盆地地裂缝同生机制研究——以渭河盆地为例

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地裂缝在全球有着广泛的分布,其中在中国的汾渭盆地最为集中。汾渭盆地是断陷沉积盆地,其中每个盆地都发育着多条地裂缝,这些不同规模、不同产状的地裂缝似乎又有着一定的同生联系。研究盆地地裂缝的同生机制,对全球地裂缝的生成机理的揭示有着重要的意义。  本篇论文的研究工作以“汾渭地区地裂缝成因与减灾综合研究”项目为依托,通过广泛收集渭河盆地的地质背景资料,了解了该地区地裂缝的地质背景及构造格局;通过详细的野外地质调查,整理了渭河盆地地裂缝的平面分布情况;对典型地区采取了钻探和槽探手段后,分析了渭河盆地地裂缝的剖面特征;通过概率统计总结了渭河盆地地裂缝的时间特征;在概述渭河盆地构造格局、地裂缝发育现状及同生特征的基础上分析了渭河盆地地裂缝的同生条件,并在此基础上对渭河盆地地裂缝的同生过程进行了数值模拟,最后概化了盆地地裂缝的同生机制。本人的主要研究成果如下:  (1)通过收集资料,分析了渭河盆地所处的地质背景和构造格局,通过野外地质调查与地质勘探手段,总结了渭河盆地地裂缝的发育现状与同生特征:1)平面展布方向的相似性;2)剖面结构上的相似性;3)与断裂的普遍关联性;4)活动时间上的同步性。  (2)渭河盆地发育的地裂缝群是一种具有同生特征的地表破裂系统,控制这种地表破裂系统的四层楼模型是:上地幔隆升、中上地壳流展、基底断块的差异运动、区域构造拉张应力背景下断裂的伸展运动。  (3)通过Sufer11.0构建了关中盆地及邻区莫霍面的三维表面,对渭河盆地的上地幔起伏情况进行了解;Ansys和Flac3D数值模拟分析并得到了上地幔的隆升促使中上地壳流展的力学过程及机制。  (4)通过Flac3D分析了中上地壳发生流展时,基底拉伸引起基底断块伸展差异运动的力学过程及机制。  (5)通过Ansys11.0和Flac3D有限元软件分析了基底断块差异运动所产生的拉张应力和剪切扭动应力,牵动并作用于盖层破裂系统的力学过程及机制。  (6)通过力学分析了在区域构造拉张应力背景下,断裂伸展活动的局部应力场造成断裂带附近岩土体破裂形成地表裂缝,从而地裂缝沿这些断裂带生长、伴生或派生的力学过程及机制。  (7)在上述的成果的基础上,总结了渭河盆地地裂缝的同生机制:深部构造动力系统中的上地幔的上隆作用,中地壳发生流展使基底拉伸引起基底断块伸展差异运动,基底断块差异运动所产生的拉张应力和剪切扭动应力,牵动并作用于盖层破裂系统,致使盆缘和块间断裂伸展蠕滑活动,断裂伸展活动的局部应力场造成断裂带附近岩土体破裂形成地表裂缝,从而地裂缝沿这些断裂带生长、伴生或派生,现今区域构造应力场又促发了这些地裂缝的形成与活动。
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