长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

长白山火山区深部结构探测的研究进展与展望

文章较系统地梳理了针对长白山火山区开展的地球物理观测和探测研究情况,概述了地壳和上地幔结构探测研究的主要进展,即长白山火山下方地壳和上地幔中存在与火山岩浆系统相关的低速低阻体,长白山火山在成因机制上与西太平洋板块俯冲活动密切相关.在此基础上,指出了深入探测研究方面待解决的科学问题,包括中国和朝鲜半岛开展联合探测研究,火山岩浆囊三维分布和流变性的多学科精细探测研究,以及长白山火山潜在喷发危险的科学评估和动态监测系统建设等.     

长白山火山区壳幔物性结构与深部物理场特征

长白山火山是一座具有潜在喷发危险的大型近代活动火山,因此通过对该火山活动的监测,加强对长白山天池火山岩浆系统的研究并了解天池火山的活动性质是很有意义的.除了开展长白山火山活动历史、火山地层学、火山岩岩石学、年代学以及火山地质等研究之外,我国从20世纪80年代开始在该火山区域进行了一系列的地球物理探测活动.为深入了解长白山火山区岩浆的分布与活动特征,本文对前人工作进行总结,得到了关于长白山火山活动的以下几个方面的认识:1)通过火山区地震活动性监测得到了火山区的岩浆活动状态;2)利用大地电磁测深对火山区地下是否存在可能再次活动的岩浆囊及其分布形态进行监测,为火山喷发的危险性预测和灾害评价提供依据;3)利用人工源深地震测深对长白山天池及其邻域的结晶基底及地壳精细结构进行讨论;4)利用天然地震对火山区地壳、上地幔结构进行深入研究,分析了与火山区有关的深层动力学因素;5)对国外火山区重力监测实例的调研表明,重力监测对了解岩浆活动状态是十分有效的手段.多种地球物理方法的综合应用,获得了长白山火山地区地壳至地幔转换带的详细资料.     

背景噪声面波与布格重力异常联合反演:山西断陷带三维地壳结构

讨论了利用面波与布格重力异常联合反演三维地壳速度结构的新方法,并利用该方法联合反演获得山西断陷带地壳S波速度结构.通过建立速度与密度之间的经验关系,利用非线性迭代反演方法获得最终速度模型.结果显示,联合反演获得的速度模型可以同时提高对面波及重力数据的观测拟合程度,而面波单独反演得到的速度模型则无法很好的拟合重力观测数据.相比较,联合反演速度模型中的大同火山区中下地壳的低速异常幅值小于面波单独反演模型中低速异常体的幅值.联合反演速度模型结果揭示,吕梁山地区在中下地壳存在低速异常,并且和北部的大同火山区低速异常相连接,说明可能导致新生代以来大同火山区岩浆活动的上地幔构造活动(上地幔局部上涌,地幔柱)可能对山西断陷带的形成和构造活动起到了一定的控制作用,并且导致了吕梁山地区中下地壳的低速异常.     

滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

腾冲火山地热区地壳结构的地震学研究

根据腾冲火山地热区实施的人工地震测深剖面资料 ,用有限差分反演和正向走时拟合方法确定了地壳二维 P波速度结构 .地壳模型显示 ,在腾冲的热海热田附近上地壳存在低速异常体 ,它与火山地热活动可能有关 .测线的二维地壳结构上显示出两条地壳断裂 :龙陵—瑞丽断裂和腾冲断裂 ,其中腾冲断裂可能切穿莫霍界面 .同时 ,根据远震波形资料反演腾冲热海热田地区的 S波速度结构 ,也显示出该地区上地壳存在 S波的低速异常 .本文从深部结构方面探讨腾冲火山的成因 .腾冲火山地热区地壳具有低 P波和 S波速度、低电阻率、高热流值和低 Q值 ,以及上地幔也具有低 P波速度的特点 .由此推测地壳内岩浆来源于上地幔 ,腾冲附近地区存在的上地壳低速度异常可与岩浆的分异作用相联系 .与地球上大多数的活动火山一样 ,腾冲火山位于移动板块之间的边界附近 ,属于“板块边界”火山     

利用背景噪声研究地震波速度变化及其在长白山火山监测中的应用

介绍了利用背景噪声研究地震波瞬时波速变化的方法,应用长白山火山区的地震监测数据演示并讨论了从单台数据预处理到数据质量控制的4个数据处理步骤。应用文中介绍的方法,使用长白山火山区域地震台网的连续观测数据,研究了长白山火山区地下介质的相对地震波速变化。带通滤波范围是0.02~0.1Hz,这一滤波带的地震波速对应的敏感介质深度位于地壳与上地幔之间。长白山火山区地震波速度的长趋势变化显示出了明显的季节性影响,这可能是由当地降雨量变化引起的。2001—2007年CBS-YNB台站对的地震波速度变化幅度达到2%,高于背景值(1.5%),因为此间长白山火山地下岩浆发生了一次扰动,可能是岩浆活动导致了地震波速度变化幅度增大。     

