青藏高原东缘龙门山晚新生代剥蚀厚度与弹性挠曲模拟

龙门山是青藏高原东缘边界山脉,具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元。利用数字高程模式图像和裂变径迹年代测定方法研究和计算龙门山晚新生代剥蚀厚度与剥蚀速率,结果表明:3.6 Ma以来龙门山的剥蚀厚度介于1.91-2.16 km之间,剥蚀速率介于0.53-0.60 mm/a之间。在此基础上,开展了该地区岩石圈的弹性挠曲模拟,结果表明龙门山的隆升机制具有以构造缩短隆升和剥蚀卸载隆升相叠合的特点。3.6 Ma之前,龙门山的隆升与逆冲推覆构造负载有关,以构造缩短驱动的构造隆升为特色;3.6 Ma之后,龙门山的隆升与剥蚀卸载驱动的抬升有关,并以剥蚀卸载隆升为特色,进而提出了龙门山晚新生代以来的隆升机制以剥蚀成山作用为主的认识。

长江第一弯虎跳峡的贯通——来自于地表地貌和弹性挠曲的数值模拟分析

以往注入南海的古金沙江的袭夺及其相关的长江第一弯的形成不仅造成了南海一系列盆地内部充填物质的急剧变化,同时还记录了与南海北部边缘海扩张相关的构造活动机制的重大变革。尽管如此,由于缺乏直接证据,对于金沙江东流和长江第一弯形成的时间和机制还存在较大分歧。鉴于此,本研究通过TTLEM和LIFFE模型直接对虎跳峡的贯通和下切过程开展数值模拟分析。结果显示虎跳峡现今深切峡谷的形成是两阶段地表快速侵蚀的产物。而其初始的贯通应形成于中新世中期(~15 Ma)前后,和虎跳峡背斜的形成同期,与大理断裂系大规模走滑兼具逆冲运动直接相关。随后,进入第四纪(~2 Ma)以来,大理断裂系的构造活动由压扭转变为张扭性。虎跳峡由于地壳的弹性挠曲变形再次快速下切,剥蚀厚度达到~3 km,最终形成了现今的地貌样式。结合区域的其他研究结果,我们认为伴随着印度板块向欧亚板块之下持续的俯冲,青藏高原东南缘南东向的物质运移曾发生过一系列构造活动机制的重大转变,不仅引起了区域内断裂系统活动性质的转换,造成了大型水系的袭夺和重组,同时还与南海海盆的扩张和最终形成紧密关联。

前陆盆地挠曲沉降正演模型的设计与实现——以库车古近纪陆内前陆坳陷沉降分析为例

本文以二维薄板弹性挠曲模型为基础,对模型进行简化和参数优化选取,并在VC++6.0环境下采用Windows视窗设计,实现了前陆盆地挠曲沉降的正演模拟系统。应用这一系统模拟分析了库车古近纪-新近纪前陆盆地的挠曲沉降过程。模拟结果表明,库车古近纪-新近纪前陆盆地的沉降曲线总体呈上凸型,具有典型前陆盆地沉降的特点,根据沉降速率变化可以把整个沉降过程分为四个部分,分别对应盆地的四个构造层序发育阶段,每一阶段呈不同的沉降特征,相邻两阶段之间存在一盆地回弹隆升、逆冲构造活动终止期,盆地遭受广泛剥蚀形成两个构造层序之间的不整合界面。正演模拟通过将沉降过程时间离散,精细设定不同时间段的构造负载,能够精细恢复前陆盆地的沉降过程和演化。

前陆盆地挠曲沉降和沉积过程3-D模型研究

前陆盆地是在造山带负荷作用下岩石圈发生挠曲沉降而形成的,并且被主要从造山带搬运的沉积物所充填。为了更好地理解和认识前陆盆地的形成演化机制,特别是受控于周缘多个造山带活动所形成的前陆盆地的演化机制,本文通过建立前陆盆地挠曲沉降与沉积过程的3-D模型,模拟展示了造山带逆冲推覆作用、岩石圈挠曲沉降响应及在山盆体系中由于动力地形变化而导致的河流体系的发育变化及其产生的剥蚀和沉积过程。模型的建立和实验完整体现了逆冲推覆、弹性挠曲沉降和沉积物搬运这三者之间的耦合机制,为全面深入研究前陆盆地动力学提供了理论依据和方法。

