论文摘要
喜马拉雅造山带位于青藏高原南缘,整个造山带东西长约2500 km,南北向宽度达到400 km。沿着造山带走向分布有一系列海拔超过8000 m的山峰,如世界最高峰珠穆朗玛峰。因此,喜马拉雅造山带毫无疑问是当今大陆岩石圈板块边界最壮观的俯冲构造带之一。喜马拉雅造山带整体规模宏大,区域内断层分布多样,活动变形强烈,驱动机制复杂,是研究陆-陆碰撞和造山运动的理想试验场,在与造山过程有关的构造变形研究中具有重要地位。目前已有许多学者提出了各种构造模型试图解释喜马拉雅造山带的现今汇聚变形和构造隆升,如典型的“径向扩展”和“斜向汇聚”模型,不同的构造模型支持不同的驱动机制。而地表形变资料可以为检验不同的构造模型提供定量数值边界条件,有助于深入对大陆板块边界带俯冲汇聚变形模式的理解。喜马拉雅造山带的现今汇聚变形主要被主逆冲断裂（MHT）上的滑动所吸收,并且MHT浅部基本处于闭锁状态。长期的断层闭锁使得断层表面积累大量应变,最终通过地震获得释放。喜马拉雅造山带在过去的500年发生过超过8次Mw 7.5级地震,给当地人民的生命财产带来了严重的伤害。对于发震断层,其能触发的最大震级和重复周期受断层表面的力学性质控制,其中断层耦合系数是衡量断层表面应力积累状态的一个重要指标,可以用来评估活动断层的地震危险性。在海洋俯冲带,如智利、苏门答腊和日本等地区,利用GPS等大地测量资料对俯冲边界带的耦合模式进行过深入细致的研究,已经证实通过丰富观测资料可以不断优化断层耦合模型的分辨率。而在喜马拉雅地区,精细的断层耦合模型研究工作最近几年才逐渐开展,并揭示了MHT耦合分布的大致特征,但在以往的研究中,所使用的GPS观测资料大部分位于喜马拉雅山前地区,在高喜马拉雅和藏南地区的站点数量十分有限,因此高喜马拉雅下的断层耦合状态无法获得可靠约束。喜马拉雅地区的地震事件,是指示喜马拉雅边界带断层活动和造山演化的“明灯”,对于确定喜马拉雅地震带的地震周期、能量释放和评估未来地震危险性具有重要意义。喜马拉雅大地震的同震和震后变形对边界带的现今汇聚变形是否存在影响?震后变形是否是影响MHT耦合状态的主要控制因素?喜马拉雅的现今耦合状态是静态还是动态的?上述科学问题所围绕的一个核心科学问题是:地震周期变形对喜马拉雅边界带现今汇聚变形和应变分配存在怎样的控制作用?板缘特大地震作为板块间挤压变形的弹性回跳过程,为研究地震周期变形对喜马拉雅造山带现今应变积累的控制作用提供了良好的契机。以往研究喜马拉雅地区的构造变形和地震活动,主要采用地质测量手段,以GPS为代表的空间大地测量技术的发展,为深入认识喜马拉雅造山带的构造变形模式提供了新的途径。本文遵循上述研究思路,开展的主要工作以及获得的主要结论如下:1.喜马拉雅地区GPS加密观测与多源GPS速度场融合喜马拉雅边界带的GPS观测从地理位置上可以分为两部分:喜马拉雅山前地区和藏南地区。在藏南地区,“陆态网络”Ⅰ期和Ⅱ期自上世纪九十年代开始建设了近90个GPS连续站和区域站,这些站点至今已经历了多期观测。此外,课题组联合中国地震局地震研究所自上世纪九十年代开始在藏南地区进行GPS加密观测工作,加密了约120个GPS站点,每个站点至少观测3期。采用国际流行的GAMIT/GLOBK软件对“陆态网络”和加密的GPS资料联合处理,采用先进的数据处理策略,获得了藏南地区GPS站点在稳定欧亚参考框架下的时间序列和运动速度。在喜马拉雅山前地区,陆续已有大量GPS资料,由于无法获取原始数据,只能得到速度场结果,通过公共点的欧拉旋转将多源GPS速度场转换到统一的欧亚参考框架下,获取了喜马拉雅造山带现今最为丰富完整的GPS速度场资料,为后续建模分析提供了重要的数据基础。2.喜马拉雅俯冲带汇聚变形定量分析和MHT耦合模式（1）采用二维弹性位错模型逐段计算了喜马拉雅边界带的现今汇聚速率,结果表明自西向东,汇聚速率从西段的17 mm/yr增加到东段的23 mm/yr,呈现逐渐增大的趋势,与地质学结果基本一致。