腾冲火山及周边地区双差层析成像

利用云南腾冲火山地区15个固定台站记录到的7923次地震的P波到时资料,采用双差层析成像方法,反演得到腾冲火山及周边地区地壳及上地幔顶部三维P波速度结构和地震重定位结果.研究发现,腾冲火山区域地壳内存在明显的地震波低速区,P波速度低于整个区域地壳速度平均值超过15%,上地幔顶部存在规模较大的低速异常区.推测腾冲火山地区存在较大规模的地幔热物质上涌以及向地壳的侵入,热物质在地壳内以岩浆囊形式存储,并且壳内岩浆囊之间可能存在岩浆通道.通过联合反演获得的地震重定位结果显示,丛集地震位置更加集中,其展布特征与断裂构造具有显著的对应关系,表明研究区域断裂构造比较活跃.获得的高分辨率三维P波层析成像结果,为进一步认识火山地区岩浆存储特征以及地震分布与区域构造之间的关系提供了新的地震学依据.     

腾冲火山多地球物理参数模型

腾冲火山区是中国最年轻的板内火山之一,岩浆活动频繁以及高温地热异常使其受到广泛关注.以往的地球物理探测结果显示腾冲火山区下方存在地壳岩浆囊,但其深部几何形态和分布一直存在争议.本文基于腾冲火山地区的大地电磁测深结果,并结合相关地质与地球物理资料,提出腾冲火山岩石圈尺度的多地球物理参数模型.我们的模型显示在腾冲火山区中下地壳内存在三个岩浆囊;腾冲火山区岩石圈上地幔可能存在岩浆囊,但需要长周期大地电磁测深数据进一步的验证.     

云南腾冲火山区上部地壳三维地震速度层析成像

根据1999年腾冲火山区人工地震探测资料，用层析成像方法反演了腾冲火山区上地壳三维P波速度结构．层析成像结果显示出，在腾冲火山区下方的上地壳内存在明显的P波低速区，该低速区在地下7～8km深度，可能与上地壳内的岩浆囊或部分熔融体有关．层析结果还显示出低速区主体在热海地区的东北侧．地表附近的低速区可能是构造破裂发育地区形成了有利于深部热流体上升的通道，因此，在热海形成最活跃的地热显示．      

东北亚地区地壳密度结构与垂向构造应力场

本文利用EIGEN-6C4重力数据和ETOPO1地形数据,在考虑物质密度横向不均匀的情况下,在东北亚地区展开地壳均衡研究,并重点分析了长白山的隆升机制.首先,针对穿越长白山和库页岛的两条近乎东西向的剖面（剖面A、B）展开详细研究,以CRUST1.0模型为初始条件,利用布格重力异常数据,基于Airy模型和Airy-Pratt模型分别反演了相应剖面的地壳密度结构,发现两剖面的地壳密度呈现一定程度的横向不均匀特性;接着基于上述密度结构和高程数据,利用Airy均衡理论计算了相应剖面的均衡面深度,并进一步比较莫霍面（Moho）和均衡面的差异,计算了剖面的垂向构造应力分布;然后,把上述方法应用到整个东北亚地区,计算了1°采样的21条东西向剖面的垂向构造应力,插值得到整个东北亚地区的垂向构造应力分布.结果表明,东北亚大部分地区垂向构造应力基本为零,总体处于均衡状态,长白山地区垂向构造应力为-15~-25 MPa,日本列岛垂向构造应力为-40~-50 MPa,太平洋海沟垂向构造应力为15~25 MPa;最后,本文运用自由空气重力异常导纳方法,计算了长白山地区的有效弹性厚度（T_e）和加载比,发现长白山地区的T_e为10 km,表明该地区的岩石圈较为柔软;加载比结果显示,岩石圈初始加载主要来自莫霍面,占总加载的78%,表明长白山的隆升主要源自地幔物质上涌.     

海城地震震源区的地震尾波衰减特征

本文使用简化的能流模型(Frankel，A．et al.,1987)研究了海城地震震源区的地震尾波衰减及介质Q值的时空分布特征。结果表明,使用该方法求得的尾波Q值基本上是介质非弹性吸收的度量；海城7．3级地震前震的Q值较高，约为500，震后显著降低至380，但5．9级最大余震震源区的Q值仍与大震前相同。这可能说明大震发生时该处介质并未破裂。最大余震发生后，整个震源区的平均Q值降至344。但地震前后介质Q值发生明显变化的范围并不大，直径约为20km。     

