發(fā)布時間：2020-10-28 15:37

　　 華北地塊地處我國三大構(gòu)造域的交匯區(qū)域,經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程,在現(xiàn)今印度洋板塊、歐亞板塊和太平洋板塊的作用下,仍在發(fā)生強烈活動。京津冀地區(qū)是我國人口稠密,政治、經(jīng)濟、文化高度發(fā)達(dá)的地區(qū),該區(qū)位于張家口-渤海構(gòu)造帶和華北平原NE-NNE向構(gòu)造帶交匯部位,也是我國東部新構(gòu)造活動最強烈的地區(qū)。鑒于京津冀地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造位置和新構(gòu)造活動背景,加強該區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與孕震環(huán)境研究、評價、預(yù)測,具有緊迫性和必要性。尤其是,活動斷裂的研究對工程選址與減輕自然災(zāi)害具有重大現(xiàn)實意義。選擇京津冀地區(qū)作為研究區(qū),通過地質(zhì)資料收集及野外地質(zhì)調(diào)查,分析區(qū)內(nèi)活動斷裂的發(fā)育特征及地震構(gòu)造背景,同時依據(jù)地殼淺層地應(yīng)力測量資料和構(gòu)造應(yīng)力場研究結(jié)果,配合三維數(shù)值模擬方法,分析在構(gòu)造運動過程中斷層的空間分布形態(tài)與地震活動之間的內(nèi)在聯(lián)系,揭示活動斷裂體系如何促進地震的孕育、觸發(fā)及地震活動對于活動斷層、構(gòu)造應(yīng)力場的影響及其相互作用關(guān)系。論文首先依據(jù)京津冀地區(qū)的歷史地震資料分析該區(qū)地震的時空分布特征;其次,利用京津冀地區(qū)的原地應(yīng)力測量資料研究地殼淺層現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場的分布特征,結(jié)合安德森斷層準(zhǔn)則、庫倫破裂準(zhǔn)則及Byerlee定律,研究京津冀地區(qū)的斷層強度,探討京津冀地區(qū)的地震危險性;最后利用有限元數(shù)值分析方法,以GPS地殼形變資料和地應(yīng)力測試結(jié)果為約束條件,分析京津冀地區(qū)NW和NE向兩組斷裂帶對地震孕育和觸發(fā)的控制作用,從構(gòu)造應(yīng)力場和動力學(xué)模式兩個方面探討京津冀地區(qū)的地震構(gòu)造模式。主要研究結(jié)果如下:(1)依據(jù)所獲得的地震資料,分析認(rèn)為京津冀范圍內(nèi)的地震主要分布于山前平原和山間盆地,其分布形式構(gòu)成了 NE向、NWW向的線性組合。京津冀地區(qū)的強震的平靜期和活躍期的周期分別為大約120～150a,50～100a。依據(jù)京津冀地區(qū)的地震震源機制解可知,京津冀地區(qū)受兩組斷裂帶的切割,在NNE向最大主壓應(yīng)力的作用下,NWW向的斷裂帶易于活動,從而在NWW向斷裂帶上形成地震的密集活動帶,而與其共軛的NE向斷裂帶上則發(fā)生中強震。(2)斷裂帶各段的地應(yīng)力測量結(jié)果表明:張家口-蓬萊斷裂帶西北段和太行山斷裂帶中段的地應(yīng)力隨深度變化的梯度比較高,尤其是張北鉆孔的擬合梯度達(dá)到0.057MPa/m,對于該區(qū)地震預(yù)測具有一定的指示意義。側(cè)壓系數(shù)表明平均水平應(yīng)力和垂向應(yīng)力的比值、最大水平應(yīng)力和垂向應(yīng)力的比值隨深度增加離散性減小,到深部均趨向于一個常數(shù)值,反映地殼淺層構(gòu)造應(yīng)力占主導(dǎo)地位,隨深度的增加,垂向應(yīng)力增強,構(gòu)造應(yīng)力逐漸減弱。(3)從定性和定量兩個方面分析研究京津冀地區(qū)斷層的斷層強度。結(jié)果表明:沿張家口-蓬萊斷裂帶西北段的斷層似摩擦系數(shù)為0.48,未來該區(qū)的地震活動值得關(guān)注。斷裂帶中段的各測點似摩擦系數(shù)的平均值為0.30,表明該段應(yīng)力積累程度較低,地震活動可能性較小。在張家口-蓬萊斷裂帶的東南段,由鉆孔資料計算的斷層似摩擦系數(shù)的平均值為0.26,該段的應(yīng)力積累水平較低,地震活動可能性也較小。對于太行山山前斷裂帶,在斷裂帶中段,斷層似摩擦系數(shù)較高,接近斷層活動的下臨界值0.6,因此應(yīng)關(guān)注該段地應(yīng)力狀態(tài)的變化趨勢。在垂直張家口-蓬萊斷裂帶的方向上似摩擦系數(shù)的變化:靠近斷層的李四光紀(jì)念館鉆孔的似摩擦系數(shù)值較低,而遠(yuǎn)離斷層的其他兩個鉆孔數(shù)值較高,與Zoback等對圣安德烈斯斷層在垂向方向的地應(yīng)力測量結(jié)果基本一致。(4)以華北地區(qū)唐山和日本兩次典型地震事件為時間節(jié)點,首先綜述了前人對唐山地震前、后華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場變化特征的研究成果,其次,研究了日本人地震前、后華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的變化特征。華北地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場反演分析,發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)北部地區(qū)及郯廬斷裂帶東部地區(qū)在唐山地震前、后構(gòu)造應(yīng)力場沒有發(fā)生明顯改變,而華北地區(qū)南部在地震前、后構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生較大變化。華北地區(qū)在日本本州島大地震前、地震造成的拉張效應(yīng)期及現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場的最大水平主應(yīng)力方位分別為NEE向、NNW向和NEE向,反映了華北地區(qū)震前、震后調(diào)整到恢復(fù)至地震前的構(gòu)造應(yīng)力場演化過程。(5)在現(xiàn)今構(gòu)造背景之下,通過數(shù)值模擬研究了京津冀地區(qū)在NE和NWW向兩組斷裂帶的控制作用下,研究區(qū)內(nèi)的應(yīng)力場分布特征及其與地震活動分布和孕育觸發(fā)機制關(guān)系。研究區(qū)內(nèi)NE和NWW向兩組斷裂帶交切的區(qū)域呈現(xiàn)應(yīng)力集中、應(yīng)力強度大,且往往為地震發(fā)育部位。太行山山前斷裂帶的緩傾鏟型正斷構(gòu)造阻擋了來自于山西地塹系的應(yīng)力,從而導(dǎo)致了華北坳陷區(qū)的低應(yīng)力現(xiàn)象,對華北坳陷區(qū)形成了一定的“保護”作用。邢臺地震造成的應(yīng)力擾動主要集中在華北坳陷區(qū)兩組NWW和NE向斷裂圍限的區(qū)域,邢臺地震造成的應(yīng)力擾動仍未傳遞至太行山山前斷裂帶西側(cè)的區(qū)域;唐山地震的影響區(qū)域主要是沿兩組斷裂帶的附近區(qū)域,最遠(yuǎn)至張家口地區(qū)。華北中部地區(qū)在NE向和NWW向兩組斷裂帶的構(gòu)造體系之下,兩組斷裂帶對于整個區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場具有聯(lián)合控制作用,縱觀以上數(shù)值模擬結(jié)果可知,在幾個區(qū)域構(gòu)造體系中,NE向斷裂帶在地震活動中占據(jù)主導(dǎo)地位。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P315
【部分圖文】：