（2）首次定量评估了过去一世纪喜马拉雅三次特大地震（1934年M8.4比哈尔地震、1950年M8.6察隅地震和2005年Mw7.6克什米尔地震）的震后粘弹性变形效应,在模拟中考虑了印度板块和藏南地区岩石圈流变结构的差异。结果表明2005年克什米尔地震的震后粘弹性效应很微弱,1934年比哈尔地震的震后粘弹性松弛呈现挤压变形的特征,这种挤压会使得东尼泊尔地区的长期汇聚速率偏大,根据本文的模拟结果,长期汇聚速率会偏大23mm/yr。1950年察隅地震的震后粘弹性松弛效应较明显,藏南地区的震后粘弹性变形速率达到67 mm/yr,方向与板块汇聚的方向相同,并且不同的震源模型基本获得相同的结果。（3）在扣除了三次特大地震的震后粘弹性松弛影响之后,利用弹性负位错模型反演了MHT上的震间耦合分布,1950年察隅地震的震后变形对断层耦合模型影响较大,扣除其震后变形速率后,闭锁区的宽度从100 km增加到140-180 km。最优耦合模型表明MHT浅部处于完全闭锁状态,整体呈现较均匀的闭锁分布,但在不丹段,MHT的闭锁深度比喜马拉雅其他地区要深,表明该地区具有更多的应力积累,相较于较低的历史地震水平,该地区未来的地震危险性值得关注。（4）构建了喜马拉雅-藏南地区的活动块体模型,以GPS资料约束活动块体运动和块体内部均匀应变。结果显示喜马拉雅地区的活动块体内部存在明显的均匀应变,并且藏南地区的拉张变形并非均匀变化,亚东-谷露断裂的拉张速率最大,约为6 mm/yr。3.喜马拉雅造山带地震活动性分析-以2015年尼泊尔地震为例（1）融合同震GPS水平位移和InSAR视线向位移建立三维同震垂直位移场,结果显示此次地震造成加德满都地区抬升约0.95 m,珠穆朗玛峰受地震的影响有所下降,其主峰的沉降量为23 cm,中国境内的希夏邦马主峰沉降约20 cm。总体上,尼泊尔地震对喜马拉雅山的长期隆升变形起到了一定的制约作用。（2）采用三角形位错元构建主喜马拉雅断裂“双断坡”几何模型,联合GPS和InSAR资料反演2015年尼泊尔地震同震滑移及震后余滑。结果表明,尼泊尔地震最大同震滑移达到7.8 m,深度为15 km,位于中地壳断坡和浅层断坪的接触部位。不考虑中地壳断坡结构会使反演的最大滑移量偏低。震后余滑主要分布在同震破裂区北侧,释放的地震矩为1.02×1020 N·m,相当于一次Mw 7.3级地震,约占主震释放地震矩的12%。同震库伦应力变化和震间断层闭锁分布均表明,尼泊尔地震破裂区南部宽约60 km的区域仍具有较高的地震危险性。（3）尼泊尔地震的主震破裂发生在震间断层闭锁区的下边界,主要能量释放位于由震间完全闭锁到自由蠕滑的转换区,并且转换区与背景地震的分布具有较好的对应关系,反映了该地区在震间期具有较强的应力积累速率（10kPa/yr）。震后余滑主要发生在同震破裂区下部,该区域在震间期存在明显蠕滑,断层面显示出速度增强的特性。（4）尼泊尔地震作为喜马拉雅边界带挤压变形的弹性回跳过程,其破裂特征和能量释放对研究喜马拉雅地区的地震活动性具有很好的启示意义。首先,尼泊尔地震破裂没有出露地表,其破裂范围可能受到MHT几何结构和断层面摩擦属性的制约;其次通过能量释放的统计发现,尼泊尔地震释放的能量明显大于该地区自1833年地震以来积累的能量,表明1833年地震只释放了部分该地区积累的应变能。上述特征表明喜马拉雅造山带的地震破裂尺度和重复周期难以进行准确估计,仅从MHT的耦合分布来看,大地震随时都可能在喜马拉雅边界带任何地方发生。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 李水平
导师: 王琪,陈刚
关键词: 喜马拉雅造山带,汇聚速率,断层耦合,地震周期变形
来源: 中国地质大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 中国地质大学
分类号: P542
总页数: 172
文件大小: 39787K
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