青藏高原南部及其东南缘弧形构造带地应力场特征研究
发布时间：2022-02-15 15:29
青藏高原是我国西部开发的主战场,作为水电资源蕴藏量最丰富地区以及交通基础设施最薄弱地区,大量工程建设正面临着高地应力、高地震烈度等复杂地质环境问题。因此,研究青藏高原构造应力场特征具有重要的科学意义。本文采用震源机制解反演法、已有地应力测试数据的统计分析法,对青藏高原南部和东南缘的区域构造应力场进行系统分析,并对高原南缘的尼泊尔上阿润水电站工程区初始地应力场进行三维有限元回归反演分析。主要研究成果如下:（1）震源机制解的P、T轴分析与构造应力场反演分析结果表明,构造应力场的分区特征较为显著,且构造主压应力方向以青藏高原南部为中心向东侧呈辐射特征。具体表现为主压应力方向从造山带区域的近NS向,偏转至西藏地区的NE向,在川滇地区持续向SE方向偏转。不同区域内的应力结构类型具有较大的差异性,并与各区活动构造断裂带和次级块体的作用形式存在紧密联系。（2）对该地区的应力实测数据进行统计分析,获得了最大水平主应力优势方位的分布特征,以及水平主应力量值及侧压系数随深度的变化特征。结果表明,地壳浅层岩体应力场的方位和量值,均具有区域的差异性特征。西藏地区的最大水平主应力地表值小于川滇地区,而梯度值大于...
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
大约两亿年前,由于板块的运动导致了印度板块的分离,在此之后一直到今天,印度板块都在一直以一定的速度向北移动,碰撞挤压欧亚板块。持续的挤压碰撞,导致陆地不断抬升崛起,抬升的过程并不是随着印度板块的运动速率匀速进行,而是经历了不同构造阶段,陆地的抬升崛起不断地累加,形成了今天的青藏高原。虽然整个青藏高原地区的构造演化时间较长,但是较为显著的构造活动时期也即高原的隆升期是从大约50Ma年开始的,也即在始新世时期,印度板块与欧亚板块开始接触并产生挤压碰撞,由此拉开了青藏高原隆起的序幕。青藏高原一直持续到今天的地壳隆起过程,经历了不同的隆升时期,其中上新世为高原隆升过程的一个转折点,在上新世之前,青藏高原的构造隆升活动比较缓慢,而且地壳的隆升主要体现在高原南部边缘的喜马拉雅地区,综合地层沉积特征、岩体风化特征等相关的地质信息,相关的研究结果认为上新世末期高原的海拔不超过一千米。但是,青藏高原的现今平均海拔超过4500m,由此可以推测上新世末期至今,青藏高原的地壳平均隆起高度达到为3500m,说明这一历史时间区间是青藏高原的快速隆起时期。在这个高原快速隆起的历史时期内,相关学者通过不同的方法研究认为快速隆升期大体可分为四个主要的阶段[38],第一至第四阶段的时间区间分比为45~38Ma、27~17Ma、13~8Ma、3Ma~至今。其中,距离现今时间最短的更新世时期,是这四个阶段中高原隆起的最主要阶段,每一个高原隆升的阶段都具有特殊性和差异性。第一阶段的主要构造特征分为三个方面:海洋的退出以及陆地的出现、断块抬升以及断陷盆地的产生、地块边缘的构造抬升。在这一时期内,特提斯海洋彻底的退出了青藏高原,高原地层由海相转变为陆相,并且这一变化伴随着高原内气候环境的变化。青藏高原的构造隆起主要体现在欧亚板块和印度板块的边缘地带,也即拉萨地块和喜马拉雅地块两个地块在这个时期内产生碰撞,地壳逐渐隆起。第二阶段的构造抬升作用比较强烈,主要体现在喜马拉雅地区,因为区域内的大型逆冲断裂带相继产生并持续活动,主要包括主中央断裂和主边界断裂。而且,在该阶段内青藏高原的内部产生了一系列的大型走滑断裂带,如红河断裂带、澜沧江断裂带、鲜水河断裂带等。第三阶段,由于印度板块持续在南北方向上挤压欧亚板块,一系列的逆冲推覆体在这一阶段内大量产生,位于喜马拉雅地块内的主边界断裂也是在这一时期内产生剧烈的构造活动,板块碰撞区域两侧的地体在碰撞挤压的构造作用下持续隆起,地壳不断增厚,地壳内的岩体产生一系列的化学变质作用。第四阶段,是青藏高原整体快速隆升的阶段,这个阶段高原的构造隆升体现在区域内的各个地块,并且从第四纪以来高原内部不仅出现整体抬升这一显著特征,同时也表现出地壳岩体处于拉伸环境的背景特征。