褶皱冲断带时空演化动力学过程的数值模拟

• 作者: 刘旭耀 周龙寿 孟秋 张怀 石耀霖 胡才博
• 来源期刊: 地球物理学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 楔形体介质 底部滑脱层 弹塑性模型 褶皱冲断带 青藏高原东北缘
• 年，卷（期）: 2019,（7）
• 所属期刊栏目: 地球动力学·地震学·海洋地球物理学
• 页码范围: 2466-2476
• 页数: 11页
• 分类号: P315
• 字数: 9415字
• 语种: 中文
• DOI: 10.6038/cjg2019M0567

摘要

利用库仑临界锥角理论和沙箱物理模拟进行褶皱冲断带的研究时,通常忽略了楔形体介质的内聚力.岩石力学实验结果表明,岩石内聚力通常在几到几十兆帕范围内变化.楔形体介质强度的变化是否会影响褶皱冲断带的时空演化？针对这一问题,我们建立了岩石内聚力分别是10 MPa、20 MPa和50 MPa的3个二维弹塑性有限元模型,模型包含了楔形体介质的弹塑性材料非线性和底部滑脱带的接触非线性.该模型考虑了不同介质强度、底部滑脱带摩擦、重力和边界构造加载的影响,更为符合实际.计算结果表明,岩石内聚力为10 MPa时,楔形体内的断坡首先在楔形体近端产生,从近端依次向远端发展;岩石内聚力是20 MPa时,断坡开始在楔形体近端产生,随后在远端也开始形成,最后由两端向中间汇聚;岩石内聚力是50 MPa时,断坡先从楔形体远端形成,从远端向近端依次发展.我们还讨论了底部滑脱层倾角对褶皱冲断带演化的影响,结果表明较低的底部滑脱面倾角易产生由近端向远端演化的样式,中等滑脱面倾角易产生两端向中间演化的样式,较高滑脱面倾角易产生由远端向近端演化的样式.我们得到了三种不同的褶皱冲断带时空演化的模式,其结果可以用来解释青藏高原东北缘依次向北东方向发展的海原-六盘山断层、天景山断层、烟筒山断层系统的时空演化.