太平洋板块俯冲与大地震对中国东北和华北地区构造应力场的影响

It has been debated for decades on the role of the westernward subduction of the Pacific and Phillippine Sea plates to tectonics of eastern Chinese continent. Significant progress has been made on this topic for the last decade, owning to new observations in seismology, geology, and geodesy and model developments. The 2011 Mw 9.0 Tohoku earthquake occurred at the Pacific subduction zone has impacted significantly on the tectonic deformation field in North China, which offers us an unique opportunity to study the problem from a completely new perspective. We plan to analyze GPS observations to obtain preseismic, coseismic, and postseismic deformation fields of the 2011 Tohoku earthquake in Japanese islands and mainland China. We will build three-dimensional viscoelastic finite element model and use GPS data along with geologic and seismic data as constraints to simulate the dynamic processes of the westward subduction of the Pacific plate, especially the role of large earthquake in stress evolution in North China. This study will help determine rheologic structure of the crust and upper mantle underneath the North China region, enhence our understanding on the driving force of North China tectonics, shed light on differential activities of North China tectonics and delamination mechanish on North China craton destruction.

中国大陆构造活动、特别是大陆东部地区的构造活动与太平洋和菲律宾板块的西向俯冲之间的动力学关系是多年来争论仍未解决的问题。近十年来随着地震、地质和大地测量等新的观测的开展和模拟技术的进步，这一研究已取得显著进展。2011年发生在西太平洋俯冲带上的Mw9.0级宫城地震对中国东北和华北地区的构造形变场产生显著影响，为我们研究这一问题提供了全新的机会和可能。拟利用日本岛和中国大陆的GPS观测资料，获取2011年日本宫城地震的震前形变场、同震位移场和震后位移随时间的演化；以上述形变资料和其他资料为约束构建三维粘弹性有限元模型，模拟和分析太平洋板块西向俯冲的动力学过程，特别是大地震在中国东北和华北地区应力场演化过程中的作用，尝试回答中国大陆东部构造运动驱动力的来源问题。同时，反演得到东北和华北地区地壳和上地幔的流变学结构，有助于探讨区域构造活动性的差异和拆沉机制在华北克拉通破坏中所起的作用。

中国大陆构造运动、特别是东部地区构造运动与太平洋-菲律宾板块西向俯冲之间的动力学关系长期争议未决。2011年西太平洋俯冲带上的Mw9.0宫城地震对中国东北和华北地区构造形变场产生了显著影响。本项目利用GPS观测获取东北、华北地区的震间形变场和宫城地震的同震、震后位移场，模拟分析东北和华北地区形变场的演化过程和岩石圈的流变学性质，尝试回答中国大陆东部构造运动驱动力的来源问题。目前，研究已取得了一系列重要进展，其中包括：.1.利用GPS观测产出了宫城地震近-中-远场同震位移，结果显示地震造成的地表位移在东北和华北地区分别达到厘米和毫米量级。同震位移场约束的破裂分布表明在震中右上方存在一个大约长50km、宽40km的最大滑移区，滑移量约45m；40-50km深处可见5m左右的滑动。我们认为正是深部的破裂驱动了几千公里范围内上地幔的粘弹性松弛，导致了我国东北和华北地区的震后位移。.2.宫城地震震后位移在空间上具有与同震位移类似的分布特征；在东北东部边境地区震后5年的平均位移速率达7-8mm/yr，而至依兰-伊通断裂带则衰减为4mm/yr左右，表明地震对断裂带造成的张性应变会在震后很长一段时间内存在。震后位移场的模拟研究显示东北和华北地区上地幔的粘滞性系数大于2ⅹ10E+19Pas。.3. GPS观测结果表明中国大陆东部相对欧亚板块整体呈现SEE向运动和逆时针旋转，且运动量从北往南逐渐增大，揭示了欧亚大陆东缘边界应力条件的变化。华北地区内部变形高于其相邻地区，近EW向挤压和近SN向拉张应变揭示出太平洋-菲律宾板块西向俯冲和青藏高原东向挤出的共同作用。.4. GPS研究揭示中国大陆不同区域的形变模式是不同的，而以可可西里、汶川和宫城地震震后形变场为约束获得的不同区域岩石圈粘滞性系数很好地验证了岩石圈流变学性质对形变模式的控制作用。.本项目的研究成果深化了对大陆构造运动成因、演化过程及其与强震孕育的内在关联等科学问题的认识。本项目产出的各类GPS位移场数据已经或将随论文一起公开发表。