华北克拉通地壳上地幔密度与流变结构及均衡调整过程

华北地区的地壳结构、形变与地球深部结构及动力过程有密切关系。研究华北及邻近区域地球内部的三维密度、流变结构及深部动力过程,对了解华北大陆形成及演化,地表构造与深部结构的关系以及地球表面运动与地球深部动力的关系有着重大意义。本项目研究通过对高精度重力异常的确定和分离，采用合理序贯重力地震资料联合反演岩石圈密度三维结构。利用地震层析成像和三维密度结构结果精化华北地区岩石圈地热模型以获得三维精确的流变结构模型和岩石圈有效弹性强度结果。综合岩石圈密度、流变结构、弹性厚度了解华北克拉通现今的物质结构和力学性质，研究燕山期以来沉积厚度和岩石特征和构造运动状态，采用均衡补偿机制探讨华北克拉通的演变过程。本课题研究, 旨在通过对华北地表地球物理资料深入解释分析了解该区域的地壳上地幔精细物性结构, 揭示华北地区地壳均衡状态、构造变形的力源及作用过程, 探讨地壳形变、克拉通演化的方式和动力机制。

华北地区的地壳结构、形变与地球深部结构及动力过程有密切关系。研究华北及邻近区域地球内部的三维密度、流变结构及深部动力过程,对了解华北大陆形成及演化,地表构造与深部结构的关系以及地球表面运动与地球深部动力的关系有着重大意义。本项目研究通过对高精度重力异常的确定和分离，采用序贯重力地震资料联合方法反演了岩石圈密度三维结构。结果表明，华北克拉通岩石圈密度结构具有显著的横向和纵向不均匀性，密度分布与地表结构有较好的对应。克拉通东部岩石圈以下存在高密度异常体，可能是拆沉作用的产物；克拉通中部呈现强烈的低密度异常，为软流圈物质上涌所致。西部岩石圈较薄的断裂盆地下地壳内存在低密度异常，结合泊松比的研究，我们推断低密度异常应该是部分熔融和减压熔融造成的。密度结构很好的反应了软流圈物质的上涌和局部地区部分熔融现象。利用地震层析成像和三维密度结构结果精化华北地区岩石圈地热模型获得了三维精确的流变结构模型和岩石圈有效弹性强度结果。探索了解一维热传导方程获得测点上沿深度分布的温度结构，并在二维地形、重力约束下，引入大地测量约束条件，获得盆地整体的地壳岩石圈热结构及流变结构。发展了一套利用大地测量和地热资料联合求解地壳岩石圈热结构的二维模型及方法。综合岩石圈密度、流变结构、弹性厚度了解华北克拉通现今的物质结构和力学性质，研究了燕山期以来沉积厚度和岩石特征和构造运动状态，采用均衡补偿机制探讨华北克拉通的演变过程。在克拉通东南缘，以郯庐断裂带为界，两侧表现出截然不同的对流格局，表明地幔对流及其与岩石圈中古老薄弱带相互作用可能对区域地幔流动系统及构造演化产生深刻影响。华北盆地内部显示出整体一致的应力状态，但是与观测得到的构造应力场环境不符，表明地幔对流不是该区现今强烈的构造活动性的主要动力学原因，但应力的积累会改变岩石圈的流变结构，间接影响岩石圈的构造变形。克拉通中部造山带下存在地幔上升流，对流应力场呈拉张状态，这可能构成该地区陕西-山西地堑的伸展开裂以及强烈的地震活动性的深部动力机制。克拉通西部鄂尔多斯盆地下方为地幔下降流，可能与冷的古老克拉通岩石圈的热传导效应，导致下覆软流圈地幔温度降低、密度增大下沉有关。