渭河盆地构造应力场有限元数值模拟

发布时间：2020-02-18 10:51

【摘要】：依据渭河盆地活动构造特征及深部地层结构,以高精度GPS成果为边界条件,构建了区域三维有限元模型,并将模拟断裂运动性质及区域构造应力场,与地质地球物理的结果对比检验了模型模拟结果合理性。数值模拟结果更加精细地揭示出,陇县-马昭与韩城-华县断裂是渭河盆地中部与东、西部构造应力场差异的明显分界带,两条断裂夹挟的盆地中部区域是拉张应力(NW-SE向)集中带,陇县-马昭断裂以西则呈显著挤压应力(近E-W向),韩城-华县断裂以东以NE-SW向挤压应力为主;而礼泉-蒲城-合阳断裂又为盆地中部区域南、北两侧构造应力场差异分界带,断裂南侧较北侧呈现出更显著的NW-SE向拉张应力,该特征与断裂南侧构造地裂缝较北侧更为发育相对应。
【图文】：

构造体系,地壳运动,中国大陆,速度场

武汉大学学报·信息科学版２０１７年１２月图１渭河盆地地壳运动ＧＰＳ速度场及其在中国大陆构造体系位置示意图Ｆｉｇ．１ＴｈｅＧＰＳＶｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆＣｒｕｓｔａｌＭｏｖｅｍｅｎｔｉｎＷｅｉｈｅＢａｓｉｎａｎｄｉｔｓＴｅｃｔｏｎｉｃＬｏｃａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａＭａｉｎｌａｎｄ１．２渭河盆地活动构造分布特征渭河盆地地处中国重要的大地构造分界位置上，北接鄂尔多斯台地，南邻华南地块北缘，东缘为华北地块西缘，西端与青藏地块东缘相接。可知，渭河盆地地处上述４个不同构造单元的交接过渡部位，又受整个汾渭裂陷带整体活动的影响，其构造属性与构造格局较复杂。盆地边缘表现出一定的挤压环境，盆地内部则主要表现为拉伸构造环境。盆地内伸展断裂也较发育，断块分割明显，隆起与凹陷相间发育。渭河盆地总体表现为拉张应力作用下的断裂伸展活动以及断块掀斜下陷成盆的伸展构造特征。盆地构造尤其是断裂构造是控制区域稳定的重要因素，也是引发地质灾害的主要因素。活动断裂构造运动受区域构造应力场控制，其活动性一方面可体现出局部构造应力场特征，另一方面也可体现出区域构造应变场的差异性。从图１中可看出，渭河盆地内发育有多条活动断裂［１］，主要发育有近东西向（渭河断裂Ｆ４、秦岭北缘断裂Ｆ５、口镇－关山断裂Ｆ１２、余下－铁炉子断裂Ｆ８）、北东东－南西西向（岐山－乾县断裂Ｆ６、礼泉－蒲城－合阳断裂Ｆ７、白水－合阳断裂Ｆ１１）、北西－南东向（固关－龟川寺断裂Ｆ１、固关东－虢镇断裂Ｆ２、陇县－马召断裂Ｆ３、泾阳－蓝田断裂Ｆ９）及北东－南西向

剖面图,宽角反射,速度结构

阳断裂Ｆ７、白水－合阳断裂Ｆ１１）、北西－南东向（固关－龟川寺断裂Ｆ１、固关东－虢镇断裂Ｆ２、陇县－马召断裂Ｆ３、泾阳－蓝田断裂Ｆ９）及北东－南西向（长安－临潼－白水断裂Ｆ１０、华山山前断裂Ｆ１３、韩城－华县断裂Ｆ１４）４组活动断裂体系。１．３渭河盆地深部地层结构地球物理技术可探测到地壳深部较精细的地层结构，为建立三维有限元模型提供深部地壳结构依据。由渭河盆地深地震宽角反射获得的地壳速度结构剖面图（图２）可看出，渭河盆地深部地层结构大致可分为上、中、下地壳，底界为莫霍面的４层结构体。图２中，纵轴代表地层的深度，横轴代表横跨渭河盆地的距离跨度，黑色细实线代表折断界面。其中，上地壳底界面深度范围约为１１．５～１７．０ｋｍ（Ｃ１），中地壳底界面深度范围约为１８．０～２２．５ｋｍ（Ｃ２），下地壳底界面深度范围约为２８．０～３３．５ｋｍ（Ｃ３），上莫霍面顶界面深度范围则约为３５．０～４０．５ｋｍ（Ｍ）。图２深地震宽角反射获得的渭河盆地深部地壳速度结构图Ｆｉｇ．２ＤｅｅｐＣｒｕｓｔａｌＶｅｌｏｃｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＷｉｄｅ－ＡｎｇｅｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆＷｅｉｈｅＢａｓｉｎ２渭河盆地三维有限元动力学模型依据渭河盆地所处的特殊大地构造位置，首先构建由渭河盆地、鄂尔多斯地块、青藏地块东缘、华南地块北缘及华北地块西缘组成的三维地质实体模型（图３），并根据深地震宽角反射获得的盆地深部地层结构，将整个三维地质实体模型在纵向上简化分成水平的４层，，即上地壳、中地壳、下地壳及上地幔顶部，

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