青藏高原东缘壳内流体三维分布特征及其动力作用

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41004037
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
姚琪
依托单位：
中国地震局地质研究所
学科分类：
D0407.地球内部物理和地球动力学(含地热学)
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
高明星；郭婷婷；董绍鹏；
关键词：
三维分布侧向逃逸壳内流体 Channel 青藏高原东缘 Flow

项目摘要

青藏高原东缘是高原物质向东逃逸的必经之路，其壳内流体的分布特征和动力学作用则是Channel Flow模式和侧向逃逸模式这两种主流模式争辩的焦点。本项目综合地形地貌、地震活动参数和地球物理勘探资料，基于准静态的粘弹性变形，从垂向和横向这两个方面分别来计算模拟这两种模式的位移场和应力场，用震源机制解、地形、局部地形高程差和现今GPS速度场综合的方法来验证模拟结果，探讨在具有相对稳定断裂边界的条件下，Channel Flow模式与侧向逃逸模式的可行性，确定壳内流体在高原东缘的三维分布特征及其动力作用，为研究龙门山新生代构造演化、汶川地震成因及青藏高原隆升机制提供重要参考，为区域防震减灾工作提供科学依据。

结项摘要

青藏高原东缘是高原物质向东逃逸的必经之路，其壳内流体的空间分布特征和动力学作用则是Channel Flow 模式和侧向逃逸模式这两种主流青藏高原隆升模式争辩的焦点。本研究在ArcGIS平台上进行了多类型地球物理资料融合和数值化，在GOCAD平台上建立了青藏高原东缘断裂和地壳结构的三维构造模型，并综合了地形地貌、地震活动参数和地球物理勘探资料，基于这两种高原隆升模式，建立了2个包含相互平行的龙门山断裂与龙日坝断裂的刚性上地壳模型，分别用极薄的低阻低速层作为块体滑动的解耦带，以及用厚层的软弱下地壳作为块体滑动的载体，采用非线性摩擦接触有限元方法描述静止和滑动状态的摩擦接触关系，基于R最小策略控制时间步长，计算了在仅有侧向挤压力作用下，两种运动模式中龙门山断裂和龙日坝断裂带千年范围内的断层行为，并获得了青藏高原东部地区相应的位移场和应力场。计算结果表明，在低阻低速层的控制下，在低阻低速层控制下的巴颜喀拉块体能够快速隆升，而没有低阻低速层的四川盆地隆升速度和隆升量均极小，隆升差异集中在龙门山断裂附近，使其发生应力积累乃至破裂．龙日坝断裂被两侧的刚性次级块体挟持着一起向南东方向运动，但该断裂的走滑运动分解了绝大部分施加在块体边界上的走滑量，使得相邻的龙门山次级块体的走滑分量遽然减少，也使得龙门山断裂表现出以逆冲为主，兼有少量走滑的运动性质，这与该地区的地貌和地震活动性一致。而在软弱的下地壳控制下，巴颜喀拉块体上地壳的产生了巨大的垂向变形和横向变形，但该变形受到龙日坝断裂的巨大影响，这与Channel Flow模式所提出的连续变形矛盾。在垂向模拟的基础上，在MSC平台上建立了基于侧向逃逸模式的青藏高原东缘的三维有限元模型。模型包含巴颜喀拉块体等7个块体，龙门山断裂带等10条主要边界断裂，并尝试了低阻低速层在这7个块体中分布的6种组合。非线性摩擦接触有限元方法所得到的计算显示，低阻低速层不仅仅在巴颜喀拉块体内存在，还存在于川滇菱形块体和滇南地区。而且低阻低速层带动了整个高原东缘的应力应变变化，对整个高原东缘的应力应变传递、块体变形，以及断层行为有重要的作用。本研究所得到的壳内流体在高原东缘的三维分布特征及其动力作用，为研究龙门山新生代构造演化、汶川地震成因及青藏高原隆升机制提供重要参考，为区域防震减灾工作提供了科学依据。