基于InSAR、GPS形变场的长白山地区火山岩浆囊参数模拟研究

利用差分合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR）获取长白山地区的形变场.结果显示1995~1998年期间,位于长白山东南侧的间白山火山存在6~12 cm的视线向形变,而长白山天池火山处于平静期,没有明显形变.利用2002~2003年的GPS和水准获取的形变数据,分别采用Mogi单源、双源模型反演了长白山地区火山的岩浆囊参数.其中双源模型拟合效果较为理想,两个点源一个位于长白山天池老火山口下方7.9 km处,另一个位于间白山火山下方5.5 km处.对双源模型反演得到的岩浆囊参数进行适当调整,拟合得到与InSAR形变场基本吻合的结果.上述研究结果表明长白山地区火山活动存在时间上的间歇性和空间上的迁移性,为进一步研究长白山地区火山活动机制提供了参考和依据.     

The 1919–1920 eruption of Mauna Iki,Kilauea: chronology,geologic mapping,and magma transport mechanisms

Utilizing historical accounts, field mapping, and photogeology, this paper presents a chronology of, and an analysis of magma transport during, the December 1919 to August 1920 satellitic shield eruption of Mauna Iki on the SW rift zone of Kilauea Volcano, Hawaii. The eruption can be divided into four stages based on the nature of the eruptive activity. Stage 1 consisted of the shallow injection of a dike from the summit region to the eventual eruption site 10 km downrift. During stage 2, a low ridge of pahoehoe formed in the vent area; later a large a'a flow broke out of this ridge and flowed 8.5 km SW at an average flow front velocity of 0.5 km/day. The eruption continued until mid-August producing almost exclusively pahoehoe, first as gas-rich overflows from a lava pond (stage 3), and later as denser tube-fed lava (stage 4) that reached almost 8 km from the vent at an average flow-front velocity of 0.1 km/day. Magma transport during the Mauna Iki eruption is examined using three criteria: (1) eruption characteristics and volumetric flow rates; (2) changes in the surface height of the Halemaumau lava lake; and (3) tilt measurements made at the summit of Kilauea. We find good correlation between Halemaumau lake activity and the eruptive stages. Additionally, the E-W component of summit tilt tended to mimic the lake activity. The N-S component, however, did not. Multiple storage zones in the shallow summit region probably accounted for the decoupling of E-W and N-S tilt components. Analysis of these criteria shows that at different times during the eruption, magma was either emplaced into the volcano without eruption, hydraulically drained from Halemaumau to Mauna Iki, or fed at steady-state conditions from summit storage to Mauna Iki. Volume calculations indicate that the supply rate to Kilauea during the eruption was around 3 m³/s, similar to that calculated during the Mauna Ulu and Kupaianaha shield-building eruptions, and consistent with previously determined values of long-term supply to Kilauea.     

Analysis of Deformation Characteristic and Uplift Mechanism in Longgang Volcanoes,Jilin

吉林龙岗火山区是第四纪活动火山,具有潜在喷发危险。通过GNSS和水准资料分析区域三维地壳运动,得出2011—2019年相对欧亚板块水平运动以东南向为主,速度＜10 mm/a。敦化-密山断裂以东受日本2011年“3·11地震”影响强烈,现以拉张运动为主;近年来水准资料揭示火山区垂直运动以隆升为主。2014—2019年的InSAR资料显示隆升集中在靖宇一带。结合MT剖面反演得到的深部电性结构,龙岗火山区西侧高阻体分布在深度18 km以上,金龙顶子火山下方最浅。中部为早期喷发形成的火山,下方高阻体分布在深度40 km以上,东侧抚松一带分布在深度约20 km以上,地壳范围内的高阻结构表明岩浆已固结。高阻结构层可分辨出断层两侧电阻的差异性。高阻体下方存在大规模低阻结构,推测为中下地壳岩浆系统。金龙顶子火山深度10 km以下的低阻结构可能为岩浆通道,并与中下地壳岩浆系统相连。东侧区域岩浆平均深度约30 km,相对较浅。龙岗火山区幔源物质的上涌及间断性的向上运移引起地壳隆升及地震活动。     

长白山天池火山岩浆系统分析

针对外媒报道长白山天池火山在近2年内有可能喷发的言论,在长白山天池火山区布测了一条长度约为103 km的二维大地电磁测深观测剖面,对火山区深部电性结构进行探测研究.由于研究区内不明来源的电磁干扰非常强,对数据采用了远参考处理、Robust处理、Rhoplus分析、张量阻抗分解和基于一维层状介质电阻率与相位互算方法等先进处理技术,获取到一批在强干扰区质量较为可靠的电磁数据,利用数据计算分析了长白山天池火山区二维构造走向和感应矢量特征,采用NLCG二维反演技术对资料进行了二维反演解释,并将反演结果与前人探测结果进行了对比分析.探测结果表明:在天池火山口下方存在明显的直立型岩浆通道,岩浆通道在下方约5~8 km位置形成关闭;在火山口下方往北方向附近,在埋深位置约7 km深处存在一个明显的低阻异常体,电阻率小于10 Ωm,且与岩浆通道对接,推测其可能是地表浅部发育的岩浆囊;在长白山山门附近C07-C09号测点之间和C04-C05号测点之间,在埋深约7~17 km深处发现近直立型低阻带,低阻带与下方低阻体直接相连,推测低阻带内赋存有活动的岩浆;随着埋深的增加,从天池火山口南部约20 km位置往北方向,在埋深13~30 km之间壳内广泛发育明显的低阻异常体,推测其可能是活动的岩浆囊.反演结果与前人探测结果整体电性特征相似,但又局部不同.     

