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地球科学部

    “青藏高原东北缘新生代构造演化与深部动力学过程”重大项目指南

    日期 2015-07-31   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      青藏高原的侧向生长与深部过程,是了解大陆碰撞变形与演化机理的关键,也是研究陆内造山过程的“金钥匙”。青藏高原东北缘是正在发育的青藏高原和正在破坏的华北克拉通之间的构造转换带。该地区晚新生代以来构造变形十分强烈,遍布全区的第四纪褶皱、逆冲和走滑断裂,表明整个地区都正在遭受着地壳缩短和水平剪切,并且伴随着垂直隆升作用,构成了青藏高原最新的、正在形成的组成部分。

      青藏高原东北缘是“南北地震带”与海原-六盘山-渭河地震带的交叉处,地震活动强烈,历史上有过多次8级以上强震,其地震灾害与地表变形和深部过程的关系,是国家近年围绕可持续发展战略而制定的重要科学目标,也是探索青藏高原岩石圈变形及向外围克拉通构造域转换过程与动力学的关键部位和绝佳实验场所。众多青藏高原隆升扩展的动力学模型都可通过该地区岩石圈结构变形研究及动力学数值模拟来甄别验证。

      在既有工作基础上,补充关键地区的地质观测和高分辨率地球物理探测资料数据,并利用高分辨率超大规模并行有限元数值模拟技术,对该区域既有和全新的概念性演化模型进行充分甄别、检验、进一步完善和提升,从而获得四维地球动力学时空演化模型,推进青藏高原隆升过程及其对周缘演化和陆内造山机制的认识,提升我国地球动力学界在国际学术界的影响力,并为我国防震减灾工作奠定新的理论基础。

      一、科学目标

      通过青藏高原东北缘构造演化的时空过程恢复、结合高分辨率地球物理探测、开展多时空尺度的三维有限元建模与数值模拟,厘清深部结构与岩石圈变形行为、浅部构造演化与深部时空演化形变之间的关系,阐明青藏高原侧向生长及陆内造山的地球动力学过程和机理,探索青藏高原东北缘地区构造演化和地震孕育环境之间的内在联系,实现地表构造变形、断层地震活动与深部三维构造活动相联系的定量化模型计算,探索统一的大陆地球动力学解释。

      二、研究内容

      (一)东北缘构造变形几何结构、运动图像完善与演化过程恢复。

      通过对不同走向和不同性质活动构造相互关系的研究,给出青藏高原东北缘构造格架和平衡转换关系;通过综合不同位置新生代地层年代序列、磁性特征和变形特征,结合现今GPS观测资料,分析不同时间尺度构造变形速率,给出青藏高原东北缘构造变形速度场;利用低温热年代学和地貌面定年新技术,通过盆地消亡、山脉隆升及区域地貌面的年代确定,结合现代地貌分析,给出青藏高原构造变形随时间的演化过程。

      (二)东北缘壳幔结构宽频带地震台阵高分辨率地球物理探测。

      利用密集地震台阵观测系统和现代地震学方法,获得青藏高原东北缘及其周边地区高分辨率三维地壳、上地幔速度结构,变形图像和物性参数特征,为青藏高原东北缘地区构造运动、地壳上地幔变形和演化研究提供观测依据和构造控制参数。

      (三)东北缘岩石圈断面结构与变形高分辨率深地震精细探测研究。

      通过加密观测的人工地震测深剖面,揭示岩石圈/软流圈精细结构,约束主要构造边界的变形样式,追踪边界断裂的延伸行为,掌握高原物质向外扩展的证据,并揭露扩展的深部过程。深地震反射剖面垂向空间分辨率地壳部分为百米级,深地震测深(广角反射与折射)地壳底部为1-2 km。

      (四)时空多尺度青藏高原及其东北缘三维有限元数值模拟实验分析。

      基于深浅构造观测与探测结果,构建青藏高原东北缘三维高分辨率多尺度热-粘弹塑性耦合大规模并行有限元数值模型和时空演化地球动力学模型,建立地表变形与深部演化、断层地震活动与深部构造的三维定量化计算模型,研究青藏高原东北缘横向扩展的过程和机理,探索主要断裂带、造山带与相邻构造单元之间的关系及对该地区动力学机制,明确浅部构造变形与深部热过程和动力学演化的关系,厘清控制青藏高原东北缘的整体变形和演化形式的构造、物性、流变结构等关键参数。

      采用构造地质力学的分析方法,结合材料参数和几何约束,重点分析青藏高原东北缘陆内造山带新生代褶皱冲断带的内部变形历史,剥露历史、断层活动的传播及与地震周期的相互关系。

      (五)分析与综合。

      在概念模型基础上结合地表地质、深部地球物理探测,通过集成开展定量化数值实验,甄别和验证既有或新提出的概念性模型,讨论可能的机制和控制因素及这些模型所必须满足的关键性参数、条件和约束等。对比观测和探测结果,考证这些关键性参数、条件和约束是否正确合理,得到统一的地球动力学解释,解决长期困扰科学界的青藏高原东北缘隆升和扩展机制这一科学难题。同时根据观测数据进行数值模拟,对青藏高原东北缘的未来演化趋势和地球动力学意义、地震孕育机理及其影响等做出科学合理的预测。

      三、资助期限  5年(2016年1月至2020年12月)

      四、资助直接费用  1700万元

      五、申请注意事项     

      (一)申请书的附注说明选择“青藏高原东北缘新生代构造演化与深部动力学过程”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。

      (二)本项目由地球科学部负责受理。

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