基于离散元法的龙门山构造带隆升变形主控因素研究

为探明龙门山构造带隆升变形的主要控制因素,基于龙门山构造带东西两侧下地壳物质层属性差异巨大的特征,进行3组PFC2D离散元数值模拟对比实验,将深度扩大至下地壳,记录颗粒运动状态,实现定量化分析。实验得到的变形结果及模型颗粒运动矢量图显示,在下地壳物质属性无明显差异的条件下,板块碰撞挤压应力及地壳厚度的差异不会在龙门山构造带形成巨大的地形高差。当下地壳黏度系数存在明显差异时,软弱下地壳物质层颗粒相对运动速率为1.5~2.94 m/s,平均运动速率为1.62 m/s,大约是坚硬下地壳层颗粒平均运动速率的54倍。模型中部(龙门山构造带)出现隆升变形,纵向影响范围为94.74%,隆升幅度为19.85%。软弱下地壳上覆的中地壳和上地壳颗粒具有较大的向上速度分量,上地壳物质层上涌趋势明显。巴颜喀拉块体和四川盆地地壳存在20 km的厚度差异,使得龙门山构造带隆升幅度由14.79%增至19.85%。综合分析3组离散元模拟实验结果,得出巴颜喀拉地块下地壳物质层与四川盆地下地块物质层的黏度差异是龙门山构造带垂向隆升变形最关键控制因素的结论,在下地壳黏度结构存在明显差异的前提下,巴颜喀拉块体和四川盆地的地壳厚度差异对龙门山构造带纵向上逆冲隆升幅度有明显的促进作用。