19597.天山造山帶構(gòu)造變形與造山作用數(shù)值模擬研究

1、中圖分類號(hào)UDCP54550博士學(xué)位論文學(xué)校代碼密級(jí)10533天山造山帶構(gòu)造變形與造山作用數(shù)值模擬研究NumericalsimulationstudyonthetectonicdefomlationandCenozoicorogenyoftheTianshanorogenicbelt作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：雷顯權(quán)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程地球動(dòng)力學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院趙崇斌教授陳運(yùn)平副教授答辯委員會(huì)

2、主中南大學(xué)二O一三年六月天山造山帶構(gòu)造變形與造山作用數(shù)值模擬研究摘要：大陸動(dòng)力學(xué)是當(dāng)前固體地球科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一，其核心問(wèn)題是大陸構(gòu)造變形及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制。天山是典型的大陸內(nèi)部造山帶，在新生代發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和顯著的造山作用，是研究大陸動(dòng)力學(xué)的理想天然實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，天山造山帶也是重要的成礦帶和著名的地震帶，并且與其南北兩側(cè)的含油氣盆地的形成和演化有密切關(guān)系。近些年來(lái)，在天山地區(qū)開(kāi)展的地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究工作，深化了對(duì)

3、天山造山帶地球動(dòng)力學(xué)的認(rèn)識(shí)。但是，天山新生代變形和隆升的機(jī)制目前還存有爭(zhēng)議。主要原因是：難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出的地球動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。為了深入理解天山新生代陸內(nèi)造山的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算模擬的方法，對(duì)天山的構(gòu)造變形和造山作用進(jìn)行研究，取得的主要結(jié)論如下：(1)基于Fortran編程語(yǔ)言，編寫(xiě)了一套可以求解二維彈塑性接觸問(wèn)題的有限元程序。通過(guò)驗(yàn)證算例模型，將該程序計(jì)算結(jié)果與解析解以及ANSYS計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)了自編程序的準(zhǔn)確

4、性。通過(guò)應(yīng)用算例模型，檢驗(yàn)了自編程序解決問(wèn)題的有效性，并利用該程序模擬了塔里木盆地—天山接合地帶的沖斷構(gòu)造。(2)采用接觸單元模擬斷層，對(duì)比斷層滑動(dòng)和地殼應(yīng)力在連續(xù)模型和非連續(xù)模型中的差異，分析斷層對(duì)地殼應(yīng)力的影響。研究結(jié)果表明：非連續(xù)模型比連續(xù)模型能夠更好地模擬斷層的滑動(dòng)；非連續(xù)模型避免了單純使用軟弱帶模擬斷層所導(dǎo)致的應(yīng)力削弱現(xiàn)象；斷層帶的彈性模量、斷層與區(qū)域主應(yīng)力的夾角和交叉斷層是影響地殼應(yīng)力的重要因素；斷層帶的泊松比和平行斷層對(duì)地

5、殼應(yīng)力的影響較弱。(3)利用接觸模型描述斷裂的不連續(xù)運(yùn)動(dòng)，模擬天山地區(qū)現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)和變形，探討了天山具有區(qū)域差異性的地殼縮短變形的原因。研究結(jié)果表明：天山地區(qū)的地殼應(yīng)力場(chǎng)以近NS向擠壓應(yīng)力為主，導(dǎo)致地殼發(fā)生近NS向縮短變形；天山地殼的縮短變形并不均勻，不同區(qū)域縮短變形的主方向也不完全一致：中部為近NS向，往西偏為腓SSE向，往東偏為NESW向；塔里木盆地對(duì)天山的構(gòu)造擠壓作用由西向東逐漸減弱，導(dǎo)致天山發(fā)生由西向東逐漸減弱的縮短變形。(4)