基于最小二乘配置模型探讨青藏高原巴彦喀拉块体的运动特征

论述了块体刚性运动和最小二乘配置模型的原理及构建方法,并对青藏高原中部巴彦喀拉块体的运动趋势及内部形变进行了深入研究。基于最小二乘配置模型,通过建立推估点与观测点间的协方差矩阵,能够较好地区分块体整体刚性旋转及内部的弹性形变,削弱了点位分布对形变场构建产生的影响,从而准确描述区域地壳运动的趋势及应变场特征。结果表明:巴彦喀拉块体的地壳形变受到印度板块的俯冲挤压和青藏高原物质东移的双重作用,在欧亚框架下块体旋转的欧拉矢量为((0.45°±0.14°)/Ma,(-17.5°±5.93°)N,(-77.91°±12.9°)E);巴彦喀拉块体东部北向速率逐渐减小,东向速率逐渐加大。通过对巴彦喀拉块体应变率及面膨胀率的特征分析,发现龙门山断裂带前地壳挤压特征并不明显,说明其逆冲特性并非通过上地壳的缩短实现,应该受到下地壳低速体的作用。     

基于2000国家大地坐标系的中国大陆速度场获取

2000国家大地坐标系(CGCS2000)不具备速度场信息,不能完整表述中国地心坐标参考框架的动态性和现势性,因此,有必要基于CGCS2000 建立中国大陆速度场模型. 介绍了基于CGCS2000中国大陆速度场获取的方法;利用2000~2010年国家GPS连续运行站及国际IGS站的大量重复观测数据,获得了高精度GPS连续运行站点位成果及速度场成果,发现点位水平方向的精度优于±2mm,垂直方向的精度优于±3mm;速度场南北方向精度优于每年±1.6mm,东西方向精度优于每年±1.8mm;研究了11年来国家GPS连续运行站的变化趋势及变化量,获得了各个站点的运动趋势,并与中国地壳运动观测网络重合点进行分析比较,发现其差异较小,证明了计算结果的可靠性和可行性,说明CGCS2000为速度场模型的建立可提供高精度数据.     

中国大陆水平地壳运动的数学模型

在获得中国区域1000个实测GPS台站速度场的基础上，利用多面函数法、滑动欧拉矢量法和滑动弹塑性模型法建立了中国大陆水平地壳运动模型，统计表明3种方法外部符合精度2－4mm/a，模型互差精度约为3mm/a。     

GPS技术用于短距离精密定位

随着ＧＰＳ定位技术的发展,ＧＰＳ定位在硬件和软件两方面都有了很大的进步,国内外早已将ＧＰＳ定位技术用于大范围,长距离的板块监测和地壳形变监测活动。但将ＧＰＳ技术用于短距离精密定位,例如形变监测,边坡滑移等方面还较少。文章讨论了ＧＰＳ技术用于短距离形变监测的有关问题,特别对在现有精度基础上如何进一步提高监测精度这一问题作了较为详细的分析。     

基于幂函数计算汶川同震地壳水平应变

基于幂函数模型,根据最小二乘原理构建了地壳运动速度场模型,在此基础上对速度场模型求导获取地壳水平应变的计算公式。结合2008年汶川地震同震的GPS(Global Position System)观测资料,计算了该区域地壳水平应变,结果表明:汶川地区的主应变空间分布呈现出不均匀性,主应变与龙门山断裂延伸走向接近垂直,以主压应变,在汶川以南和以北研究区域,呈现出拉张应变强于挤压应变的状况。汶川恰好处于北部最大剪应变区与南部最大剪应变区的过渡区域。     

中国大陆的GPS速度场、地块运动与应变场

利用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”建立以来截止到2001年的932个GPS测站的水平运动速度矢量，在块体运动和变形模型下研究了中国大陆现今水平运动和变形的特征。用拟准探测法，我们把现今中国大陆划分出12个有明显相对运动的活动块体。以通常所说南北带为界，中国东部块体的活动接近于刚体，而西部的地壳块体的平均应变比东部地块明显要大。定量地研究了这12个活动块体之间的边界带的活动方式和活动强度。     

