青藏高原东北缘弧形构造生长:来自三维有限元数值模拟的启示

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单位中国地质科学院;北京大学地球与空间科学学院;自然资源部深地科学与探测技术实验室;
来源地质力学学报
出版年2025
期号03
摘要
青藏高原东北缘弧形构造带是青藏高原侧向生长的独特边界,以垂直于高原扩展方向的盆-山相间的弧形地貌为特征,代表了青藏高原扩展的独特生长方式。此次研究旨在运用三维有限元黏-塑性大变形数值模拟方法再现青藏高原东北缘弧形构造带的形成和演化过程,提出弧形构造生长的新构造样式和变形机制。此次模拟基于大量地质与地球物理资料,测试了银川盆地阻挡和弱的下地壳对弧形构造带内断裂发育的控制作用。结果表明,在青藏高原向东北扩展的过程中,地壳缩短增厚变形由高原向东北传播,受北东—南西向挤压作用,地块围限的中—新生代盆地区(弧形构造带)的深部物质向东北迁移,在受到刚性的鄂尔多斯地块和阿拉善地块阻挡后,向强度相对较弱的银川盆地有限挤入。银川盆地的阻挡是弧形构造带断裂在浅部地壳形成和发育的重要条件。黏度为2.5×1022 Pa·s、黏聚力为2 MPa的弱下地壳对弧形构造带内断裂发育有促进作用,但不是断裂形成的必要条件。进一步分析青藏高原东北缘弧形构造带地表和3条剖面最大剪应变率分布特征及其随时间演化的规律发现,弧形构造带在深部总体上表现为“对冲”构造样式,指示深-浅变形机制存在解耦现象。弧形构造带的变形解耦深度在20 km和40km发生,形成了3个构造层。其中的中—上地壳构造层以逆冲-褶皱构造变形方式调节地壳水平缩短和垂向增厚;而弱的下地壳作为弧形构造发育的滑脱层,以韧-塑性变形方式调节地壳水平缩短和垂向增厚;岩石圈地幔由于莫霍面的调节作用,也存在一定程度的缩短增厚。综合分析认为,青藏高原东北缘弧形构造带是在先存断裂和拆离带的控制下,主控断裂在9.5~2.5 Ma同步发育,并向深部扩展,最终切入中—下地壳。新的模拟研究结果为深化对青藏高原东北缘隆升和横向生长过程的认识提供了参考。

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