白相東,遲寶明,關成堯,張 艷,袁四化,梁文天
1.中國地震局工程力學研究所,哈爾濱 1500802.防災科技學院地震科學系,河北 三河 0652013.大陸動力學國家重點實驗室/西北大學地質(zhì)學系,西安 710069
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鄂爾多斯南緣構(gòu)造帶現(xiàn)今地塊運動模式
白相東1,2,遲寶明1,2,關成堯2,張 艷1,2,袁四化2,梁文天3
1.中國地震局工程力學研究所,哈爾濱 1500802.防災科技學院地震科學系,河北 三河 0652013.大陸動力學國家重點實驗室/西北大學地質(zhì)學系,西安 710069
依據(jù)研究區(qū)內(nèi)斷裂體系及GPS地體運動矢量數(shù)據(jù),將鄂爾多斯南緣構(gòu)造帶分割成A--K共11個斷塊群,將差異性GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為斷塊之間的細部相對運動,給研究地塊細部運動差異提供一種全新的研究思路與研究模式。鄂爾多斯南緣中東部現(xiàn)今構(gòu)造應力場整體為擠壓應力環(huán)境。在渭河盆地西部,從西南方向中秦嶺動力楔傳遞而來的擠壓應力峰點在武功--咸陽--口鎮(zhèn)一帶形成應力主軸,應力主軸兩側(cè)楔形地塊普遍存在側(cè)向擠出逃逸,逃逸使GPS運動矢量偏離區(qū)域主應力方向。渭河盆地東部則存在左行走滑,顯示出豫西斷隆的阻隔碰撞作用。鄂爾多斯南緣現(xiàn)今地塊相對運動規(guī)律符合“三頭碰撞”模式,四川地塊、鄂爾多斯地塊、豫西斷隆三個地塊的“三頭碰撞”形成高應力區(qū),“頭間逃逸帶”形成走滑帶和相對低應力區(qū)。本次提出地體之間的“多頭碰撞”和“頭間逃逸”構(gòu)造模式有一定的普遍性,研究清楚地塊之間哪里是“頭”接觸點、哪里是“頭間逃逸帶”,可以成為研究大中地塊周圍震源機制分布規(guī)律的有效途徑。
鄂爾多斯;渭河斷陷;現(xiàn)代應力場;多頭碰撞;逃逸構(gòu)造;GPS矢量
鄂爾多斯盆地南緣構(gòu)造帶主要由3個次級構(gòu)造帶構(gòu)成,西部為隴縣千陽構(gòu)造帶,中東部為渭河斷陷帶,東南部為運城盆地。其中,渭河斷陷帶由渭河盆地、運城盆地和靈寶盆地組成,總體走向從近東西向逐漸轉(zhuǎn)為北東向。渭河斷陷帶是理解鄂爾多斯盆地南緣構(gòu)造運動的關節(jié)點[1-5],新生代以來形成西安、固市、運城三個第四紀拗陷中心,三個拗陷區(qū)長軸呈右行斜列,拗陷區(qū)之間隆起呈近南北向或北西向,與鄂爾多斯盆地北側(cè)的河套盆地帶一樣, 都顯示左旋剪切拉張帶的特征[6]。權新昌[7]認為鄂爾多斯南緣地處秦嶺緯向構(gòu)造體系、祁呂賀蘭山字型構(gòu)造體系、新華夏構(gòu)造體系和隴西旋卷構(gòu)造體系的交匯部位,四個巨型構(gòu)造體系在渭河盆地內(nèi)互相穿插、制約,互相利用、改造,發(fā)生十分復雜的復合聯(lián)合現(xiàn)象。在華北地區(qū)統(tǒng)一構(gòu)造應力場----“華北系”的影響下,由于北東東--南西西的強大擠壓,使近東西或北東東向的渭河地塹盆地處于水平拉張狀態(tài),這種強大的水平運動(或派生)作用,導致盆地下降、山區(qū)上升的局面[2]。
對鄂爾多斯及周邊地塊的GPS運動矢量的分析,一些學者已經(jīng)開展了一些有益的工作。在鄂爾多斯整體研究方面:陳小斌等[8]認為鄂爾多斯地塊運動可以分解為兩個部分,一部分為其自身的逆時針旋轉(zhuǎn),另一部分從屬于中國大陸整體運動,二者的疊加形成鄂爾多斯地塊現(xiàn)今水平運動狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)形式;李延興等[9]認為燕山塊體相對于鄂爾多斯作北西向運動, 而華南塊體相對于鄂爾多斯為南東向運動,在鄂爾多斯的南北兩側(cè)形成了一對北西--南東方向的拉張力, 這對作用力促使鄂爾多斯逆時針方向旋轉(zhuǎn)。