?ｗ??□晚占生代造山帶Ｓｉｍｇｉ蛇郵ｉｓ構(gòu)造域殘＼＼ｒｊ?．?ｙ／??Ｉ?Ｉ?ｖ？屮牛．代邊山帶〇俯沖Ｅｌ洋中＿換斷＠?零??圖１－１華北地塊位于全球三大構(gòu)造域的中心位置（李三忠等，２０１１）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?Ｎｏｒｔｈ?Ｃｈｉｎａ?ｂｌｏｃｋ?ｉｓ?ｌｏｃａｔｅｄ?ａｔ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ?ｍａｊｏｒ?ｔｅｃｔｏｎｉｃ?ｄｏｍａｉｎｓ?（ＬＩ?Ｓａｎｚｈｏｎｇ??ｅｔａｌ，?２０１１）??征與地震發(fā)生之間的內(nèi)在聯(lián)系。對于活動斷裂在構(gòu)造應(yīng)力場及地震孕育、觸發(fā)過程控制??作用的研究，理論上可以解釋構(gòu)造演化規(guī)律，了解內(nèi)動力作用為主的地震活動與活動斷??裂的關(guān)系；在實踐上，可以為資源勘查（斷層控制石油、天然氣儲藏、地?zé)岬龋�、工�??選址（重大工程避開活動斷裂帶）、環(huán)境保護、城市總體規(guī)劃及減輕自然災(zāi)害（尤其是??地震及次生災(zāi)害）提供參考和指導(dǎo)，在地震預(yù)測方面也起到非常重要的作用。??自２００８年起至今，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所承擔(dān)的中國地質(zhì)調(diào)查項目“首都??圈地區(qū)關(guān)鍵構(gòu)造部位深孔地應(yīng)力測量監(jiān)測與地質(zhì)安全評價”及“京津冀協(xié)同發(fā)展區(qū)活動??構(gòu)造與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查”，先后在北京平谷、十三陵、西峰寺、李四光紀(jì)念館內(nèi)以??及河北唐山、昌黎、張家口張北、石家莊等關(guān)鍵構(gòu)造部位開展一系列６００ｍ￣１０００ｍ深孔??地應(yīng)力測量和監(jiān)測工作，并在各鉆孔適宜深度安裝了地應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測地殼淺??層地應(yīng)力的變化規(guī)律。到目前為止

