現(xiàn)今普遍認(rèn)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(kuò)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(yùn)動(dòng),并得到了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)獲取的地殼水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)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(yùn)動(dòng)相比,青藏高原東北部的橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(guó)大陸東部新生代伸展構(gòu)造活動(dòng)聯(lián)系的逃逸運(yùn)動(dòng)。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(kuò)展的通道,還是NEE向橫向擴(kuò)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(shí)空地質(zhì)約束的缺乏�，F(xiàn)今GPS空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)已成為研究現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動(dòng)的重要手段,它雖代表地殼現(xiàn)今的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),但卻是對(duì)利用地質(zhì)研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的有益補(bǔ)充。特別是長(zhǎng)期穩(wěn)定的GPS水平速度場(chǎng),已經(jīng)在動(dòng)力學(xué)變形機(jī)制研究中發(fā)揮出重要作用。已有的GPS觀測(cè)研究已初步給出青藏高原東北部三維尺度橫向擴(kuò)展的運(yùn)動(dòng)學(xué)證據(jù),因此利用最新加密觀測(cè)獲取的區(qū)域長(zhǎng)期GPS水平和精密水準(zhǔn)垂直運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng),將有助于系統(tǒng)研究青藏高原東北部物質(zhì)橫向擴(kuò)展的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,并深化對(duì)區(qū)域大陸動(dòng)力學(xué)變形機(jī)制和強(qiáng)震孕育的動(dòng)力學(xué)背景的理解。本文將遵循上述思路,重點(diǎn)研究青藏高原東北部橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)及其相關(guān)問題。主要研究?jī)?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(dòng)時(shí)空和方式協(xié)調(diào)性的研究,對(duì)于揭示高原東北部是否以及如何橫向擴(kuò)展具有重要價(jià)值。因此本文系統(tǒng)收集了前人區(qū)域內(nèi)活動(dòng)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)的時(shí)空演化圖像,為進(jìn)一步探討現(xiàn)今橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)模式及相關(guān)動(dòng)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(zhǎng)期(1999~2014年)水平速度場(chǎng)資料,通過參考基準(zhǔn)的計(jì)算轉(zhuǎn)換、速度場(chǎng)和應(yīng)變率場(chǎng)的計(jì)算和特征分析,重點(diǎn)研究了青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)的空間分布,包括其控制邊界的分布和運(yùn)動(dòng)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(duì)于檢驗(yàn)和完善青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)模式具有重要意義。因此本文利用獲取的區(qū)域精密水準(zhǔn)長(zhǎng)期(1970~2014年)垂直速度場(chǎng)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(yùn)動(dòng)與垂直形變之間關(guān)系出發(fā),重點(diǎn)檢驗(yàn)并完善了由GPS研究揭示的青藏高原東北部現(xiàn)今橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)模式。4.斷層滑動(dòng)速率是強(qiáng)震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和地殼變形動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ),本次獲取的區(qū)域加密長(zhǎng)期地殼三維運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)(GPS水平和水準(zhǔn)垂直數(shù)據(jù))為定量研究區(qū)內(nèi)主要斷裂現(xiàn)今滑動(dòng)速率提供了良好的基礎(chǔ)。本文首先利用區(qū)域加密長(zhǎng)期GPS水平速度場(chǎng),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(dòng)速率。此外,考慮到渭河盆地以斷陷活動(dòng)為主,并且橫跨斷裂有較密集的水準(zhǔn)觀測(cè),因此進(jìn)一步利用橫跨斷裂水準(zhǔn)垂直速度剖面并借助矩形彈性位錯(cuò)模型,擬合獲得了渭河盆地內(nèi)主要活動(dòng)斷裂沿其傾向的滑動(dòng)速率。5.結(jié)合區(qū)域加密長(zhǎng)期GPS水平速度場(chǎng),探討了鄂爾多斯地塊南部現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動(dòng)與鄂爾多斯地塊南部NNW向分布的子午嶺小震叢集帶活動(dòng)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(jī)制解,對(duì)其成因機(jī)制進(jìn)行綜合討論。6.結(jié)合青藏高原東北部橫向擴(kuò)展時(shí)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)模式,對(duì)橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)涉及到的科學(xué)問題進(jìn)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(kuò)展的南、北邊界問題;(3)青藏高原東北部橫向擴(kuò)展時(shí)空演化特征及其對(duì)區(qū)域斷層活動(dòng)性的作用;(4)現(xiàn)今橫向擴(kuò)展的深度和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。通過上述研究,本文獲得的結(jié)論與認(rèn)識(shí)可歸納如下:1.