針對鄂爾多斯南緣或鄂爾多斯南緣的GPS矢量研究也有一定的認識:李天文等[10]認為陜西地區(qū)地殼呈現(xiàn)分塊式運動特征,其中關中地區(qū)中部站點運動方向較為密集凌亂,西部以北東向運動為主,而東部以南東向運動為主;瞿偉等[11]認為渭河盆地西部主要受主壓應變影響,東部主要受張應變的影響,表現(xiàn)為面膨脹區(qū);戴王強等[12-13]認為渭河盆地中部與北部以壓應變?yōu)橹?,南部以張應變?yōu)橹?,渭河盆地中部的彬縣--西安藍田一線兩側(cè)存在一個左旋剪切帶(東側(cè))和右旋剪切帶;還認為渭河盆地及其周邊地區(qū)水平運動速率矢量呈現(xiàn)較明顯的北東向條帶狀變化特征,兩側(cè)存在一個左旋剪切帶(東側(cè))和右旋剪切帶,東部的左旋剪切帶即剪切應力集中區(qū)與銅川--涇陽--臨潼--渭南小震密集帶有較好的對應關系,在其西側(cè)同樣是剪應力較高的帶,地震發(fā)生卻相對較少;張永志等[14]基于GPS水平速度場的模擬計算顯示渭河盆地山區(qū)應力場以增加為主,盆地以應力場減小為主。
大地測量工作者開展的GPS矢量分析整體上是基于矢量群體特性展開的,而缺乏具體斷塊細節(jié)差異的關注與研究,大地測量學者關注大地塊整體運動趨勢,鮮有對偏離整體趨勢的GPS矢量數(shù)據(jù)進行科學解釋。本文旨在應用看似雜亂的GPS數(shù)據(jù)結(jié)合更加詳細的斷裂與斷塊展布規(guī)律,提出動力學模式;該模式使地塊細部的相對運動與GPS水平速度相一致,為應用GPS數(shù)據(jù)研究地塊細部運動差異提供一種可用的研究思路與研究模式。
根據(jù)前人[15-20]的研究成果,并結(jié)合GPS矢量的運動關系,重新厘定了鄂爾多斯南緣斷裂的交切關系,并將這些交切關系與斷塊的GPS矢量相協(xié)調(diào),獲得如圖1所示的斷裂與斷塊體系,這些斷裂帶的基本位置和名稱盡量繼承前人的研究。
F1.秦嶺北緣斷裂;F2.渭河斷裂;F3.岐山--口鎮(zhèn)斷裂;F4.交界--斷莊河溝逆沖斷裂;F5.五峰山--嵯峨山逆沖斷裂;F6.韓城--驪山斷裂;F7.蒲城--獨店斷裂;F8.雙泉--富平斷裂;F9.寶雞--鐵爐子斷裂;F10.石門斷裂;F11.金錐鎮(zhèn)斷裂;F12.華山山前斷裂;F13.山陽--鳳鎮(zhèn)斷裂;F14.鎮(zhèn)安--板巖鎮(zhèn)斷裂;F15.成縣--太白山斷裂;F16.鳳縣--兩當斷裂;F17.西秦嶺北緣(天水--寶雞)斷裂;F18.八渡--虢鎮(zhèn)逆沖斷裂;F19.新集川--岐山斷裂;F20.銅城--龍門逆沖斷裂;F21.彬縣--藍田斷裂。斷裂數(shù)據(jù)根據(jù)文獻[15-20]整理并改繪,地震數(shù)據(jù)根據(jù)文獻[5, 16, 21-22]整理。圖1 鄂爾多斯南緣構(gòu)造帶塊體及斷裂劃分Fig.1 Blocks and fractures in Southern Ordos margin tectonic belt
韓恒悅等[5]曾經(jīng)提出鄂爾多斯南緣第四紀斷塊的劃分,在渭河盆地中, 可劃分出寶雞凸起、咸陽凸起、蒲城凸起、驪山凸起及西安拗陷和固市拗陷,這是服務于油氣勘探的隆起拗陷劃分。筆者結(jié)合鄂爾多斯南緣的盆地斷裂展布狀況,認為鄂爾多斯南緣的變形主要受這些斷塊的控制,這些斷塊的劃分并不是嚴格意義上的地塊,而是一定程度上考慮GPS數(shù)據(jù)量的地塊劃分。這些地塊之間的相向運動說明存在擠壓,相背運動則可能存在拉張,地塊之間的受力不是孤立的,而是相互作用的。
2.1 鄂爾多斯南緣GPS矢量與斷塊運動解釋
GPS矢量數(shù)據(jù)據(jù)文獻[13];參考點為彬縣。圖2 鄂爾多斯南緣GPS矢量與斷塊運動關系解釋圖Fig.2 Diagram of the relationship between GPS vectors and the moving blocks in Southern Ordos margin tectonic belt
圖3 鄂爾多斯南緣現(xiàn)今擠壓動力學模式圖Fig.3 Kinetic model diagram in Southern Ordos margin tectonic belt
