青藏高原东缘中下地壳流与地壳变形

地壳缩短导致青藏隆升造山是普遍的认识.然而,在青藏东部,越来越多的观测数据和研究支持了中下地壳流与隆升造山的关系.目前,地壳缩短造山机制和中下地壳流造山机制仍然处于争论之中.本文建立了二维黏弹塑性有限元模型,模拟了龙门山断层带的多个地震循环的应变与变形,探讨了无与有中下地壳流情况下,地壳地表的位移、速度与变形的分布和演化;以及有中下地壳流情况下,不同流动范围、速度与黏度对模型结果的影响;并结合地形变观测数据的约束,推测了青藏东缘中下地壳流的流动状态.模拟结果显示,通过对比有和无中下地壳流的模拟结果,发现青藏东部震间的地表垂向速度在变形样式及数值上存在较大差异,即存在地壳流的地表垂向抬升速率显著大于无地壳流;震间在龙门山断层西侧附近产生的垂向凸状隆起随中下地壳流的速度、黏度及通道长度的变化而变化.此外,本文研究结果对青藏其他地区可能存在的地壳流的研究也具有一定的参考意义.

     

青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

上海地区地壳应变能力数值模拟

上海市综合深井项目第2阶段将建设9—10个综合深井观测站。利用蠕变方程,通过ANSYS有限元软件进行数值分析,模拟上海市9个观测点在当前地壳运动水平下的形变信息,为综合深井第2阶段建设提供理论基础。     

哈山冲断带构造变形数值模拟

岩石圈流变结构是控制大陆碰撞造山的重要因素.哈山冲断带的构造变形、地表地形与青藏高原周缘冲断带差异较大,指示需要开展地壳流变学研究.本研究采用二维数值模拟,设计了盆山上地壳强度横向差异的单因素实验,模拟结果分析表明：若上地壳强度山弱盆强,构造变形集中于造山带,断块垂向叠置造成造山带隆升,使地表地形的构造高点位于造山带;若上地壳强度山强盆弱,构造变形集中于冲断带和盆地,盆山相互作用造成地表地形的构造高点位于冲断带,而非后陆.本文基于此单因素实验,模拟了哈山冲断带构造演化,发现哈山冲断带晚二叠世发育推覆构造后,构造变形逐渐减弱,扩展方式由前展式变为后展式,基底倾向由向后陆变为向前陆.结合哈山及龙门山的多学科观测资料,本文认为哈山和龙门山冲断带的构造变形、地表地形分别符合地壳强度山强盆弱模式和山弱盆强模式.研究成果可以为中西部冲断带的地球动力学模型和实验模型的搭建提供一定启示,同时对研究区内构造控藏分析和油气勘探具有指导意义.     

大陆碰撞动力学的三维数值模拟

用三维有限单元模型模拟了印度—亚洲大陆碰撞在板内的力学效应。结果表明,印度板块北东方向的推挤力作用在亚洲大陆内造成逆断层和走滑断层型的应力状态,以及北西走向的平行的弧形应力等值线。岩石圈下伏岩层的塑性变形导致地壳变形范围扩大,垂直位移的水平梯度减小,应力传递的水平距离显著增加。在相对坚硬的地盾型构造区边缘,出现应力梯度较高的特征。对比了刚体水平挤入和低角度俯冲这两种大陆聚合模型,计算结果表明低角度俯冲是较合理的模型     

