海原-六盘山断裂带非均匀性特征及其在区域地壳应变分配过程中的作用

Northeastern borderland of the Tibetan Plateau is an important region where crust change its moving direction from nearly north-south to east or northeast. This transfer is the far field results of the continent-continent collision between the Indian plate and the Eurasian plate. The Haiyuan-Liupan Shan fault plays an important rule in this kinematic dissipation. Previous geological investigation and present-day geodetic survey both found great variations along strike of the Haiyuan-Liupan Shan fault. The along-strike variations include fault geometry, fault motion and property, etc. We will construct regional 3D dynamic models to study the along-strike variations of the Haiyuan-Liupan Shan fault, and their applications to regional crustal strain partitioning. The models will be constrained by update multidisciplinary data. Firstly, we will study the strike-along variations of the Haiyuan-Liupan Shan fault based on updated geodetic data and seismic data. Then, we will build regional 3D dynamic models to study the effect of along-strike variations on regional crustal strain partitioning. The models will include the simplified fault system in Northeast borderland of the Tibetan Plateau. We will also studies effects of other dynamic variations, such as gravity potential energy, the three-dimensional boundary constrains, regional deep structures, on regional strain partitioning. Lastly, we will reconstruct the process of stress and strain accumulation and releasing along the Haiyuan-Liupan Shan fault in the past 100 years based on our predicted crustal stress field and strain field. We will study the seismic potential along the Haiyuan-Liupan Shan fault. Our models will not only provide new insights for deformation process in Northeastern borderland of the Tibetan Plateau, but also be applied to regional seismic potential analysis.

青藏高原东北边缘地区是印度板块和欧亚板块陆陆碰撞作用由近南北向向东和北东向转换的重要场所，海原-六盘山断裂带在该区域地壳运动变形的转换过程中发挥着重要作用。本项目基于多学科资料，研究海原－六盘山断裂带非均匀性特征，包括分段几何非均匀性，活动非均匀性和介质性质非均匀性特征等，并建立区域三维动力学数值模型研究非均匀性特征对区域地壳应变分布和应力扰动的影响。首先，利用更新的多种大地测量资料和地震活动资料研究海原-六盘山断裂带分段活动差异。在此基础上，建立区域三维黏弹塑性有限元模型，模拟研究断裂带分段不均匀性特征对区域地壳应变分布和应力扰动的影响。最后，研究海原-六盘山断裂带上过去100年间的应力/应变积累释放过程，给出断裂带上基于应力/应变意义的潜在地震危险性分析结果。本项目研究成果不仅能够为理解青藏高原东北缘地区地壳运动变形过程提供新的认识，还能够为区域潜在地震危险性的分析提供新的科学支撑。

针对青藏高原东北缘地区以海原—六盘山断裂带为主体的复杂断层系统如何吸收高原侧向挤出的科学问题，我们主要从运动学和动力学两个方面开展研究。.首先，我们采用现今GNSS观测资料和三维块体模型，反演了区域主要断裂带的长期活动速率，给出了青藏高原东北缘地区的运动转换和应变分配图像。在此基础上，我们基于地质学给出的断层演化序列，利用三维有限元模型研究了过去15 Ma以来青藏高原东北缘的侧向挤出如何被以海原断裂带为主的断层系统所吸收的演化过程。.其次，我们针对海原断裂带的复杂几何形态对应变分配和地震破裂传播的影响开展了动力学模拟。发现海原断裂带上的复杂几何形态影响了断层附近的偏应力和塑性应变，有利于断裂带裁弯取直的演化。在应用三维动态破裂传播模型模拟了断裂带上动态破裂跨阶区传播过程时，发现断层上的非均匀构造应力和断层摩擦性质都会影响破裂传播过程。这些研究展示了海原断裂带如何不断调整自身几何形态来更有效的吸收断层两侧块体的相对运动。.另外，我们还针对中国大陆几次板内地震的地震危险性进行了分析。我们分别对2014年鲁甸M6.5地震前的断层稳定性、2020年唐山Ms5.1地震是否1976年唐山地震的余震和近年来的新疆精河2次M6地震、于田4次M6地震的相关性等科学问题进行了研究。.总体而言，本项目研究基本完成了预定研究内容，达到了项目目标。项目相关成果主要以科学论文的发表为主，资助发表学术论文12篇，包括6篇国际著名地球物理学期刊论文。部分项目成果还得到美国地震学会（SSA）在线报告。本项目成果具有一定的科研价值和社会价值，能够为理解青藏高原东北缘断层系统的运动学特征及其动力学机制提供新的认识，为评估断裂带上潜在地震的破裂长度提供科学支撑，为认识板块内部地震活动的机理提供了新的案例。