依據(jù)鄂爾多斯南緣的斷裂及斷塊體系(圖1),再根據(jù)戴王強等[12-13]的GPS矢量數(shù)據(jù),可以研究這種看似雜亂無章的GPS矢量所表達的現(xiàn)今地塊運動趨勢。參考GPS數(shù)據(jù)的分布及密度,將圖1中的主要斷裂及斷塊簡化為如圖2和圖3所示,劃分的微小斷塊精度以主要地塊保證有矢量數(shù)據(jù)覆蓋為宜。經(jīng)過對GPS數(shù)據(jù)的歸類、向背分析、對稱分析等工作,得到兩個矢量相背的對稱主軸(應力主軸),據(jù)此將地塊與GPS矢量數(shù)據(jù)分區(qū)進行研究,鄂爾多斯南緣的GPS矢量與斷塊運動的關系進行的解釋與分析如圖2所示。大致的研究過程如下文所述。
1)圖2中存在兩個GPS運動矢量背離區(qū),西部背離區(qū)的對稱軸線為OO’。來自于研究區(qū)西南方向(中秦嶺動力楔)的北東向擠壓力在渭河盆地南部傳遞到達本區(qū),擠壓應力中心作為應力主軸線OO’,以主軸線OO’南端為起點順時針劃分了11個區(qū)域(A區(qū)--K區(qū)),西部的矢量背離區(qū)為圖中的D區(qū)和E區(qū),D區(qū)GPS矢量指向北西,E區(qū)GPS矢量指向南東,D區(qū)和E區(qū)中間存在一個大致的對稱軸,這個軸大致可用圖2A區(qū)中西部(綠色)的應力軸線OO’來表示。同時,B區(qū)和C區(qū) GPS矢量指向北西,J區(qū)和K區(qū)GPS矢量指向南東,也發(fā)生對稱于OO’的背離。
2)東部也存在一個明顯的背離帶,H區(qū)GPS矢量主要指向北西,I區(qū)GPS矢量指向北東,和西部的近180°背離不同的是,東部的背離整體呈接近直角產(chǎn)生背離;說明東部數(shù)據(jù)群存在一個指向北西的環(huán)境矢量,這個環(huán)境矢量就是來自東南方向擠壓導致的整體運動矢量。同樣找到H區(qū)和I區(qū)也存在一個大致的對稱軸,這個軸大致可用圖2中東部(綠色)的應力軸線MM’來表示。
3)東區(qū)和西區(qū)的兩個對稱應力軸線就是地塊擠壓應力集中點,西區(qū)擠壓力主要來源于西南方向,而東區(qū)擠壓力主要來源于東南方向。
4)東、西兩區(qū)存在一個控制范圍的界限,在圖2中用粉色虛線表示,這個界限還需要根據(jù)GPS矢量的分解進行微調(diào)和確定。
5)由于西區(qū)的壓力來源于西南部,可以認為圖2中最西南方向的5號GPS矢量就是擠壓應力的來源方向,則在西區(qū)產(chǎn)生整體上和5號GPS矢量平行的區(qū)域擠壓力;將西區(qū)的GPS矢量分解成兩部分,其中一部分為和5號GPS矢量平行的矢量,分解后的西區(qū)矢量如圖2所示。
6)在B、C、D 三個區(qū)內(nèi),和5號GPS矢量垂直的矢量大致符合遠離應力軸線OO’方向變大的趨勢,本文稱這個背離應力軸線OO’的分矢量為“逃逸分矢量”。1、2號GPS矢量的“逃逸分矢量”大小明顯地大于9、10號矢量的“逃逸分矢量”,存在背離應力軸線OO’方向“逃逸分矢量”加大的趨勢。在西區(qū)應力軸線OO’的南東部的E、L、K 三個區(qū)中,20號矢量的“逃逸分矢量”大小明顯地大于12號矢量的“逃逸分矢量”。同樣符合背離應力軸線OO’方向“逃逸分矢量”加大的趨勢,這體現(xiàn)了擠壓變形和地塊逃逸的作用。
7)通過“彬縣參考點”的北西--南東向走滑斷裂(彬縣--藍田斷裂)是一個重要的斷裂,該斷裂將西部的D、E區(qū)和東部的F、G區(qū)分隔開;并且,彬縣--藍田斷裂走向和東區(qū)的主體矢量大致平行。
8)G區(qū)18號矢量較重要,其存在垂直于應力軸線MM’的分矢量方向,指向MM’,而非背離MM’,說明18號矢量仍然受西區(qū)擠壓力的控制;而21、22兩個矢量垂直于東區(qū)應力軸線MM’的分矢量方向背離應力軸線MM’,說明這兩個矢量受東區(qū)擠壓應力的控制。因此東西區(qū)的分界線應該在18號矢量和21、22矢量之間。15號和25號矢量的分矢量均背離東區(qū)應力軸線MM’,但是鑒于所在地塊為楔形地塊,存在向西的擠出矢量,僅將25號矢量劃歸東區(qū),而15號矢量劃歸西區(qū)。
9)另一個影響東西區(qū)分區(qū)界限的是圖1中的F10斷裂。F10斷裂兩側(cè)的南北向斷裂明顯被F10錯開,體現(xiàn)出F10存在左旋走滑特征,認為F10可能是東西區(qū)分界斷裂。由于東區(qū)的相對運動導致的左行錯動,這種猜測并不是非??煽浚且膊皇浜侠硇?,并且不影響本文的分析結(jié)果。
10)很多楔形地塊發(fā)生構(gòu)造擠出-逃逸,如西區(qū)的眾多帶有“逃逸矢量”特征的都發(fā)生地塊的擠出逃逸。