前陆盆地挠曲过程模拟的理论模型

本文讨论了前陆盆地形成的主要控制因素，包括逆冲负荷、盆地沉积物负荷、地壳内部水平挤压力和地壳力学性质，介绍了前陆盆地弹性和粘弹性挠曲力学模型的基本特征。在此基础上，结合典型实例，探讨了运用粘弹性和弹性挠曲模型模拟前陆盆地沉降和沉积过程的基本方法和基本原理，揭示了造山带与前陆盆地系统演化的动力作用过程。

基于办公设备的纸张结构动态挠曲特性研究

针对办公设备中纸张结构的挠曲变形,提出了弹性体挠曲剪力平衡理论,建立纸张的动态挠曲数值模型,采用有限差分法解析方程,求得挠曲变形数值。利用软件Ls-Dyna建立有限元模型,模拟纸张变形动态效应。通过数值方法及有限元法模拟结果表明:在送纸进程中,大约在80 mm前,两种模拟方法所得结果数值的误差较小,在80 mm之后,其误差明显较大。而且纸张的刚性越小,行进速度越慢,其挠曲变形程度就愈高。

东海—菲律宾海剖面岩石层有效弹性厚度计算及分析

采用均衡响应函数法分段计算了自东海至东马里亚纳海盆的剖面岩石层有效弹性厚度，并利用海沟洋侧海底地形按端载加压弹性板弯曲模式对琉球海沟和马里亚纳海沟洋侧块体的弹性厚度进行了计算和对比，结合测线经过地区的地震地壳测深结果等地质、地球物理研究成果对分段计算结果进行了分析．结果表明，由均衡响应函数计算曲线多个区段可估计出2个弹性厚度值．取值大的弹性厚度，在不同区段其数值较为接近，为20~25km，这种共性是现在热状态下海洋岩石层区域弹性特征的反映，值小的弹性厚度则是各区段内不同地质作用效果的个性反映．

有弹性无伸长的波纹管

波纹管因其挠曲性高而应用广泛。然而，内部压力有时却造成波纹管长度发生变化，动压力也会导致管子脉冲运动。波纹管的这些不足之处，对于很多实际应用是不符合要求的。波纹结构的新设计和改进可以克服这些不足之处，同时又保持原有的挠曲弹性。

晚三叠世龙门山前陆盆地动力学分析

晚三叠世龙门山前陆盆地是在扬子板块西缘被动大陆边缘的基础上由印支造山运动而形成的。盆地中地层充填厚度巨大,包括晚三叠世卡尼期至瑞替期的马鞍塘组、小塘子组和须家河组,持续时间达27Ma,显示为一个以不整合面为界的构造层序。该构造层序被一系列不整合面、海泛面和湖泛面分割为4个向上变粗或向上变细的层序(构造地层单元),其充填特征表现为:底部具有典型的挠曲前缘隆起不整合面,层序1的下部为碳酸盐缓坡和海绵礁的建造和淹没过程,上部为进积过程中形成的三角洲沉积物,具有向上变粗的垂向结构;层序2为进积过程中形成的三角洲相砂岩和砾岩;层序3的底部为大型湖泛面,中上部为进积过程中形成的三角洲相和湖泊相砂泥岩夹煤层,具有向上变粗的垂向结构;层序4为冲积扇、扇三角洲粗碎屑砂砾岩和湖泊相泥页岩构成具有向上变细的垂向结构,并截切下伏地层。虽然晚三叠世龙门山前陆盆地的剖面几何形态总体上呈现为西厚东薄的楔形体,但是其内部却由次级的楔状层序和板状层序组成,其中层序1和层序3为楔状体,层序2和层序4为板状体。楔状层序显示为西厚东薄的楔形体,沉积厚度大,以纵向水系为主,具有双物源(包括来自龙门山和前缘隆起区的物源),并以点状物源为主,盆地的西部以扇三角洲、辫状河三角洲沉积物为主,中部以湖泊相为主,东部发育小型三角洲或碳酸盐缓坡沉积物,处于欠补偿状态;板状层序显示为西、东厚度基本一致的板状层,沉积厚度较小,仅具有来自于龙门山的有物源,以横向水系为主,以线状物源为特征,盆地的西部以辫状河三角洲沉积物为主,盆地的中东部为湖泊相沉积物,处于过补偿状态。对晚三叠世楔状前陆盆地进行了弹性挠曲模拟和逆冲事件标定,结果表明,盆地形成机制为构造负载,挠曲盆地的挠曲刚度为(0.5～5)×1024N.m(相当的弹性地层厚度为43～55km)。晚三叠世龙门山冲断带构造负载系统向扬子板块推进速率为5～15mm/a,由2个逆冲子事件构成,早期的推进速度较大,为15mm/a;晚期的推进速度较小,为5mm/a。

