中国大陆岩石圈有效弹性厚度的各向异性研究

中国大陆是全球构造最活跃的地区之一，构造运动活跃，构造类型多样，岩石圈运动变形显示出强烈的空间差异和各向异性，体现了岩石圈介质对作用载荷响应的各向异性。然而，目前关于中国大陆岩石圈强度及有效弹性厚度（Te）的研究仍局限于各向同性的情况。本研究拟针对目前中国大陆岩石圈强度和Te研究的薄弱之处，利用高分辨率重力和地形数据，采用二维Fan小波谱分析技术，研究中国大陆不同空间尺度岩石圈Te及其各向异性的分布，结合地震学和地壳运动研究成果，深入探讨中国大陆及主要活动块体、断裂构造运动的动力学机理。本研究对进一步认识中国大陆岩石圈动力学过程、岩石圈流变结构、壳幔耦合状态等大陆动力学的关键问题具有重要的研究价值和科学意义。

本研究发展了岩石圈有效弹性厚度各向异性的计算理论和方法，建立了综合考虑重力异常、地表和地下载荷的二维各向异性弹性板薄板理论模型，并基于Fan小波理论和方法，发展了计算二维情况下的岩石圈有效弹性厚度的正演合成和反演计算算法。通过资料收集整理，建立了10km×10km的中国及其邻区重力和地形数据库，研究青藏高原东北部和华北克拉通岩石圈有效弹性厚度及其各向异性分布。研究显示，青藏高原东北部地区松潘—甘孜地块、祁连山造山带和龙门山地区的Te较薄（5-40km），各向异性较强。周缘的断裂带、缝合带的Te值都较低，其中龙门山断裂带Te只有5-20km，且南—北两段各向异性存在明显差异。北缘的柴达木盆地下伏为古生代的地壳，Te较大（50-90km），显示为轮廓分明的刚性块体。并且研究区内Te的各向异性轴垂直于大的块体边界。通过比较Te各向异性与S波的快波偏振方向Rayleigh面波方位角各向异性的相互关系，我们推测阿拉善地块各向异性源自地幔橄榄岩晶格的优势取向，岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式，而柴达木盆地则源于历史构造事件残留在岩石圈中的“化石”各向异性，松潘—甘孜地块各向异性源自物质的侧向流动。华北克拉通Te在东部、中部和西部存在着明显的差异。鄂尔多斯地块、河淮盆地的Te值较高；中华北克拉通、南北重力梯度带及鲁西隆起Te值较低，约10～25km；郯庐断裂带两侧Te有非常大的差异，西侧的Te明显小于东侧。不同块体Te各向异性的大小或方向存在差异，地震大多分布在Te各向异性大小或方向转变的区域。从地震波SKS各向异性和Te各向异性的比较来看，在华北克拉通西部阿拉善块体岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式；鄂尔多斯地区各向异性源自历史构造事件的“化石”各向异性；山西裂谷带地区Te的弱轴方向和SKS的快波方向平行，而在山西裂谷带南部的秦岭—大别区域，SKS快波方向和Te弱轴方向相垂直，这可能与地幔热物质上涌等作用有关。此外，Te各向异性与现今构造应力场间的相关性不明显，体现出华北克拉通复杂的构造应力特征。本项目在研期间共完成论文9篇，其中SCI检索期刊论文7篇、EI检索期刊论文1篇、CSCD收录期刊论文7篇。.