11)還有一些地塊與周邊環(huán)境的整體矢量特征相悖,大多是由于局部的楔形地塊擠出導致的。6號矢量存在指向應力軸線OO’的方向矢量,是由于所在地體的擠出逃逸分量導致的,15、25、19、20與28號矢量也屬于由地體擠出逃逸分量所引起的。而1、2、20、28與29號這些數(shù)值較大的矢量主要是由于楔形地塊的構(gòu)造擠出導致的。這些區(qū)域的震源機制的研究應該充分考慮走滑作用的影響。
2.2 鄂爾多斯南緣微地塊群運動模式
將圖2中的主要斷裂、主要斷塊群的運動方向及模式簡化為圖3所示。在圖3中,來自于研究區(qū)西南方向(中秦嶺動力楔)的北東向擠壓力在渭河盆地南部沿著應力主軸線OO’傳遞到達本區(qū)。由于中秦嶺造山帶中地塊東西各存在一個楔形地塊,這兩個楔形地塊會發(fā)生擠出逃逸,逃逸本身消耗一部分擠壓應力,使得東西兩個楔形地塊均不能高效地傳遞擠壓應力,相對的中間地塊則成為擠壓應力的高效傳遞區(qū)。渭河盆地內(nèi)應力垂直于應力軸線OO’向兩側(cè)應力漸小,應力梯度軸兩側(cè)地塊由于受到平行于應力軸線的擠壓應力而變形,并沿著應力軸線向兩側(cè)伸展,這是盆地西北部地塊(扶風、乾縣、永壽地塊)向西北運動的動因,而應力軸線OO’的南東地塊(藍田地塊、西安地塊東部)則向北東部伸展變形。
應力軸線OO’兩側(cè)的三角形(楔形)地體會發(fā)生構(gòu)造逃逸,渭河斷陷帶西部的寶雞、鳳翔等地塊則向西北逃逸,南東部的華山--崤山地塊、藍田地塊以及秦嶺造山帶內(nèi)的地塊(圖3中的J區(qū)和K區(qū))則產(chǎn)生向南東逃逸的趨勢。但是,由于鄂爾多斯地塊整體向東運動,同時鄂爾多斯南部存在逆時針旋轉(zhuǎn),這些東向運動會遭到東部的豫西斷隆(魯豫地塊的西緣)的阻擋,發(fā)生鄂爾多斯南部和豫西斷隆的擠壓碰撞,并產(chǎn)生東部的擠壓應力軸線MM’,碰撞縮短導致以鄂爾多斯南部彬縣為參考點的GPS數(shù)據(jù)表現(xiàn)為向北西的匯聚,因此,豫西斷隆的阻擋碰撞可能是鄂爾多斯南緣現(xiàn)今匯聚應力產(chǎn)生的原因。圖3中G、E、J、K 四個區(qū)域向東南逃逸以及豫西斷隆向北西向的擠壓(導致H、I區(qū)域的北西向運動)像一個力偶一樣作用在鄂爾多斯東南部,產(chǎn)生廣泛的左行走滑格局,這種左行走滑格局在文獻[23]中有較為詳盡的論述。東西兩個擠壓應力主軸OO’和MM’的影響不同,存在著競爭,秦嶺動力楔擠壓應力控制區(qū)和豫西斷隆阻斷擠壓應力控制區(qū)之間會存在一個分界線,依據(jù)GPS矢量推測的分界線的大致位置如圖2所示。秦嶺動力楔擠壓應力控制區(qū)的應力軸線和豫西斷隆阻斷擠壓應力控制區(qū)的應力軸線最終會相互靠近并傳遞到鄂爾多斯地塊內(nèi)部。
2.3 “多頭碰撞”匯聚動力學模式
為何中秦嶺能夠提供來自南西方向的擠壓力呢?這可能與四川地塊受力有關。來自四川地塊的擠壓力(應力軸線OO’)、豫西斷隆的阻隔擠壓力(應力軸線MM’)和鄂爾多斯地塊南緣交匯,相當于3個大型地塊的碰撞擠壓,這種“三頭碰撞”在渭河斷陷帶內(nèi)交匯,并形成2~3個“頭”間擠出逃逸帶,如圖4所示。從本文的研究來看,四川地塊和鄂爾多斯地塊之間的兩個逃逸帶(圖4中的A區(qū)和B區(qū))是肯定存在的,圖4中的C區(qū)和D區(qū)兩個“頭”間是否存在構(gòu)造逃逸還需要深入的研究,本文由于GPS數(shù)據(jù)所限未能展開研究。
圖4 “三頭碰撞”擠壓力渭河斷陷帶內(nèi)交匯與“頭”間擠出逃逸構(gòu)造模式Fig.4 “Three Heads Collision” squeeze intersection and escape tectonic head structure between those “Heads” in Weihe
此外,本區(qū)還存在很多局部的楔形地體擠出現(xiàn)象,如岐山地塊基本不存在北西向擠出分量,而是相對于兩側(cè)地體存在向東南方向的擠出分量,這兩個不同方向的擠出分量接近抵消導致岐山地塊僅發(fā)生北東向擠壓縮短所導致的匯聚。渭南地塊東部為三角形地塊,由豫西斷隆傳遞而來的阻擋碰撞力經(jīng)由華山地塊傳遞到渭南地塊東部,導致渭南地塊東部相對向西擠出,渭南地塊西北部則可能向東南擠壓縮短,這和涇南斷塊應該是一致的,涇南斷塊北西部是一個楔形體,在秦嶺動力楔的擠壓作用下可以發(fā)生向南東方向的擠出逃逸。
