EPSL:GPS揭示华北块体承载青藏高原东北缘物质挤出和太平洋板块西向俯冲

中国大陆在周围印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的共同作用下,地震活动频繁,震害严重。地震活动整体上呈西多东少、西强东弱的格局。然而,东部的华北,作为中华文明的摇篮,现今世界的重要经济和政治中心,在人类记录历史以来,发生了多次8级以上强震,最近的一次是1976年7.8级唐山地震。与西部不同,中国大陆东部的应变速率整体偏低(He et al. 2003),且地表有巨厚的沉积盖层,这为分析破坏性地震的构造机理带来困难,现有的一种理解是中国东北的阿穆尔地块和华南地块之间的相对左旋剪切作用于华北块体内部北东-南西向展布的书斜构造(Zhang et al. 2018)。

为了进一步定量研究现今华北的强震孕育环境,地震动力学国家重点实验室王丽凤研究团队利用最新GPS速度场(Wang & Shen 2020),采用弹塑性分层的运动学建模方法(Barbot & Weiss 2021; Wang & Barbot 2023),构建了中国东部大陆的应变场,揭示出(Shen et al. 2023):

(1)华北地块作为青藏高原东北缘物质挤出与太平洋板块西向俯冲的承载体,受北东-南西向挤压(见下图),这与地质资料所揭示的华北构造格局的形成力源一致(Xu & Ma 1992);与此同时,受菲律宾板块在琉球群岛下方的海沟后撤作用,华北块体受北西-南东向拉张。

(2)受这一区域动力作用,一系列平行展布的共轭断层(北西走向的左旋和北东走向的右旋)调整着周围几大板块的相互作用力,发生地震。

(3)根据应变率场,除了块体边界应变率相对较高的主要断层(如,张家口-渤海断层带和山西裂谷带),在华北平原内部形成一系列应变条带,位置接近于三河-涞水断层、唐山-河间-磁县断层和安阳-菏泽断层。跟块体边界断层相比,这些条带的应变率较低,意味着潜在强震的复发周期长。

(4)华北和华南块体的重要边界——秦岭-大别山构造带没有明显应变集中,而是呈现弥散变形模式,与地震学认知相吻合(如,Yu & Chen 2016)。


左图:根据地表GPS速度场构建的中国东部物质运移特征。带箭头的黑色虚线代表物质运移方向,颜色为速度大小。带黑边的白色箭头表示区域主压轴和主张轴,它们把速度场分成了四象限。华北内部和周缘的条带是根据应变张量的方向一致性解析的剪切带(红色代表左旋,蓝色为右旋)。白色等值线为Slab2.0提供的太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲形态。彩图周围的白色箭头为GPS速度场,与彩色区域的速度场的参考框架一致。

右图:简化的区域动力模型。华北地块传递着青藏高原、太平洋板块和菲律宾海板块之间的相互作用力,并通过华北特别是华北平原的共轭剪切带调节周围板块的相对运动,产生地震。                                                                                                 

该项研究发表在的Earth and Planetary Science Letters杂志:申丰铭,王丽凤*,Sylvain Barbot,徐家红,2023. North China as a mechanical bridge linking Pacific subduction and extrusion of the Tibetan Plateau. Earth Planet. Sci. Lett., 622, 118407, doi:10.1016/j.epsl.2023.118407。本研究受到国家自然科学基金(NSFC-2239204, NSFC-U1839211)、中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA2006)和美国自然科学基金(EAR-1848192)的共同资助。

 

参考文献:

Barbot, S. & Weiss, J.R., 2021. Connecting subduction, extension and shear localization across the Aegean Sea and Anatolia. Geophys. J. Int., 226, 422–445. doi:10.1093/gji/ggab078

He, J., Liu, M. & Li, Y., 2003. Is the Shanxi rift of northern China extending? Geophys. Res. Lett., 30. doi:https://doi.org/10.1029/2003GL018764

Shen, F., Wang, L., Barbot, S. & Xu, J., 2023. North China as a mechanical bridge linking Pacific subduction and extrusion of the Tibetan Plateau. Earth Planet. Sci. Lett., 622, 118407. doi:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118407

Wang, L. & Barbot, S., 2023. Three-dimensional kinematics of the India–Eurasia collision. Commun. Earth Environ., 4, 164. doi:10.1038/s43247-023-00815-4

Wang, M. & Shen, Z.-K., 2020. Present-Day Crustal Deformation of Continental China Derived From GPS and Its Tectonic Implications. J. Geophys. Res. Solid Earth, 125, e2019JB018774. doi:10.1029/2019JB018774

Xu, X. & Ma, X., 1992. Geodynamics of the Shanxi Rift system, China. Tectonophysics, 208, 325–340. doi:https://doi.org/10.1016/0040-1951(92)90353-8

Yu, Y. & Chen, Y.J., 2016. Seismic anisotropy beneath the southern Ordos block and the Qinling-Dabie orogen, China: Eastward Tibetan asthenospheric flow around the southern Ordos. Earth Planet. Sci. Lett., 455, 1–6. doi:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.08.026

Zhang, Y.G., Zheng, W.J., Wang, Y.J., Zhang, D.L., Tian, Y.T., Wang, M., Zhang, Z.Q., et al., 2018. Contemporary Deformation of the North China Plain From Global Positioning System Data. Geophys. Res. Lett., 45, 1851–1859. doi:https://doi.org/10.1002/2017GL076599