基于GPS约束的川滇地区现今地壳形变三维有限元数值模拟

来源 :中国地震局地震研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hannibow
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川滇地区位于青藏高原东南缘,由于受到印度板块的北向挤压,造成该地区复杂多变的地质构造及强烈的地壳形变,是中国大陆强震活动最显著的区域之一,因此川滇地区一直是GPS地壳形变监测与研究的重点地区,但目前对该地区的研究主要以运动学为主,由于地震的孕育和发生与地壳深部的结构性质、特点及其演化规律紧密相关,因此开展地壳形变的数值模拟对促进地震预测研究具有重要意义。本文采用有限元数值模拟方法,以22°N~34°N,96°E~106°E为研究区域,在分析地质构造与地震活动的基础上,依据川滇地区主要活动地块和断裂分布情况以及最新的地壳—上地幔波速结构特征(姚华建等,2020),构建该地区三维有限元模型,然后以Min Wang等(2020)计算的川滇地区2009~2015年间高精度GPS形变场对模型边界条件进行约束,开展数值模拟计算,采用不同的地球物理模型(参数),依据GPS形变场的拟合精度,研究主要大型断裂带的形变对整体区域构造的影响,介质横向与纵向不均匀性对整体地壳形变的影响以及介质粘滞参数对地壳形变的影响,最后对该地区的地震危险性进行了简单的评估分析。论文的主要工作及结论如下:1.基于块体活动理论、断层及GPS测站分布情况,结合地壳—上地幔波速模型,构建了川滇地区的三维有限元模型,该模型东西长度约为1333km,南北长度约为1000km,深度100km,包含9条主要活动断裂,由430080个单元、77696个节点组成。2.基于三维均匀分层模型1,利用最新的GPS形变场、断层滑移速率及闭锁深度为约束进行数值模拟,表明研究区域内的地壳形变模式除了受整体GPS边界条件约束外,还与断层本身的运动特性密切相关。3.构建了顾及各地块地壳—上地幔分层及其介质参数的三维不均匀分层模型2,在相同约束条件下,该模型的精度比三维均匀分层模型1显著提高,模拟结果显示GPS站点东西向速度的均方差值由1.932mm/a减小到1.682mm/a,南北向速度的均方差值由2.728mm/a减小到2.493mm/a,表明活动地块的介质横向与纵向不均匀性对川滇地区的整体地壳形变影响较大。4.在三维不均匀分层模型2的基础上,将华南地块的下地壳上地幔结构粘滞系数设为2010和2210 Pa·s(模型3),形变模拟结果显示东西向速度的均方差值为1.674mm/a,南北向速度的均方差值为2.477mm/a,表明华南地块比川滇块体具有更坚硬的下地壳结构。5.利用三维有限元模型3,模拟计算了地壳深度15km处的应力场,结果表明,应力集中主要发生在沿断裂带和断裂交界处,即断裂带运动速度和几何方向发生显著变化的区域,如在甘孜-玉树断裂和鲜水河断裂交汇处、小江断裂和红河断裂交汇处、则木河和小江断裂交汇处均发生过6级以上大地震,因此这些地区的地震危险性较大,应加强形变和地震活动监测及分析研究。
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