從以上分析可見,渭河盆地現(xiàn)今構(gòu)造應力場有一定的走滑趨勢,何時開始形成目前的擠壓格局還缺乏相關的研究。渭河盆地東南部的小秦嶺(華山地塊)斷裂體現(xiàn)了走滑錯斷的效應,目前尚沒有這兩個斷層斷錯時代的資料。理論上講,如果現(xiàn)今應力場的出現(xiàn)已經(jīng)持續(xù)較長時間,那么這個持續(xù)的變形是有可能造成華山南北斷裂目前錯動量的。西部的逃逸構(gòu)造區(qū)的應力場是否存在伸展目前還無法確定,其走滑影響是基本可以肯定的,北東--南西向擠壓是最大主應力也是可以肯定的。四川地塊傳遞而來,經(jīng)由中秦嶺的動力楔到達本區(qū)的來自西南方向的擠壓力與鄂爾多斯碰撞,那么鄂爾多斯盆地的旋轉(zhuǎn)和中秦嶺究竟誰是主動呢?中秦嶺的動力楔是否可以成為鄂爾多斯旋轉(zhuǎn)的動因之一?這些問題還需要深入的研究。
如果研究整個鄂爾多斯的接觸與逃逸,則可能出現(xiàn)多頭碰撞的格局,鄂爾多斯西北部、東北部、東部均有不同尺度和不同剛度的地體接觸圍限,限制鄂爾多斯地塊的運動,并發(fā)生交互作用。地體之間的“多頭碰撞”和“頭間逃逸”構(gòu)造作為一種簡化的模型“隱含”的前提是地體之間的接觸力不是均勻的,不同地體的剛度是不同的,地體的形狀不是規(guī)則的,那么就必然存在著“點接觸”,而以上的“隱含”條件的發(fā)生概率是很高的。Tapponnier等[24-25]針對青藏高原提出“碰撞導致印支等地塊擠出逃逸”之后產(chǎn)生深遠的影響,在次板塊級別的大地塊擠出運動研究中被廣泛仿效。但是,在小斷塊級別的碰撞擠出方面的研究卻很少,這種形如青藏高原的的面碰撞和本文的“頭”碰撞是不同的。本文的“多頭碰撞”和“頭間逃逸”模式至少和Tapponnier的“碰撞--擠出--逃逸”模式存在以下區(qū)別:1)Tapponnier的大地塊的碰撞為面碰撞,塊體大多傾向于是方形;而本文的“頭”碰撞則為點碰撞,并且存在應力峰點和應力軸線,地塊總是傾向于是圓形。2)Tapponnier的地塊碰撞由于大尺度動力條件,一般為單一方向來源的大型動力學施動地塊,如印度大陸的碰撞;而本文的碰撞為“多頭碰撞”,是小地塊之間的互碰。3)Tapponnier的大地塊的碰撞為單向的運動;而本文的“多頭碰撞”為多向復雜化的運動。4)Tapponnier的大地塊的碰撞主導力學思想為滑移線場理論,以單面碰撞后向四周發(fā)散為特征;而滑移線場理論對于解釋本文的“多頭”碰撞似乎不太適用,本文斷塊逃逸更多地是較嚴格地為垂直于應力軸線的逃逸。5)Tapponnier的大地塊的碰撞存在影響區(qū)域內(nèi)明顯的應力梯度;而本文的碰撞研究區(qū)內(nèi)應力差異較小。嚴格掌握以上差異或可以更好地理解大地塊和小地塊之間的碰撞差異。這種“多頭碰撞”和“頭間逃逸”現(xiàn)象的研究在剛性不同的地體之間的相互作用有一定的普遍適用意義,那些克拉通以及克拉通內(nèi)部的古陸核一般更傾向于是圓形的,而“頭”碰撞產(chǎn)生的局部應力差異可能是影響地塊局部差異運動的重要因素。
“多頭碰撞”和“頭間逃逸”現(xiàn)象會對地震的震源機制有一定的指導意義,碰撞的應力差異必然造成不同的應力場,而逃逸構(gòu)造提供了大量的走滑運動的機會,使得地塊之間的走滑斜壓更加普遍,“頭間逃逸”構(gòu)造之中也會不乏更小尺度的局部伸展區(qū)域。一般來講,“頭”接觸點就意味著擠壓應力場,“頭間逃逸帶”意味著應力的梯度帶和變動帶,“頭間逃逸”帶內(nèi)的地震震源機制大多是復雜的,應用GPS矢量數(shù)據(jù)計算的現(xiàn)今應力場是理解地震震源機制的重要途徑,圖1中的地震震中分布和斷裂也有一定的對應關系。對于地塊之間哪里是“頭”接觸點,哪里是“頭間逃逸帶”可以成為研究大中地塊周圍震源機制分布的有效途徑。
