發(fā)布時間：2020-10-29 06:24

　　 現(xiàn)今普遍認為青藏高原在新生代晚期(20~12 Ma)存在著從高原內(nèi)部向其東緣的橫向擴展。特別是在青藏高原東南部發(fā)育大尺度SE-SSE向的橫向逃逸運動,并得到了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)獲取的地殼水平運動速度場的支持。然而與青藏高原東南部表現(xiàn)出顯著、清晰的橫向擠出逃逸運動相比,青藏高原東北部的橫向擴展運動的研究卻仍然存在很大的不確定性:首先,源于青藏高原內(nèi)部橫向擴展運動是被限制在現(xiàn)今高原東北部以內(nèi),還是存在大尺度與中國大陸東部新生代伸展構(gòu)造活動聯(lián)系的逃逸運動。其次,高原東北部橫向逃逸是以近E-W向的秦嶺構(gòu)造帶作為擴展的通道,還是NEE向橫向擴展并深入到六盤山斷裂以東的鄂爾多斯地塊南緣甚至其內(nèi)部。究其原因主要在于鄂爾多斯地塊南部(包括渭河盆地和秦嶺構(gòu)造帶)地殼變形時空地質(zhì)約束的缺乏�，F(xiàn)今GPS空間對地觀測技術(shù)已成為研究現(xiàn)今地殼水平運動的重要手段,它雖代表地殼現(xiàn)今的運動狀態(tài),但卻是對利用地質(zhì)研究構(gòu)造運動的有益補充。特別是長期穩(wěn)定的GPS水平速度場,已經(jīng)在動力學(xué)變形機制研究中發(fā)揮出重要作用。已有的GPS觀測研究已初步給出青藏高原東北部三維尺度橫向擴展的運動學(xué)證據(jù),因此利用最新加密觀測獲取的區(qū)域長期GPS水平和精密水準垂直運動速度場,將有助于系統(tǒng)研究青藏高原東北部物質(zhì)橫向擴展的運動學(xué)特征,并深化對區(qū)域大陸動力學(xué)變形機制和強震孕育的動力學(xué)背景的理解。本文將遵循上述思路,重點研究青藏高原東北部橫向擴展運動及其相關(guān)問題。主要研究內(nèi)容如下:1.作為緊鄰青藏高原東北部的構(gòu)造單元,鄂爾多斯地塊南部、渭河盆地和秦嶺構(gòu)造帶與青藏高原東北部新生代構(gòu)造活動時空和方式協(xié)調(diào)性的研究,對于揭示高原東北部是否以及如何橫向擴展具有重要價值。因此本文系統(tǒng)收集了前人區(qū)域內(nèi)活動構(gòu)造,特別是低溫?zé)崮甏鷮W(xué)、磁性地層學(xué)和盆地沉積等方面的最新成果。通過綜合研究初步獲取了青藏高原東北部橫向擴展運動的時空演化圖像,為進一步探討現(xiàn)今橫向擴展運動模式及相關(guān)動力學(xué)問題打下基礎(chǔ)。2.借助最新獲取的區(qū)域加密GPS長期(1999~2014年)水平速度場資料,通過參考基準的計算轉(zhuǎn)換、速度場和應(yīng)變率場的計算和特征分析,重點研究了青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴展運動的空間分布,包括其控制邊界的分布和運動性質(zhì),以及不同構(gòu)造單元變形的差異特征。3.從應(yīng)變的傳遞和轉(zhuǎn)化角度考慮,現(xiàn)今地殼垂直形變約束對于檢驗和完善青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴展運動模式具有重要意義。因此本文利用獲取的區(qū)域精密水準長期(1970~2014年)垂直速度場在研究區(qū)域現(xiàn)今垂直形變特征的基礎(chǔ)上,從比較現(xiàn)今地殼水平運動與垂直形變之間關(guān)系出發(fā),重點檢驗并完善了由GPS研究揭示的青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴展運動模式。4.斷層滑動速率是強震危險性預(yù)測和地殼變形動力學(xué)研究的基礎(chǔ),本次獲取的區(qū)域加密長期地殼三維運動速度場(GPS水平和水準垂直數(shù)據(jù))為定量研究區(qū)內(nèi)主要斷裂現(xiàn)今滑動速率提供了良好的基礎(chǔ)。本文首先利用區(qū)域加密長期GPS水平速度場,基于三維球面彈性塊體模型(Blocks),反演獲取了區(qū)域主要斷裂現(xiàn)今滑動速率。此外,考慮到渭河盆地以斷陷活動為主,并且橫跨斷裂有較密集的水準觀測,因此進一步利用橫跨斷裂水準垂直速度剖面并借助矩形彈性位錯模型,擬合獲得了渭河盆地內(nèi)主要活動斷裂沿其傾向的滑動速率。