构造抬升的过程又使得地壳岩体经历了较长时期的风化剥蚀、充填堆积等地质构造过程,因此现今青藏高原的地形地貌特征也是主要在这一时期内形成的。在这一时期内,高原四周存在如华北地块、塔里木地块、扬子地块等稳定地块的阻挡作用,又由于高原岩石圈底部界面的限制作用,所以整个高原也只有地表面可以满足物质不受限制的自由流动。当印度板块在青藏高原的南部边缘对欧亚板块挤压碰撞时,岩石圈下部的物质变形流动均受到一定的限制,又加之随着板块挤压而向下俯冲的岩体密度小于其下部的岩体密度,所在在密度差异的背景下,岩石圈底部的物质只有向地表流动,这也是物质流动的主要途径,其结果就是整体青藏高原区域快速隆起,并且局部地区产生强烈构造抬升作用。在整个青藏高原构造隆升的过程中,位于青藏高原的南部边界,欧亚板块和印度板块碰撞汇聚结合地的构造隆升过程是最为显著的,构造隆升的结果就是形成了现今世界上最为著名的造山带,即喜马拉雅造山带。随着印度洋向北扩展运动,印度地块自65Ma~45Ma以来,在雅鲁藏布江一带与欧亚板块持续碰撞挤压,碰撞速率为40~50mm/a,喜马拉雅造山带是印度板块和欧亚板块的接触带和汇聚地,也是两个板块长期以来碰撞作用形成的弧形构造带[39]。印度板块对欧亚板块逆时针方向的挤压,导致在碰撞带中部垂向物质挤出隆起,在东西两侧则表现为侧向挤出,并且在青藏高原的南缘、喜马拉雅造山带的东侧,有大量的物质沿着东南方向逃逸,这是较多地学家所认可的经典造山机制。该陆-陆型碰撞作用形成的构造带在时间尺度上存在着长期碰撞活动、碰撞速率较高、变质作用强烈、变质活动复杂,在空间尺度上存在着碰撞范围较大、影响范围较广等显著地质构造特征,构造带内浅层和深层的岩石圈存在着持续的物质能量交换,导致喜马拉雅地区频繁发生破坏性较强的地震等一系列地质构造现象,并且由于喜马拉雅造山带平均海拔较高,受降雨、降雪、季风等周期性的季节性气候的影响,物理风化、化学风化、生物风化等风化剥蚀作用较为强烈,剥蚀速率为2~12mm/a,因此该地区具有复杂的碰撞变形机制与构造演化特征[40-41]。
在青藏高原构造演化的过程中,一系列的活动构造断裂在不同的区域内进行发育,特别是晚新生代、晚第四纪以来,在青藏高原的南部和东南缘弧形构造带区域内,发育有大量的活动至今的构造断裂,成为各活动地块的构造边界。各活动地块之间的差异化运动,以及局部化的相互作用,使得活动地块的边界断裂带地震频发,对区域内的构造应力场格局产生深远的影响。因此,探讨区域内主要构造活动断裂的基本特征,对研究构造动力过程以及构造应力场的特征具有重要的现实意义。如图2.2所示,是青藏高原南部及其东南缘弧形构造带的构造断裂示意图。青藏高原的南部区域主要包括青藏块体内的西藏地区,以及喜马拉雅造山带内的尼泊尔地区。研究结果表明,在青藏高原的南部区域活动构造断裂较为发育,并且与海拔高度之间呈现一定的规律性。青藏高原南部边界区域的海拔较低,区域内构造断裂通常为逆冲断裂,这是因为高原的南部边界为板块挤压碰撞的汇聚地,印度板块对欧亚板块的俯冲在边界区域内进行,印度板块与欧亚板块持续的俯冲碰撞作用,使得印度板块向北偏移了大约两千千米,在印度板块的推进过程中,两个板块的地壳结合部位在水平方向上不断缩短,同时在垂向不断增厚,在地壳缩短增厚的构造变形过程中,区域内发育了一系列的构造断裂,从北到南依次分别为藏南拆离系(STDS)、主中央逆冲断层(MCT)、主边界逆冲断层(MBT)、主前缘逆冲断层(MFT)。印度板块对欧亚板块的俯冲作用是沿着一个发育在中上地壳,并且向北缓倾的主要拆离带发生的,该拆离带被确定为主喜马拉雅逆冲断层带(MHT),喜马拉雅其它主要逆冲断层被认为是主逆冲断层(MHT)的次级断层,包括主中央逆冲断层、主边界逆冲断层、主前缘逆冲断层,主喜马拉雅逆冲断层带(MHT)控制着以上所述的三个主要逆冲断层,并且三个主要逆冲断层在地壳的深部汇聚于MHT。藏南拆离系(STDS)是特堤斯喜马拉雅(THM)与高喜马拉雅(GHM)之间的界限,是一条发生在中-新元古代变质基底(下板片)和盖层(上板片)之间的一条规模巨大的向北缓倾并且具有由南向北滑移的拆离构造带[46]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原东南缘构造应力场重构[J]. 侯强,丁小军,赵宏,欧明霖,张博康. 大地测量与地球动力学. 2019(05)
