普洱地震活跃区深部电性结构特征及其动力学意义

发布时间：2018-01-20 01:33

本文关键词： 普洱地震活跃区大地电磁测深三维反演热化学结构流体含量　出处：《中国地震局地质研究所》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：控制川滇地区构造变形的主要动力源自印度板块对欧亚板块的强烈挤压和扬子地体的阻挡,呈不同次序力源的综合特征。西部侧向挤压强烈,主要来自于印度板块的直接作用,东部则是应力多级转换的结果,印度板块北北东向碰撞青藏高原,导致青藏高原地壳缩短和羌塘地块的向东挤出,羌塘地块的运动受到扬子地体的阻挡,从而驱使川滇地块持续向南南东方向运动。普洱地震活跃区位于青藏高原和扬子地台构造过渡带的思茅地块内,西接保山地块,区域内主要分布澜沧江断裂带、无量山断裂带和红河断裂带,这些深大断裂的形成和发展控制着区域地壳的演化过程,现今地壳运动以众多微断块的旋转与拉张变形为主。自1884年有地震记载以来,区域内6级以上地震11次,未发生7级以上地震,呈“多强震无大震”的特点,以主震—余震型或群震型为主。在地震行业科研重大专项“南北地震带南段地下电性结构探测研究”支持下,2011-2012年在川滇地区共采集270多个大地电磁测深(MT)测点,同时收集到普洱地震活跃区的MT测点260多个。本文利用普洱地震活跃区内的274个MT测点数据,反演获得该区域的精细二维和三维电性结构,利用多地球物理数据联合反演获得川滇构造区的热化学结构,并结合岩石矿物电导率的实验模型,估算了普洱地区岩石圈地幔的水含量和部分熔融程度,为全面认识普洱地震活跃区的孕震机制提供更加详实和多层次的深部结构及其物质状态信息。本论文主要研究内容和取得成果概述如下:1.MT数据和分析利用了普洱地区内分布的8条MT测线、共计274个测点数据,平均测点间距约2km,其中测线L1-L7为已有剖面数据,测线L8在地震行业科研重大专项“南北地震带南段地下电性结构探测研究”课题资助下采集完成的数据。测线L1-L6,沿NE80°方向布设测点,与澜沧江断裂带和无量山断裂带的走向几乎垂直,测线L7的测点布设方向与L1测线方向近垂直,测线L8方向约为NE60°。大地电磁测点主要分布在思茅地块内,西南端部分测点位于澜沧江断裂带,测线L3和L8横穿无量山断裂带。采用GB张量分解、相位张量与磁感应矢量等数据分析工具,对全部MT数据反映的地下电性结构维性特征和电性主轴方位进行了全面分析,结合该区域的地质构造走向,确定了N15°W可以代表电性主轴的优势方位,并确定了大地电磁数据的TE与TM两种极化模式,对旋转后不同极化模式的数据作了定性分析,获悉沿剖面视电阻率与相位的变化情况。2.MT数据反演进行二维之前,用Rhoplus一维反演程序,对部分测点资料的视电阻率和阻抗相位的合理性进行分析,剔除某些干扰影响严重的低频段资料。选用不同极化模式的数据、正则化因子以及误差门限值,进行了大量的二维反演对比。经过对大量反演模型的比较与模型验证,最终选择了正则化因子为30,TM模式数据的视电阻率与相位的误差门槛均为5%,TM反演模式获取的地下电性结构模型的置信度较高。在此基础上,挑选200个高质量的MT测点,利用Mod EM程序包对数据进行了三维反演。反演模型的网格设置为:核心区域采用2km×2km的水平均匀网格,区外以边界乘以1.5的比例因子向外扩展。垂向网格的首层厚度为20m,采用分段系数进行扩展。最终生成的反演网格为106(东西)×74(南北)×70(垂向深度方向,包含7层空气层)。反演初始模型采用均匀半空间模型,电阻率值为100Ω.m。采用对角阻抗元素、全张量元素及视电阻率相位数据分别进行了大量的三维反演,使用多次循环迭代反演策略,有效地降低了RMS值,通过对以上反演结果的反复对比,最终选择对角阻抗数据进行反演,误差门限设置为5%*|Zxy·Zyx|1/2,经过两轮反演共计116次迭代反演,获取最终三维电性结构模型,最终反演拟合误差为1.04。在最终的二维/三维反演结果种,圈定了二维和三维反演模型中的主要电性异常体,并进行了详细分析和多种地质地球物理资料的综合对比。3.电性结构模型解释电性结构模型显示,普洱地震活跃区上地壳电性结构横向变化较显著,高低阻相互交替出现,而中下地壳存在横向不连续性的低阻层等特点。电性结构特征与地表地质构造格局相对应,澜沧江断裂带和无量山断裂带在电性结构上均表现为明显的电性分界面或者电性梯度带。无量山断裂带两侧的中下地壳分布着低阻体,可能是由于岩层的局部熔融和含盐水流体共同作用的结果,而无量山断裂带下方电性结构则整体表现为高阻体,主要由稳定的变质结晶基底构成。普洱地震活跃区内的地震震源主要分布在高阻和低阻的分界面上(接近高阻体一侧),其原因可以解释为低阻岩体在力学性质上常以软弱介质为主,不利于应力的积累,易发生蠕变,而相邻的高阻岩体则与之相反,其刚性强,易于应力的积累,同时也易于发生脆性破裂。在应力的作用下,由于各个岩体的形变量不一致,必然造成高阻坚硬岩体中应力的集中,若高阻岩体附近含有一定量流体时,还会降低裂隙的破裂度,当应力的积累超过岩石破裂强度时,则会发生地震。震源破裂过程中的最大滑移量一般分布在高阻岩体中,较小滑移量则向低阻体扩散,且扩散范围与低阻体的分布具有较好的对应关系。