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。

带肋拱形抗爆门的振动基频等效计算方法

带肋拱形抗爆门由于肋的加强改变了结构的刚度、承载性能及质量分布等特性,它的基频计算方法比无肋的等截面拱形抗爆门复杂,为满足工程设计的迫切需求,根据两侧支撑带肋拱形抗爆门的平面内挠曲振动特性,将带肋拱形抗爆门等效为等截面拱形抗爆门,导出了带肋拱形抗爆门的等效等截面拱参数和反对称振动基频计算公式,讨论了影响基频的主要因素。通过与有限元结果比较分析,验证了计算公式的正确性及其适应条件。研究结果表明:带肋拱形抗爆门的振动基频随着肋板与拱板厚度比和肋板数量增加而增大,随着矢跨比增大而减小;当肋板与拱板厚度比在0.5~2.5之间变化,对常用厚跨比的带肋拱形抗爆门,导出的反对称振动基频计算方法可满足工程设计计算的精度要求。

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。

西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术（MWAT）,计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度（Te）.首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当Te〈5km时,误差在±1km以内,当Te≥5km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2km,标准差为6.9km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃～450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃～300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.

南海北部洋陆转换带盆地发育动力学机制

南海北部洋陆转换带是近年来基础科学研究和深水油气勘探热点地区.本文在详细研究南海北部洋陆转换带新采集的二维长电缆深反射地震剖面资料的基础上,采用挠曲悬臂梁模型和挠曲回剥模型算法,分别计算了上地壳、地壳和整个岩石圈拉伸系数,实验结果表明,研究区洋陆转换带盆地岩石圈发生了与深度相关的拉伸变形过程,并且随深度增加,拉伸量逐渐变大,该结果解释了南海北部盆地裂后阶段发生的加速沉降现象.同时,本文结合南海北部洋陆转换带盆地发育过程的特点,将洋陆转换带盆地演化划分为陆内裂陷阶段、裂后热沉降阶段和裂后加速沉降阶段.本研究将有助于认识南海北部深水盆地特征,并对大陆边缘动力学研究和陆缘盆地深水区油气勘探有重要意义.

沙茨基海隆重力均衡的三维导纳分析

在频域内,采用三维导纳分析技术,联合重力异常和海底地形数据,分别以Airy均衡模型、挠曲均衡模型为参考,研究了沙茨基海隆的重力均衡机制。根据Airy均衡模型的分析表明,沙茨基海隆区域的洋壳平均厚度为15 km,Tamu海山的Moho面深度为约26 km,与地震波研究结果一致。根据挠曲均衡模型的分析表明,沙茨基海隆的岩石圈有效弹性厚度为1～5 km,属于＂On Ridge＂型海底构造。顾及地形及洋壳底部物质载荷作用的分析表明,沙茨基海隆地区底部载荷的规模约为地形的50%,平均深度约20 km。沙茨基海隆在很大程度上,可能是被底部低密度体的浮力作用支撑的。

全球1°×1°海洋岩石圈有效弹性厚度模型

利用岩石圈挠曲均衡原理,联合海底地形模型和测高重力异常数据,采用滑动窗口导纳技术(moving window admittance technique,MWAT)计算了全球1°×1°海洋岩石圈有效弹性厚度模型。结果表明,海洋岩石圈有效弹性厚度总体较小,10km以下区域约占70%,15km以下约占85.4%,均值和标准差分别约为10km和6.7km。岩石圈有效弹性厚度20km以上的区域主要位于海沟外隆地区,洋中脊岩石圈有效弹性厚度一般小于5km;被动大陆边缘,如澳洲大陆南缘,岩石圈有效弹性厚度一般也较小;太平洋的海山密集分布地区,岩石圈有效弹性厚度一般为10~20km。

高分辨率卫星重力和激光测高数据的月球岩石圈有效弹性厚度估计的分析及应用

应用高分辨率GRAIL重力场模型和LOLA激光测高数据,利用两者间重力/地形导纳的统计关系反演月球岩石圈的结构特征是当前的重要手段.在研究区域物理性质各向同性的前提下,可将不同载荷模型引起的岩石圈挠曲量的球谐系数,表示成观测地形球谐系数的函数关系,结合非线性反演算法,可将不同参数的模型导纳谱与观测值进行最优拟合.结果表明导纳方法求解的高地地形平均月壳密度较接近高地地形的平均值2550 kg/m^3.载荷比有正有负,表明内部载荷与表面载荷可能同相也有可能反相,也反映了月球岩石圈较复杂的结构特征.在各向同性的前提下,少部分区域的拟合残差接近其期望值1,可反演出参数的最优解.大部分区域较难反演出最优值,表明月球岩石圈的物理性质大部分并不均一,在各向异性的前提下,在空间域内使用数值计算方法有望对大部分区域的弹性厚度进行最优估计.

