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三维黏弹性数值模拟华北盆地地震空间分布与构造应力积累关系 总被引：2，自引：1，他引：1
华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地壳一定深度范围内呈现成层分布特征;主震一般在上地壳底部9~15 km深度范围,余震多发生在大约深5~25 km的上地壳与中地壳范围内,在中地壳下层与下地壳中仅有少量或者鲜见有余震发生.为研究解释华北盆地地震空间分布的以上特征,本文建立了华北盆地岩石圈三维黏弹性有限元模型.震源机制和GPS反映华北盆地处于NNE最大主压应力方向挤压,因此对模型边界施以恒定的位移速率边界条件;数值模拟华北岩石圈各层位在数百年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,分析了华北地震空间分布与构造应力积累速率的关系,探讨了地壳结构与地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响.计算结果表明,Moho面的隆起与地壳各层位岩石介质的黏滞系数是华北盆地地震孕育的重要因素.华北盆地在构造挤压的持续作用下,Moho面隆起处产生明显应力集中现象.该区域应力在长时期的积累过程中,在脆性的上地壳与中地壳上层,应力表现近于线性增长趋势,上地壳底部较其它深度有最大的应力增长率,其主震可以在应力积累至岩石破裂强度时发生;在脆、韧性转换的中地壳下层,应力增长速率次之,华北地震的大部分余震可能在该层位为主震所触发;而在柔性的下地壳应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,而鲜有地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象揭示了华北地壳的分层流变性质:脆性(上地壳)-较弱脆性(中地壳上层)-较弱韧性(中地壳下层)-较强韧性(下地壳)-韧性(岩石圈上地幔)的分层流变结构. 相似文献
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新生代时期渤海中部的强烈沉降,是多种物理条件的共同作用结果,这些条件是由裂谷期和后裂谷期的深部过程产生成的.裂谷期在异常热地幔背景下的渤海地壳隆起、减薄、张裂,地幔热物质上升侵入地壳,莫霍界面位置升高,积累了重力势能;后裂谷期岩石圈（层）的冷却、收缩及下地壳的相变导致密度增大,加上巨厚沉积物的持续增生,使地壳处于重力不平衡状态,向下的垂直力远大于向上的浮托力,同时还有东部后退位移性板块边界和下地壳侧向流动的支持,使渤海中部成为下沉速率最快、沉降幅度最大的凹陷盆地.后裂谷期的早期的盆地下沉具有分散、局部性特征,表现为多个凹陷和凸起交替组合格局;晚期转变为大范围的整体沉降,显示重力均衡和补偿过程是从浅往深发展的.先存的郯庐断裂带对沉降的空间范围有局部边界控制性作用,其本身可能受到盆地发展的强烈改造影响.盆地的基本变形机制是上地壳的水平向脆性张破裂和垂直向或近垂直向的正断层-剪切破裂,地震震源机制解和大地震时的地表破裂表现的水平错动反映中、下地壳的走滑-平移型应力状态及相应的瞬间水平剪切破裂,它与上地壳残留的伸展、下沉相容并存于三维地壳体内. 相似文献
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本文以地质与地球物理资料作为约束条件,利用小波多尺度分析方法,对首都圈地区重力场进行了有效分离,应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析,并构建了两条地壳密度结构剖面模型,对该区精细地壳结构进行了深入研究.研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造,形成坳、隆相邻,盆、山相间,密度非均匀性,壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局.受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用,首都圈地区莫霍面起伏比较大,莫霍面区域构造方向呈NE-NNE方向,在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带;盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架,最大起伏约5 km,但平均地壳厚度比较小,北京、唐山地区地壳厚度最小约29 km,武清凹陷地壳厚度最大约34 km.在重力均衡调整作用下,西部太行山区地壳厚度较大,但地壳密度小于华北裂谷盆地内部;中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性.受新生代裂谷作用影响,首都圈中上地壳结构非常复杂,形成了NNE方向为主体的构造单元,断层多下延至中地壳;下地壳发生明显的褶曲构造,表现出高低密度异常相间排列的典型特征;首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性.研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系. 相似文献
