全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果还可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制。     

板块运动与地震各向异性及应力场的相关性统计分析

利用收集到的各种来源共计7 959组的地震各向异性观测数据和21 750组应力场数据,结合板块绝对运动模型计算给出的各板块的运动规律,分别统计分析了板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,并对板块运动对地震各向异性及应力场特征产生的影响进行了分析． 统计结果表明,阿拉伯、 加勒比、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 太平洋和南美板块上地震各向异性与板块运动均具有较好的相关性,而非洲、 南极洲、 澳大利亚、 欧亚、 印度和菲律宾板块上二者的相关性则相对较差. 讨论分析发现,板块运动拖动软流圈流动、 橄榄岩晶格优选方位、 化石各向异性和地幔流动或岩石圈流动等因素均在一定程度上控制并影响着地震各向异性与板块运动的一致性． 而板块基底拖曳力、 洋脊推力、 浮力作用和碰撞及俯冲作用等多种因素共同制约了板块运动与应力场的相关性,使得非洲、 可可斯、 欧亚、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 菲律宾和南美板块上二者的相关性较好,其它板块上其相关性则较差． 对于俯冲带地区,由于俯冲机制的复杂性和软流圈、 岩石圈地幔流动方向的不确定性,其板块运动与地震各向异性及应力场的相关性图像表现复杂,需要结合具体的俯冲带构造进行近一步研究．      

全球地震各向异性数据汇编及相关研究综述

地震各向异性是我们了解地球内部结构及其演化过程的重要信息之一,同时为岩石圈及其下部地幔在过去和现在相当长时间范围内的变形特征提供了关键性的约束.Schutt和Fouch及Wiistefeld等分别于2001和2009年对地震各向异性数据进行了汇编.本文在此基础上,收集了最新的相关观测数据,并对其进行了建库处理,数据收集过程中,我们更加注重原始数据中关于地震震源深度和震级等方面的参数收集,这些地震各向异性的观测数据,基本覆盖了NUVEL-1A模型中除可可斯和斯科舍板块以外的13个板块.这些地震各向异性数据尽管来源不同,数据质量参差不齐,给我们进行统一数据汇编带来了一定的困难,但很显然,作为基础数据,其汇编与统计分析工作还是很有意义的.相关的研究工作已经表明,地震各向异性可以用来反映俯冲带流动场的主导因素,我们对这些汇编数据的初步统计分析也显示,地震各向异性与全球板块运动及应力场特征之间均存在着较好的相关性.尽管在板块与板块间的边界带,尤其是俯冲带地区,其相关性相对较差,这可能是由于板块俯冲机制的复杂性及上地幔中固态岩石层与软流层相对非定向流动的复杂性造成的.     

采用剪切波分裂方向约束的板块绝对运动模型研究

板块绝对运动(即岩石圈板块相对于深部地幔的运动)导致软流圈深度存在较强的剪切作用,为软流圈呈现较强的地震波速各向异性提供了一种物理解释.相应地,软流圈地震各向异性的实测数据为反演板块绝对运动提供了一种定量的约束.本文利用前人发表的由474个剪切波分裂数据组成的全球软流圈地震各向异性方向数据集,结合板块相对运动模型MORVEL,通过加权最小二乘法反演板块绝对运动.计算结果表明,由实测数据约束的板块绝对运动模型不能将观测数据拟合到原始数据测量误差要求的统计水平上,反映出以地震各向异性方向指示板块绝对运动方向存在原始数据测量误差之外的系统性误差.该误差或可归因于板块绝对运动控制软流圈地震各向异性的物理机制复杂性以及小尺度地幔流动的区域复杂性.因此,地震各向异性方向只能从统计平均的意义上约束板块绝对运动方向,两者间的差别除了测量误差外还应包含复杂物理成因的模型误差.在原始数据测量误差的基础上增加20°的模型误差并且剔除一个离群数据后,本文得到了最优拟合剪切波分裂数据集的SKS473模型,并与由热点数据反演得到的板块绝对运动模型进行对比.由于约束板块绝对运动的地震各向异性数据和热点数据都存在误差较大、地理分布不均的局限性,结合两类数据的联合反演或可成为未来建立更高精度板块绝对运动模型的有效途径.     