[2]中国大陆及其周边地区应力场特征[J]. 田建慧,罗艳. 地震. 2019(02)
[3]青藏高原南缘2015年尼泊尔MW7.8地震发震构造[J]. 杨晓平,吴果,陈立春,李传友,陈晓莉. 地球物理学报. 2016(07)
[4]南北地震带震源机制解与构造应力场特征[J]. 王晓山,吕坚,谢祖军,龙锋,赵小艳,郑勇. 地球物理学报. 2015(11)
[5]芦山地震序列震源机制及其构造应力场空间变化[J]. 罗艳,赵里,曾祥方,高原. 中国科学:地球科学. 2015(04)
[6]喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞[J]. 张泽明,董昕,贺振宇,向华. 岩石学报. 2013(05)
[7]中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析[J]. 杨树新,姚瑞,崔效锋,陈群策,黄禄渊. 地球物理学报. 2012(12)
[8]基于多源信息集成的地应力场分析研究[J]. 尹健民,李永松,陈建平,艾凯,毛宁. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
[9]我国大陆实测深部地应力分布规律研究[J]. 李新平,汪斌,周桂龙. 岩石力学与工程学报. 2012(S1)
[10]中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究[J]. 徐纪人,赵志新,石川有三. 地球物理学报. 2008(03)
博士论文
[1]土耳其西部深部构造及其与区域地热异常分布的关系[D]. 向世民.中国地质大学 2017
[2]柴北缘地区中新生代构造变形与构造应力场模拟[D]. 张西娟.中国地质科学院 2007
[3]初始地应力场系统分析理论与方法研究[D]. 戚蓝.天津大学 2003
硕士论文
[1]乌东德水电站及邻区地应力场特征综合分析[D]. 张新辉.长江科学院 2015
[2]川西地区现今地壳运动的大地测量观测研究[D]. 程佳.中国地震局地质研究所 2008
本文编号：3626874
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
大约两亿年前,由于板块的运动导致了印度板块的分离,在此之后一直到今天,印度板块都在一直以一定的速度向北移动,碰撞挤压欧亚板块。持续的挤压碰撞,导致陆地不断抬升崛起,抬升的过程并不是随着印度板块的运动速率匀速进行,而是经历了不同构造阶段,陆地的抬升崛起不断地累加,形成了今天的青藏高原。虽然整个青藏高原地区的构造演化时间较长,但是较为显著的构造活动时期也即高原的隆升期是从大约50Ma年开始的,也即在始新世时期,印度板块与欧亚板块开始接触并产生挤压碰撞,由此拉开了青藏高原隆起的序幕。青藏高原一直持续到今天的地壳隆起过程,经历了不同的隆升时期,其中上新世为高原隆升过程的一个转折点,在上新世之前,青藏高原的构造隆升活动比较缓慢,而且地壳的隆升主要体现在高原南部边缘的喜马拉雅地区,综合地层沉积特征、岩体风化特征等相关的地质信息,相关的研究结果认为上新世末期高原的海拔不超过一千米。但是,青藏高原的现今平均海拔超过4500m,由此可以推测上新世末期至今,青藏高原的地壳平均隆起高度达到为3500m,说明这一历史时间区间是青藏高原的快速隆起时期。在这个高原快速隆起的历史时期内,相关学者通过不同的方法研究认为快速隆升期大体可分为四个主要的阶段[38],第一至第四阶段的时间区间分比为45~38Ma、27~17Ma、13~8Ma、3Ma~至今。