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太行山是我国最大地壳厚度转变带之一. 本文从地壳厚度转变带动力学不稳定性出发，应用地壳黏-弹性、幂律流体本构关系开展了二维有限元模拟. 结果表明，由于山西高原重力荷载，太行山地壳厚度转变带将发生下地壳黏性流变，下地壳流变将导致盆地区中、下地壳动力学性质脱耦，形成中、下地壳间近水平剪切. 这一剪切是诱发上地壳有效水平挤压应力在地壳厚度转变带不断减小、在盆地内不断增大的主要原因. 经8.6 Ma后，在3 km高原重力作用下，盆地区上地壳可形成约30 MPa近水平挤压. 华北东部盆地北西西-南东东的挤压主要受太行山地壳厚度转变带下地壳流变所造成的动力学制约，与区域板块作用导致的远程应力场可能无直接联系. 相似文献
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依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示:弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1~2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致. 相似文献
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济阳坳陷岩石圈热-流变学结构及其地球动力学意义 总被引：10，自引：0，他引：10
利用该区油气勘探积累的大量地温资料和岩石热物性参数, 结合地热学方法, 给出了该区的深部地热状态. 在此基础上, 利用流变学模拟进一步给出了相应的岩石圈流变剖面. 结果表明, 沉积盖层底面温度在129~298℃之间, 基底热流为54.3~60.5 mW/m2; 上地壳底部温度为406~436℃, 相应热流为47.7~52.6 mW/m2; 中地壳底部温度为537~572℃, 热流为41.3~46.3 mW/m2; 莫霍面温度为669~721℃, 地幔热流为38.1~43.1 mW/m2, 热岩石圈厚度为71~90 km. 上述热状态参数与地壳厚度以及地表热流等因素密切相关, 地表热流越高, 则相应的深部温度和热流也越高, 热岩石圈厚度也越薄. 济阳坳陷较高的热状态与新生代期间太平洋板块向欧亚板块俯冲的弧后扩张动力学背景密切相关. 岩石圈纵向流变分层现象明显: 上、中地壳基本为脆性, 而中地壳底部及下地壳几乎均为韧性层, 壳下岩石圈为韧性. 此外, 也存在横向变化, 各凹陷岩石圈总强度不一. 济阳坳陷岩石圈总强度为1.52 × 1012 ~ 2.16 × 1012 N/m, 岩石圈有效弹性厚度Te约为24 km, 与力学强地壳(MSC)厚度基本一致. 太平洋板块俯冲过程中深部地壳矿物的脱水以及地幔楔热物质的上涌, 在地壳底部产生部分熔融, 并引发岩浆的底侵和向上侵入. 这一地球动力学过程可能是华北及东部地区下地壳的粘度降低、从而发生韧性流动的原因. 济阳坳陷岩石圈的上地壳脆性断裂变形和中下地壳的韧性流动这一分层变形特征决定了济阳坳陷新生代以来的成盆动力学机制. 相似文献
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大陆岩石层流变性质是一个重要而又没有完善解决的问题：既存在支持Moho面附近为强地幔-流动弱地壳模式的实验和观测事实，也存在支持流动弱地幔-强地壳模式的观测事实. 本文利用哈佛震源机制矩张量解及有关震源深度资料，对我国震源机制随深度的变化进行分析，发现虽然表浅地震震源机制主应力轴倾角接近水平或竖直，但中、下地壳和上地幔震源机制主应力轴倾角则多样化. 这与某些存在柔性下地壳软弱层地区具有孕震层下缘震源机制主应力轴也接近水平或竖直的特征明显不同. 它可能表明上述两种壳-幔流变模式在我国均存在，对我国岩石层流变性质还需要分区进行更细致的多方面研究. 相似文献
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跨呼和浩特-包头盆地(以下简称"呼包盆地")完成的91.8km长的深地震反射剖面,揭示了呼包盆地的岩石圈精细结构和断裂的深、浅构造特征.结果表明,本区地壳和岩石圈具有清晰的层状反射结构特征,其中,地壳厚度约45~48km,岩石圈厚度约82~87km.莫霍面在大青山之下出现约3.5km的抬升,暗示大青山的隆升不是因为地壳物质增厚所致,即大青山可能不存在"山根".呼包盆地为南浅、北深的"箕状"断陷盆地,盆地沉积层最厚处位于大青山山前,其厚度约为7~8km.鄂尔多斯北缘断裂和大青山山前断裂作为呼包盆地的南、北边界断裂,在剖面上均表现为由3~4条断裂组成的"Y"字形断裂构造,它们对呼包盆地的形成、地层沉积、基底变形和地震活动都有重要的控制作用.剖面揭示的岩石圈深断裂位于大青山山前断裂的下方,该断裂向上进入上地壳,向下切割中-下地壳、莫霍面,进入上地幔.深断裂的存在为深部热物质的上涌与能量强烈交换提供了通道,而上涌的软流层物质与岩石圈地幔发生交代和侵蚀作用导致岩石圈减薄. 相似文献
