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《西北大學》 2015年

南北構(gòu)造帶中北段及其鄰區(qū)巖石圈有效彈性厚度及構(gòu)造意義

陳青  

【摘要】：南北構(gòu)造帶是中生代以來中國大陸構(gòu)造的東、西分界帶,其兩側(cè)塊體地表系統(tǒng)、深部結(jié)構(gòu)和巖石圈變形特征都顯著不同,是近年來大陸動力學研究的關(guān)鍵地區(qū)。巖石圈強度的研究是解決地表系統(tǒng)差異演變及深部動力學過程的關(guān)鍵。巖石圈有效彈性厚度(Te,Effective elastic thickness)是研究巖石圈抗彎剛度和動力學響應的一個重要物理參數(shù),它定量地限定了巖石圈的大尺度動力學特征,通常作為表征巖石圈力學綜合強度的參數(shù)。因此,本文以巖石圈有效彈性厚度為研究對象,對與南北構(gòu)造帶相鄰的青藏高原東北緣和鄂爾多斯地塊交匯區(qū)的深部結(jié)構(gòu)特征進行探討。本文利用布格重力異常和最新的地形高程數(shù)據(jù),編制了一套采用了Slepian多窗譜相關(guān)法的Te計算程序,計算了研究區(qū)的Te值,并結(jié)合其平面分布特征,探討了南北構(gòu)造帶及鄰區(qū)深部構(gòu)造特征及其巖石圈動力學意義。主要取得的成果如下：1、通過不同數(shù)據(jù)基礎的有效彈性厚度反演計算及對比,為研究區(qū)Te值的分布提供了可靠的結(jié)果。(1)采用莫霍面與地形相關(guān)技術(shù)法,計算了不同莫霍面加載情況下的有效彈性厚度值,與用布格重力異常與地形相關(guān)性的Te結(jié)果對比表明,前者具有更高的精度。(2)巖石圈有效彈性厚度的計算結(jié)果顯示：鄂爾多斯地塊Te值較高,約為80～100km,其西南緣被Te值較低的祁連地塊(約20-50km)和秦嶺造山帶(約20-40km)包圍,且Te值具有梯度降低的特征。巴顏喀拉的Te值最低,約15～35 km。2、將研究區(qū)Te分布與該區(qū)的大地熱流密度、地震分布、均衡重力異常、地殼厚度分布、熱巖石圈厚度及磁性構(gòu)造層底面深度做了相關(guān)性分析,并對它們之間的聯(lián)系進行了討論。(1)Te與大地熱流分布和磁性構(gòu)造層底面的相關(guān)性對比發(fā)現(xiàn),巴顏喀拉、祁連、秦嶺和鄂爾多斯地塊地表熱流分布和Te的對應關(guān)系不明顯,而磁性構(gòu)造層底面則與Te相關(guān)性較好。從區(qū)域?qū)Ρ葋砜?鄂爾多斯具有低熱流、高Te值的特征,與克拉通地塊“冷”而“硬”的特征吻合,而對比研究區(qū)其它塊體熱流值則偏高,磁性構(gòu)造層底面也較深,推測熱貢獻可能來自于周緣裂谷帶或是由于地幔對流加劇導致；巴彥喀拉地塊具有低熱流值、低Te值,而磁性構(gòu)造層底面較深,其原因可能是由于巨厚的地殼使得地塊下熱效應存在時間滯后,尚未傳至地表；在祁連造山帶表現(xiàn)出高熱流值和低Te值的反相關(guān)關(guān)系,表明其受新生代構(gòu)造熱事件影響較大。(2)Te與地震分布的對比表明,巖石圈有效彈性厚度與地震的分布及震源深度存在著一定的聯(lián)系。青藏塊體東北緣是我國大陸地殼運動最強烈、地震活動頻度最高且強度最大的地區(qū)之一,對應著較小的Te值。青藏高原東北緣與鄂爾多斯地塊之間地震分布頻率較高,這與過渡帶內(nèi)地殼變形強烈,結(jié)構(gòu)較為破碎相一致。南北地震帶及其以西祁連山等地區(qū)是強震密集發(fā)生的地區(qū),該帶內(nèi)Te值僅為20～30 km。鄂爾多斯塊體內(nèi)部地震活動微弱,Te值高達80～90 km。(3)Te與地殼厚度及巖石圈厚度的相關(guān)性對比發(fā)現(xiàn),鄂爾多斯地塊Te的分布遠大于平均地殼厚度,而小于熱巖石圈厚度,表明其巖石圈的高強度可能來自于強度較高的上地幔巖石圈。而周緣活動地區(qū),Te值與地殼厚度相當,但熱巖石圈厚度卻較大,表明上地幔對Te值貢獻較小。巴顏喀拉地塊地殼厚度和熱巖石圈厚度均較大,但Te值卻非常小,表明該塊體的綜合力學強度主要由上地殼部分承擔,而上地幔部分較弱,對Te值的貢獻較小。3、分析了研究區(qū)深部結(jié)構(gòu)、巖石圈物質(zhì)組成、密度與波速特征與Te的關(guān)系,并結(jié)合流變學巖石圈特征,綜合探討南北構(gòu)造帶形成的動力學機制。(1)Te與研究區(qū)地殼厚度、速度結(jié)構(gòu)和電性結(jié)構(gòu)特征的對比分析表明,地殼厚度增加、殼內(nèi)低速、低阻層位發(fā)育等因素都可能導致巖石圈綜合強度降低；Te與基底組成的對比分析表明,結(jié)晶基底形成時代越早,固結(jié)就越早,克拉通化程度就越高,其物質(zhì)組成和密度就相應較大,巖石圈綜合力學強度也就更大；Te與密度和波速特征的對比分析表明,密度、速度大的巖石層,構(gòu)成巖石層物質(zhì)材料相對致密,剛性大,在給定應力作用下變形小或不易變形,相反,則容易產(chǎn)生韌性形變,巖石層的綜合強度小。(2)本文結(jié)合青藏東北緣以弱地幔為特征的流變學研究結(jié)果,認為可能該區(qū)上地殼與巖石圈地幔在力學上存在解耦關(guān)系,且整體強度較低,脆性上地殼部分是外來應力的主要承擔者。青藏高原上地殼頂部強度較弱,高原東部邊緣下地殼物質(zhì)可能流向華北地塊西部和揚子地塊西部上地殼頂部,推測是導致南北向重力異常梯度帶形成的原因。鄂爾多斯地塊具有典型的大陸克拉通巖石圈結(jié)構(gòu)特征,巖石圈總強度大,特別是高強度的上地�？赡苁菐r石圈強度的主要貢獻者,下地殼沒有大范圍的波速高值區(qū),組分以中性巖為主,因此,下地殼由于青藏高原物質(zhì)的東流而發(fā)生了增厚。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P548
【目錄】：

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