,印度板块向北的强烈推挤以及地幔对流对岩石层底部的拖曳作用占据着非常重要的地位。前者主导了以青藏高原为中心的大陆西部地区构造变形运动,而后者则对华北、华南地区的影响重大。同时,现今构造运动十分活跃大型断裂系(如阿尔金、张家口—渤海等)对大陆岩石层构造变形的影响也是不可忽视的。综合数值模拟结果可以得到如下认识:华北地区岩石层形变的区域动力学环境和驱动力十分复杂。总体而言,一方面在太平洋板块的俯冲和印度—欧亚板块的碰撞挤压作用下,鄂尔多斯活动地块、华南活动地块以及东北亚活动地块的运动状态决定了华北地区表层运动的基本格局。另一方面,地幔对流对岩石层底部的拖曳作用将直接影响该区域岩石层形变运动。与此同时,以张家口—渤海断裂为代表的现今构造运动十分活跃大型断裂系以及岩石层内流变性非均匀分布(特别是中地壳软弱层的存在),对区域构造变形的影响也是不可忽视的。

参考文献:

[1]. 华北地块近期构造变形和强震活动特征研究[D]. 唐方头. 中国地震局地质研究所. 2003

[2]. 青藏高原东北缘弧形构造带的扩展与华北西缘银川盆地的演化[D]. 雷启云. 中国地震局地质研究所. 2016

[3]. 用全球定位系统(GPS)研究中国大陆现今地壳运动模式[D]. 牛之俊. 华中科技大学. 2006

[4]. 强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究[D]. 陶玮. 中国地震局地质研究所. 2003

[5]. 中国大陆的强震活动与活动地块[J]. 张培震, 邓起东, 张国民, 马瑾, 甘卫军. 中国科学(D辑:地球科学). 2003

[6]. 鄂尔多斯地块运动特征研究[D]. 范俊喜. 中国地震局地质研究所. 2002

[7]. 用中国大陆构造环境监测网络GPS数据研究中国大陆现今应变场特征[D]. 党学会. 中国地震局地震研究所. 2012

[8]. 由跨断层形变测量反映的华北地块近期断裂活动特征[J]. 唐方头, 邓志辉, 张培震, 王椿镛, 甘卫军. 中国地震. 2004

[9]. 华北陆缘盆地地裂缝成因机理研究[D]. 徐继山. 长安大学. 2012

[10]. 华北地区现今地壳运动及形变动力学数值模拟[D]. 刘峡. 中国科学技术大学. 2007

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华北地块近期构造变形和强震活动特征研究
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