太平洋板块俯冲对中国东北地区深浅震影响机理的数值模拟研究

摘要

长期以来,人们就注意到太平洋板块俯冲至中国东北地区660km深度,在东北地区黑龙江珲春一带引发了一系列深震这一明显现象。中国东北地区作为我国大陆唯一的深震带,它的发震时间,空间,强度与日本海沟地震,东北地区浅震均存在比较明显的联系。国内外的地震工作者均十分重视这一现象并在多方面进行了研究,一方面证实了这一现象,另外一方面利用反演,层析成像,统计分析等方面研究太平洋俯冲板块的结构,中国东北地区的岩石圈构造,东北地区地震的震源机制,深震与浅震的动力机理,东北地区的动力学环境等方面均作了很多研究。但目前对太平洋板块俯冲与中国东北地区深浅震之间的孕震机理研究尚缺少系统的数值模拟分析。因此,本文将采用数值模拟方法研究东北地区深浅震之间的孕震机理,以探讨东北地区的构造应力场的动力学环境。
　　基于上述思路,本文根据东北地区地震活动性特征利用有限单元法重点开展
　　以下研究工作:
　　(1)太平洋板块以不同俯冲角度向东北地区俯冲对应力场分布的影响。根据太平洋板块向东北地区660km俯冲为研究对象建立二维垂向模型,设置不同俯冲角度,研究太平洋板块俯冲角度对中国东北地区深浅震的孕震机理的影响。此外,根据应力场分布,分析太平洋板块俯冲对中国东北地区的深浅震的孕震机理。
　　(2)太平洋板块向东北地区俯冲对不同剖面的弹性模型和黏弹性模型的产生的应力场分布的影响。在俯冲带实际俯冲角度基础上,建立太平洋板块向东北地区俯冲的包含三组典型构造地区的剖面模型,分别是郯庐断裂带北段、长白山火山区、海城河断裂带。分别讨论弹性模型的和粘弹性模型的应力场分布。探讨弹性模型和黏弹性模型中应力场的变化机理,并进行对比,从不同角度研究东北地区深浅震的孕震机理。
　　(3)研究东北地区郯庐断裂带北段的位移场、应力场分布及其数值分析。为进一步弄清楚浅源地震的孕震环境,选择郯庐断裂带北段的依兰一伊通断裂与敦化一密山断裂为研究对象,探讨其应力场、位移场的数值分析结果,探讨断裂带的构造以及所在的构造环境对于浅源地震孕震的影响。
　　通过数值模拟和综合分析,论文得到以下几点认识:
　　(1)太平洋板块向我国东北地区俯冲是产生我国东北地区深浅震地震的主要动力源,它们有统一的构造应力场。
　　(2)研究区应力场分布表明:在太平洋板块俯冲作用下,我国东北地区深部以及浅部地区形成两个主要的应力集中区,这也是深源地震和浅源地震的主要孕震区,说明深震的发生与东北地区浅源地震的发生之间有内在联系,从而可为理解东北地区深震与浅震发生的相关现象提供启示。
　　(3)不同剖面的黏弹性与弹性模型结果表明:两种剖面模型的理论结果有一定的相似性,都是深部和浅部出现应力集中效应。其中弹性模型可以解释每一地震活跃期深震触发浅震的基本的动力学机理,而黏弹性模型的应力场分布则显示出时间尺度上的积累效应,而且出现明显的火山区应力集中效应。
　　(4)为研究郯庐断裂带北段的依兰伊通断裂带以及敦化密山断裂带对地表形变的影响,给出了断裂带的水平位移和垂向位移场和形变场数值结果。其结果分析显示:郯庐断裂带的敦化密山部分地区依旧为现今构造活动比较强烈的区域,需要密切关注。需要进一步研究岩石圈底部的地幔对流效应对断裂带的影响作用和以地壳软弱层为中心的构造变形作用,以解释东北地区浅部中强震多发生在7~17km的中地壳软弱层的原因,也为浅源地震的孕震机理和地震活动趋势的提供研究基础。

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第一章 引言

第二章 有限单元法基本原理以及研究区有限元模型构建

第三章 模拟计算的中国东北地区形变场以及构造应力场

第四章 以郯庐断裂带北段为例探讨局部应力场数值模拟特征

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

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