地壳流变的侧向差异对青藏高原东北缘新生代构造变形过程影响的物理模拟研究

Researches of active structures and GPS measurement reveal ongoing deformation transforming from strike-slip faults to fault-related folds in the NETP. The crustal rheology determines the style of crustal deformation, while lots of researches reveal rheological contrasts among the terranes consisting of the NETP, which indicates that the crust of NETP is characterized by lateral heterogeneities, and may be the key factor controlling the modes of deformation propagation and transformation. Physical modeling, using real materials, is an effective dynamics simulation method involving 3D deformation fields. In this application, physical experiments would be constructed, according to the lateral variations presented in the NETP crust, with experimental materials of variable strength and deformation mechanisms, to simulate the Cenozoic deformation of NETP. Particle Image Velocimetry (PIV) technology will be employed to record and analyze the displacement and strain fields of those experiments, in order to capture scenarios with dynamics constrained. The experimental results will be compared with the deformation features of current NETP, to explore the effects of lateral variations of crustal rheology on the structural evolution of NETP, providing new experimental insights for the outgrowth of the Tibetan Plateau.

大量活动构造研究和GPS观测揭示高原东北缘正进行着走滑活动与逆冲褶皱之间的变形转换。地壳的流变特征是控制变形形式的重要因素，而前人研究表明高原东北缘不同地块之间存在着显著的流变差异，由它们组成的高原东北缘地壳具有显著的侧向不均一性，可能是导致变形转换发生的关键。物理模拟实验是一种在实验室内利用真实模拟材料建立物理实验模型，进而模拟三维变形过程的动力学研究手段。本申请拟采用物理模拟实验方法，利用不同属性和强度的模拟实验材料建立代表高原东北缘差异性地壳结构的物理实验模型，模拟其新生代构造变形过程。利用粒子成像测速技术对物理模型位移场和应变场进行连续记录和分析，获取具有动力学约束的时空演化图像。结合模拟实验结果和高原东北缘现今的构造变形特征，探讨地壳侧向差异对高原东北缘变形过程的影响，也为高原扩展生长机制的理解提供新的模拟实验依据。

地球物理观测揭示青藏高原东北缘中-下地壳存在显著的流变差异。这种差异对地表复杂变形图像形成的贡献是什么？控制机理及方式是什么？这些问题的解答不仅有助于理解高原东北缘对印藏碰撞的响应方式，还能为陆内变形这一热点问题提供新的思考方向。本项目在系统汇编区域变形时序数据和分析代表性地球物理剖面的基础上，建立了深部过程与浅层变形的关联模型并通过物理模拟手段对相关问题进行了探索。我们的研究表明现今高原东北缘上地壳呈现的构造样式以及应变分配模式支持柴达木盆地高强度基底在印藏碰撞远程效应驱动下向北侧祁连山持续挤入，随后触发祁连山下亚洲岩石圈地幔向南俯冲构成特殊双向挤压的动力学演化过程。在此过程中，祁连山地块与柴达木盆地的地壳流变结构差异决定了它们对区域汇聚不同的响应方式并由此控制了区域变形的分配。其中，古缝合带活化以及祁连山中地壳软弱层解耦是亚洲岩石圈地幔陆内俯冲的前提。而柴达木盆地中-下地壳较强的耦合关系是挤入持续进行的决定因素；此外，我们的模拟还定量揭示了挤入作用与俯冲作用导致的地壳变形及地形差异。所以本研究对其它（陆内）造山带动力机制的识别也具有重要的意义。