鄂尔多斯块体西南缘地壳应变积累特征及其机制研究

We propose to combine the data of newly built GPS continuous station profile across major faults and pre-existing leveling and GPS benchmarks to acquire high precision, high spatial resolution three dimensional deformation fields in the southwestern borderland of the Ordos block. Strain rate field will be calculated with the multiscale spherical wavelet method and the spatial correlation between the strain accumulation and the active tectonics will be analyzed. The program will be optimized in calculating the locking parameters and slip deficits of the West Qinling Fault, Longxian-Baoji Fault and the Liupan Shan Fault, based on block-fault model and Bayesian posterior probable density, with the constraints of GPS and leveling data, and the earthquake potential will be determined. The analytical solutions of crustal vertical motion due to the horizontal strain will be derived and applied to study the relationship between horizontal crustal shortening and vertical uplift, using the Moho depth from geophysical probing and gravity measurements. A 3D DDA-FEM model will be established to calculate the stress field and viscosities of lithospheric layers and used to analyze the crustal deformation mechanism and causative factor of stress. The results of this proposed study can provide important inference for seismic risk analysis, and can also be helpful to understanding tectonic deformation mechanism in the southwestern borderland of the Ordos block.

利用鄂尔多斯块体西南缘新建的跨断裂GPS连续站剖面观测数据，结合该区已有的GPS和水准观测数据，研究高精度、高空间分辨率的三维形变场时空分布特征；基于多尺度球面小波方法解算GPS应变率场，研究应变积累与活动构造之间的空间相关性；基于块体-断层模型，以GPS和水准资料为约束，反演西秦岭北缘、六盘山和陇县-宝鸡断裂的闭锁系数在2008年汶川地震前后的空间分布特征，确定其发震潜势和最大震级；利用形变转换解析模型，研究地壳水平缩短与垂向变形的转换特征及其与构造之间的空间关联性；利用非连续变形和三维有限元模型，通过数值模拟研究岩石圈应力场和粘滞系数特征，探讨地壳形变模式转换和地壳应变积累的机制和力学成因。本项目的研究成果对于判定鄂尔多斯块体西南缘的地震危险性具有实用价值，同时对于认识该地区的构造变形机制具有科学意义。

鄂尔多斯块体西南缘是青藏高原向大陆内部挤压扩展的前缘部位，构造几何复杂，地壳变形强烈，历史上发生多次破坏性地震。由于大地测量观测站点密度较低，该区地壳应变积累特征并不清楚。本项目针对该区应变积累特征开展观测研究，研究内容包括：高空间分辨率三维形变场时空分布特征；GPS应变率场空间分布特征，应变积累与活动构造之间的空间相关关系；以大地测量观测为约束反演西秦岭北缘、六盘山和陇县-宝鸡断裂的闭锁系数在2008年汶川地震前后的空间分布特征，确定其发震潜势和最大震级；研究地壳水平缩短与垂向变形的转换特征及其与构造之间的空间关联性；利用非连续变形和三维有限元模型，通过数值模拟研究岩石圈应力场和粘滞系数特征，探讨地壳形变模式转换和地壳应变积累的机制和力学成因。. 研究取得的主要结果：（1）相对于鄂尔多斯块体，鄂尔多斯西南缘地区速度场以北东方向运动为主，但不同区域运动方向和运动速率均存在差异性，表明该区域复杂的构造运动特征。自西向东速度场的大小逐渐减小，离鄂尔多斯西南缘较近的站点，速度场向东南运动的趋势越明显，可能是青藏高原东北缘的扩张运动受到鄂尔多斯刚性块体阻挡之后的效应。（2）六盘山断裂南段滑动亏损速率较大，表明六盘山断裂南段地震危险性较大。陇县-宝鸡断裂北段滑动亏损速率较大，考虑到其滑动亏损速率较大，应变积累快，该段仍有地震危险性。（3）2021年玛多Mw 7.3地震前，跨巴颜喀拉块体的GNSS速度场存在显著差异性运动，沿巴颜喀拉块体的南北两条主边界断裂存在显著应变积累的区域，玛多Mw 7.3地震的震中位于高应变值向低应变值过渡的区域。（4）青海玛多GPS测站观测到明显的同震位移和震后位移，震后变形的衰减特征与2001年昆仑山口西Ms 8.1级地震较为相近，但与2010年玉树Ms 7.1级地震的震后变形差异较大。本项目的研究成果对于认识该地区的构造变形机制具有科学意义。