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用石英(或花岗岩)和橄榄岩分别代表大陆地壳和上地幔,得到的大陆岩石圈强度轮廓存在多个塑性流变层,类似于"三明治"结构.这种强度模式已经被广泛接受,并成为研究大陆岩石圈动力学不可缺少的手段.例如,采用石英和花岗岩的流变实验结果估计的中上地壳流变结构,与发生在中上地壳的地震及其余震深度分布规律具有很好的对应关系,表明根据实验结果估计的这种流变结构基本反映了大陆中上地壳的真实情况.然而,地壳成分分析表明,对地壳岩石变形机制起制约作用的主要矿物由上地壳、中地壳的石英(或石英-长石组合)、长石(或长石-角闪石组合)转变为下地壳的辉石(或长石-辉石组合).因此,石英(花岗岩)流变不能完全代表大陆地壳的流变特征. 相似文献
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利用地震层析成像法建立起天山和邻近区域的地壳上地幔三维速度图象, 结果表明:(1)北天山和天山中部地区为隆起的高速地区, 吐鲁番盆地、库车拗陷、柯坪断块、喀什拗陷和准噶尔盆地南缘构成了天山北南两侧的山前低速区。伊犁盆地和西昆仑是壳内稳定的高速块体, 巴楚隆起一直延伸到地壳的底部。沿天山主峰和西昆仑公格尔一带, 莫霍面形成五大低速区；(2)北天山和准噶尔西部岩石圈厚度较大, 具有高速特性, 在其顶部80km左右可能存在较流物质。天山南部岩石圈的性质不明显, 喀什地区位置120-280km之间存在的低速锥形体估计与地幔软流物质的上涌有关；(3)速度结构与地震活动的确存在着一定的联系, 特别是上地壳低速区与下地壳高速区之间的梯度带往往与强震的分布有关, 有可能成为中强地震的孕育场所；(4)天山南北缘的地震多发地带是壳内介质结构极不均匀的地区, 也是深大断裂较为发育的区域, 在外力的作用下很容易产生破裂或层间滑动而引发地震。 相似文献
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基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（VP为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（VP为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（VP为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（VP＞7.0 km/s）.VP＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征. 相似文献
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青藏高原地壳变形加厚机制一直是地学界研究争论的热点问题.青藏高原目前仍然处在持续向外扩张之中,因此青藏高原的边界地带作为高原向外扩张的最前缘地区代表了高原最新的变形状态,是研究青藏高原地壳变形加厚的关键地区.本文以一条穿过青藏高原东北缘祁连山与酒西盆地结合部的深地震反射剖面为基础,结合前人地质、地球物理资料,通过细致的地质构造解译,获得青藏高原东北缘祁连山与酒西盆地结合部位地壳变形以壳内滑脱带为界上、下解耦.滑脱带位于壳内低速层的顶部,深度14~24 km.滑脱带之上的地壳部分以一系列南倾、北冲,并向下终止于滑脱带的逆冲断裂变形为主,指示了青藏高原向北的扩张方式;滑脱带之下的地壳以Moho面作为变形标志,指示了复杂的挤压缩短变形.据此我们推测上、下地壳的解耦缩短变形对青藏高原东北缘地壳的变形加厚起到了决定性的作用,甚至在整个青藏高原地壳的变形加厚过程中都起到了重要作用. 相似文献
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采用粘弹性动力学模型模拟研究了岩石圈流变性对拉张盆地构造热演化的影响. 模拟研究发现,盆地的构造热演化特征与盆、缘岩石圈强度对比相关,盆地岩石圈强度相对外缘岩石圈强度越弱,盆地沉降量越大,且在拉张结束与热沉降之间出现较大的基底抬升、热流持续高值;无论是初始岩石圈力学厚度、泊松比,还是下伏流体软流圈的负密度差,都是影响盆地构造热演化历史的因素;同时,拉张前断层的存在也是影响盆地基底形态的重要因素,其存在不仅会产生较大的基底落差,还会加深盆地中心的沉降. 相似文献