其中,距离现今时间最短的更新世时期,是这四个阶段中高原隆起的最主要阶段,每一个高原隆升的阶段都具有特殊性和差异性。第一阶段的主要构造特征分为三个方面:海洋的退出以及陆地的出现、断块抬升以及断陷盆地的产生、地块边缘的构造抬升。在这一时期内,特提斯海洋彻底的退出了青藏高原,高原地层由海相转变为陆相,并且这一变化伴随着高原内气候环境的变化。青藏高原的构造隆起主要体现在欧亚板块和印度板块的边缘地带,也即拉萨地块和喜马拉雅地块两个地块在这个时期内产生碰撞,地壳逐渐隆起。第二阶段的构造抬升作用比较强烈,主要体现在喜马拉雅地区,因为区域内的大型逆冲断裂带相继产生并持续活动,主要包括主中央断裂和主边界断裂。而且,在该阶段内青藏高原的内部产生了一系列的大型走滑断裂带,如红河断裂带、澜沧江断裂带、鲜水河断裂带等。第三阶段,由于印度板块持续在南北方向上挤压欧亚板块,一系列的逆冲推覆体在这一阶段内大量产生,位于喜马拉雅地块内的主边界断裂也是在这一时期内产生剧烈的构造活动,板块碰撞区域两侧的地体在碰撞挤压的构造作用下持续隆起,地壳不断增厚,地壳内的岩体产生一系列的化学变质作用。第四阶段,是青藏高原整体快速隆升的阶段,这个阶段高原的构造隆升体现在区域内的各个地块,并且从第四纪以来高原内部不仅出现整体抬升这一显著特征,同时也表现出地壳岩体处于拉伸环境的背景特征。构造抬升的过程又使得地壳岩体经历了较长时期的风化剥蚀、充填堆积等地质构造过程,因此现今青藏高原的地形地貌特征也是主要在这一时期内形成的。在这一时期内,高原四周存在如华北地块、塔里木地块、扬子地块等稳定地块的阻挡作用,又由于高原岩石圈底部界面的限制作用,所以整个高原也只有地表面可以满足物质不受限制的自由流动。当印度板块在青藏高原的南部边缘对欧亚板块挤压碰撞时,岩石圈下部的物质变形流动均受到一定的限制,又加之随着板块挤压而向下俯冲的岩体密度小于其下部的岩体密度,所在在密度差异的背景下,岩石圈底部的物质只有向地表流动,这也是物质流动的主要途径,其结果就是整体青藏高原区域快速隆起,并且局部地区产生强烈构造抬升作用。在整个青藏高原构造隆升的过程中,位于青藏高原的南部边界,欧亚板块和印度板块碰撞汇聚结合地的构造隆升过程是最为显著的,构造隆升的结果就是形成了现今世界上最为著名的造山带,即喜马拉雅造山带。随着印度洋向北扩展运动,印度地块自65Ma~45Ma以来,在雅鲁藏布江一带与欧亚板块持续碰撞挤压,碰撞速率为40~50mm/a,喜马拉雅造山带是印度板块和欧亚板块的接触带和汇聚地,也是两个板块长期以来碰撞作用形成的弧形构造带[39]。印度板块对欧亚板块逆时针方向的挤压,导致在碰撞带中部垂向物质挤出隆起,在东西两侧则表现为侧向挤出,并且在青藏高原的南缘、喜马拉雅造山带的东侧,有大量的物质沿着东南方向逃逸,这是较多地学家所认可的经典造山机制。该陆-陆型碰撞作用形成的构造带在时间尺度上存在着长期碰撞活动、碰撞速率较高、变质作用强烈、变质活动复杂,在空间尺度上存在着碰撞范围较大、影响范围较广等显著地质构造特征,构造带内浅层和深层的岩石圈存在着持续的物质能量交换,导致喜马拉雅地区频繁发生破坏性较强的地震等一系列地质构造现象,并且由于喜马拉雅造山带平均海拔较高,受降雨、降雪、季风等周期性的季节性气候的影响,物理风化、化学风化、生物风化等风化剥蚀作用较为强烈,剥蚀速率为2~12mm/a,因此该地区具有复杂的碰撞变形机制与构造演化特征[40-41]。
