岩石圈塑性流动网络与多层构造变形的物理模拟

采用塑化松香作为岩石圈延性下层的相似材料，进行了板内塑性流动网络及多层构造变形的物理模拟实验。延性单层模型的实验表明，在边界挤压或“高原”重力势的作用下，依赖于延性层粘度的高低不同，主要形成剪切网络、压性褶皱以及二者过渡型式等一级构造。在延性／脆性双层模型中（脆性上层和延性下层分别相当于岩石圈上、下层），边界驱动力的远程传递，主要借助于延性下层的网络状流动，岩石圈下层（含下地壳和岩石圈地幔）的剪切网络，即塑性流动网络，控制着板内构造变形，导致脆性上层内剪切破裂网络、逆推断裂、纵向张裂以及其它次级断裂和褶皱的发育。实验还表明，上、下层之间非连续分布的软弱夹层（模拟壳内低速、高导层）并不妨碍下层塑性流动网络的扩展，但影响牵引力的向上传递及上层构造变形的强弱分布。

中东亚大陆塑性流动网络控制下构造变形的物理模拟

以塑化松香和干凝滑石粉浆分别作为岩石圈延性下层（下地壳及岩石圈地幔）和脆性上层（上部地壳）的相似材料，就亚洲中东部大陆在板块边界推挤作用下的构造变形进行了模拟实验。初步结果表明，本地区在印度板块和菲律宾海板块的推挤下，形成两个塑性流动网络系统，它们控制了岩石圈上层构造变形，在分布格局上大致与地震的网络状分布相对应；东北部可能存在另一规模较小、作用较弱的驱动边界及相应的网络系统，由于它的影响，导致华北北部构造带和地震带的扭曲。实验还表明，大型压性盆地的形成与岩石圈下层稳定块体的存在有关。

塑性流动网络控制下川滇菱形块体及邻区构造应力场与地震构造

川滇地区位于中东亚塑性流动网络系统东南部 ,研究区内岩石圈下层含右向网带 6条和左向网带 16条 ,受其控制在多震层内形成相应的地震带。多震层和岩石圈下层的构造应力场在总趋势上基本一致 ,进一步证明了下层网状流动对上层的控制。沿网带以不同交角展布的发震断裂组成地震构造带 ,其中多数右向地震构造带已发育成熟 (视成熟度Λ≥ 0 .8) ,而左向带除大理 -通海和腾冲 -景洪两带接近成熟外 ,多数的Λ值显著小于 0 .8。“川滇菱形块体”因塑性流动网络的存在和块体边界的变迁 ,其现今构造和动力学涵义有待探讨。

塑性流动网络控制下华北地区构造应力场与地震构造

文中所述华北地区位于中东亚塑性流动网络系统的东部 (偏北 ) ,在岩石圈下层内含右向和左向塑性流动网带多条 ,受其控制 ,在其上方多震层内形成地震带 ,并导致上层构造应力场在总趋势上与下层基本保持一致。发震断裂以不同交角沿网带展布 ,组成地震构造带 ,其中少数地震构造带的视成熟度较高 。

亚洲中东部岩石圈塑性流动网络与构造应力场

:板块边缘驱动作用主要通过岩石圈下层的网络状塑性流动实现其向板内的远程传递 ,并控制上层的构造变形。相应地造成构造应力场的的多层分布格局 ,主要包括下层 (含下地壳和岩石圈地幔 )、多震层 (属于上部地壳 )和浅层 (浅表地壳 )应力场。这些层中最大压应力方向可分别采用塑性流动网络共轭角平分线、震源机制解和井孔应力测量等方法加以确定。根据对亚洲中—东部下层与多震层应力场的对比表明 ,大部分地区二者的应力方向基本一致 ,表明了下层对上层的控制 ,这对了解板内应力场的一般趋势与格架提供了基础。靠近驱动边界的局部地段 ,由于上部地壳直接的传递作用 ,往往导致上、下层应力方向的显著偏差 。

大陆岩石圈塑性流动网络的延性弱面效应

岩石圈下层的网状塑性流动 ,作为包含塑性流动网络的黏塑性流动 ,控制着大陆板块内部的构造变形和动力学过程。塑性流动网络由两组网带共轭相交而成 ,而塑性流动网带是黏塑性流动过程中因剪切局部化、黏性摩擦生热和网带介质的弱化而形成的延性弱面 (弱带 )。研究表明 ,类似于断裂和节理等脆性弱面 ,延性弱面对介质强度的影响也具有条件性 ,即当应力方向改变时 ,只有在滑移角θ不超出一定限值的条件 (θ1≤θ≤θ2 )下才可能沿原有弱面滑移 ,显示其弱化效应 ;延性弱面可以用弱化度R表示其屈服限的相对降低程度 ,弱化度与滑移角下限值之间的关系为R =sin2θ1;根据亚洲中东部地区“塑性流动 -地震”网络的最大共轭角推算 ,网带的弱化度R近似于 0 81。基于延性弱面效应的认识 ,文中就网带由剪切滑移向压性褶皱的转化。