基于CORS站的中国大陆地区大气负荷形变特征研究

基于月值的大气压变化的球谐函数模型和全球卫星导航系统(GNSS)基准站实测数据,提出了一种数据处理策略,并建立了一种大气压变化与地壳形变相关性模型.基于此,对中国大陆地区大气负荷的形变特征和变化规律进行了研究.分析了中国大陆地区大气荷载响应特征,可知大气质量变化主要影响我国的西北地区、华东东北部、华北东部,量级可达20 mm左右,其次是东北地区和华北北部,量级约为13 mm左右.对不同区域GNSS基准站垂向序列进行大气荷载修正,发现西北干旱地区主要受大气负荷形变影响,经大气负荷修正后的振幅波动较为平滑;而川滇和青藏高原地区在修正后振幅变大,表明此区域受构造运动和水迁徙负荷影响较为严重.基于GNSS台站进行了大气压变化与地壳形变相关性分析,可知当大气荷载同等变化时,华中地区、川滇地区和华东北部靠近沿海地区产生形变程度较大.     

InSAR同震形变场及其在震源参数确定中的应用研究进展

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是20世纪70年代发展起来的一种空间大地测量技术,具有全天时、全天候、高精度、广域覆盖的优势,自20世纪90年代以来在地震地壳形变监测研究领域得到了广泛应用,对地震发生机理研究具有重要意义。尤其是InSAR技术观测的同震地壳变形结果可以为分析发震断层几何学特征和动力学机制提供重要约束。随着InSAR技术的发展,如何获取可靠、多维的同震形变场,构建更加真实的正反演模型,是利用InSAR技术研究地震震源参数的关键。首先,综述了利用InSAR技术获取同震形变场的研究现状,总结了InSAR技术获取同震形变场的优缺点、InSAR技术获取三维同震形变的现状; 接着,回顾了地震震源参数正反演模型及方法的研究历程,包括从简单的弹性半空间位错模型到接近真实地球介质的数值模型,分析了不同反演方法和先验约束对结果的影响; 最后,从同震形变场分离、自动化InSAR数据处理与震源参数反演等方面进行了展望。综上所述,InSAR技术获取的同震形变场具有大范围、高精度的优势; 随着精细地壳介质参数的逐步确定,联合地震学技术方法,InSAR技术可以反演确定比较准确的地震震源参数。     

金川矿区地应力场特征

从地质构造、显微构造、地壳形变场和震机制等方面，探讨了金川矿区域应力场特征及其力源，地应力测量成果综合表明，金川矿区为一以水平残余构造应力的高地应力区，地应力场具有显的不均匀性、各向异性，地应力场的分布特征决定了矿区地下巷道的变形破坏规律。     

关于重力失衡与地震成因机制关系的探讨

对地震机制的传统理论提出了质疑,认为6 500万年前的白垩纪末,地球被撞击形成了青藏高原等地形地貌及地质构造,地球产生了巨大形变,造山运动、地质构造是地球被撞击形变的结果.现今的地震是地球自转遵循角动能矩守恒过程中对形变部位的修复,也就是由地质构造围限的单元体漂浮在地幔或软流层上重力失衡的结果,或者说,漂浮在地幔或软流层上的地质体下陷对岩浆挤压引起地壳破裂而发生的震动.深部地震、火山喷发、大陆微小漂移等现象均能验证重力失衡是地震的成因机制.     

青藏高原东南缘壳幔结构探测研究新进展

青藏高原东南缘的岩石圈变形特征和动力学过程显著不同于以正向碰撞为主要形式的青藏高原本体。其变形样式在地壳浅部以侧向滑移为主,并伴随一系列尚待揭示的深部过程。毫无疑问,青藏高原东南缘的岩石圈结构探测研究是理解青藏高原碰撞造山、深部动力学过程不可或缺的重要环节。而揭示与侧向碰撞变形的深部过程相伴生的成矿带的岩石圈三维结构和深部动力学背景,对大陆碰撞成矿理论框架的完整性至为关键。通过对青藏高原东南缘的壳幔结构探测研究成果和基本认识进行了较系统的梳理,重点介绍青藏高原东南缘及邻区深部结构地震学探测研究近十几年的新进展、新认识,主要涉及壳幔结构的天然地震成像、人工源地震探测剖面和深部动力学等研究方向,供对青藏高原地学研究感兴趣的地质科研人员参考。     