相對(duì)于華北板塊的GPS水平速度場(chǎng)(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(yùn)動(dòng)�，F(xiàn)今青藏高原東北部NE向朝鄂爾多斯地塊西南部運(yùn)動(dòng),在受到鄂爾多斯地塊阻擋后運(yùn)動(dòng)發(fā)生分異,一支沿著銀川盆地向北運(yùn)動(dòng),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(kuò)展,其前緣已達(dá)山西帶中南部。其南界為彌散的右旋剪切帶,對(duì)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(kuò)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(kuò)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(qiáng)西弱的地殼水平伸展運(yùn)動(dòng)也并不受控于秦嶺構(gòu)造帶,而與鄂爾多斯地塊南部逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)剪切運(yùn)動(dòng)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng),而不是以近E-W向的秦嶺擴(kuò)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(duì)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(kuò)展沿秦嶺擴(kuò)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(kuò)展,盆地西部現(xiàn)今相對(duì)其中東部隆升(2~3 mm/yr),與該區(qū)地殼水平擠壓態(tài)勢(shì)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。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(dá)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(dòng)微弱,且不具有左旋走滑的運(yùn)動(dòng)特征,同樣難以支持沿秦嶺構(gòu)造帶發(fā)生橫向逃逸的運(yùn)動(dòng)模式。海原斷裂現(xiàn)今具有5.2 mm/yr的左旋走滑速率,同時(shí)六盤山—岐山—馬召斷裂現(xiàn)今也為左旋走滑運(yùn)動(dòng),說明其仍是青藏高原東北部橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(kuò)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(kuò)展西部響應(yīng)的依據(jù)。4.對(duì)GPS水平速度場(chǎng)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(yùn)動(dòng),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(kuò)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(dòng))響應(yīng),說明高原東北部的橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)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(rèn)為完整的鄂爾多斯地塊存在“活化”的特征。5.對(duì)橫向擴(kuò)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(yùn)動(dòng)揭示的地塊內(nèi)的差異運(yùn)動(dòng)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(dòng)變形,以及地殼淺部擠壓逆沖斷層活動(dòng)和地震活動(dòng)。(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(shí)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(shí)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)的北界提供了支持。(3)青藏高原東北部的橫向擴(kuò)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(shí)現(xiàn)溝通。此后高原東北部的橫向擴(kuò)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(kuò)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(kuò)展運(yùn)動(dòng)的北界實(shí)現(xiàn)了向北遷移;現(xiàn)今橫向擴(kuò)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(rèn)為現(xiàn)今橫向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)殼—幔耦合軟流圈橫向擴(kuò)展流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P315.2
【部分圖文】：

圖 1.1 中國(guó)東部 GPS 水平速度場(chǎng)（1999~2007 年，相對(duì)于歐亞板塊；圖中藍(lán)色和紅色箭頭矢量分別表示實(shí)際觀測(cè)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(gè)重要啟示，在大陸內(nèi)部地殼現(xiàn)今水平運(yùn)動(dòng)研究中，通過扣除整體穩(wěn)定的近場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，能夠更有效的洞察塊體之間更細(xì)節(jié)的差異運(yùn)動(dòng)。而且

圖 1.2 青藏高原東緣 GPS 水平速度場(chǎng)，相對(duì)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(yùn)動(dòng)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(shí)空地質(zhì)約束的缺乏和一些傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)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(kuò)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(dòng)也極易湮沒本就細(xì)微的地殼水平錯(cuò)動(dòng)，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(rèn)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(kuò)展引起的斷層活動(dòng)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(dòng)構(gòu)造也無強(qiáng)震發(fā)生，是一個(gè)構(gòu)造穩(wěn)定且整體性強(qiáng)的板內(nèi)地塊（范俊喜等，2003）。這種傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)一定程度上也促使前人將青藏高原橫向擴(kuò)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?jiān)罉虻龋?005；馬收先等
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本文編號(hào)：2860518