基于聚类分析的川滇地区块体划分与应变研究

本文研究川滇地区块体划分与区域地壳应变.首先,对川滇地区GPS水平速度场采用K-medoids聚类法直接聚类;然后,基于改进的K-medoids方法,利用GPS站点地理位置与水平速度场对初步聚类结果联合约束进行第2次聚类分析,并结合F统计检验法确定各块体边界;最后,运用整体旋转线性应变模型计算各块体的应变参数,分析水平运动、应变场空间分布与区域构造变形的关系.研究结果表明:川滇地区的GPS聚类分析结果与地质学提出的板块划分结果相吻合,为块体划分提供另一种方式;整体旋转线性应变模型计算的应变结果显示川滇菱形块体表现为最大剪应变和面应变率梯度高值区,表明该区域积累了一定的弹性应变能,具有发生地震的危险性.     

利用GPS高精度监测数据开展青藏高原现今地壳运动与形变特征研究进展

青藏高原由于所处大陆构造位置的特殊性,造就其成为全球现今地壳构造运动最为强烈的区域之一。青藏高原及其周边地区发育有多条深大活动断裂带,是强震易发区,同时也是研究大陆内板块构造运动机制的天然试验场。GPS以其时空分辨率高、覆盖范围广、观测精度高等特点,被广泛应用于地壳形变监测研究中。目前,通过已建立的中国地壳运动观测网络(CMONOC-Ⅰ)与中国大陆构造环境监测网络(CMONOC-Ⅱ)获得的GPS高精度地壳运动速度场,能够清晰地揭示青藏高原近20年来地壳构造运动与形变现状。通过系统总结利用GPS监测数据开展青藏高原现今地壳运动与形变特征的研究进展,回顾了用于监测青藏高原地壳运动的GPS数据来源与高精度数据处理方法及策略,探讨了不同参考基准对GPS速度场处理结果的影响,并分别从动力学和运动学两方面全面阐述了当前用于青藏高原地壳运动与形变分析模型。综合模型计算结果从浅部与深部两方面深入剖析了青藏高原现今地壳运动与形变特征,并从板块运动构造动力学机制角度详细解译了青藏高原现今区域动力学背景及其影响下的珠穆朗玛峰隆升机制。最后对利用GPS技术开展青藏高原地壳运动与形变监测成果作了概述总结,并进一步展望了未来青藏高原地壳形变监测研究的重要发展趋势。     

现今绝对板块运动

根据热点假设,热点对于中间层是固定的。相对热点的板块运动叫做绝对板块运动。绝对板块运动模型可以通过反演火山链传播的速率和走向数据以确定相对板块运动在角速度空间的原点来得到。利用一组近来(0～7.8Ma)全球分布的热点的迁移速率和走向数据,结合板块运动模型NNR-NUVEL1A,已研制出一个叫做APM2的现今绝对板块运动模型。按照该模型,太平洋板块围绕60.063°S、102.210°E处的极以(0.8330°±0.0133°)/Ma的速率运动,非洲板块围绕46.849°N、44.372°W的极以(0.1015°±0.0134°)/Ma的速率运动,南极板块的运动则以46.871°N、146.942°E为极,速率为(0.0846°±0.0177°)/Ma,欧亚板块的运动更慢,极为27.291°N、171.925°W,速率为(0.0655°±0.0206°)/Ma。这一模型表明,岩石圈相对深部地幔有一个以49.423°S、90.625°E为极,速率为(0.1983°±0.0135°)/Ma的净旋转。表明太平洋热点同印度—大西洋热点不一致,显示太平洋热点的运动也不一致。为了分析和比较,还给出了仅用全球分布的热点的走向数据和仅用印度-大西洋热点的走向数据得到的板块绝对运动的角速度。     

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。     

四川芦山地震区域构造环境与构造应力场特征

2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生Ms7.0级地震,这是继汶川地震后发生在龙门山断裂带上的又一次强震。在介绍芦山地震的基本特征及发震构造环境基础上,利用区域内172个震源机制解资料对区域构造应力场进行了计算,特别对龙门山应力区内各类应力数据的最大主应力方向进行了分析。结果表明:龙门山应力区目前处于近东西向的挤压构造应力环境中;区域最大主应力方向在横向上从巴颜喀拉块体的北东—南西向到龙门山块体的近东西向,再到华南块体的北西西—南东东向,表现为顺时针方向的旋转;区域最大主应力在纵向上从柴达木—秦岭块体的北东东—南西西向到龙门山块体的近东西向,再到川滇块体的北西—南东向,亦表现为顺时针方向的旋转;应力方向在不同块体间的转变,反映了青藏高原东缘巴颜喀拉块体在进行南东向水平运动挤压龙门山地块时,由于受到华南地块特别是四川盆地的强烈阻挡,导致龙门山推覆构造带表现为明显的地壳缩短和山体隆升。     