地壳滑脱层对大陆裂谷发育演化的影响——基于数值模拟方法

裂谷型大陆边缘是重要的离散型板块边界,其发育演化受控于地壳滑脱层的厚度变化.岩石圈流变性质、温度结构、物质组成等因素决定了地壳滑脱层的厚度.通过地球动力学数值模拟探究地壳滑脱层厚度与裂谷形态间的关系,结果表明,对于强下地壳（湿钙长石）模型来说,滑脱层厚度与裂谷上盘断块（H-block）规模呈反相关关系.且当滑脱层总厚度偏小时,以壳-幔滑脱层对上盘断块规模的影响为主;反之,壳间滑脱层的影响更大.岩石圈,尤其是下地壳强度的减弱使地壳滑脱层厚度不断增加,裂谷形态也随之产生由上盘断块缩小到裂谷轴横向跃迁的转变.弱下地壳（湿石英）模型发育明显更厚的地壳滑脱层,直接导致了裂谷轴的离轴跃迁,且迁移距离随滑脱层厚度的增加而不断增大,指示弱岩石圈更容易产生大尺度变形.基于数值模拟结果,对比位于南大西洋中段的刚果盆地和坎波斯盆地可知,二者下地壳流变性质相似,且强度较大,但上盘断块的规模表现出显著差异,揭示出坎波斯盆地下伏滑脱层的厚度显著大于刚果盆地.由于裂谷期两个盆地距其南侧热点、地幔柱活动的距离不同,可能导致岩石圈温度结构的变化,从而产生地壳滑脱层厚度的差异.

     

辽宁及邻区地壳构造应力场及其与地震活动关系的三维有限元数值模拟研究

依据最新的辽宁及其邻近地区地壳上地幔三维地震波速结构，并考虑地质构造、断裂以及地壳深部的构造环境等因素，建立研究区的三维地质模型；结合震源机制解与原地应力测量资料，分析区域现代地应力场特征，确定了研究区的边界约束和动力边界条件．在以上基础上，采用线弹性介质模型进行研究区三维构造应力场的有限元数值模拟，探讨研究区地壳应力场的基本特征．对比分析表明，本区地壳内应力场的三维有限元数值模拟结果与已发生的地震有着较好的对应关系，并指出了值得注意的有潜在发震可能的地震危险区．      

青藏高原下地壳流动方式的数值模拟研究

青藏高原存在柔性下地壳流动被越来越多的学者接受, 但是关于下地壳流动方式及速度存在争议。 地表运动有GPS等直接测量, 上地幔运动有S波分裂间接反映, 下地壳运动目前没有直接观测手段, 使得开展数值分析非常重要。 本文利用三维球壳黏弹性有限元模型研究了青藏高原下地壳柔性流动方式和流动速度。 本文通过对地表GPS观测资料的拟合与不同数值模型的对比分析, 认为青藏高原柔性下地壳东向流动遇到四川盆地的抵阻, 下地壳物质可能仅在高原东南方向存在物质外溢通道, 而在高原东北方向不存在类似的物质通道; 下地壳的流动速度比地表运动速率每年快几毫米至十几毫米, 对应的黏滞系数为10¹⁸~10¹⁹ Pa·s。     

青藏高原东缘虎牙断裂带南北段运动方式差异性机理：来自数值模拟的约束

虎牙断裂带作为青藏高原物质东向扩展的前缘断裂之一,其运动方式和强震活动类型表现出显著的南北差异.研究虎牙断裂带运动方式的差异性机理,对于认识地震发生机制与高原东向扩展模式有着重要意义.本文构建包含虎牙断裂带的三维黏弹性有限元模型,研究介质流变性差异与断层几何形态对区域地壳变形及断层三维滑动速率的影响.数值实验结果表明,在青藏高原物质东向挤出的动力学背景下,在虎牙断裂带南段,中下地壳介质流变性横向差异控制着断层以逆冲性质为主的运动,且随着中下地壳断层两侧流变性差异的增大,断层西侧物质的水平运动更易发生向垂向运动的转换.在断层两侧流变强度差1~2个数量级时,断层倾向滑动速率与走向滑动速率的比值达3.3~4.0,表现出显著的逆冲运动,与松潘—平武强震所反映的断层运动特征基本一致.相反,在断裂带北段,考虑断层两侧中下地壳较小的流变性差异时,断层即表现出明显的逆冲运动,这与九寨沟M_S7.0等强震反映的断层以走滑性质为主的运动明显不符,表明虎牙断裂带北段可能不存在中下地壳介质流变性的横向差异,断层以走滑为主的运动方式主要受断裂带几何展布控制.研究结果为认识青藏高原东缘同一构造区内断层运动方式差异与发震机制以及高原东向扩展模式提供了理论依据.

