青藏高原东南缘地壳应力场特征研究

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本文以实测地应力数据与大震震源机制结果为基础,综合地质构造、岩性参数、GPS观测资料等相关领域研究成果,通过数值模拟的方法,研究了青藏高原东南缘地壳现今原地应力场特征,获得了现今地应力分布及其变化图像,探讨了青藏高原东南缘在中国大陆强震活动中的枢纽作用。  本文主要开展了以下三方面工作:  (1)收集整理了青藏高原东南缘1378条水压致裂测段数据、150条应力解除测段数据;经统计分析给出了研究区总体及各研究子区水平构造应力的方位特征与量值范围;给出了研究区应力积累水平的分布特征。  (2)在前人青藏高原东南缘岩石圈动力学的研究成果基础上,以壳幔三维结构、活动断裂构造等方面的最新研究结果作为几何条件,以流变模型为研究区域岩石圈介质的本构关系,建立了包括现今主要活动断层以及岩石圈实际分层结构的有限单元球壳模型;结合1°×1°分辨率的地震波速结构的研究成果,建立了包含杨氏弹性模量、泊松比以及密度等物性参数分布的各向同性的线弹性的单元材料属性库,结合原地应力实测数据以及地壳形变观测资料,初步模拟分析了地应力场的背景分布规律;以重力和板块构造作用为主要影响因素,以地壳应力观测与研究成果为目标约束,反演分析了现今地应力场,给出了现今原地应力场的绝对量值估计。  (3)应用接近中国大陆实际的三维有限元模型,通过模拟分析引起的地壳应力远距离调整变化的影响因素,分析了青藏高原东南缘在中国大陆强震活动中的枢纽作用,对中国大陆大范围应力场变化和相应的强震活动的迁移规律的力学机制进行了尝试性探索,为强震活动趋势的预测研究提供指导。  通过上述工作,得到的主要成果和认识如下:  (1)青藏高原东南缘地壳浅层水平最大压应力的量值范围为1.06-65.9MPa,水平最小压应力的量值范围为0.5-37.2MPa;最大水平应力σH、最小水平应力σh、垂直应力σv随深度D增大呈线性增加:σH=0.0246D+5.959、σh=0.0157D+3.636、σv=0.027D(由上覆岩石重量估算)。  (2)各区SH的地表值从大到小排序为:南北带中段、南北带南段、华南地块西部、南北带北段、青藏地块东部;SH的梯度值和1000m深度差应力值排序是:南北带北段、青藏地块东部、南北带中段、南北带南段、华南地块西部。  (3)青藏高原东南缘应力积累水平的云图表明:鲜水河断裂带、施甸盆地西缘断裂带、小江断裂带中段、松坪沟断裂带、竹山断裂带处于应力积累水平高值区,利于断层的走滑活动,有强震力学背景。  (4)数值模拟计算结果显示,最大水平应力σH基本以喜马拉雅东构造节为轴,呈辐射状展布,自西而东,由近NS方向顺时针旋转渐至NNE、NE、NEE、SE方向,大体上与深部的震源机制解结果一致。  (5)青藏高原东南缘最大、最小水平应力σH、σh总体表现为压性,随着深度的增加而升高,中、下壳应力增长的速度较之上地壳缓慢。表层2km深度,最大、最小水平应力σH、σh量值范围:10MPa<σH<85MPa、6.5MPa<σh<65MPa。在地壳深部的莫霍面上,水平应力量值分布特征主要受莫霍面地形控制,量值范围:700MPa<σH<1700MPa、700MPa<σh<1700MPa。  (6)各研究子区应力状态有明显差异,青藏地块随时间演化呈现出明显的“中部弱周边强”特点。  (7)强震不仅引起断层错动,还引起震源及其附近介质物性的重大变化,用单元降刚方法模拟中国大陆强震分布的结果说明,它有可能为中国大陆强震的趋势预测提供一种可行的方法。  (8)除了初始应力场外,对模拟地震分布影响最大的因素是边界载荷结构的配置方式。就中国大陆强震的动力预报而言,需要关注的是印度板块东西构造结与中段驱动作用的强度和方向的结构性变化。  (9)据南北地震带的枢纽作用特征,给出了圈定下一个强震活动期的主体活动地区、大致活动时段、强震活动数量估计的研究性预测途径,对强震预测预防工作有指导意义。
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