联合GNSS与GRACE重力卫星的青藏高原陆地水储量研究

青藏高原水资源含量丰富,对我国经济社会发展及气候变化起着重大作用。利用重力反演与气候实验GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星数据或陆面水文模型能够对水资源进行监测,但这些方法存在着分辨率低、时延长及数据缺失等问题。针对这一问题,本文联合全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)、GRACE与水文模型数据对青藏及其周边地区陆地水储量TWS(Terrestrial Water Storage)进行反演,并探究陆地水储量因素在GNSS垂向形变中的贡献。结果表明,三种技术手段得出的陆地水储量结果在研究区域内具有良好的一致性;并且利用最小二乘拟合的GNSS和GRACE结果表明,近年来青藏南缘及其周边地区陆地水总量以8 mm/a的速率下降。为了定量分析青藏高原内部陆地水储量在GNSS垂向形变中的贡献,在扣除GRACE垂向形变时间序列后,发现所有台站的加权均方根减小百分比为0.65,表明陆地水储量变化是影响地表垂向形变的主要因素之一。     

附加约束条件短基线DInSAR法及其应用

短基线合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)法利用具有较短空间基线的SAR影像对生成干涉图,提取地表高相干区域,获取高时间和空间采样率的地表形变场,但该方法没有考虑地表形变的先验信息,需要应用奇异值分解(SVD)分解获取相位平均速率的最小范数最小二乘解.在分析短基线DInSAR法基础上,对地表形变相位速率附加约束条件,提出一种附加约束条件短基线DInSAR新方法,该方法不需对系数矩阵进行奇异值分解,可直接求解模型参数的最小二乘解.利用南京地区从1996年到2000年间8幅SAR影像生成的13幅差分干涉图提取的地表沉降结果证明了新方法的有效性.     

数字图像相关方法中的应变测量平滑算法

为了降低数字图像相关方法测得的位移场不协调导致的应变误差,采用有限元法中的分片光滑概念和最小二乘法拟合出连续位移场,对位移场求导得到应变场.实验结果表明,光滑后的位移和应变误差得到了明显改善.     

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。     

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。     

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。     

一次预报强降水过程的失误分析

针对2008—07—17宁夏有1次小到中雨,局部地区有中雨的空报个例,利用实况常规气象资料、T213数值预报产品,从天气形势、动力和水汽等方面进行综合分析．结果表明,500hPa青藏高原上西南气流没有建立,天气系统东移较快,水汽条件较差是造成该次降水过程空报的主要原因．     

青海省杂多—囊谦地区构造演化与聚煤作用分析

结合近年来在青藏高原取得的区域地质调查成果,利用卫星图像遥感解译,对青海省杂多—囊谦地区进行了煤田地质遥感综合分析,建立了区域构造格架,分析了构造演化和成煤古地理环境,探讨了构造对聚煤作用和赋煤状态的控制与影响。结果表明:研究区煤层聚集和赋存与羌塘地体构造演化密切相关,构造演化经历了5个阶段,区域构造活动较强;煤聚集场所分布于拗陷边缘地带,局部形成富煤带;煤系除遭受复杂的错断、变形外,同时还遭受较强的剥蚀作用;华力西运动对本区煤系改造影响最为强烈;石炭纪聚煤中心地带位于解曲大型区域断裂带北岸,共圈定了早石炭世含煤远景区3处,晚石炭世含煤远景区6处。     

雪峰造山带溆浦—靖州断裂活动历史及构造属性

溆浦—靖州断裂走向NNE(北段转为NE—近EW向),倾向SE,是雪峰造山带内部一条长期活动的重要断裂?基于与断裂相关的沉积作用、构造变形、岩浆活动等,研究溆浦—靖州断裂的活动历史,进而探讨断裂的构造属性。结果表明:溆浦—靖州断裂自早至晚经历了南华纪伸展。志留纪晚期加里东运动中逆冲、晚古生代伸展、中三叠世晚期印支运动中逆冲、晚三叠世—中侏罗世左行走滑-逆冲、中侏罗世晚期早燕山运动中逆冲、白垩纪伸展、古近纪右行走滑等多期构造活动;溆浦—靖州断裂以西块体相对强硬或不同壳层具刚性焊合,断裂以东块体相对软弱或不同壳层之间焊合较弱,导致断裂东侧在伸展事件中具有更强烈的伸展减薄并相对沉降,在挤压事件中则具更强烈变形和更大幅度抬升,且断裂以东具多期花岗质岩浆活动,而断裂以西无花岗岩发育;溆浦—靖州断裂为扬子陆块与东南缘岛弧之间的分界断裂,是武陵(晋宁)运动中扬子陆块与东南侧岛弧的弧-陆碰撞带内主断裂。     

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。