     

青藏高原北部地区构造变形特征及与强震关系

通过对1993～1999、1999～2001年青藏高原北部地区GPS水平运动资料的非震负位错模型反演和形变应变场时空演化分析,结合地质构造和有资料积累以来的强震活动,研究块体及边界带的构造变形特征,以及与强震孕育的关系．结果表明：(1)5级以上,特别是6级左右及6级以上地震多发生在区域应变场剪切应变率或面膨胀率高值区、边缘或其附近,尤其是与区域主干断裂构造运动一致的剪切应变率高值区;形变差异显著的块体边界附近;沿块体边界断裂带的高应变积累的闭锁区段及其附近．(2)1999～2001年较1993～1999年大范围的水平运动速率明显减弱,但应变率的减弱幅度不大,可能揭示昆仑山口西8．1大震孕育对北东向的构造应力传递起了某种“阻隔和调制作用”及太平洋板块的西进作用加强．(3)目前应变场分布高值区、块体间差异运动显著的边界带及高应变积累闭锁段有阿尼玛卿断裂中东段与鄂拉山断裂交汇区、祁连山构造带中东段及与海原断裂西段交汇区、日月山一拉脊山断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、庄浪河断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、六盘山断裂附近．     

Three-dimensional modeling of pollutants transportation in the flow field around a spur dyke

Pollutants are carried by sediment-laden flow dissolved in water or adsorbed on sediment particles. A transient three-dimensional model based on a compressible VOF(volume of fluid) method was developed to simulate the transport of dissolved and particulate pollutants.VOF is a numerical technique for acquiring and tracking the free surface of water flow.Local scouring,deposition and re-suspension were simulated and the processes of adsorption and desorption of pollutants on suspended sediment were analyzed.A series of experiments and numerical simulations were performed to study the transportation and dispersion of pollutants in the flow around a non-submerged spur dyke in a straight flume of rectangular shape.The simulation results agreed well with the experimental results.A certain volume of pollutants solution was released into the flow at upstream of the spur dyke.The concentration reduced with time.The concentration reduction was slower in the circumfluence zone than in the main flow.The ratio of adsorption to desorption coefficients was different for pollutants on suspended sediment with different diameter.The peak concentration of dissolved pollutants increased with the ratio of the adsorption to the desorption coefficients.The angle of the spur dyke affected the peak concentration around the dyke.The effect of the angle on dissolved pollutants decreased with the ratio of adsorption to desorption coefficients.The adsorption and desorption coefficients,as well as the saturated adsorption capacity had no effect on the concentration of particulate pollutants.     

Numerical modeling of mantle diapirism as a cause of intracontinental rifting

The numerical model of mantle diapirism and active rifting is developed. The model describes the possibility of extension and thinning of the Earth’s crust under the action of a local 100-km long heat source in the sublithospheric mantle, which causes melting and rising of the magmatic diapir through the cratonic lithosphere. The model combines the mechanisms of the uplifting of the anomalously hot material due to its gravitational instability, underplating of magma beneath the continental crust, and its extension by the forces of the convective flows at the base of the plate. The obtained results shed light on some geological features of the joint formation of the large Vilyui igneous province and Vilyui sedimentary basin.     

