青藏高原东部龙门山断裂带地震循环的时空应变分布

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青藏高原东部是青藏高原的变形前缘,此处发育活跃的南北地震带,构造变形复杂,断裂活动强烈。龙门山断裂带位于青藏高原与华南块体的交界地带,是中国大陆南北地震带的中段。对此研究区域进行地震及变形的研究对认识青藏高原的变形及隆升具有重要意义。  现今地壳变形数据显示横跨龙门山断裂带的地壳缩短速率低于3mm/yr,如此小的地壳缩短速率与龙门山断裂带附近的长期地质造山(平均高程约4.5km)形成强烈对比。对于龙门山隆起的原因,不同学者给出了不同的造山机制,主要存在以下两种端元模型的争论:1、中下地壳流;2、地壳缩短。中下地壳流模型认为青藏高原软弱的中下地壳物质向东移动的过程中,受到坚硬的四川盆地的阻挡,产生部分物质的堆积增厚;而地壳缩短模型,认为脆性地壳以若干拆离断层的形式产生大量滑移而缩短增厚。两种端元模型仍在激烈争论之中。  为探究青藏高原东缘的动力学机制,以及地震周期过程中应力、应变的时空分布特征,本文构建并使用了一个二维平面应变粘弹塑性有限元模型来模拟龙门山断裂带的地震循环过程的变形,从而探讨了地震循环各个阶段的短期变形与地质构造的长期变形之间的关系。在青藏东部构造挤压缩短的地质背景下,模型模拟了地震循环的各个阶段(震间加载期、同震瞬间和震后粘性松弛调整期)以及多个地震循环(万年尺度)的地表变形,揭示了变形在地震循环中是如何累积、释放、调整以及最终形成永久变形导致了造山。  地震循环的应变分配及演化结果显示,震间构造加载阶段在闭锁的上地壳龙门山断层附近应变缓慢积累,经过数千年的构造加载,龙门山断裂带已经产生大量的瞬态应变集中;大地震发生的瞬间释放了龙门山附近积累的瞬态应变,在断层两侧产生同震缩短与抬升;震后由于中下地壳及地幔的粘滞性松弛作用,上地壳向同震变形方向继续产生变形调整。一个地震周期之后,“软”的青藏高原相对于“硬”的四川盆地经历了更大的缩短与抬升,青藏东部中下地壳及地幔相对上地壳产生了更多的永久应变,说明青藏东部的深部变形对抬升起着重要的作用。  为探讨下地壳流的各种流动特征对地表变形的影响,本文模拟了下地壳流模式的地震循环的应变分配。将下地壳流的研究结果和无地壳流的结果进行对比,并根据地表观测数据的约束,从而判断深部的运动学状态。此研究使我们对青藏东部深部的动力学状态产生了更进一步的认识和思考。  龙门山断裂带西北约200km处发现龙日坝断裂带的存在,为探讨龙日坝断裂带在青藏东缘东向运动的应变分配过程中承担的作用。本文模拟了龙日坝断层对应变分配过程及其对龙门山断裂带地震活动性的影响。研究结果说明,龙日坝断层在青藏高原东向运动的应变分配过程中存在重要的作用,龙日坝断层的活动降低了龙门山断层的构造加载速率及地震活动性。  此外,岩石圈流变结构以及断层几何形态均对地震循环过程中的地表位移变化有着显著的影响。经过多个地震循环,青藏高原东缘整体产生水平缩短与增厚抬升,而四川盆地基本保持稳定,区域的水平缩短主要由断层位错及青藏东缘的缩短抬升来调解,造成了青藏东部与四川盆地的差异抬升。研究结果将地震循环各个阶段的短期变形与长期地质造山联系起来,帮助我们理解青藏高原东部的隆升机制。
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