中秦岭新生代深部动力学演化机制——考虑地表剥蚀与构造作用的数值模拟

The Middle Qinling orogen, as the transitional zone between West Qinling and East Qinling orogen, is also the narrowest area of the Qinling orogenic belt. With regard to its evolution mechanism, the focus of the current debate is the intracontinental subduction or lower crust delamination. The rapid denudation uplift of the Middle orogenic belt is considered to be the result of the far-field effect of the Tibetan plateau uplift since the late Cenozoic. The formation of orogenic belt is the result of the interaction of denudation and tectonism. It is the key to clarify the influence of tectonic shortening and denulation uplift on orogenesis. We will collect the new integrated geophysical observation data, the rheological properties, GPS velocity field and denudation rate in the Middle Qinling orogen and neighboring areas. On the basis of gravity isostasy, considering the surface denudation and tectonism, we will carry out the research of the geodynamic finite element simulation on the rheological structure of the lithosphere. From the perspective of the material migration and redistribution, the lithospheric dynamic model in the middle Qinling orogenic belt and neighboring areas will be established with the determination of rheological parameters. We will study the rheological structure of the lithosphere, and discuss the surface and deep dynamic processes caused by the tectonic compression or denudation.

中秦岭作为东、西秦岭的过渡带，也是秦岭造山带最窄的区域，它的形成机制是陆内俯冲还是下地壳拆沉，目前尚处于争论之中。晚新生代以来，中秦岭造山带的快速剥蚀隆升被认为是青藏高原隆升的远场效应的结果。造山带的形成是剥蚀作用与构造作用共同作用的结果，查明构造缩短与剥蚀隆升对造山作用分别产生怎样的影响是厘定研究区形成机制的关键。本研究拟基于中秦岭造山带及邻区最新的综合地球物理观测资料、岩石圈流变特性研究结果、GPS观测速度场和剥蚀速率的数据，在重力均衡效应的基础上，考虑新生代以来的地表剥蚀和构造作用，开展岩石圈流变学结构的有限元地球动力学数值模拟研究，从物质运移与重新分布的动力学角度出发，研究各块体的流变学参数，建立中秦岭造山带及邻区逼近实际的岩石圈动力学模型，探讨构造挤压和剥蚀效应引发的隆升导致的地表与深部的动力学过程。

中秦岭造山带是研究秦岭造山带与周围盆山耦合动力学的典型地区，开展该地区新生代构造的岩石圈动力学过程与地貌响应的研究，对于秦岭山脉的隆升和演化具有重要的参考意义。本研究利用远震P波接收函数和H-k扫描方法，处理了穿越鄂尔多斯盆地、渭河地堑、中秦岭-大巴造山带以及四川盆地东部约1000km长的综合地球物理剖面中布设的70个宽频带流动台站的数据，得到了跨中秦岭造山带的地壳厚度、泊松比分布。基于研究区已有的地球物理探测工作，构建了横跨东西秦岭的二维剖面的数值模型，在重力均衡效应的基础上，考虑新生代以来的地表剥蚀和构造作用，开展岩石圈流变学结构的有限元地球动力学数值模拟研究，从物质运移与重新分布的动力学角度出发，研究各块体的流变学参数，建立中秦岭造山带及邻区逼近实际的岩石圈动力学模型，探讨了中秦岭造山带的形成机制与动力学背景。研究结果表明：（1）中秦岭造山带地壳厚度为35~50km，为西秦岭块体至东秦岭块体的过渡地带，秦岭造山带地壳厚度呈现出由西向东逐渐减薄的趋势。（2）深部竖直向异常重力场特征导致了复杂的垂向动力学响应变化，造成了深部物质的复杂运移，而印度板块向北运动的挤压推力依然是中秦岭造山带深部动力学响应的主导因素。（3）地表剥蚀与挤压构造应力场在影响地形演化方面具有很强的耦合性，两者均在水平和竖直方向给位移场带来了同阶次的影响，基于数值模拟的工作，构造压缩所带来的影响强于地表剥蚀作用所带来的影响。垂向地表剥蚀对地壳深部应力场的影响小于水平向的挤压力所带来的的影响，且随着深度的增加而逐渐减少，剥蚀的存在会引起深部物质的重新分配，导致位移场和应力、应变场发生相应的改变。