利用第四纪活断裂资料模拟中国大陆地壳变形速度场及应变率场

来源 :中国地震局地质研究所 | 被引量 : 4次 | 上传用户:little_ant2
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中国大陆受太平洋板块、印度板块、菲律宾板块这三大板块的围限,其运动与变形反映了地壳运动的重要规律,是全球动力学研究的重要的窗口,很久以来一直是地球科学家研究的热点地区。在中国大陆区建立一个较为精确的地壳运动速度场对大陆地球动力学研究具有重要意义。 活动断裂是陆内地壳变形的重要表现。近年来国内外许多学者对中国大陆内部活动断裂带进行了大量卓有成效的工作,尤其国内八五、九五期间在活动断裂的定量化研究方面,取得了大量的成果,并且编制了中国大陆1:400万活动构造图。所有这些成果,为我们研究中国大陆内部变形提供了重要的基础数据,也使对整个中国大陆进行系统的、定量化的几何学及动力学研究成为可能。 根据已知的中国大陆及其邻区活动断裂的分布特征、几何形态、活动性质与强度的定量结果可以推算得到地壳变形的观测水平应变率。在此基础上通过改进的Haines方法,利用水平应变率和旋转矢量函数的关系用样条插值方法对观测水平应变率进行拟和,可以最终得到中国大陆任意位置的水平应变率分布和地壳变形速度场以及其它反映中国大陆地壳变形特征的定量参数指标分布特征。 论文选题的依据是:(1)八五、九五期间对活动断裂的大量研究可以得到较为丰富的活动断裂定量数据;(2)前人用其它的方法利用断裂资料、地震资料、GPS资料进行研究并得到了很多地壳变形模型,这些模型是论文研究的重要参考和背景知识;(3)利用改进的Haines方法可以计算将中国大陆整体地壳变形看作是连续变形情况下的地壳变形定量特征分布。与将中国大陆变形介质看作是多个刚性块体的组合相比,前者与现实更加接近。 论文中采用下述研究方法与技术思路展开进行。 (1) 收集第四纪活动断裂资料(主要是国内八五、九五期间的研究成果),对其进行合理的分析及比较,根据断裂对第四纪地壳变形的重要程度或活动时间分别对断裂资料进行分类整理。确定对中国大陆地壳变形有重要作用的一级断裂。 (2) 按照统计与概率学原则对断裂滑动速率资料的误差进行处理,使模型中引用的断裂滑动速率尽可能地既可以反映该断裂运动的真实特征又可以涵盖近年来对其研究的一般成果,并将断裂按照其误差情况分类。 (3) 通过对中国大陆整体构造格局和主要活动断裂带分布特征的理解,建立描述中国大陆整体构造格局主要活动地块边界和主要活动断裂带的不规则的模型网格。 (4) 通过合理的边界假设,利用活动断裂的几何学和运动学参数由Kostrov求和原理得到不规则四边形网格内部的观测平均水平应变率。利用样条方法通过旋转矢量函数对观测水平应变率进行拟和。通过拟和的旋转矢量函数推测中国大陆地壳变形的应变率场和速度场。 (5) 对中国大陆剪切应变率、膨胀率、旋转角速度、地震矩率等参数指标的分布特征进行分析,总结中国大陆地壳变形运动的定量结果和整体规律。通过与GPS观测资料的对比,推测次级断裂在中国大陆地壳变形中所起的影响。 本文主要有两方面研究成果。 一 是在对中国大陆整体活动构造分布特征总结分析的基础上,对第四纪以来的活动断裂资料进行了整理,共归纳出一级断裂80余条,其中西北活动构造区13条,青藏活动构造区39条,华北活动构造区24条,东北活动构造区5条,华南活动构造区4条。同时根据断裂活动强度定量资料的可信程度对活动断裂进行了分类。 二 是利用改进的Haines方法,在没有GPS观测资料和板块运动矢量作为约束的才,条件下,单独利用第四纪活动断裂得到了中国大陆地壳变形的应变率场和速度场,在得到任意点应变率大小和方向的基础上得到中国大陆地壳变形运动的其它重要指标。 文中的主要结论和认识总结起来有以下几点。 l)单独利用第四纪活动断裂得到的中国大陆地壳变形速度场与利用GPS观测值得到的速度场可以较好的吻合。中国大陆现今的运动比较稳定,与第四纪的平均规律相比没有发生大的运动性质上的改变。 2)中国大陆变形具有明显的分区特征。中国大陆整体变形特征为西强东弱,由南向北逐渐衰减。印度板块与欧亚板块碰撞并向北运移是中国大陆运动的主要驱动力来源之一。相对而言,太平洋板块和菲律宾板块对中国大陆的构造格局影响较小。 3)中国大陆的地壳变形具有活动地块运动的特征,地壳变形的吸收主要在大型的活动断裂上发生。在地块的边界处地壳变形较最强烈,而在地块的内部变形明显减弱。文中列出的断裂大约吸收了90%左右的地壳变形。文中暂时无法列出的次级断裂和资料不明的主要断裂共吸收了10%左右的地壳变形。单独利用主要断裂得到印度向欧亚的运动大约为35Inln/a。在不完整系数为0.1的情况下,印度向欧亚的运动速度矢量可以达到40nun/a左右,接近GPS的观测结果。利用断裂得到的印度向欧亚的运动在楔状碰撞区有从西向东速度逐渐增加的趋势,与板块运动研究中得到的特征一致。 4)利用断裂资料得到的速度分布特征变化在部分地区更接近前人利用断裂数据得到的研究成果,且各地区的速度矢量规律性强于GPS观测结果。说明利用断裂资料可以得到第四纪以来地壳变形运动的一
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