吳珍云尹宏偉Hemin A. Koyi江蘇省地震局，南京 210014南京大學地球科學與工程學院，江蘇 210046Department of Earth Sciences, Uppsala University, Uppsala Villav?gen 16, Sweden

剝蝕及同構(gòu)造沉積作用對斷層活動性影響的實驗?zāi)M研究?

吳珍云1）尹宏偉2）Hemin A. Koyi3）
1）江蘇省地震局，南京 210014
2）南京大學地球科學與工程學院，江蘇 210046
3）Department of Earth Sciences, Uppsala University, Uppsala Villav?gen 16, Sweden

?基金項目：國家自然科學基金（40872134,41272227）資助。

在統(tǒng)計分析內(nèi)陸構(gòu)造地震活動的空間分布特征時，容易發(fā)現(xiàn)構(gòu)造地震活動帶主要分布在造山帶內(nèi)部或者其盆山耦合帶，如我國天山造山帶、西昆侖造山帶、龍門山褶皺造山帶以及伊朗扎格羅斯褶皺造山帶等。這些地震頻發(fā)區(qū)域具有兩個明顯的構(gòu)造特征，一是造山帶隆升往往伴隨著比較強烈的區(qū)域剝蝕作用，二是盆山耦合帶容易沉積巨厚的同構(gòu)造沉積地層。前人研究表明斷層活動和盆山體系的剝蝕、沉積特征之間存在相互影響的作用。那么在構(gòu)造地震誘發(fā)時，區(qū)域剝蝕作用和同構(gòu)造沉積作用對斷層活動性具有怎樣的影響呢？因此，結(jié)合前人研究成果，嘗試從實驗?zāi)M的角度來探討剝蝕作用以及同構(gòu)造沉積作用對盆山體系內(nèi)斷裂的活動及形成、分布特征的影響，并結(jié)合實際地震分布特征和實驗?zāi)M結(jié)果，闡述褶皺造山帶和盆山耦合帶的孕震機制。

實驗以褶皺沖斷帶（盆山耦合帶）剝蝕作用和同構(gòu)造沉積作用作為實驗?zāi)Ｐ偷?個變量條件，設(shè)計了3組沙箱物理模擬（physical modeling）實驗和3組離散元數(shù)值模擬（DEM，Discrete Element Modeling）實驗（表1）。沙箱模擬實驗用干燥石英砂模擬上地殼脆性地層，聚酯硅膠模擬塑性軟弱層，實驗?zāi)Ｐ头衔锢砟M相似性原則；離散元數(shù)值模擬基于分子動力學方法設(shè)定粒子之間的相互作用力，允許模型內(nèi)部存在較大數(shù)值的相對位移，適合模擬動態(tài)的斷層形成過程以及模擬具有復(fù)雜內(nèi)部應(yīng)變的地質(zhì)構(gòu)造。實驗過程中，通過觀察和統(tǒng)計斷層的活動情況、分布特征以及地層的褶皺變形情況探討了剝蝕作用和同構(gòu)造沉積作用分別對斷層活動性的影響。同時，在數(shù)值模擬實驗過程中，分析了模型擠壓過程中不同實驗?zāi)Ｐ椭袘?yīng)力應(yīng)變沿斷層和褶皺的分布特征。

表1　實驗?zāi)Ｐ徒y(tǒng)計表

實驗結(jié)果表明：①同構(gòu)造沉積作用對其下伏先存基底斷裂再活動具有抑制作用，此時擠壓應(yīng)力主要由地層褶皺所吸收，沿斷層面構(gòu)造應(yīng)力集中相對減少，斷層滑移量也相對減少；②同構(gòu)造沉積作用容易促使擠壓應(yīng)力向沉積地層（沉積盆地）邊緣匯聚，而在同構(gòu)造沉積地層（沉積盆地）下方應(yīng)力匯聚相對減??；③褶皺沖斷帶內(nèi)地層剝蝕作用對先存斷層再活動具有明顯的促進作用，斷層滑移量相比明顯增大，此時擠壓應(yīng)力主要集中在斷層滑移面上；④剝蝕作用有利于形成新的次一級的切穿褶皺翼部的斷裂；⑤在褶皺沖斷帶內(nèi)部，剝蝕作用有利于構(gòu)造楔的整體抬升和淺部高傾角逆沖斷層再活動，應(yīng)力應(yīng)變?nèi)菀自诖藬鄬用鎱R聚，形成良好的孕震環(huán)境；⑥受盆地內(nèi)同構(gòu)造沉積地層阻擋作用，應(yīng)力應(yīng)變匯聚也容易發(fā)生在沉積盆地邊緣（逆沖構(gòu)造楔前緣帶）的深部緩傾角斷層上，形成良好的孕震環(huán)境。