龙门山山前曲面型断层传播褶皱定量研究和三维数值建模

Traditional models of fault-related folding (planar fault and parallel kink folding) cannot be applied to interpret the commonly observed nature non-planar backlimb in 2D and 3D. Through characterizing geometries and kinematics of the Yanjinggou and Datang anticlines in the Longmen Shan piedmont, our proposal aims to decipher the deformation mechanisms of the curved fault and the associated smoothly curving forelimb and backlimb, so as to improve the theory of fault-related folding. By comparing the 3D seismic interpretation and pseudo-3D numerical modeling of curved fault propagation folding, we will further explore the controlling factors and processes for translating the knowledge learned from 2D cross-section, pseudo-3D, and real 3D natural models. Finally, our results are expected to provide significant insights into the real 3D modeling of the fault-related folding, and the oblique thrusting in the Longmen Shan.

传统的断层相关褶皱理论 (假设平面型断面形态及平行膝折褶皱作用) 在二维和三维模型上都难以解释自然界中常见的褶皱后翼非平面型构造变形特征。本申请拟以曲面型断层传播褶皱为切入点，以龙门山山前盐井沟和大塘背斜为研究对象，开展相关的构造几何学定量研究并建立运动学模型，用来解释曲面型断面及其上覆弯曲背斜前、后翼变形机制，进而完善和提升断层相关褶皱理论。在此基础上，开展背斜区三维构造精细解析和曲面型断层传播褶皱拟三维数值建模对比研究，揭示二维剖面、拟三维数值建模到自然界真三维模型转换的影响因素和过程，最终为探讨断层相关褶皱真三维构造建模和龙门山地区斜向逆冲作用方式等科学问题奠定基础。

准确破解地壳中断层几何学、运动学特征和上覆褶皱形态，构造侧向生长过程和沿走向变形（如缩短和抬升量分布）之间的定量关系是固体地球科学中的难题。青藏高原东缘晚新生代构造变形是大陆动力学研究的前沿热点，也是研究2008年汶川地震深部过程和构造环境的重要内容。本项目以青藏高原周缘晚新生代构造变形为主要研究内容，以青藏高原向外生长过程中形成的断层和褶皱为研究对象，从自然界构造实例和三维几何学模拟出发，发现断层倾角和缩短量是决定三维褶皱形态的主控因素，率先提出缩短量沿走向非线性分布特征是判断构造侧向生长的新观点。以青藏高原东缘为研究区，从构造解析和构造模拟入手，系统解剖青藏高原东缘龙门山褶皱冲断带晚新生代构造变形，确定在龙门山腹部和前陆转换位置，存在山前隐伏断裂，定量出其最大累计滑移量为7.5±0.3 km，第四纪以来的水平缩短速率~1mm/yr；确定东缘在5-2 Ma以来经历近E-W向地壳缩短和斜向逆冲作用，提出该作用下应变分别被以走滑为主的龙日坝断裂带和倾滑为主的龙门山—岷山断裂带所吸收和调节新模式；确定龙门山南段依然存在7级以上地震风险，其复发周期为1000-1400年。在拓展断层相关褶皱理论的研究范畴基础上，同时也提升对青藏高原周缘构造变形的认识，取得了诸多原创性成果，共发表项目资助学术论文14篇，其中以第一或通讯作者在JGR: Solid Earth和Tectonics等国际权威专业期刊上发表论文9篇。龙门山深部断裂结构和汶川地震孕震模型作为主要内容获2019年教育部自然科学二等奖。