龙门山构造带晚新生代剥蚀作用与均衡隆升的地表过程研究

基于SRTM DEM数据,以青藏高原东缘龙门山地区为研究区域,本文通过条带状剖面分析、古地形面(残余面)恢复以及弹性挠曲模拟等研究手段,计算了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代地壳均衡隆升与地表剥蚀之间的定量关系,探讨了龙门山地区表面剥蚀作用与均衡隆升作用之间的地表响应过程,从而为研究青藏高原东缘龙门山地区晚新生代以来的剥蚀—成山作用的隆升机制提供定量依据。研究表明:(1)晚新生代以来龙门山的地表剥蚀量为(0.74～1.14)×105km3;(2)大量的地表剥蚀作用驱动了青藏高原东缘龙门山的地壳均衡反弹,使龙门山隆升了近2 km;(3)龙门山地区地表剥蚀量和均衡隆升量具有空间匹配性,岷山断块及龙门山中、南段的均衡隆升量高于青藏高原东缘其它区域,反映了晚新生代以来龙门山地区在不同分段内差异化的构造地貌形态及与剥蚀—隆升相关的地表过程。(4)龙门山的隆升是多期、多种隆升机制叠加的产物,其隆升过程具有历史性和复合性。均衡隆升和剥蚀作用在相似的时间尺度上和空间尺度上控制着龙门山地貌的形成,约束了青藏高原东缘龙门山的隆升机制。

青藏高原东缘中新生代龙门山前陆盆地动力学及其与大陆碰撞作用的耦合关系

位于青藏高原东缘的龙门山前陆盆地是中国典型的前陆盆地之一。自晚三叠世以来,该盆地充填了厚度大于1万余米的海相至陆相沉积物,以不整合面为界可将其划分为6个构造层序,根据几何形态将构造层序区分为两种类型,即楔状构造层序和板状构造层序,其中晚三叠世、晚侏罗世、晚白垩世—古近纪构造层序为楔状构造层序,其余为板状构造层序。研究结果表明楔状构造层序为逆冲构造负载的产物,板状构造层序为走滑剥蚀卸载的产物。本次以晚三叠世前陆盆地为典型的楔状前陆盆地开展了逆冲构造负载系统的弹性挠曲动力学模拟,以晚新生代龙门山前陆盆地为典型的板状前陆盆地开展了与走滑剥蚀卸载系统的弹性挠曲动力学模拟,并计算了龙门山构造负载系统向扬子克拉通的推进速率,结果表明龙门山造山楔的推进速率在早期较快(如晚三叠世最大推进速率达15mm/a),晚期较慢(如晚侏罗世、晚白垩世—古近纪最大推进速率仅为6.7mm/a)。进而推测龙门山幕式逆冲作用的构造驱动力来自于青藏高原中生代以来的基麦里大陆加积碰撞和印度与亚洲板块碰撞作用,其中晚三叠世楔状构造层序是羌塘板块与亚洲大陆碰撞的产物,晚侏罗世楔状构造层序是拉萨板块与亚洲大陆碰撞的产物,晚白垩世—古近纪楔状构造层序是科希斯坦板块、印度板块与亚洲大陆碰撞的产物。

中西太平洋海山区的岩石圈有效弹性厚度及其地质意义

中西太平洋海山区是太平洋板块上洋壳年龄最老、磁条带异常最复杂、海山分布最密集、地质构造最独特、构造活动最强烈的一个区域,为探讨区内众多海山的构造成因,以板块构造理论为指导运用弹性板挠曲理论计算了中西太平洋海山区岩石圈的有效弹性厚度.结果显示,研究区的有效弹性厚度总体上表现为北西高南东低的趋势,西边的麦哲伦海山链表现出南北低中间高的趋势,东边的中太平洋海山群呈现出由西往东厚度递减的现象,且这2个典型区域的岩石圈有效弹性厚度与现今法属玻利尼西亚群岛处的比较接近.据此推测它们是在白垩纪期间(约130～90Ma)形成于现今法属玻利尼西亚群岛处的大规模热点群附近,且受到了后期火山岩浆活动的改造作用.