青藏高原震后动力学过程及其壳幔流变属性研究

来源 :陈云锅 | 被引量 : 0次 | 上传用户:water198206
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地球上“陆陆碰撞”体系中研究广泛的青藏高原-喜马拉雅构造体系,是全球最大、最显著的陆内变形区,也是研究大陆板块构造变形、岩石圈流变属性的天然实验区。青藏高原地壳形变中的大地震震后形变动力学过程,是国内外地球科学研究热点,也是本文主要的研究内容。本文通过对青藏高原内部不同震例震后形变动力学过程的研究,定量约束青藏高原壳幔流变属性以及震后余滑分布和演化。基于每个震例的同震破裂模型、岩石圈分层结构及其物性参数,构建了针对不同构造区域统一的黏弹性有限元模型。考虑了震后余滑、壳幔黏弹性松弛两种主要震后形变机制,旨在解释其不同时空尺度地表震后形变。模拟结果表明震后余滑和壳幔黏弹性松弛效应作为主要震后形变机制,可能分别主要控制近、远场一阶地表形变,而孔隙弹性效应、岩石物性不均一性和其他动力学过程影响可能更高阶地表形变。测试模型表明无震滑动主要发生于主破裂的下倾或两侧断层区域,震后余滑随着距主破裂中心距离增加而逐渐减小,且震后滑移速率随时间快速衰减。震后余滑累积量与震级大小成正相关,震级越大,累积滑移量越大。例如,Mw7.9汶川地震和Mw7.8昆仑山地震的震后0-10年的最大余滑区累积量均可达1.0 m,而更小震级的Mw7.6玛尼、Mw7.4玛多和Mw6.9玉树地震,其震后0-10年的累积最大余滑分别为~0.8 m、~0.20m和~0.15m。震后0-10年,汶川地震和昆仑山地震的累积余滑对地表形变的贡献等效于一个Mw7.4-7.5地震。而玛尼、玛多和玉树地震的累积余滑效应分别等效于Mw7.2、Mw6.9和Mw6.2地震。不同震例之间,震后余滑速率衰减过程也存在差异,玛尼、玉树地震最快,昆仑山、玛多地震次之,汶川地震相对最慢。综合所有震例的下地壳和上地幔黏弹性松弛效应,约束了青藏高原不同构造单元的壳幔稳态黏滞系数。研究结果显示,最北缘的柴达木盆地和西秦岭的下地壳黏滞系数均高于5×1019 Pas,最佳值为1-2×1020 Pas,接近其上地幔的黏滞系数。边界造山带昆仑山脉和龙门山的下地壳稳态黏滞系数分别为5×1019 Pa s和1-2×1019 Pa s,然而上地幔稳态黏滞系数均高于2×1020 Pa s,可能分别接近其北侧柴达木盆地、东侧四川盆地的上地幔流变属性。研究区域中心地带,巴颜喀拉和羌塘块体,其中东部的下地壳稳态黏滞系数最佳值为1019Pas(可取范围为0.5-3×1019 Pa s),然而西部的下地壳黏滞系数相对较高,达5×1019 Pa s,表明黏滞系数从高原中心地带向西可能更高、向东南可能更低的横向不均一特征。上地幔稳态黏滞系数范围可确定为1019-1021 Pa s,最佳值3-10×1019 Pa s。青藏高原上地幔黏滞系数具有由南向北逐步升高的变化趋势。基于最优模型,我计算了汶川地震的发震断层及其邻区的震后应力变化时空分布,主要是评估了周边活动断层震后库仑应力变化和岩石圈最大剪应力变化,并与主震之后的主破裂及邻区地震活动性时空变化进行比较分析。主震之后余震主要发生于震后0-10年应力扰动大于100 KPa区域,余震累积总量与应力扰动大小成正相关,应力扰动越大,余震越频发。大于Mw5.0的余震均位于大于100 KPa的应力扰动区。周边龙门山断层南段、鲜水河断裂中段均处于震后应力加载,可能与Mw6.6芦山地震和Mw6.0道孚地震的触发应力环境有关。在2008年汶川地震震后应力扰动下,周边其他断层发生了一定量的应力加载或者卸载,其变化量均在10 KPa以内。
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