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【李玉江等-EPSL】 青藏高原東南緣現今地殼變形:從運動學到動力學
來源:辦公室 發布時間:2019-08-23

    作為印度板塊與歐亞板塊碰撞的前緣地帶,青藏高原東南緣巖石圈變形的動力學機制一直是國際研究和爭論的熱點問題之一,并相繼提出構造逃逸模型、重力擴展模型和下地殼流模型等端元模型,對研究和認識青藏高原演化的動力學機制起到積極的推動作用。然而時至今日,對各驅動機理在解釋現今變形中的相對作用仍存在爭議。近年來GPS等形變觀測資料的逐漸豐富,為重新認識青藏高原東南緣巖石圈變形的動力學機制提供重要的資料(圖1)。
    地殼變形動力學研究組李玉江副研究員、陳連旺研究員與美國密蘇里大學劉勉教授、第二監測中心李煜航博士合作,利用青藏高原東南緣的GPS觀測資料,通過解算區域應變率場,分析青藏高原東南緣現今地殼應變特征及空間分配模式;構建青藏高原東南緣三維黏彈塑性有限元模型,通過開展高性能數值模擬實驗,探討各驅動機制在現今青藏高原東南緣隆升擴展中的相對作用。

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圖1 青藏高原東南緣地質構造、GPS速度場與歷史強震活動

    其中,黑色圓圈及沙灘球分別為1900以來M≥5.0地震與M≥6.7歷史地震震源機制;黑色實心圓為有記錄以來M≥6.7地震;GPS為相對歐亞框架的1999-2007觀測數據;BHB-巴顏喀拉塊體;EHS-喜馬拉雅東構造結;MYB-滇緬塊體;QB-羌塘塊體;SYB-川滇塊體;XSHF-鮮水河斷裂;ANHF-安寧河斷裂;ZMHF-則木河斷裂;XJF-小江斷裂;RRF-紅河斷裂;LMSF-龍門山斷裂;RLF-瑞麗-龍陵斷裂

    研究結果表明,青藏高原東南緣的最大剪應變主要分布于鮮水河-安寧河-小江等大型塊體邊界斷裂帶,這本是構造逃逸模型最基本的特征;但這種高剪應變分布終止于紅河斷裂,并轉換為云南南部-緬甸地區張-壓性應變共存的應變分配特征;同時,龍門山斷裂南段表現出較高的壓性膨脹率分布(圖2)。

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圖2 青藏高原東南緣應變率分布特征
(a) 最大剪應變率;(b) 面應變率,壓性為負。

     三維黏彈塑性有限元模擬結果表明,重力勢能梯度驅動下的擴展模型可以較好地解釋青藏高原東南緣現今的變形和應變分配特征(圖3)。川西地區下地殼弱物質的存在可以使速度場、應變場的模擬值與實測值更為吻合。綜合模擬分析認為,重力勢能梯度、下地殼拖曳力及構造作用等共同控制著青藏高原東南緣現今的地殼變形特征,其中重力勢能梯度占主導作用。

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圖3 重力勢能梯度下的速度場及應變率場特征
(a) 重力勢能梯度下的速度場模擬值與實測值對比;(b) 最大剪應變率模擬值,黑線為模型中主要塊體邊界斷裂

     研究結果對于認識青藏高原巖石圈構造變形模式、動力學機制,甚至是地震災害機理都具有重要的科學意義和實際應用價值。
    上述研究成果發表在國際知名地學期刊Earth and Planetary Science Letters上(Li, Y., Liu, M., Li, Y., and Chen, L. 2019. Active crustal deformation in southeastern Tibetan Plateau: The kinematics and dynamics. Earth and Planetary Science Letters. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.07.010)。原文鏈接:https://authors.elsevier.com/c/1ZQ6Z,Ig4H0C6(2019年9月7日前有效)。

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