东亚地震活动的时空分布及其与区域应力场的关系

来自板块之间相对运动的构造力可以传递到大陆地壳,从而形成了大陆内部的地震应力场.在某一地区,包括小地震在内的地震活动性的分布可以反映该地区的应力场的变化.根据这一观点,本文根据大量的震源机制解的结果以及最近500年的地震活动资料,详细地研究了东亚地区内几个地区的区域应力场的特征.其结果表明,来自太平洋板块相对欧亚板块的俯冲所形成的构造力,控制了从华北地区到南北地震带北段的应力场.本文根据小震的地震活动变化的特征,讨论了日本一部分地区由地震活动性的变化所反映的区域应力场的变化.中国西部以及印度-澳大利亚和欧亚大陆板块边界地区,最近大约100年地震活动性的同步变化表明,来自印度-澳大利亚板块和欧亚板块碰撞所产生的构造力,传递到了中国西部.印度-澳大利亚板块和欧亚大陆板块边界,以及中国西部的地震活动,现在依然处在地震活动高潮期.      

东亚地震活动的时空分布及其与区域应力场的关系

来自板块之间相对运动的构造力可以传递到大陆地壳,从而形成了大陆内部的地震应力场.在某一地区,包括小地震在内的地震活动性的分布可以反映该地区的应力场的变化.根据这一观点,本文根据大量的震源机制解的结果以及最近500年的地震活动资料,详细地研究了东亚地区内几个地区的区域应力场的特征.其结果表明,来自太平洋板块相对欧亚板块的俯冲所形成的构造力,控制了从华北地区到南北地震带北段的应力场.本文根据小震的地震活动变化的特征,讨论了日本一部分地区由地震活动性的变化所反映的区域应力场的变化.中国西部以及印度-澳大利亚和欧亚大陆板块边界地区,最近大约100年地震活动性的同步变化表明,来自印度-澳大利亚板块和欧亚板块碰撞所产生的构造力,传递到了中国西部.印度-澳大利亚板块和欧亚大陆板块边界,以及中国西部的地震活动,现在依然处在地震活动高潮期.     

华南块体中部上地壳剪切波分裂特征

本文采用剪切波分裂分析方法,使用华南流动地震台阵(HN Array)和国家地震台网记录的近场波形资料,分析华南块体上地壳介质的地震各向异性特征.结果显示,华南块体快剪切波优势偏振方向整体表现为近东西向,与区域最大主压应力方向基本一致.结合华北块体地震各向异性特征,推测太平洋板块西向俯冲和菲律宾板块北西向俯冲作用,是中国大陆东部中上地壳各向异性的重要构造背景,导致中国大陆东部表现出近东西向的构造应力特征.苏鲁—大别造山和江南造山带的快剪切波偏振方向发生明显区域性变化,揭示了块体之间相互作用产生局部复杂构造特征和应力分布特点.研究显示,各向异性观测结果会因地壳结构的多样性变得复杂,通过江汉盆地的地震各向异性特征揭示出盆地内存在不同尺度的应力场.研究认为,岩石组分对中上地壳地震各向异性有重要贡献,华夏块体东部广泛存在的变质岩导致东西华夏块体各向异性偏振方向存在明显差异.     

太平洋板块俯冲对中国东北深浅震影响机理的数值模拟

本文采用与深度有关的不同分层结构模型, 并考虑太平洋板块俯冲角度差异等特征, 建立太平洋板块向中国东北地区俯冲的2D纵向静力学模型。 以太平洋板片俯冲速度为约束条件, 通过变化俯冲板块的俯冲角度, 数值模拟太平洋板块向中国东北的俯冲过程, 探讨太平洋板块俯冲作用对于我国东北深浅震的影响, 得到不同俯冲角度模型的深浅部应力场分布, 揭示区域构造应力场的总体特征和断裂带局部特性, 并讨论了活动断裂带以及邻近区域对东北地区深浅部构造应力场的响应。 结果表明, 太平洋板块俯冲角度的变化对于中国东北地区深浅震的地震活动格局具有重要影响, 断裂带构造环境是浅源地震孕育的基本条件。     

