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大陆岩石圈力学强度的基本性质控制着岩石圈对长期载荷的响应,因此,其也控制着大陆板块的演化过程及空间构型,是大陆动力学研究的核心内容之一。岩石圈力学强度通常以有效弹性厚度(Te)来表征,Te及其各向异性与岩石圈流变性、力学结构紧密相连,其已被广泛应用于研究不同构造背景下的岩石圈构造模式与流变性的相互关系。大陆岩石圈Te及其各向异性的二维详细信息也能为我们研究大陆岩石圈的流变性及动力学过程、地表变形与深部动力学过程的相互关系提供重要信息。
本文选取青藏高原东北部和华北克拉通两个地区为研究区域。青藏高原东北部是中国大陆构造环境特殊的主要构造域,毗邻青藏高原羌塘地块、塔里木盆地、四川盆地和华北克拉通,属于不同构造类型块体俯冲、碰撞及陆内汇聚的结合部,在中国大陆形成与演化的历史中扮演着重要角色。而华北克拉通自前寒武纪以来历经陆核的形成、克拉通的融合以及再活化等多幕式的构造演化过程,是研究克拉通构造演化的天然试验场。因此,研究这些区域岩石圈的力学性质为我们理解大陆岩石圈流变结构及动力学过程提供重要信息。
我们基于Fan小波相关性分析法,运用布格重力异常和地形资料获得了青藏高原东北部及华北克拉通地区岩石圈Te及其各向异性二维分布的详细信息。研究结果表明研究区域内Te的分布范围在5~100km;松潘-甘孜地块、祁连山造山带、龙门山地区以及南北重力梯度带的Te较薄(5km<Te<40km)、各向异性较强;断裂带、缝合带和裂谷带的Te值都较低,其中龙门山断裂带Te只有5~20km,且南、北两段各向异性存在明显差异。松潘-甘孜块体内部的若尔盖盆地Te值略高,说明其是仍保留有刚性的块体;柴达木盆地下伏为古生代的地壳,被认为是古老的克拉通碎片,Te较大(50<Te<90 km),显示为轮廓分明的刚性块体。鄂尔多斯地块和河淮盆地具有很高的Te值(40~90km),且具有整体一致的各向异性特征,说明其是稳定的完整块体,结合负载比率我们推测这些区域不存在岩石圈根。郯庐断裂两侧Te值存在明显差异,西侧Te值大于东侧,且各向异性分布特征也有明显不同。并且我们发现研究区域内Te的各向异性轴垂直于大的块体边界。另外,通过比较青藏高原东北部的Te与Ts(地震孕震层厚度),结果表明Te与Ts在不同区域关系不同,研究区内深源地震稀少是因为地幔太强硬使得构造应力远小于起始错断所需的应力。并且研究区内负载比率横向变化明显,普遍处于均衡调整状态。同时,通过比较青藏高原东北部Te各向异性与SKS波的快波偏振方向、Rayleigh面波方位角各向异性的相互关系我们推测阿拉善地块各向异性源自地幔橄榄岩晶格的优势取向,岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式;柴达木盆地各向异性源于历史构造事件残留在岩石圈中的“化石”各向异性;松潘-甘孜地块各向异性源自物质的侧向流动。