基于高分辨率卫星重力和地形数据的月球Apollo撞击坑物理参数反演

针对表面载荷模型较难反演撞击坑物理参数,以往重力地形数据因分辨率低不适合大多数小尺度撞击坑物理特征分析,提出构建新的撞击坑载荷模型.结合内部载荷和最新高分辨率卫星重力地形数据,对Apollo撞击坑平均月壳厚度、平均月壳密度、载荷比、填充物比率和岩石圈弹性厚度等物理参数进行反演.结果表明模型导纳谱很好地拟合了观测导纳谱.本文求解的平均月壳厚度比较支持最新研究结果 34 km,平均月壳密度2480 kg/m3与最新给出的平均月壳密度2550 kg/m3相接近.研究区域的弹性厚度偏小,约为7 km.较小的弹性厚度可能与撞击坑地理位置及早期撞击事件有关,也可能与月球岩石圈的力学性质有关.

琼东南盆地深水区岩石圈伸展模式及其对裂后期沉降的控制

为了揭示盆地深水区演化及裂后期大规模沉降的成因机制,在琼东南盆地典型的、高品质地震剖面地质构造精细解释基础上,结合岩石圈变形的挠曲悬臂梁模型和挠曲均衡模型,应用正演和反演模拟技术,定量恢复了该盆地所处地区的上地壳、地壳以及岩石圈的伸展程度.结果表明,琼东南盆地自陆架边缘到深水坳陷区,岩石圈上地壳的伸展系数较小,β值最大为1.23～1.32;整个地壳的伸展系数变化较大,盆地边缘隆起区的β值在1.1～1.2之间,向盆地中部β值逐渐增大到3.14;而对整个岩石圈而言,其伸展系数β值由陆架到陆坡深水盆地也从1.2逐渐增大到4.2.根据对南海地区的构造及岩石圈和地壳的结构分析认为,与McKenzie的岩石圈均一伸展以及由热控制的裂后期缓慢沉降过程不同的是,上述与深度相关的岩石圈伸展减薄是由南海西北次海盆扩张过程中深部物质的离散上涌流动所导致的下地壳的快速而强烈的塑性流动所引起的,并由此建立了琼东南盆地的形成演化模式,来解释和探讨深水坳陷区及裂后期快速而大规模沉降的成因机制.

马尼希基海底高原重力均衡及其构造意义研究

采用三维导纳分析技术,联合海底地形和重力异常数据,对马尼希基海底高原重力均衡状况进行了分析研究,并结合地震学等研究成果,分析其构造意义。马尼希基海底高原海底地形与重力异常相干性在长波部分（大于100km）相对较小,说明高原地壳底部存在低密度异常,并且,根据Airy均衡分析,这种低密度异常并非完全由洋壳对海底地形的均衡调整引起,推测高原地壳底部存在由岩浆＂板垫作用＂（crustal underplating）形成的低密度异常体,即＂底部载荷＂。马尼希基海底高原短波海底地形符合Airy均衡,据此分析获得高原地区洋壳厚度为22.7km,与地震研究结果一致。岩石圈挠曲均衡分析表明,马尼希基海底高原岩石圈有效弹性厚度为2.5~5.5km,较优拟合值为3.5km,可能意味着高原形成时岩石圈年龄较小。根据顾及底部载荷的挠曲均衡模型进行分析,定量计算了底部载荷规模,约为地形载荷的30%,其体积约为9.3×105km3,平均深度为18km,是整个高原洋壳的重要组成部分,表明洋壳底部板垫作用在马尼希基海底高原形成和演化过程中产生过重要影响。