汶川地震地形形变监测与分析

地形形变监测与分析对于研究汶川地震对震区及青藏板块地形变化的影响有重要意义。通过收集相关监测点的汶川地震前后地形形变数据,采用统一模式进行数据处理,将震前与震后的形变监测成果归算到ITRF2005参考框架和2008.363(2008年5月12日)历元,计算得到震中区域的大地基准造成严重破坏,监测点形变位错,水平位移量达243cm,沉降量达68cm,隆起量达36cm。并对汶川地震地形形变监测进行分析,认为位于“映秀镇—北川—青川”断裂带西侧块体呈现向东南方向移动并呈现隆起趋势;东侧块体向西北方向移动并呈现下沉趋势;北侧块体向东北方向移动,南侧块体向西南北方向移动,块体两侧形成了明显挤压形态。上述研究为进一步揭示汶川地震产生的机理和龙门山断裂带的活动提供了良好基础。     

GPS城市沉降监测网数据处理方法研究

GPS技术在大地测量、维护大地坐标系和进行全球板块运动或区域地壳形变监测中已得到非常广泛的应用,但在城市地面沉降监测方面,仍存在基准选取、系统参数对高程形变影响等问题。比较了平差过程中的不同基准模型,分析了各自的适用性,讨论了系统参数对平差结果的影响,得出附加系统参数和附有约束条件的网平差计算模型,最后对西安地区布设的GPS地面沉降和地裂缝监测网进行计算,比较了不同的平差方案,得出系统参数和不同基准模型对地面沉降数据处理的影响和适用性。     

Crustobody''s movement and evolution and its relationship with Cu-Au mineralization of Eastern Tianshan, Xinjiang

Eastern Tianshan, a cardinal part of Northern Xinjiang compound continental crustoblock, is located in the east of Tianshan Diwa region. By analysis of regional geological and geophysical data, and by using crustobody theory and researching methods, this region can be divided into three sectors of different crustal structure. During Proterozoic to Eopaleozoic, the spreading and closing of Northern Tianshan Sea, on the foundation of disparate continental basements of each sectors, the transversal heterogeneity of tectonic movement and evolution resulted in the diversity of crustal structure and material formations. The metallogenic evolution indicated that different geotectonic evolution periods had not only different characteristics of mineralization commodity and mineral deposit types, but also the progressive mineralization feature. In Neopaleozoic, the closing of Northern Tianshan Sea from north to south and the difference of transmeridional tectonic deformation and magmation formed in the movement constituted the different metallogenic environment in shallow crust. Furthermore, it brought on the diverse Cu-Au-polymetal mineral deposit types and metallogenetic epoch from north to south and from west to east.     

从裂陷期到裂后期被动陆缘盆地构造-热事件

构造-热事件是盆地在发育过程中构造活动与盆地热演化发生相互作用的地质事件。含油气盆地构造-热事件研究对揭示盆地成盆过程及油气生烃、排烃、运移和聚集等具有重要意义。通过研究世界范围内典型被动陆缘盆地裂陷期—裂后期热演化及其热机制,分析对比南海南、北陆缘盆地构造-热模拟研究成果,总结了被动陆缘盆地裂陷期—裂后期热演化的普遍规律及其可能热机制。结果表明:被动陆缘盆地裂陷期热演化与裂陷过程具有良好的相关性,盆地热流随裂陷作用过程逐渐增大,在裂陷末期达到最大值,其动力学机制主要与岩石圈伸展作用有关;裂后期盆地热演化整体为热衰减过程,但受盆地所处构造位置及周围板块构造活动影响,裂后期热衰减变化幅度减缓甚至再次经历加热过程;珠江口盆地深水区现今高热流特征主要与岩石圈强烈减薄和晚中新世以来的东沙运动有关;被动陆缘盆地构造-热事件未来进一步研究应不断尝试建立新的构造-热模型,以构造为导向探究成盆深部动力过程,揭示构造-热机制。     

Crustobody’s movement and evolution and its relationship with Cu-Au mineralization of Eastern Tianshan, Xinjiang