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沉积盆地岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.由于海洋勘探难度大、勘探程度低,相对于大陆地区,边缘海盆地比较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文在收集整理珠江口盆地及邻区大地热流数据的基础上,补充收录了自2003年以来发表的新数据,绘制了研究区最新版的大地热流等值线图;基于中美合作双船地震剖面揭示的深部地壳结构计算了研究区的壳-幔热流、深部温度以及"热"岩石圈厚度.研究表明,珠江口盆地地壳热流介于18.7~28.6 mW·m-2,地幔热流介于36.9~91.4 mW·m-2,壳幔热流比值0.23~0.75;由陆架、陆坡至中央海盆,在地壳热流逐渐减小的情况下地表热流逐渐递增,说明地表热流分布主要受深部热作用控制;盆地"热"岩石圈厚度介于34.0~87.2 km,平均65.5 km,反映出显著拉张减薄的特征. 相似文献
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岩石圈热结构是盆地现今地温场研究的重要延伸和扩展,是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要窗口,更是地热田热源机理研究的核心问题.本次工作,在系统分析渭河盆地现今地温场和水动力系统基础上,编制了渭河盆地大地热流分布等值线图;通过实测生热率等热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算了研究区岩石圈热结构,并分析了渭河盆地岩石圈热结构特征和地热田热源机理.结果表明,渭河盆地现今大地热流值分布范围为62.5~80.2mW·m-2,平均为70.8±4.8mW·m-2,西部明显高于东部,西安坳陷最高,咸礼凸起次之;渭河断裂并不是控热断裂,其沟通作用引起的水热循环一定程度上影响了浅部热量再分配,对渭河盆地地温场并没有起到明显的控制作用.西安坳陷—咸礼凸起地壳热流介于32.2~37.5mW·m-2之间,平均为34.6mW·m-2;地幔热流分布范围为33.8~38.9mW·m-2,平均为36.0mW·m-2;地壳热流和地幔热流的总体变化趋势一致,西安坳陷高于咸礼凸起,分析认为西安坳陷沉积层厚度大于后者,且沉积层放射性生热率更大,是造成西安坳陷地壳热流高于咸礼凸起的原因,而西安坳陷相比咸礼凸起更高的地幔热流,表明西安坳陷深部活动性强于咸礼凸起.西安坳陷和咸礼凸起地壳/地幔热流比值相近,介于0.93~1.01之间,平均为0.96,"热"岩石圈厚度约为95~101km.渭河盆地岩石圈热结构特征与鄂尔多斯盆地在很大程度上具有相似性,暗示着二者具备相似的深部稳定性,这与渤海湾盆地为代表的中国东部中—新生代主动裂谷盆地岩石圈热结构特征截然不同,表明渭河盆地为被动伸展裂陷.从鄂尔多斯盆地、渭河盆地、山西裂谷到华北盆地,"热"岩石圈厚度的有序变化表明太平洋板块俯冲引起的地幔对流对华北地块深部动力学行为的影响主要发生在太行山以东,而太行山以西的鄂尔多斯盆地和渭河盆地则影响甚微,这种空间差异影响从侧面暗示着华北克拉通破坏过程的有序性.综合分析渭河盆地地质—地球物理资料认为,岩石圈表层伸展破裂、深部重力均衡调整进而引起软流圈被动上涌,其产生的相对高地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加作用,共同构成了渭河盆地中—低温地热田的热源机理. 相似文献
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鄂尔多斯断块作为新生代以来的稳定块体,其中下地壳内是否存在低阻层一直受到关注。基于穿过鄂尔多斯断块大地电磁剖面的观测资料,利用新的数据处理和解释技术,对鄂尔多斯断块的地壳结构进行了整体研究,发现鄂尔多斯断块的地壳具有成层性结构特点,并在约20km深度存在低阻层,推测它是由流体引起的电阻率降低。在断块东、西两侧的构造活动区,其地壳内不存在成层性电性结构,其中的低阻带可能与地壳内的滑脱带(或韧性剪切带)有关。鄂尔多斯断块和周围地区地壳电性结构的不同特点,对于分析不同地块的变形和地震活动性等有一定价值。 相似文献
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利用收集的地震深度数据,讨论了南海北部及周缘陆区不同地壳结构地震震源深度的分布特征,结果表明:(1)华南大陆、大陆架、大陆坡区壳内地震分布的下界深度在30km左右,平均深度华南大陆最浅、大陆架区次之,大陆坡区最深;(2)华南沿海大陆型地壳区地震集中分布于5～15km的"优势层"内;大陆架和大陆坡区地震的垂向分布也具有"优势层",但厚度明显增加;而在南海海盆区,地震深度分布范围较大,有相当数量的地震分布于地幔内;(3)地震震源深度的分布特征与岩石圈热-流变结构密切相关,地震主要分布于地壳(岩石圈)的脆性层内.由于南海北部由陆向海脆性层底界深度加深,导致了地震"优势层"厚度加厚.(4)地壳上层的流变结构可能对南海北部及周缘陆区地震的发生有重要影响. 相似文献