作為應用GPS數(shù)據(jù)來分析地塊運動,以往的研究一般基于宏觀規(guī)律來研究GPS矢量的區(qū)域平均狀況,鮮有將單個GPS矢量的差異作為研究對象,更少研究能夠利用GPS差異數(shù)據(jù)結(jié)合斷裂系統(tǒng)來詳細劃分地塊,分析地塊細部的差異運動?;谠敿殧嗔押偷貕K劃分,并將地塊劃分和GPS矢量的數(shù)量相結(jié)合,是未來應用GPS矢量解決地塊相互關系的關鍵。本文僅做粗糙的探究,最多是一種可用的粗淺研究思路與研究范式。融合GPS矢量與斷塊細部運動的關系是一個好的思路,但是并不容易,研究中需要融入研究者的動力學概念模式,應用概念模式試錯法進行研究,有希望遇到正確的可以融合的模式。本文的研究思路和“離散元”方法有些許近似之處,這也是讀者需要思考和借鑒的,將GPS矢量和地塊盡量的“離散”并關注離散體之間的相互作用,是從思想理解GPS矢量和地塊之間差異和聯(lián)系的橋梁。
1)鄂爾多斯南緣中東部現(xiàn)代構(gòu)造應力場整體為擠壓應力環(huán)境,楔形地塊普遍存在擠出逃逸,導致局部存在走滑環(huán)境。
2)垂直于應力軸帶的“擠壓伸展”和楔形地塊的擠出逃逸是這些地塊細部運動的主要動因,也是GPS矢量“雜亂”的主要原因。
3)鄂爾多斯南緣存在來自西南向的擠壓應力峰點,向東南運動受限產(chǎn)生與豫西斷隆的擠壓峰點,四川地塊、鄂爾多斯地塊、豫西斷隆3個地塊的“三頭碰撞”形成高應力區(qū),“頭間逃逸帶”形成走滑和相對低應力區(qū)。
4)提出地體之間的“多頭碰撞”和“頭間逃逸”構(gòu)造模式有一定的普遍性,弄清楚地塊之間哪里是“頭”接觸點、哪里是“頭間逃逸帶”,可以成為研究大中地塊周圍震源機制分布的有效途徑。
[1] 謝振乾, 方繼安, 田西堂, 等. 渭河盆地構(gòu)造應力場演變及盆地形成機制分析[J]. 西安地質(zhì)學院學報, 1991, 13(1): 46-52. Xie Zhenqian, Fang Ji’an, Tian Xitang, et al. The Evolution of the Structural Stress Field and Analysis of the Formation Mechanism in the Weihe Basin[J]. Journal of Xi’an College of Geology, 1991, 13(1): 46-52.
[2] 易明初, 李曉. 太行--冀遼區(qū)NNW向構(gòu)造體系--“華北系”的新厘定[J]. 地質(zhì)論評, 1992, 38(6): 546-555. Yi Mingchu, Li Xiao. The NNW-Trending Structural System in the Taihang-Hebei-Liaoning Area-Redefinition of the “North China System”[J]. Geological Review, 1992, 38(6): 546-555.
[3] 易明初. 渭河地塹盆地新構(gòu)造運動及其基本特征[J]. 中國地質(zhì)科學院院報, 1993 (27/28): 27-39. Yi Mingchu.The Neotectonic Movement and Its Basic Characteristics in the Weihe Graben Basin[J]. Bulletin of the Chinese Academy of Geological Sciences, 1993 (27/28): 27-39.
[4] 彭建兵, 蘇生瑞. 渭河盆地活斷層與地質(zhì)災害的分維特征[J]. 西北大學學報, 1993, 23(6): 555-561. Peng Jianbing, Su Shengrui. Fractal Dimensions of Active Faults and Geologic Hazards in Weihe Basin[J]. Journal of Northwest University, 1993, 23(6): 555-561.
[5] 韓恒悅, 張逸, 袁志祥. 渭河斷陷盆地帶的形成演化及斷塊運動[J]. 地震研究, 2002, 25(4): 262-268. Han Hengyue, Zhang Yi, Yuan Zhixiang. The Evolution of Weihe Down-Faulted Basin and the Movement of the Fault Blocks[J]. Journal of Seismologigal Research, 2002, 25(4): 262-268.