5.結(jié)合區(qū)域加密長期GPS水平速度場,探討了鄂爾多斯地塊南部現(xiàn)今地殼水平運動與鄂爾多斯地塊南部NNW向分布的子午嶺小震叢集帶活動的關(guān)系。并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合前人研究成果及子午嶺小震帶震源機制解,對其成因機制進行綜合討論。6.結(jié)合青藏高原東北部橫向擴展時空演化以及區(qū)域現(xiàn)今三維地殼形變資料揭示的現(xiàn)今橫向擴展運動模式,對橫向擴展運動涉及到的科學(xué)問題進行了討論,主要包括:(1)鄂爾多斯地塊南部的“活化”問題;(2)青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴展的南、北邊界問題;(3)青藏高原東北部橫向擴展時空演化特征及其對區(qū)域斷層活動性的作用;(4)現(xiàn)今橫向擴展的深度和動力學(xué)機制。通過上述研究,本文獲得的結(jié)論與認識可歸納如下:1.相對于華北板塊的GPS水平速度場(歐拉旋轉(zhuǎn)矢量:57.06979oN,136.10122oE,0.11670o/Ma)更好的展示出區(qū)域內(nèi)不同構(gòu)造單元的差異運動。現(xiàn)今青藏高原東北部NE向朝鄂爾多斯地塊西南部運動,在受到鄂爾多斯地塊阻擋后運動發(fā)生分異,一支沿著銀川盆地向北運動,另一支沿鄂爾多斯地塊南部和渭河盆地NEE至NE向發(fā)生橫向擴展,其前緣已達山西帶中南部。其南界為彌散的右旋剪切帶,對應(yīng)NEE向的平武—青川—漢中盆地北緣斷裂、成縣—太白斷裂和禮縣—羅家堡斷裂。而在鄂爾多斯地塊中部,北緯38°附近出現(xiàn)的左旋水平速度梯度很可能是現(xiàn)今橫向擴展的最新北部邊界。分析表明,近E-W向的秦嶺并未成為現(xiàn)今橫向擴展逃逸的通道,且鄂爾多斯地塊南緣和渭河盆地現(xiàn)今東強西弱的地殼水平伸展運動也并不受控于秦嶺構(gòu)造帶,而與鄂爾多斯地塊南部逆時針旋轉(zhuǎn)剪切運動相關(guān)。2.區(qū)域現(xiàn)今垂向形變特征支持本文GPS揭示的橫向擴展運動模式,主要體現(xiàn)在:(1)現(xiàn)今青藏高原東北部以NE向朝著鄂爾多斯地塊西南部運動,而不是以近E-W向的秦嶺擴展逃逸。隴西地塊東南隅和六盤山附近顯著的水平擠壓縮短(近6 mm/yr)與其現(xiàn)今快速隆升(4~6 mm/yr)對應(yīng)。相反在西秦嶺與秦嶺間卻出現(xiàn)極顯著的地殼垂直速度差異,不符合橫向擴展沿秦嶺擴展逃逸的模式。(2)響應(yīng)沿鄂爾多斯地塊南部和渭河盆地的橫向擴展,盆地西部現(xiàn)今相對其中東部隆升(2~3 mm/yr),與該區(qū)地殼水平擠壓態(tài)勢一致。在鄂爾多斯地塊南部自身旋轉(zhuǎn)剪切作用下盆地中東部的地殼伸展與現(xiàn)今該區(qū)的顯著沉降吻合。(3)GPS水平形變揭示的現(xiàn)今橫向擴展運動南、北部邊界(北緯38°帶),也能夠很好的限定區(qū)域現(xiàn)今地殼垂直運動。3.反演結(jié)果顯示,平武—青川、成縣—太白和禮縣—羅家堡斷裂現(xiàn)今均為右旋走滑,其中禮縣—羅家堡斷裂現(xiàn)今右旋走滑最為顯著(可達3.0 mm/yr)。且上述斷裂的右旋走滑能夠NEE向延伸與現(xiàn)今渭河盆地中北部明顯的右旋走滑連接。此外,秦嶺內(nèi)部現(xiàn)今斷層活動微弱,且不具有左旋走滑的運動特征,同樣難以支持沿秦嶺構(gòu)造帶發(fā)生橫向逃逸的運動模式。海原斷裂現(xiàn)今具有5.2 mm/yr的左旋走滑速率,同時六盤山—岐山—馬召斷裂現(xiàn)今也為左旋走滑運動,說明其仍是青藏高原東北部橫向擴展運動的重要邊界,但其北側(cè)香山—天景山斷裂現(xiàn)今3~4 mm/yr的左旋走滑指示現(xiàn)今高原東北部向東橫向擴展的北界很可能在向北遷移,并且該結(jié)果可以作為以北緯38°作為現(xiàn)今橫向擴展西部響應(yīng)的依據(jù)。4.對GPS水平速度場和跨子午嶺小震叢集帶GPS速度分量剖面的分析,揭示沿子午嶺小震帶兩側(cè)地殼水平方向存在左旋差異運動,而子午嶺隆起作為構(gòu)造薄弱帶在地殼左旋剪切作用下,易于剪切應(yīng)變能沿子午嶺一帶積累從而形成彌散型的小震群。