喜马拉雅俯冲带地处印度板块与欧亚板块碰撞区的前缘,是青藏高原与印度板块之间的天然构造界线。作为全球最大的大陆俯冲-碰撞带,喜马拉雅俯冲带一直是研究盆山耦合体系、深部物质运移等一系列地学机制的天然实验室,历来受到地学界的重视。最近的研究表明,洋-陆俯冲区的浅部构造运动(震间地壳形变)在一定程度上受控于区域深部的粘弹性圈层,但对于陆-陆板块俯冲带,其深部动力与震间地壳形变的关联机制还不甚明晰。因此,基于粘弹性地球模型,深入研究喜马拉雅俯冲带深部粘弹性介质对震间形变场的影响机制,对研究青藏高原的动力学机理,深入理解全球板块运动都具有重要意义。此外,区域内板块构造活动强烈,地质灾害频发,而断层闭锁是评估断层面上应变积累和地震风险的重要指标,研究断层闭锁的特征和分布,可以有效的估计地震活动的规律,为地质灾害预警和防灾减灾提供重要的科学依据。基于此,本文以区域震间GNSS速度场为约束,采用有限元数值模拟方法探究喜马拉雅俯冲带深部粘弹性介质与震间形变场的关联机制及其对断裂带闭锁深度的影响。主要工作分为以下几点:(1)收集并融合了研究区内多套GNSS形变资料,将其转化至欧亚参考框架下的GNSS速度场。构建了喜马拉雅俯冲带的二维有限元模型,当采用Backslip model模拟震间地表变形速率时,粘弹性模型与弹性模型的主要差异集中于在中场及远场区域的水平位移速率,粘弹性模型具有更大的位移速率。而在其垂向位移速率上,粘弹性模型具有更大的板块抬升速率。Subducting plate model中弹性模型与粘弹性模型的差异在水平位移速率主要集中在喜马拉雅主逆冲断裂(MHT,Main Himalayan Thrust)的近场区域。而弹性模型的平均垂向速率均略高于粘弹性模型的平均垂向速率,这可能与该运动模型下岩石圈深部断层面蠕滑有关。在对比两种模型间差异时,Backslip model和Subducting plate model在弹性模型下水平位移速率上出现高度一致性。两者的差异主要体现在250km以外的区域的垂向速率上。当采用粘弹性模型时,两者的差异主要体现在近场区域的水平方向及300km以外的远场区域的垂向速率上。(2)采用三维有限元方法对MHT断层弹性-粘弹性模型震间闭锁深度进行估计,并以GNSS速度场与模拟值速度场之间的RMS(root mean square)值来评估弹性模型与粘弹性模型的最佳震间闭锁深度。弹性模型约为28km,RMS为0.79mm/yr,粘弹性模型为26km,RMS为0.62mm/yr。相比于弹性模型,粘弹性模型能够更好的拟合震间地表变形。本文针对喜马拉雅俯冲带的弹性-粘弹性模型在震间变形的影响,详细的分析了两种运动模型下的差异性。并结合震间GNSS速度场约束MHT断层震间闭锁深度,为深入研究高原变形机制及地质灾害预警提供了一定的参考。