Eastern Tianshan, a cardinal part of Northern Xinjiang compound continental crustoblock, is located in the east of Tianshan Diwa region. By analysis of regional geological and geophysical data, and by using crustobody theory and researching methods, this region can be divided into three sectors of different crustal structure. During Proterozoic to Eopaleozoic, the spreading and closing of Northern Tianshan Sea, on the foundation of disparate continental basements of each sectors, the transversal heterogeneity of tectonic movement and evolution resulted in the diversity of crustal structure and material formations. The metallogenic evolution indicated that different geotectonic evolution periods had not only different characteristics of mineralization commodity and mineral deposit types, but also the progressive mineralization feature. In Neopleozoic, the closing of Northern Tianshan Sea from north to south and the difference of transmeridional tectonic deformation and magmation formed in the movement constituted the different metallogenic environment in shallow crust. Furthermore, it brought on the diverse Cu-Au-polymetal mineral deposit types and metallogenetic epoch from north to south and from west to east. Foundation item: Project(2001CB409809) supported by the National Basic Research Program of China; project(20030533012) supported by Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China     

鄂尔多斯地块西缘科学山地区叠加变形分析

鄂尔多斯地块西缘科学山地区侏罗系地层发育典型的区域性叠加褶皱,记录鄂尔多斯地块西缘中生代以来主要构造演化过程。在区域性构造分析的基础上,通过野外构造解析,确定了两期构造缩短变形过程; 同时运用层间滑动断层运动学分析,结合构造筛分,获得两期同构造缩短变形的挤压构造应力场; 综合区域构造与构造年代学,提出科学山地区晚中生代以来两期构造演化过程。中—晚侏罗世(J₂—J₃)受NW—SE向构造挤压作用控制,鄂尔多斯地块西缘科学山地区发生NW—SE向构造缩短变形,形成NE—SW向的褶皱构造与相关的逆冲断层,同时控制了中—上侏罗统沉积。这期构造缩短变形可能是西伯利亚板块向南汇聚与太平洋板块NW向俯冲联合作用的结果。中新世晚期—上新世晚期(N²₁—N₂)挤压构造应力场转变为NE—SW向构造挤压,导致NW—SE向褶皱构造发育,并叠加在早期NE—SW向构造之上,形成区域性叠加褶皱。区域构造分析表明,这期构造缩短变形是青藏高原NE向扩展的构造响应。上述研究为重建鄂尔多斯地块西缘陆内变形过程提供了重要证据。     

基于WebGIS的形变监测成果管理与展示系统

随着空间对地观测技术在地表形变监测中的广泛应用,对形变监测成果管理与展示的需求日益增加。一方面,全球定位系统（Global Positioning System,GPS）和合成孔径干涉雷达（Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR）等测量技术监测获取的数据量越来越大、类型越来越多,急需进行有效管理;另一方面,监测成果的展示效果需要更加直观和人性化。基于网络地理信息系统（WebGIS）的技术,通过OpenLayers地图框架和ASP.NET技术（Active Server Pages.NET Framework,ASP.NET）,采用依比例分级展示点云数据的方法可视化InSAR数据,采用依比例生成有向线段的方法可视化GPS速度数据;开发了形变监测成果在线展示系统,利用数据库技术规范了监测数据的存储,实现了变形监测成果的高效科学管理,提高了形变监测成果的展示、编辑、管理的效率。     

宁夏红寺堡盆地隐伏古隆起成因机制及其对区域沙漠化的影响

目前对于青藏高原东北缘活动构造研究多集中于活动断裂带的活动性,而对夹持于其间的沉积盆地构造格架及活动性研究甚少。以夹持于烟筒山断裂与牛首山—罗山断裂之间的宁夏红寺堡盆地为研究对象,采用重力资料重处理解译、音频大地电磁测深(AMT)和地震勘探相结合,揭示红寺堡盆地隐伏构造特征,并进一步采用盆山一体化思路分析隐伏构造的成因机制及其对区域沙漠化的控制作用。结果表明:青藏高原在中新世末发生强烈的NE向推挤、扩展和隆升,红寺堡盆地由坳陷盆地转变为挠曲盆地; 在青藏高原NE向扩展的影响下,烟筒山断裂发生强烈的逆冲作用,古生代—中生代基底逆冲于古近系—新近系之上,受构造变形影响的最新地层为中新统彰恩堡组; 红寺堡盆地内的隐伏古隆起呈NW—SE向,与烟筒山构造带具有相同的构造动力学背景,受青藏高原NE向扩展影响形成于中新世末,并且至今仍具有活动性; 隐伏古隆起周缘断裂的活动破坏了地表稳定性、蓄水能力和地表植被,导致区域沙漠化呈现有规律的NW—SE向带状展布。该研究成果对于宁夏红寺堡盆地区域稳定性评价及沙漠化的综合治理具有现实指导意义。