因此,鄂爾多斯地塊南部子午嶺小震叢集現(xiàn)象是現(xiàn)今橫向擴展沿鄂爾多斯地塊南部和渭河盆地NEE至NE向朝山西帶中南部不斷發(fā)展的構(gòu)造(小震活動)響應(yīng),說明高原東北部的橫向擴展運動已經(jīng)影響到鄂爾多斯地塊南部并使其內(nèi)部出現(xiàn)差異變形,傳統(tǒng)上認為完整的鄂爾多斯地塊存在“活化”的特征。5.對橫向擴展相關(guān)問題的討論顯示:(1)鄂爾多斯地塊南部的活化不僅體現(xiàn)在現(xiàn)今三維地殼運動揭示的地塊內(nèi)的差異運動上,其活化特征還體現(xiàn)在深部巖石圈的減薄和上地幔的流動變形,以及地殼淺部擠壓逆沖斷層活動和地震活動。(2)來自地形地貌的證據(jù),特別是鄂爾多斯地塊中部北緯38°線南側(cè)白于山脫離湖相沉積并隆起成山的時限(1.2 Ma)與同樣沿著北緯38°線展布的香山—天景山斷裂左旋走滑發(fā)育并傳遞到其東端的時限非常一致,為以鄂爾多斯地塊中部北緯38°線作為最新橫向擴展運動的北界提供了支持。(3)青藏高原東北部的橫向擴展在20~12 Ma開始通過成縣—太白斷裂的左旋走滑與渭河盆地實現(xiàn)溝通。此后高原東北部的橫向擴展不斷發(fā)展,其北部邊界逐步向北遷移,至中新世末期(8~5Ma)左旋走滑的西秦嶺北緣—秦嶺北緣斷裂成為橫向擴展的北界;至早中更新世(1.8 Ma)海原—六盤山—岐山—馬召斷裂左旋走滑斷裂帶貫通,橫向擴展運動的北界實現(xiàn)了向北遷移;現(xiàn)今橫向擴展的北界很可能遷移到本文論述的鄂爾多斯地塊中部北緯38°帶附近。(4)綜合現(xiàn)今地殼形變特征、區(qū)域SKS研究結(jié)果和鄂爾多斯地塊隆升特征,初步認為現(xiàn)今橫向擴展運動對應(yīng)殼—幔耦合軟流圈橫向擴展流動的動力學(xué)模型。
【學(xué)位單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P315.2
【部分圖文】：

圖 1.1 中國東部 GPS 水平速度場（1999~2007 年，相對于歐亞板塊；圖中藍色和紅色箭頭矢量分別表示實際觀測值和相應(yīng)的歐拉旋轉(zhuǎn)矢量擬合值）上述工作給予了一個重要啟示，在大陸內(nèi)部地殼現(xiàn)今水平運動研究中，通過扣除整體穩(wěn)定的近場運動，能夠更有效的洞察塊體之間更細節(jié)的差異運動。而且

圖 1.2 青藏高原東緣 GPS 水平速度場，相對于華北–華南地塊來自于王敏，2009；圖中誤差橢圓代表 95﹪置信區(qū)間；扣除華北–華南地塊整的歐拉參數(shù)為 144.5oE、65.8oN、0.08o/Ma）而與青藏高原東南部表現(xiàn)出顯著、清晰的橫向擠出逃逸運動相比，

S.C.華南地塊，N.C.華北地塊）究其原因主要在于鄂爾多斯地塊南部（包括渭河盆地和秦嶺構(gòu)造帶）（圖1.3）地殼變形時空地質(zhì)約束的缺乏和一些傳統(tǒng)認識藩籬的固化：其一，客觀上青藏高原東北部晚新生代以來經(jīng)歷的擠壓、隆升耗散了大部分高原橫向擴展的應(yīng)變（Zhang et al., 1991; Zheng et al., 2013; Wang et al., 2013; Ren et al., 2013; Li et al.,2011），使得高原東北部東側(cè)鄂爾多斯地塊南部地殼變形處于較低的水平，并且渭河盆地新生代以來顯著的斷陷活動也極易湮沒本就細微的地殼水平錯動，從而也增加了利用地質(zhì)方法研究地殼水平向橫向擠出的難度。其二，傳統(tǒng)上鄂爾多斯地塊被認為是具有剛性基底的克拉通地塊（Huang and Zhao, 2006），青藏高原東北部新生代晚期（10~8 Ma）的橫向擴展引起的斷層活動最多也僅深入到六盤山以東 14 公里的小關(guān)山斷裂附近（鄧起東等，1989）。其內(nèi)部新生代以來不發(fā)育活動構(gòu)造也無強震發(fā)生，是一個構(gòu)造穩(wěn)定且整體性強的板內(nèi)地塊（范俊喜等，2003）。這種傳統(tǒng)認識一定程度上也促使前人將青藏高原橫向擴展的通道更多的集中在鄂爾多斯地塊南部發(fā)育左旋走滑的東昆侖、西秦嶺（姜曉瑋等，2003；張岳橋等，2005；馬收先等
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本文編號：2860518