青藏高原东缘龙门山晚新生代剥蚀厚度与弹性挠曲模拟

龙门山是青藏高原东缘边界山脉,具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元。利用数字高程模式图像和裂变径迹年代测定方法研究和计算龙门山晚新生代剥蚀厚度与剥蚀速率,结果表明:3.6 Ma以来龙门山的剥蚀厚度介于1.91-2.16 km之间,剥蚀速率介于0.53-0.60 mm/a之间。在此基础上,开展了该地区岩石圈的弹性挠曲模拟,结果表明龙门山的隆升机制具有以构造缩短隆升和剥蚀卸载隆升相叠合的特点。3.6 Ma之前,龙门山的隆升与逆冲推覆构造负载有关,以构造缩短驱动的构造隆升为特色;3.6 Ma之后,龙门山的隆升与剥蚀卸载驱动的抬升有关,并以剥蚀卸载隆升为特色,进而提出了龙门山晚新生代以来的隆升机制以剥蚀成山作用为主的认识。     

新一代全球海底地形模型BAT_WHU2020

本文利用由多源卫星测高资料计算的新版全球重力异常Grav_Alti_WHU,联合船测水深资料,构建了全球75°S—70°N范围的1′×1′海底地形模型BAT_WHU2020。以船测水深、现有模型和多波束测深数据为参考,对模型精度进行了分析评价。结果表明,在中国海域及邻区(104°E—160°E,0°N—50°N),本文模型与船测水深之差值的标准差约70 m,与SIO V19.1模型精度相当,优于ETOPO1、DTU10、GEBCO_08等模型,较此前发布的BAT_VGG模型精度提高了约30%,说明本文模型构建方法可靠、数据处理准确、精度较高。在全球范围内,BAT_WHU2020模型与船测水深之差值的标准差为50～65 m,差值在±200 m范围内的比率超过95%,与SIO V19.1模型精度相当,优于ETOPO1、DTU10、GEBCO_08等模型,较BAT_VGG模型精度提高了27%～36%。以SIO V19.1模型为参考,模型之差的标准差为90～110 m,约90%格网点差值在±200 m以内,约95%格网点差值在±300 m以内,两者一致性良好。最后,讨论了地壳均衡、Parker公式高次项等对成果精度的影响,模型的真实空间分辨率,以及以多波束测深为参考的模型精度问题。分析认为,BAT_WHU2020模型空间分辨率为10～18 km,在马里亚纳海沟、麦夸里海岭地区相对精度为5%～6%。     

岩石圈挠曲-弹性薄板小挠度弯曲的新方程

岩石圈挠曲研究采用的是弹性薄板小挠度弯曲方程(即克希霍夫方程),克希霍夫方程基于薄板的前提,忽略并假设薄板内垂向应力为0。本文在无需垂向应力为0的这一与地质事实不相符的假设的情况下,由弹性体几何方程、物理方程和静力平衡方程推导出岩石圈挠曲-弹性薄板小挠度弯曲的新中面方程,具有同等的数学简洁性。取泊松比为0.25时,有DFF/D=1.125,即新挠曲方程中的挠曲刚度DFF要比经典的克希霍夫挠曲方程的D值大12.5%。本文推导的新方程不仅可以在岩石圈动力学,也可以在弹性力学中获得应用。     

前陆盆地挠曲沉降正演模型的设计与实现——以库车古近纪陆内前陆坳陷沉降分析为例

本文以二维薄板弹性挠曲模型为基础,对模型进行简化和参数优化选取,并在VC++6.0环境下采用Windows视窗设计,实现了前陆盆地挠曲沉降的正演模拟系统.应用这一系统模拟分析了库车古近纪-新近纪前陆盆地的挠曲沉降过程.模拟结果表明,库车古近纪-新近纪前陆盆地的沉降曲线总体呈上凸型,具有典型前陆盆地沉降的特点,根据沉降速率变化可以把整个沉降过程分为四个部分,分别对应盆地的四个构造层序发育阶段,每一阶段呈不同的沉降特征,相邻两阶段之间存在一盆地回弹隆升、逆冲构造活动终止期,盆地遭受广泛剥蚀形成两个构造层序之间的不整合界面.正演模拟通过将沉降过程时间离散,精细设定不同时间段的构造负载,能够精细恢复前陆盆地的沉降过程和演化.     