福州地区的Q结构和它的横向不均匀性

本文利用人工爆破地震资料,在频率域中,用波组频谱比方法计算了福州地区的Q结构,结果发现:该区中地壳低速层Q值明显偏低,仅为40——80,且存在横向变化,地壳上部和下部Q均为200左右;福州盆地与永泰——梧桐地段地壳平均Q也明显偏低,且福州盆地中部Q仅120—150,为全区最低值,低Q区与温泉分布和断裂位置有良好的对应关系。     

Estimating building exposure and impact to volcanic hazards in Icod de los Vinos,Tenerife (Canary Islands)

Principal and subsidiary building structure characteristics and their distribution have been inventoried in Icod, Tenerife (Canary Islands) and used to evaluate the vulnerability of individual buildings to three volcanic hazards: tephra fallout, volcanogenic earthquakes and pyroclastic flows. The procedures described in this paper represent a methodological framework for a comprehensive survey of all the buildings at risk in the area around the Teide volcano in Tenerife. Such a methodology would need to be implemented for the completion of a comprehensive risk assessment for the populations under threat of explosive eruptions in this area. The information presented in the paper is a sample of the necessary data required for the impact estimation and risk assessment exercises that would need to be carried out by emergency managers, local authorities and those responsible for recovery and repair in the event of a volcanic eruption. The data shows there are micro variations in building stock characteristics that would influence the likely impact of an eruption in the area. As an example of the use of this methodology for vulnerability assessment, we have applied a deterministic simulation model of a volcanic eruption from Teide volcano and its associated ash fallout which, when combined with the vulnerability data collected, allows us to obtain the vulnerability map of the studied area. This map is obtained by performing spatial analysis with a Geographical Information System (GIS). This vulnerability analysis is included in the framework of an automatic information system specifically developed for hazard assessment and risk management on Tenerife, but which can be also applied to other volcanic areas. The work presented is part of the EU-funded EXPLORIS project (Explosive Eruption Risk and Decision Support for EU Populations Threatened by Volcanoes, EVR1-2001-00047).     

利用天然地震研究蒙城地震台区域范围内介质的品质因子Q值

基于单次散射模型的尾波功率谱分析法,利用安徽省蒙城区域数字地震台1999年12月30日记录震中距35 km,M_S 4.1地震波形资料计算蒙城地震台周边半径约55 km范围内区域地球介质不同频率的Q值,发现0.5—20 Hz频率范围内,Q值随频率的变化关系近似服从幂函数关系Q_c=Q_0f~η,Q_0为1 Hz时的Q值,即Q_c=27.04f~(0.9952±0.0004),其中Q值在13—533范围内,平均值为273,η值在0.9952±0.004。结果表明,蒙城地震台附近范围内Q值具有较强的频域依赖性,与他人研究求得的Q作比较,平均值结果接近该Q值可以较好反映当地地球介质的品质因子;给出当地地震波传播介质的平均自由程为15 km,探讨介质的品质因子Q(Q_c)值的物理意义及应用,对研究本地区的地震活动习性及震后趋势预测具有重要意义。     

太行山构造带壳幔结构分段性特征

分别利用纯S波波形反演和T函数法计算了太行山构造带及其邻近地区100km以上的壳幔剪切波速度结构,结果显示太行山构造带在南、中、北段的壳幔结构存在明显差异。南段邢台邯郸地区地壳中比较突出的特点是下地壳存在一个厚度近10km的低速层;中段石家庄—保定地区靠近山脉的各台地壳结构相对比较稳定,越向盆地区发展,结构愈加复杂化;北段到达北京地区,由于该区是太行山与燕山构造带的交汇地区,中下地壳出现薄高低速转换层位,呈现不稳定状态。沿太行山构造带东缘是地震活动带-河北平原地震带,通过对比速度结构与地震空间分布,发现不同区段小震分布特点与地下低速或不稳定结构关系密切。结合该区域上地幔速度结构特征,认为太行山中段与华北地区中新生代以来的岩石圈大规模减薄运动关系密切,而南北两段当前地幔物质比较活跃,构造运动相对更为强烈。