4.川滇构造区热化学结构与上地幔流体含量估算利用多地球物理数据联合反演获得川滇构造区的热化学结构,结果发现存在两个明显的高热区域,分别位于南汀河断裂带和红河断裂带。其中南汀河断裂带的高热异常与印缅块体向东俯冲引起的地幔热扰动有关,红河断裂带附近的高热异常则是由剪切生热和地幔岩浆的侵入导致的。利用孟连—罗平MT剖面的部分数据,进行二维反演,获取上地幔的电性结构,然后结合上地幔岩石矿物的电导率实验结果,对普洱地震活跃区岩石圈地幔的水含量与部分熔融程度进行了估算,结果揭示:普洱地震活跃区的岩石圈地幔相对富水,熔融程度较高,Mg#(镁指数)值处于90-91区间,高于原始上地幔的Mg#平均值,表示普洱地震活跃区的上地幔处于部分熔融或者曾经处于部分熔融。结合电性结构模型,可以判定普洱地震活跃区上地幔的低阻异常,是由岩石的部分熔融导致的,上地幔的含水明显降低了岩石的熔融温度。岩石圈地幔底部强度会大幅度的降低,缅甸弧的俯冲对岩石圈地幔底部的剪切侵蚀造成地幔碎片不断剥离,幔源物质的上涌,进而致使新生代的岩浆活动和澜沧江至墨江段的底侵作用,导致岩石圈高热异常,从而引起普洱地区内的中下地壳部分熔融。5.普洱地震活跃区孕震机制和动力学过程探讨综合普洱地震活跃区的三维电性结构模型和上地幔流体含量分布结果,对该区域的孕震机制有了新的认识,区域内的岩石圈部分熔融程度较高,处于高热状态,地幔物质上涌,存在较强的向上应力作用,由于高阻层的阻挡,来自中下地壳和上地幔的大部分能量得不到释放,导致地壳应力在断裂交汇部位、高阻和低阻层接触边界上的转折处积累起来,同时上地幔软流层向北东方向运动,而地壳层次上则往南南东方向运动,进一步加剧了应力的积累速率,进而在其它外力诱发下,应力失稳从而导致地震的发生。普洱地震活跃区上地壳电性结构比较破碎,未形成大规模的高阻体,该区域内棋盘格式的断块构造和不同走向的断层系统相互切割,导致每个断层段的长度通常小于20 km,难以形成较大的应力积累,不利于发生一次性贯穿大尺度空间的大地震。因此普洱地震活跃区破碎的地壳结构是本区未发生7.0级以上地震根本原因。
[Abstract]:The main power of the tectonic deformation in Sichuan - Yunnan area is derived from the strong extrusion of the Indian plate to the Eurasian plate and the barrier of the Yangtze . This paper analyzes the rationality of the apparent resistivity and the impedance phase of some data points , and eliminates the low frequency band data with serious interference effects . Based on the comparison and model verification of the large number of inversion models , a large number of two - dimensional inversion comparison is made . Based on the comparison and model verification of a large number of inversion models , the grid of the inversion model is extended . The grid of the inversion model is 20m and is extended by the segment coefficient . The resulting inversion grid is 106 ( east - west ) 脳 74 ( North - South ) 脳 70 ( vertical depth direction , including 7 - layer air layer ) . In this paper , a large number of three - dimensional inversion has been carried out by using diagonal impedance element , total tensor element and apparent resistivity phase data . This paper estimates the water content and partial melting degree of the lithosphere mantle in the active area of Pu ' er earthquake .

【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.2

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