华南晚三叠世前陆盆地的成因地层格架及演化历史

在详细研究盆地中各类沉积体系的沉积构成和演化过程的基础上,通过成因地层对比,建立了残留海湾—前陆盆地的成因地层格架。根据沉积体系的时空组合及其与相关等时性地层面的配置关系,划分出了3个构造沉积幕,每个构造沉积幕都是盆地基底荷载挠曲变形至弹性回跳过程的沉积响应。海平面升降变化和盆内软沉积物压实沉降虽然不能触发和主控盆地基底的构造挠曲旋回,但对各构造沉积幕的地层构型和持续时间有重要影响。盆地基底荷载挠曲变形与海平面升降或压实沉降过程以不同方式叠加,产生各种类型的构造沉积幕,与前陆盆地共生的还有后陆盆地和残留的弧后盆地。     

褶皱岩层初始挠曲的分叉特性

基于拖带坐标法建立了岩层大变形的一维非线性微分方程，然后用解析与数值方法研究了变刚变，可伸缩岩层在侧向压力及自重作用下的分叉特性，初步揭示了褶皱岩层初始挠曲的形成机理。     

马尼希基海底高原重力均衡及其构造意义研究

采用三维导纳分析技术,联合海底地形和重力异常数据,对马尼希基海底高原重力均衡状况进行了分析研究,并结合地震学等研究成果,分析其构造意义。马尼希基海底高原海底地形与重力异常相干性在长波部分(大于100km)相对较小,说明高原地壳底部存在低密度异常,并且,根据Airy均衡分析,这种低密度异常并非完全由洋壳对海底地形的均衡调整引起,推测高原地壳底部存在由岩浆"板垫作用"(crustal underplating)形成的低密度异常体,即"底部载荷"。马尼希基海底高原短波海底地形符合Airy均衡,据此分析获得高原地区洋壳厚度为22.7km,与地震研究结果一致。岩石圈挠曲均衡分析表明,马尼希基海底高原岩石圈有效弹性厚度为2.5~5.5km,较优拟合值为3.5km,可能意味着高原形成时岩石圈年龄较小。根据顾及底部载荷的挠曲均衡模型进行分析,定量计算了底部载荷规模,约为地形载荷的30%,其体积约为9.3×105km3,平均深度为18km,是整个高原洋壳的重要组成部分,表明洋壳底部板垫作用在马尼希基海底高原形成和演化过程中产生过重要影响。     

青藏高原挠曲均衡重力异常特征及其地质意义

自新生代印度板块的块持续碰撞与俯冲作用下,青藏高原经历了快速隆升与复杂的岩石圈改造过程,但高原现今的垂向动力学机制和地壳形变特征仍然存在争议。基于非均一有效弹性厚度的挠曲模型,利用地形和地球重力场模型数据,计算了青藏高原及邻区的挠曲均衡重力异常。结果显示,青藏高原的均衡重力异常在-120~90 mGal之间,高原中部为明显的正异常特征,边缘为显著的均衡负异常。极小值出现在青藏高原西北部及其相邻的帕米尔高原,极大值则出现在与之紧邻的喜马拉雅块体西北部。此外,在青藏高原北面和东面,塔里木盆地和四川盆地显示出大片的均衡正异常。这些特征说明青藏高原及邻区地壳现今处于非均衡的状态,在板块碰撞挤压作用下,老的块体地壳整体发生抬升,导致了均衡正异常特征;而年轻的造山区域,地壳形变主要表现为地表抬升与下地壳强烈增厚,形成了均衡负异常。在高原中部和北部,均衡调整方向与地壳垂向运动趋势相一致;但在高原南面（喜马拉雅块体）和东面（四川盆地）,均衡调整方向与地表形变观测结果相反。这说明印度板块碰撞与俯冲仍然控制着青藏高原南部、东部及其相邻块体的地壳形变过程,然而在更北的区域,地壳正通过均衡调整恢复均衡状态。      

与挠曲作用相关的一种特殊裂缝形成机制

浙江省临安市上侏罗统劳村组火山凝灰岩露头中发育了很多与挠曲相关的裂缝, 地层构造简单、露头良好, 为研究与挠曲相关裂缝提供了良好的条件.通过对两处野外露头的精细测量, 发现裂缝面平直、且未被充填, 均为构造裂缝, 在剖面上裂缝的组合呈扇形.裂缝面与岩层层面夹角为44°~80°, 裂缝密度随着地层厚度的增加而增加.根据裂缝面与层面的交切关系, 将两组裂缝分别命名为: 锐夹角指示邻层相对运动方向的D裂缝和锐夹角指示本层相对运动方向的D’裂缝.通过对地层挠曲变形的几何分析, 发现两组裂缝的形成是为了调节核部地层在变形过程中产生缩短量和剩余剪切, 地层厚度与地层中产生剩余剪切成正比.结果表明, 地层厚度越大, 形成的裂缝也越多.