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青藏高原运动与现今构造应力场研究及数值模拟

尉晓玮  
【摘要】:青藏高原是全球构造活动最剧烈的地区之一,其独特的构造和地球物理环境使其成为了大陆动力学研究的天然实验室。其地壳岩石层变形运动、应力应变场等问题一直是地球科学家们研究的热点。本文分析了近十年来青藏地区的 GPS观测资料,并应用地震张量矩求和的方法研究了青藏高原活动地块区的应力应变特征。在此基础上,利用固体力学与流体力学的原理对薄壳有限元方法理论进行研究,并建立理论模型比较应用效果。最后,采用薄壳有限元方法分别进行了GPS 观测速度约束下的青藏高原及邻近区域的 2.5 维稳态运动学,和印度板块挤压下青藏地区现代构造应力场分布的 2.5 维动力学数值模拟。 首先,对青藏高原运动和动力学数值模拟工作的比较分析得出:断裂对大陆变形的影响研究较少,模型多为二维,很难从纵横向综合反映高原运动和形变。之后,通过 GPS 测量结果分析展示,在青藏活动地块区,各地块运动方向较为一致,为从南到北逐步右旋。随后,利用青藏地区近 80 年震源机制资料,计算了高原各活动地块区的平均构造应力状态。利用地震矩求解得到的青藏高原各 II级活动地块区的应力分布结果表明:高原内部整体呈现压缩状态,主应力轴以北东方位为主。 最后,在对薄壳有限元方法理论验证和模型试验的基础上,建立了包含活动地块以及主要活动断裂带的青藏活动地块区的 2.5 维有限元模型。并以近十年的GPS 测量资料为约束,综合考虑了研究区地表高程起伏、岩石圈结构以及介质在横向上的不均匀性等特征,利用地震资料作模型检验,数值模拟了青藏高原地块区的现今运动和变形特征。结果显示:1.青藏高原整体运动时,其内部呈现连续变形;2.印度板块挤压是青藏高原乃至中国大陆地壳岩石层运动和变形的最主要的驱动力,决定了青藏高原的运动和变形格局;3.在印度板块的挤压作用下,现今青藏高原地壳变形以南北向的缩短和增厚为主。


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