??２．１．１區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造??研究區(qū)位于華北克拉通中部（圖２－１）。依照前寒武紀(jì)基底構(gòu)成可將華北克拉通劃分??為東、西部地塊及中部帶（Ｚｈａｏ?ｅｔａｌ，２００５），本文研究區(qū)位于中部帶及東部地塊的西??部。按照中、新生代構(gòu)造格局劃分，本區(qū)西側(cè)和東側(cè)分別為太行山隆起帶和渤海灣盆地，??北部為中生代的陰山－燕山板內(nèi)造山帶（曹現(xiàn)志等，２０１３）。研究區(qū)周邊的造山帶及板??塊邊界，主要包括中亞造山帶（北側(cè)）、秦嶺－大別造山帶（南側(cè)）、蘇魯造山帶（東側(cè)）、??太平洋板塊，以上板塊邊界及造山帶中新生代的構(gòu)造演化對于研究區(qū)的構(gòu)造演化格局具??有重要影響。??研究區(qū)所在的華北克拉通形成于３８．５億年前，直至早三疊紀(jì)，該區(qū)具有典型克拉??通的性質(zhì)，處于穩(wěn)定狀態(tài)，為淺海型蓋層沉積，到中新生代，華北克拉通遭受了巖石圈??的減薄、破壞

口－延慶盆地地貌帶??根據(jù)吳珍漢的劃分方案（吳珍漢，２００１），表２－１，太行山和燕山屬于中低山，而華??北平原屬于平原區(qū)（圖２－２）。依據(jù)構(gòu)造和地貌之間的關(guān)系，研究區(qū)劃分為構(gòu)造山地和構(gòu)??造盆地，兩者之間的分界為控盆斷裂，構(gòu)造山地主要包括太行山、燕山、夷平面和侵蝕??山地等，而構(gòu)造盆地包括渤海灣盆地、張－渤帶及山西地塹系盆地帶及太行山隆起帶內(nèi)??部的小型盆地，劃分結(jié)果如表２－１所示。??地殼巖石圈及淺部構(gòu)造格局與地形地貌之間呈相輔相成的關(guān)系。巖石圈結(jié)構(gòu)和地殼??淺部構(gòu)造格局控制了地形地貌的形成和演化，而后者反映了構(gòu)造的分區(qū)性。依照該理論??將研究區(qū)劃分為燕山、太行山隆起地貌帶，張家口－延慶、渤海灣盆地帶及山西地塹系??地貌帶等。總體上呈現(xiàn)盆山相間分布，太行山隆起被周邊盆地地貌所包圍。??２．２研究區(qū)地球物理場特征??２．２．１區(qū)域重力異常特征??（１）布格重力異常特征??圖２－３為縱貫中國ＮＮＥ－ＳＳＷ向的大興安嶺－武陵山的重力梯級帶分布圖。資料來自??于全球重力模型ＥＧＭ２００８（Ｐａｖｌｉｓ等，２０１２），在華北地區(qū)的布格重力異常表現(xiàn)為沿太行??山分布

本文編號：2860279