在青藏高原构造演化的过程中,一系列的活动构造断裂在不同的区域内进行发育,特别是晚新生代、晚第四纪以来,在青藏高原的南部和东南缘弧形构造带区域内,发育有大量的活动至今的构造断裂,成为各活动地块的构造边界。各活动地块之间的差异化运动,以及局部化的相互作用,使得活动地块的边界断裂带地震频发,对区域内的构造应力场格局产生深远的影响。因此,探讨区域内主要构造活动断裂的基本特征,对研究构造动力过程以及构造应力场的特征具有重要的现实意义。如图2.2所示,是青藏高原南部及其东南缘弧形构造带的构造断裂示意图。青藏高原的南部区域主要包括青藏块体内的西藏地区,以及喜马拉雅造山带内的尼泊尔地区。研究结果表明,在青藏高原的南部区域活动构造断裂较为发育,并且与海拔高度之间呈现一定的规律性。青藏高原南部边界区域的海拔较低,区域内构造断裂通常为逆冲断裂,这是因为高原的南部边界为板块挤压碰撞的汇聚地,印度板块对欧亚板块的俯冲在边界区域内进行,印度板块与欧亚板块持续的俯冲碰撞作用,使得印度板块向北偏移了大约两千千米,在印度板块的推进过程中,两个板块的地壳结合部位在水平方向上不断缩短,同时在垂向不断增厚,在地壳缩短增厚的构造变形过程中,区域内发育了一系列的构造断裂,从北到南依次分别为藏南拆离系(STDS)、主中央逆冲断层(MCT)、主边界逆冲断层(MBT)、主前缘逆冲断层(MFT)。印度板块对欧亚板块的俯冲作用是沿着一个发育在中上地壳,并且向北缓倾的主要拆离带发生的,该拆离带被确定为主喜马拉雅逆冲断层带(MHT),喜马拉雅其它主要逆冲断层被认为是主逆冲断层(MHT)的次级断层,包括主中央逆冲断层、主边界逆冲断层、主前缘逆冲断层,主喜马拉雅逆冲断层带(MHT)控制着以上所述的三个主要逆冲断层,并且三个主要逆冲断层在地壳的深部汇聚于MHT。藏南拆离系(STDS)是特堤斯喜马拉雅(THM)与高喜马拉雅(GHM)之间的界限,是一条发生在中-新元古代变质基底(下板片)和盖层(上板片)之间的一条规模巨大的向北缓倾并且具有由南向北滑移的拆离构造带[46]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原东南缘构造应力场重构[J]. 侯强,丁小军,赵宏,欧明霖,张博康. 大地测量与地球动力学. 2019(05)
[2]中国大陆及其周边地区应力场特征[J]. 田建慧,罗艳. 地震. 2019(02)
[3]青藏高原南缘2015年尼泊尔MW7.8地震发震构造[J]. 杨晓平,吴果,陈立春,李传友,陈晓莉. 地球物理学报. 2016(07)
[4]南北地震带震源机制解与构造应力场特征[J]. 王晓山,吕坚,谢祖军,龙锋,赵小艳,郑勇. 地球物理学报. 2015(11)
[5]芦山地震序列震源机制及其构造应力场空间变化[J]. 罗艳,赵里,曾祥方,高原. 中国科学:地球科学. 2015(04)
[6]喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞[J]. 张泽明,董昕,贺振宇,向华. 岩石学报. 2013(05)
[7]中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析[J]. 杨树新,姚瑞,崔效锋,陈群策,黄禄渊. 地球物理学报. 2012(12)
[8]基于多源信息集成的地应力场分析研究[J]. 尹健民,李永松,陈建平,艾凯,毛宁. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
[9]我国大陆实测深部地应力分布规律研究[J]. 李新平,汪斌,周桂龙. 岩石力学与工程学报. 2012(S1)
[10]中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究[J]. 徐纪人,赵志新,石川有三. 地球物理学报. 2008(03)
博士论文
[1]土耳其西部深部构造及其与区域地热异常分布的关系[D]. 向世民.中国地质大学 2017
[2]柴北缘地区中新生代构造变形与构造应力场模拟[D]. 张西娟.中国地质科学院 2007
[3]初始地应力场系统分析理论与方法研究[D]. 戚蓝.天津大学 2003
硕士论文
[1]乌东德水电站及邻区地应力场特征综合分析[D]. 张新辉.长江科学院 2015
[2]川西地区现今地壳运动的大地测量观测研究[D]. 程佳.中国地震局地质研究所 2008
本文编号：3626874
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