东亚大陆现今地壳形变场模拟研究

It has been debated for decades about crustal deformation mode of continental east Asia. One school of thoughts believes that the deformation field can be described by relative motion among a small number of large-scale plates (the "block motion" model). Another school of thoughts characterizes the deformation field as broadly distributed, resulting from relative motion among blocks of all sizes (the "distributed deformation" model). Precise crustal deformation monitoring is needed to address the debate; but when observations are limited, precise modeling and interpretation of the data becomes crucial. We plan to revise the "linked fault segment" method that this research group developed by introducing the "back-slip" concept into modeling deformation caused by fault locking, improve modeling of deformation in various faulting environment particularly the thrust/normal faulting, and produce a much improved and precisely determined crustal deformation field. We will also collect and synthesize geodetically observed surface velocity data, and model that using the revised linked fault segment method. The result will advance our understanding of structure and behavior of fault systems of multiple scales in continental east Asia, provide quantitative description of crustal deformation field, help answer the debate on the mode of continental crustal deformation, and assess the earthquake potentials in the region.

围绕着东亚大陆地壳形变模式地学界长期存在争论。一派认为少数大型块体间的相对运动，即“块体运动”即可描述大陆地壳运动场；另一派认为多尺度、包括众多中小块体的相对运动形成的“连续形变”才是其正确的描述。对这一争论的回答需要对大陆形变场的精密观测；在观测资料有限的情况下，恰当、合理的模型解释就成为关键。计划改进研究组提出的“连接断层元”方法，引入“负位错”概念模拟断层闭锁造成的形变场，改进模型对于各类断层，特别是正断/逆冲断层活动造成的形变场，精确模拟大陆地壳形变。收集、整理东亚地区大地测量观测资料，应用改进的连接断层元方法进行模拟。结果将增进对东亚大陆不同层级断裂带几何形态、运动特征的认识，提供地壳形变场更为定量化的描述，有助于回答地壳形变模式的争论，给出地震危险性评估。

围绕着东亚大陆地壳形变模式地学界长期存在争论。一派认为少数大型块体间的相对运动，即“块体运动”即可描述大陆地壳运动场；另一派认为多尺度、包括众多中小块体的相对运动形成的“连续形变”才是其正确的描述。争论的回答需要大陆形变场的精密观测，在此基础上认识构造形变不同阶段包括同震、震间、震后形变的特征与机制，发展并改进包括“连接断层元”模型在内的各类模型以给出恰当合理的解释。本项目在上述各方面开展研究并取得成果，包括：1）获得了东亚大陆迄今为止最为精确、全面的GPS地壳运动场，发现：青藏高原不仅存在东向也存在西向挤出；青藏高原东南缘地区环绕东喜马拉雅造山结顺时针旋转形成内、外二条左旋与右旋断裂带边界；华北地区由于其独特的构造加载环境形变速率明显高于周边地区，说明其相对高地震活动性来源。2）建立流变学模型研究2008年汶川震后形变场，发现青藏高原东缘下地壳介质粘滞系数低于上地幔，证实岩石圈的“三明治”结构，但下地壳介质粘滞系数明显高于“下地壳流”模型预期，不支持构造形变由下地壳物质流动驱动。以模型结果为基础提出青藏高原东缘构造形变三维概念模型，认为高原东向挤出物质被松潘-甘孜地壳东西向缩短和南北向拉张所吸收，在此过程中上地壳共轭走滑断层的错断和下地壳的剪切变形共同起到重要调节作用。3）分析并反演GPS数据获得2021年青海玛多地震同震破裂模型，分析发震断层构造背景，认为青藏高原东部地区地壳形变场主要受上地壳横向推挤造成的剪切作用、而非由下地壳流驱动。综合上述分析与“连接断层元”模型成果发现，青藏高原内部剪切形变的主要部分（~70%）可以用少数大型块体间的相对运动解释，而压缩形变的主要部分（~60%）无法用少数大型块体间的相对运动解释，只能是众多中小块体相对运动形成“连续形变”的结果。青藏高原与天山以外地区地壳形变场表现为块体运动，但块体内部仍然存在由外部构造动力驱动产生的形变，量级虽小但不可忽略。