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菲律宾海板块内部地震活动性较弱,因而是研究板内应力场的理想区域。同时,其周边被马里亚纳、伊豆-小笠原、琉球、马尼拉等海沟包围,板块运动学研究表明,菲律宾海板块不同边界段表现为不同的性质,或作为上覆板块或作为俯冲板块下插到深部地幔,且这两种性质的边界段所占比例几乎相等。这些独特的边界特征为研究板块边界带作用力及其对板内应力场的影响提供了良好条件。尽管,先前的研究表明板内应力场水平主应力取向与全球板块运动特征密切相关,然而,弧后盆地的扩张却可能造成局部应力场的显著变化。世界应力图计划(WSMP)所提供的应力场观测数据则既能反映全球尺度的应力特征也能描绘局部形变特征,因此为研究板内应力场特征及板块动力学特征提供了有效的约束。 本文对冲绳板块(ON,仅包括冲绳板块)和菲律宾海板块系统(POM,包括菲律宾海、冲绳、马里亚纳板块)这两个模型的构造应力场进行了数值模拟,以研究板块边界力随边界性质的变化及其对板内应力场的影响。首先通过热结构计算岩石层的密度分布,进而根据重力均衡假设并以ETOPO5地形作为约束计算岩石层基底的起伏,建立岩石层三维弹性模型。本文采用伪三维有限元方法进行应力场计算,即假定应力场的垂直和水平分量互相解耦,这样可以利用岩石层自重计算应力场的垂直主应力分量,采用二维平面有限元方法计算水平主应力分量。 本文中所有模型都假定作用于岩石层的各种作用力处于动态平衡状态,其中地幔拖曳力(矩)平衡其它各力的合力(矩)。计算中,我们采用软流层静压推力替代传统的洋脊推力,这种力同时作用与大陆和大洋岩石层,实质上结合了对岩石层密度和厚度横向变化的考虑。根据板块的运动学特征,对各边界带的性质进行划分,并据此对模型施加边界带作用力。我们以WSM2008观测的最大水平主应力(SHmax)取向及应力型数据为约束,通过模型试错法,进行了大量数值模拟,得到多种作用力组合情况下的构造应力场模拟结果,对各作用力的相对重要性进行了评估,并对该地区应力场特征及成因进行了分析。 通过一系列数值模拟,本文得到以下主要结论: 1、软流层静压推力控制着菲律宾海板块地区构造应力场的基本形态; 2、弧后盆地的演化过程,如岩石层减薄或地幔流上升等,可能在很大程度上影响着菲律宾海板块及其周边地区的板内应力场; 3、如果仅孤立地考虑俯冲带边界作用力,很难再现该区的观测应力场,而将俯冲带的海沟-岛弧-弧后盆地作为整体进行研究则能使计算结果得到改善; 4、琉球俯冲带边界作用力呈分段分布,不同区段作用力对板内应力场的影响有所不同,并且其对海沟两侧上覆和下沉板块的作用方式不同; 5、台湾碰撞带作用力较其它边界大,对板内应力场特别是近场的应力取向和远场的应力型起着重要的控制作用。