青藏高原东缘地壳结构与物质运移的重力研究

发布时间：2018-11-26 12:51

【摘要】：青藏高原东缘位于中国大陆西南,在印度／欧亚板块碰撞过程中形成了复杂的新生代构造,是中国大陆强震活动最为频繁的地区之一,研究青藏高原东缘地壳结构和物质运移特征对认识青藏高原造山带的发展及构造活动机制等具有重要的科学意义。重力学方法作为研究地壳结构和地壳运动的重要手段由来已久且被广泛应用。重力场及其变化揭示的地下物质属性可以通过一定关系与地震、地磁和地表形变等多种地球物理和大地测量数据联系起来,从而使得重力学方法具有明显优势。基于此,本文利用重力异常和重力场动态变化资料研究青藏高原东缘地壳结构和物质运移。本文利用全球重力场模型EGM2008计算的重力异常数据获得了青藏高原东缘均衡状态、布格重力异常局部场与区域场、多尺度异常场源分布和主要构造分布轮廓,并利用三条实测重力剖面的布格重力异常获取了归一化总梯度。布格重力异常与高程相关性分析结果表明,青藏高原东缘整体上处于较为均衡的状态。趋势分析、小波多尺度分解和重力异常相关梯度分析分别从基本格局、局部深层场源和构造轮廓认识地壳结构,结果表明,(1)龙门山.小金河断裂和怒江断裂南段以西地区为研究区域内青藏高原与周边块体的构造边界：(2)缅甸微板块的俯冲使得研究区域西南地区反映中地壳重力异常的4阶小波细节呈现由西南向东北的正负异常雁列形分布,且这种俯冲作用影响到印支块体和川滇菱形块体广大地区,同时也是致使川滇菱形块体顺时针旋转的重要因素；(3)5阶小波细节显示三江地区南部、川滇菱形块体北部和巴颜喀拉块体东北部为负异常,第一个地区与腾冲火山活动有关,后两个地区与下地壳部分熔融有关。川滇菱形块体南部和龙门山地区表现为正异常,分别是侵入地壳岩浆冷却和青藏高原东向运移物质受阻累积所致；(4)巴颜喀拉块体上下地壳间存在西深东浅逐渐向上延伸的滑脱层,东向扩展运移物质沿滑脱层延伸至地表,使得龙门山隆升。鲜水河断裂带在中地壳具有东向倾斜特征,体现了川滇菱形块体顺时针旋转的同时东向运动明显。利用地形和大地水准面数据获取了青藏高原东缘局部均衡条件下地壳.地幔边界(Moho)和岩石圈.软流圈边界(LAB),进而利用布格重力异常数据反演计算了壳幔密度均匀条件下的Moho面深度,然后,联合剩余重力异常数据和CRUST1.0模型P波速度结构获取了地壳密度结构扰动,结果表明,青藏高原东缘羌塘块体、巴颜喀拉块体和川滇菱形块体北部在局部均衡时具有巨厚的地壳和岩石圈。重力反演Moho面深度趋势上与均衡假设的Moho基本一致,但较后者约浅10km左右,并在龙门山西北的巴颜喀拉块体表现为约5km的Moho面凹陷,以及川滇菱形块体南部5-7km的Moho面穹窿。三江断裂以西地区的近南北向低密度异常体揭示了该地区是青藏高原地壳物质南向流逸的重要通道。川滇菱形块体中上地壳密度的东西向高低相间分布可能与缅甸微板块俯冲效应相关。青藏高原地壳东向运移物质受四川盆地阻挡汇集龙门山断裂地区,使得中上地壳形成北东.南西向高密度异常体。利用青藏高原东缘地表观测的重力场动态变化数据研究了地壳物质运移特征。文中利用2010-2015年研究区域年尺度重力场累积变化和差分变化,采用基于模型紧凑约束的重力反演方法获取了地壳物质密度变化三维图像,在此基础上分析地壳物质运移特征。结果表明,密度变化以中上地壳最为显著,巴颜喀拉块体和川滇菱形块体北部地区累积变化以负密度变化为主,揭示了地壳物质向东和东南向膨胀伸展,因四川盆地的阻挡而在龙门山地区表现为压缩状态而形成地壳物质累积。川滇菱形块体北部的膨胀比巴颜喀拉块体更为显著,体现了两块体间运动速率的差异。强震发生所释放孕震积累的物质而使地壳密度明显增加,同时也揭示了强震发生阻挡或延缓了青藏高原地壳物质东和东南向运移。综合地壳结构和地壳物质密度变化结果解释分析青藏高原东缘构造活动机理。研究区域不同构造块体中下地壳流动在重大断裂的控制下形成速度上的差异,拖动上地壳运动亦表现为块体间的差异性运动,地壳物质运移以巴颜喀拉块体和川滇菱形块体北部东向扩展和物质膨胀效应,以及龙门上地区深部物质累积最为显著。东向运移的深部物质在滑脱层部位形成累积是汶川地震和芦山地震的孕育主要因素。芦山地震震级和震源位置与汶川地震显著差异的重要因素是鲜水河断裂的强烈左旋剪切使龙门山断裂西南段累积物质的南向迁出和东向推挤。川滇菱形块体南部地壳明显穹窿,且侵入地壳的岩浆活动现今可能仍在持续。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.2

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本文编号：2358617