[6] 韓恒悅, 米豐收, 劉海云. 鄂爾多斯南緣地貌結(jié)構(gòu)與新構(gòu)造運動[J]. 地震研究, 2001, 24(3): 251-257. Han Hengyue, Mi Fengshou, Liu Haiyun. Geomorphological Structure in the Weihe Basin and Neotectonic Movement[J]. Journal of Seismologigal Research, 2001, 24(3): 251-257.
[7] 權新昌. 渭河盆地斷裂構(gòu)造研究[J]. 中國煤田地質(zhì), 2005, 17(3): 1-8. Quan Xinchang. Weihe Basin Faulted Structure Study[J]. Coal Geology of China, 2005, 17(3): 1-8.
[8] 陳小斌, 臧紹先, 劉永崗, 等. 鄂爾多斯地塊的現(xiàn)今水平運動狀態(tài)及其與周緣地塊的相互作用[J]. 中國科學院研究生院學報, 2005, 22(3): 309-314. Chen Xiaobin, Zang Shaoxian, Liu Yonggang, et al. Horizontal Movement of Ordos Block and the Interaction of Ordos Block and Adjacent Blocks[J]. Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, 2005, 22(3): 309-314.
[9] 李延興, 張靜華, 郭良遷, 等. 鄂爾多斯的逆時針旋轉(zhuǎn)與動力學[J]. 大地測量與地球動力學, 2005, 25(3): 50-56. Li Yanxing, Zhang Jinghua, Guo Liangqian, et al. Counterclockwise Rotation and Geodynamics of Ordos Block[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2005, 25(3): 50-56.
[10] 李天文, 李庚澤, 胡斌, 等. 基于GPS的陜西地殼水平運動規(guī)律研究[J]. 西北大學學報: 自然科學版, 2011, 41(5): 881-886. Li Tianwen, Li Gengze, Hu Bin, et al. A Research on the Horizontal Crustal Movement Rules in Shaanxi Province Based on GPS[J]. Journal of Northwest University: Natural Science Edition, 2011, 41(5): 881-886.
[11] 瞿偉, 張勤, 王慶良, 等. 渭河盆地現(xiàn)今地殼水平運動及應變特征[J]. 大地測量與地球動力學, 2009(4): 34-37. Qu Wei, Zhang Qin, Wang Qingliang, et al. Research on Horizontal Crustal Motion and Strain Features of Weihe Basin with GPS Data[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2009(4): 34-37.
[12] 戴王強, 王慶良, 馮希杰, 等. 用GPS資料分析渭河盆地及鄰近地區(qū)地殼運動特征[J]. 地震, 2003, 23(4): 32-36. Dai Wangqiang, Wang Qingliang, Feng Xijie, et al. Analysis of Crustal Movement Feature Based on GPS Data in Weihe Basin and Its Neigboring Region[J]. Earthquake, 2003, 23(4): 32-36.
[13] 戴王強, 馮希杰, 曹娟娟, 等. 基于GPS觀測分析鄂爾多斯塊體南緣現(xiàn)今地殼運動和地應變特征[J]. 世界地質(zhì), 2003, 22(2): 129-135. Dai Wangqiang, Feng Xijie, Cao Juanjuan, et al. A Study on the Current Horizontal Movement and Strain Field of Weihe Basin and Its Neighboring Area Based on GPS Data[J]. Global Geology, 2003, 22(2): 129-135.
[14] 張永志, 段虎榮, 王衛(wèi)東. 用GPS數(shù)據(jù)研究汾渭盆地構(gòu)造應力場變化[J]. 大地測量與地球動力學, 2011, 31(2): 44-47. Zhang Yongzhi, Duan Hurong, Wang Weidong, et al. Tectonic Stress Variation of Fenwei Basin Derived from GPS Data[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2011, 31(2): 44-47.
[15] 李永善, 耿大玉, 李金正, 等. 西安地裂及渭河盆地活斷層研究[M]. 北京: 地震出版社, 1992: 1-220. Li Yongshan, Geng Dayu, Li Jinzheng, et al. Study the Xi’an Ground Fissure and Active Faults in Weihe Basin[M]. Beijing: Seismological Press, 1992: 1-220.
[16] 丁國瑜. 中國活動斷層圖集[M]. 北京: 地震出版社, 1989: 34-35. Ding Guoyu. Atlas of Active Tectonics in China[M]. Beijing: Seismological Press, 1989: 34-35.
[17] 國家地震局“鄂爾多斯周緣活動斷裂系”課題組. 鄂爾多斯周緣活動斷裂系[M]. 北京: 地震出版社, 1988: 1-352. The Research Group on Active Fault System Around Ordos Massif, State Seismological Bureau. Active Fault System Around Ordos Massif[M]. Beijing: Seismological Press, 1988: 1-352.
