南北构造带中北段及其邻区岩石圈有效弹性厚度及构造意义

发布时间：2016-12-23 07:36

本文关键词：南北构造带中北段及其邻区岩石圈有效弹性厚度及构造意义，由笔耕文化传播整理发布。

《西北大学》 2015年

南北构造带中北段及其邻区岩石圈有效弹性厚度及构造意义

陈青

【摘要】：南北构造带是中生代以来中国大陆构造的东、西分界带,其两侧块体地表系统、深部结构和岩石圈变形特征都显著不同,是近年来大陆动力学研究的关键地区。岩石圈强度的研究是解决地表系统差异演变及深部动力学过程的关键。岩石圈有效弹性厚度(Te,Effective elastic thickness)是研究岩石圈抗弯刚度和动力学响应的一个重要物理参数,它定量地限定了岩石圈的大尺度动力学特征,通常作为表征岩石圈力学综合强度的参数。因此,本文以岩石圈有效弹性厚度为研究对象,对与南北构造带相邻的青藏高原东北缘和鄂尔多斯地块交汇区的深部结构特征进行探讨。本文利用布格重力异常和最新的地形高程数据,编制了一套采用了Slepian多窗谱相关法的Te计算程序,计算了研究区的Te值,并结合其平面分布特征,探讨了南北构造带及邻区深部构造特征及其岩石圈动力学意义。主要取得的成果如下：1、通过不同数据基础的有效弹性厚度反演计算及对比,为研究区Te值的分布提供了可靠的结果。(1)采用莫霍面与地形相关技术法,计算了不同莫霍面加载情况下的有效弹性厚度值,与用布格重力异常与地形相关性的Te结果对比表明,前者具有更高的精度。(2)岩石圈有效弹性厚度的计算结果显示：鄂尔多斯地块Te值较高,约为80～100km,其西南缘被Te值较低的祁连地块(约20-50km)和秦岭造山带(约20-40km)包围,且Te值具有梯度降低的特征。巴颜喀拉的Te值最低,约15～35 km。2、将研究区Te分布与该区的大地热流密度、地震分布、均衡重力异常、地壳厚度分布、热岩石圈厚度及磁性构造层底面深度做了相关性分析,并对它们之间的联系进行了讨论。(1)Te与大地热流分布和磁性构造层底面的相关性对比发现,巴颜喀拉、祁连、秦岭和鄂尔多斯地块地表热流分布和Te的对应关系不明显,而磁性构造层底面则与Te相关性较好。从区域对比来看,鄂尔多斯具有低热流、高Te值的特征,与克拉通地块“冷”而“硬”的特征吻合,而对比研究区其它块体热流值则偏高,磁性构造层底面也较深,推测热贡献可能来自于周缘裂谷带或是由于地幔对流加剧导致；巴彦喀拉地块具有低热流值、低Te值,而磁性构造层底面较深,其原因可能是由于巨厚的地壳使得地块下热效应存在时间滞后,尚未传至地表；在祁连造山带表现出高热流值和低Te值的反相关关系,表明其受新生代构造热事件影响较大。(2)Te与地震分布的对比表明,岩石圈有效弹性厚度与地震的分布及震源深度存在着一定的联系。青藏块体东北缘是我国大陆地壳运动最强烈、地震活动频度最高且强度最大的地区之一,对应着较小的Te值。青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间地震分布频率较高,这与过渡带内地壳变形强烈,结构较为破碎相一致。南北地震带及其以西祁连山等地区是强震密集发生的地区,该带内Te值仅为20～30 km。鄂尔多斯块体内部地震活动微弱,Te值高达80～90 km。(3)Te与地壳厚度及岩石圈厚度的相关性对比发现,鄂尔多斯地块Te的分布远大于平均地壳厚度,而小于热岩石圈厚度,表明其岩石圈的高强度可能来自于强度较高的上地幔岩石圈。而周缘活动地区,Te值与地壳厚度相当,但热岩石圈厚度却较大,表明上地幔对Te值贡献较小。巴颜喀拉地块地壳厚度和热岩石圈厚度均较大,但Te值却非常小,表明该块体的综合力学强度主要由上地壳部分承担,而上地幔部分较弱,对Te值的贡献较小。3、分析了研究区深部结构、岩石圈物质组成、密度与波速特征与Te的关系,并结合流变学岩石圈特征,综合探讨南北构造带形成的动力学机制。(1)Te与研究区地壳厚度、速度结构和电性结构特征的对比分析表明,地壳厚度增加、壳内低速、低阻层位发育等因素都可能导致岩石圈综合强度降低；Te与基底组成的对比分析表明,结晶基底形成时代越早,固结就越早,克拉通化程度就越高,其物质组成和密度就相应较大,岩石圈综合力学强度也就更大；Te与密度和波速特征的对比分析表明,密度、速度大的岩石层,构成岩石层物质材料相对致密,刚性大,在给定应力作用下变形小或不易变形,相反,则容易产生韧性形变,岩石层的综合强度小。(2)本文结合青藏东北缘以弱地幔为特征的流变学研究结果,认为可能该区上地壳与岩石圈地幔在力学上存在解耦关系,且整体强度较低,脆性上地壳部分是外来应力的主要承担者。青藏高原上地壳顶部强度较弱,高原东部边缘下地壳物质可能流向华北地块西部和扬子地块西部上地壳顶部,推测是导致南北向重力异常梯度带形成的原因。鄂尔多斯地块具有典型的大陆克拉通岩石圈结构特征,岩石圈总强度大,特别是高强度的上地幔可能是岩石圈强度的主要贡献者,下地壳没有大范围的波速高值区,组分以中性岩为主,因此,下地壳由于青藏高原物质的东流而发生了增厚。

【关键词】：
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P548
【目录】：

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