青藏高原地壳的三维密度结构和物质运动

应用区域重力场小波多尺度分析和反演于青藏区后,得到6个地壳等效层密度扰动图件,刻划了地壳三维密度结构,为研究地壳构造和物质运动提供了重要佐证.研究表明在青藏高原地壳内密度变化有以下三个规律.1)从上地壳到下地壳,平面分布上低密度区的分布范围逐渐扩大;在下地壳只有刚性克拉通地体才有显示高密度.2)从上地壳到下地壳,平面分布上密度扰动区的尺度逐渐扩大;到下地壳高或低的密度区不仅数量大为减少,而且边界更加清晰.3)从上地壳到下地壳,青藏高原南部的低密度带不断向北移动,反映印度陆块向欧亚大陆的向北俯冲.青藏高原下地壳密度高的克拉通地体有羌塘、柴达木和巴颜喀拉三个;而昆仑山、阿尔金山、祁连山和冈底斯地块都属于低密度的中新生代构造活动单元.拉萨地块也是低密度地块,在中下地壳它与冈底斯地块相连,应归属于中新生代构造活动单元.松潘甘孜地块在下地壳为低密度,但在上中地壳逐步变为高密度,并与巴颜喀拉克拉通地体连接.这种情况可能反映巴颜喀拉地体的上地壳随印澳板块俯冲向东南方向挤出.青藏高原低密度的物质也由下地壳向上挤出,在中上地壳体积迅速减小.由于下地壳低密度的物质向上挤出,中地壳密度高的克拉通地体会相应发生裂解,使克拉通地块的数目增加.高原北缘的下地壳低密度物质侧向挤出的枝杈有三支;其中一支从西昆仑到天山,另一支从龙门山西秦岭到银川盆地.第三支从高原南缘理塘到大理.它们可能反映下地壳管道流,宽度约180~300 km.7级以上地震震中都位于下地壳低密度物质侧向挤出枝杈周围,可能与下地壳管道流位置吻合.     

Teleseismic shear wave splitting and intracontinental collision deformation of the northern Tibetan Plateau and the eastern Tarim basin

Shear wave splitting measurement of teleseismic data has been used to determine the fast polarization directions and delay times for 38 temporary stations and 15 permanent stations from a NW linear seismic array across the eastern Tarim basin(ETB) and the northern Tibetan Plateau(NTP), and 10 permanent stations on both sides of the array. We present an image of upper mantle anisotropy in the ETB and NTP using the 63 new measurements. The results show that the fast directions and delay times have...     

青藏高原东西向差异形变与隆升机制

高精度布格重力异常约束下的三维空间域挠曲形变模拟显示,大约以90°E为界,青藏高原东、西两部分的岩石圈强度存在明显的差异.在90°E以东,岩石圈有效弹性厚度为35~45 km,该岩层厚度可使刚性的上地壳与上地幔岩石通过中下地壳柔塑性地层的黏滞流动产生构造解耦;地壳处于区域均衡状态,下地壳热物质的流动膨胀是地壳隆升的主控要素.而在90°E以西,断裂带严重削弱了该区域的岩石圈机械强度,岩石圈有效弹性厚度小于15 km,向西逐渐减小,至喀喇昆仑断裂带变为零,断裂切穿莫霍面进入地幔,发生纯剪切构造形变;这里的地壳接近局部均衡,厚皮逆冲是地形隆升的主要因素.震源深度大于80 km的地幔地震大多发生在青藏高原西部,其岩石圈深部具有的脆裂特征很好地支持了岩石圈机械强度模拟的结果.     

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

GPS constraints on the deformation of Azerbaijan and surrounding regions

In this study, we present new GPS observations in Azerbaijan to provide an improved basis for determining the distribution of crustal deformation throughout the country and surrounding areas. The deformation field in the region has been analyzed with a dense GPS network configuration and a reliable quantification of the ongoing deformation was achieved. Results show that while contraction is dominant over the whole region, it is mostly concentrated on the middle and eastern parts of Caucasus Thrust Fault reaching up to 6.4 ± 0.2 mm/yr and Lesser Caucasus Fault does no accommodate more than 1–2 mm/yr of contraction. New network also clearly substantiates that the West Caspian Fault, which is a continuation of Caucasus Thrust Fault in the south, accommodates right-lateral slip rates of 7.1 ± 0.3 mm/yr in addition to 5.5 ± 0.3 mm/yr contraction rates.