[18] 譚永杰. 鄂爾多斯盆地南緣構(gòu)造變形及其演化[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 1997: 1-133. Tan Yongjie. Structure Transmulation and Evolution of South Margin in Ordos Basin[M]. Beijing: Coal Industry Press, 1997: 1-133.
[19] 李明, 閆磊, 韓紹陽. 鄂爾多斯盆地基底構(gòu)造特征[J]. 吉林大學學報: 地球科學版, 2012, 42(增刊3): 38-43. Li Ming, Yan Lei, Han Shaoyang. The Basement Tectonic Characteristics in Ordos Basin[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2012, 42(Sup.3): 38-43.
[20] 鄧亞虹, 彭建兵, 慕煥東, 等. 渭河盆地深部構(gòu)造活動的地裂縫孕育機理[J]. 吉林大學學報: 地球科學版, 2013, 43(2): 521-527. Deng Yahong, Peng Jianbing, Mu Huandong, et al. Ground Fissures Germination Mechanism of Deep Structure Activities in Weihe Basin[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2013, 43(2): 521-527.
[21] 國家地震局地震研究. 中國主要活動斷裂衛(wèi)星圖像集[M]. 科學出版社, 1989: 56-59. Institute of Earthquake, State Seismological Bureau. Satellite Image Major Active Faults in China[M]. Beijing: Science Press, 1989: 56-59.
[22] 盛書中, 萬永革, 黃驥超, 等. 應用綜合震源機制解法推斷鄂爾多斯塊體周緣現(xiàn)今地殼應力場的初步結(jié)果[J]. 地球物理學報, 2015, 58(2): 436-452. Sheng Shuzhong, Wan Yongge, Huang Jichao, et al. Present Tectonic Stress Field in the Circum-Ordos Region Deduced from Composite Focal Mechanism Method[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(2): 436-452.
[23] 許立青, 李三忠, 索艷慧, 等. 華北地塊南部斷裂體系新構(gòu)造活動特征[J]. 地學前緣, 2013, 20(4): 95-87. Xu Liqing, Li Sanzhong, Suo Yanhui, et al. Neotectonic Activity and Its Kinematics of Fault System in the South of North China Block[J].Earth Science Frontiers, 2013, 20(4): 75-87.
[24] Tapponnier P,Peltzer G,Le Dain,et al.Porpagating Extrusion Tectonics in Asia: New Insights from Simple Experiments with Plasticine[J]. Geology, 1982, 10(12): 611-616.
[25] Tapponnier P, Peltezr G, Amrjiob R. On the Mechanics of the Collision Between India and Asia[M]//Coward M P, Ries A C. Collision Tectonics. Blackwell: Oxofrd, 1986: 115-157.
Ordos Block Modern Movement Patterns inSouthern Ordos Margin Tectonic Belt
Bai Xiangdong1, 2, Chi Baoming1, 2, Guan Chengyao2, Zhang Yan1, 2, Yuan Sihua2, Liang Wentian3
1.InstituteofEngineeringMechanics,SeismologicalBureau,Haerbin150080,China2.DepartmentofEarthquakeScience,InstituteofDisasterPrevention,Sanhe065201,Hebei,China3.KeyLaboratoryofContinentalDynamics/DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China
Southern Ordos block were divided into 11 irregular sub-groups from A to K in terms of the newly observed GPS data through converting the different GPS data into the detail relative motion between the blocks. The authors provide a new idea and model for studying the detailed movement differences based on these different GPS data. The present stress field is compressive in east and central parts of southern Ordos. The compressive stress comes from the southwest Qinling power wedge which is a compressive stress peak. The compressive stress peaks make up the Wugong-Xianyang-Kouzhen Line a stress axis, and then those shape-wedged blocks, that are standing both sides of the stress axes, are all laterally extruding and escaping in the western Weihe basin. The escaping blocks make some GPS motion vectors deviate off the main motion direction. There is a wide sinistral strike-slip in the eastern Weihe basin, which can show action of blocking and collision of western Henan uplift. The shape-wedged blocks were extruded laterally, which complicate the GPS vector data. The pattern of relative movement of these blocks complies with a “three head collision” tectonic model in southern Ordos. Based on this model, collision among Sichuan block, Ordos block, and Yuxi block resulted in stress concentration, and these blocks were then laterally extruded along the strike-slip faults developed in low stress region. The authors present a “multi-head collision” and “escape between heads” model which has a certain universality. It will be an effective way to figure out where are the “head” contact point and where are the “escape between heads” for study the focal mechanism distribution around some large or medium blocks.
Ordos;Weihe rift;modern stress field;multi-head collision;escape tectonics;GPS vector
10.13278/j.cnki.jjuese.201503102
P548
A
2014-10-12
科技部地震行業(yè)科研專項(201208009);中央高?;究蒲袠I(yè)務費專項資金(ZY20120102,ZY20110101); 中國地震局教師科研基金(20140103)
白相東(1984--),男,博士研究生,主要從事活動構(gòu)造與地球動力學方面的研究工作,E-mail:baixiangdong1984@163.com。