亚洲中东部“塑性流动－地震”网络系统及板内构造单元

对于地震的网络状分布特征的研究表明，在亚洲的中东部地区存在着两个网络系统，即分布于大部分地区的中东亚网络系统和位于其东南的华东南网络系统。根据多层构造模型，这些地震网络系统实际上是岩石圈下层（含下地壳和岩石圈地幔）塑性流动网络的一种显示。每一“塑性流动－地震”网络系统为不同类型的边界所围限，其中包括一段驱动边界以及若干段约束边界和泄流边界。本地区的两个塑性流动网络系统分别以喜马拉雅弧和台湾弧为驱动边界，对板块内部的构造变形、构造应力场、地震活动性、以及构造单元（亚板块、地体等）的划分起着控制的作用。

亚洲中东部岩石圈网状塑性流动控制下的多层应变速率场

根据“网状塑性流动”大陆动力学模型,岩石圈的变形方式由浅层脆性向深层延性的转变以及岩石圈下层网状塑性流动的控制作用,导致板块内部的多层构造变形。GPS方法或断层错动反演方法所测定的只是浅表地壳。多震层的应变速率可用“地震复发间隔法”,根据先后两次地震的复发间隔和后发地震的发震概率予以估计。基于岩石圈下层塑性流动网络共轭角与挤压变形之间的关系,可运用“共轭角法”估计该层的应变,并结合对于变形时间的估计,进一步推算网络的特征应变速率。文中给出了亚洲中东部地区岩石圈下层特征应变速率的等值线图,其数量级为10-15～10-14/s。控制多震层地震活动的主要是塑性流动网带,其应变速率大于网络的特征应变速率,除此以外,多震层的应变速率还受到驱动边界的直接作用、塑性流动波和上下层之间非连续分布软弱层的影响。根据青藏高原至华北平原11个潜在震源区所在地段多震层应变速率与岩石圈下层特征应变速率的对比分析,除临汾盆地1处偏差较大外,其余10处两者间表现出显著的线性相关,其比值β平均为1.75,分布范围为1.25～2.25。文中建议在进行中长期地震预测时,可根据岩石圈下层特征应变速率等值线图,结合比值β的引入,粗略地估计各潜在震源区的应变速率;同时,在β的取值上,尽可能地注意到驱动边界和相对稳定地块对该处各地段的影响。

岩石圈下层塑性流动网带的剪切热效应

基于“网状塑性流动”大陆动力学模型和中国大陆大地热流的分布特征,文中针对网带黏性剪切热效应的平衡态,通过热力学能量方程的求解,导出网带温度异常方程等关系式,并通过与网带热流正异常的拟合分析,确定了相关的参数值。研究表明,塑性流动网带黏性剪切热的产生为温度的正异常提供了热源,并通过热传导扩展网带的影响范围,形成相应的热异常网带。作为对中东亚塑性流动网络系统平均状况的估计,网带的热异常宽度与地震带所显示的网带视宽度一致,约为65km;剪切网带的宽度为44km,约为网带热异常宽度的23;网带中线处的温度正异常约为210K,剪切网带边界处的温度正异常约为67K,至热异常带边缘处降低为零,其起伏形态与网带大地热流正异常“凸峰”相一致。文中为岩石圈下层塑性流动网络的存在及其对大地热流正异常分布的控制提供了理论依据。

青藏高原岩石圈多层构造应力场

青藏高原构造应力场可按岩石圈下层、多震层和浅层地壳区分为三层。除了震源机制解方法和井孔原地测量方法可分别用于推测多震层和浅层的应力状况外 ,还可根据下层塑性流动网络 ,采用平分网络共轭角的方法估计下层的应力方向。对比岩石圈下层与上层 (多震层 )的构造应力场 ,其结果表明 :由于板块边缘驱动力主要通过下层的网络状流动实现其远程传递 ,故在总体作用趋势上 ,上层的应力方向受控于下层 ;又由于高原靠近喜马拉雅驱动边界 ,部分驱动力直接沿上层传递 ,致使局部地区上。

青藏高原地震断裂共轭角分布特征及其大陆动力学意义

青藏高原走滑型地震断裂共轭角的分布范围约为 5 0°～ 110°,总的趋势是随着与喜马拉雅驱动边界距离的增大而减小 ,并具有波状起伏的特征 ,反映多震层内应变随距离的变化。该层共轭角的波状起伏与岩石圈下层的应变起伏相互对应 ,前者滞后于后者 ,表明上层共轭角的变化主要受控于下层应变的波动传播。