拉分盆地形成机制的数值模拟

摘要

本次研究根据(Rafael Katzman,1995)中模型及盆地变形分析结果，采用有限元数值方法，建立三维粘弹性Maxwell模型模拟走滑断层系中断层错动驱动下拉分盆地的形成及变形演化过程。模型中取两条平行的直立走滑断层，断层为贯通整个模型中具有一定厚度的力学参数弱化区域，两条平行断层存在一定的重叠区域。边界条件设定:下表面在法向约束，水平向自由;平行于两条断层走向的边界面上，其水平向分别施加相反方向的位移，法向约束为0，垂向自由;其余两个侧平面及上表面完全自由。这样的边界条件可以对断层产生剪切的作用。计算结果显示，处于两条断层中间的区域，其水平向有明显的沿着断层走向方向的拉伸，拉伸量由断层重叠区域中心向两边逐渐增大，且靠近剪切断层端点处，水平拉伸量较其他处明显，同时存在拉张应力集中;在垂向上，两断层中间区域整体产生明显的向下的位移，同样在断层端点处垂向位移较其他区域明显。但在区域外侧，断层端点处沿断层走向的水平应力呈现明显的压缩状态，垂向位移向上，即此处地面呈上升趋势。垂向位移结果与(Rafael Katzman,1995)给出的垂向位移分布趋势基本一致。垂向位移作为盆地垂向沉降量，可以有效划定拉分盆地范围，计算结果表明拉分盆地斜向贯穿两条断层的叠置区域，并逐渐向外侧延仲。本次研究在单层模型计算结果基础上，根据下地壳流动变形性质，建立三维双层模型模拟地壳分层结构耦合作用下拉分盆地的变形演化。在模拟拉分盆地形成基础上，根据盆地区域内的应力分布，分析盆地内在地应力状态下应变弱化发展，进一步模拟大型拉分盆地的复杂变形演化过程。