日本南海海槽地震区域应力场及其板块构造动力学特征

为了研究海沟型巨大地震发生机制及其构造动力学特征，详细研究了地震活动与震源机制结果，根据地震俯冲带几何形状及其内应力场区域特征，南海海槽下的俯冲带可划分为两段: 东部的四国-纪伊半岛段和西部的九州段. 东部的菲律宾海板块地震俯冲带呈现出低角度俯冲(10°～22°)，且俯冲深度相当浅(60～85km)的特征;而西部九州段的俯冲带为高角度俯冲(40°)，且俯冲深度较深(160km). 东、西部俯冲带内部应力场也截然不同. 东部的四国大部分地区和纪伊半岛的俯冲带内表现为俯冲压缩型应力场， 而西部的九州段则为明显的俯冲拉张型应力场. 本文在综合分析了重力异常、GPS、热流量等地球物理观测结果后指出，南海海槽东部， 即四国-纪伊半岛以南的海槽区域， 具有与智利海沟极其相似的地震发生板块构造动力学背景和高应力积累等特征， 属于年轻活动俯冲带的高应力型俯冲. 而西部的九州段，虽然也是海沟型地震活动区， 但不具有大地震发生的构造动力学背景和高应力积累， 不属于年轻活动俯冲带的高应力型俯冲. 俯冲带年龄的不同很可能是造成南海海槽东、西段板块构造动力学以及应力场不同的根本原因之一.     

中国东北地区地震活动特征及其与日本海板块俯冲的关系

分析中国东北地区深震 (mb≥ 6 .0 )及浅震 (MS≥ 5 .0 )的成组性活动特征 ,研究了深震“强震组”与浅震“强震组”的时、空相关性。着重探讨了西太平洋板块与欧亚板块碰撞带的地震分布特征及其与西太平洋俯冲带形态的关系 ,并着重分析了西太平洋板块对欧亚板块地震活动的影响。结果表明 :西太平洋板块俯冲倾角小的地区 ,板块碰撞带地震活动强烈 ,板块俯冲对欧亚大陆的影响也较强 ,俯冲带处于较强的挤压应力状态 ;西太平洋板块俯冲倾角大的地区 ,板块碰撞带地震活动较弱 ,板块俯冲对欧亚大陆的影响也较弱 ,深部俯冲带引张应力增强。分析认为 ,未来 10年中国东北地区将进入浅震“强震组”活动时段 ,期间可能发生MS≥ 5 .0地震 6次左右 ,应加强东北地区的地震监测预报工作     

Plate tectonics in ω space

The relative angular velocity vectors of the plates covering the earth form a three-dimensional closed polyhedron, for which we propose the name geohedron. All forms of plate evolution produce simple changes in the geohedron. Corresponding bodies exist for relative angular accelerations and an attempt is made to determine the value of the relative accelerations of the plates forming a single triple junction when they are governed by kinematic effects alone, but the resulting values do not agree with the available observations.     

Tomographic Study of the Adriatic Plate

Two well-known methodologies have been used, for the first time, to derive a detailed and reliable lithospheric model of the Adriatic Plate, consistent with the thus far available data: non linear inversion of phase and group velocity dispersion curve obtained from surface-wave tomography, and body-waves tomography. To carry out the body-waves tomography, about 16500 P phases and 2000 S phases from 1219 seismic events, 73 seismic stations located at the border of the investigated region and a vertically heterogeneous starting model derived from the nonlinear inversion of average dispersion measurements, are used. The 3-D velocity model of the upper lithosphere, obtained from the combined analysis, shows a rather clear structural anomaly on the northeastern side, where the crust is thicker, and an uprising of the top of the lid in the northern part of the plate with a very thin, if any, transition zone from crust to mantle.Acknowledgement We are grateful to Bruno Alessandrini and Luisa Filippi (National Seismic Service, Rome – Italy) for providing the computer code SIMULPS and for their very useful advice on the local earthquakes tomography method. This work has been supported by the Italian project MURST-COFIN prot. 2001048324-001 (2001).     

Plate tectonics in the Eastern Alps

The weight of the geological evidence, which includes the recognition of a late Cretaceous paired metamorphic belt, suggests that a southward dipping subduction zone existed in the Eastern Alps. On this basis a new plate tectonic model is presented for the post-Palaeozoic evolution of that orogen.     

Intra Plate Stresses Using Finite Element Modelling

One of the most challenging problems in the estimation of seismic hazard is the ability to quantify seismic activity. Empirical models based on the available earthquake catalogue are often used to obtain activity of source regions. The major limitation with this approach is the lack of sufficient data near a specified source. The non-availability of data poses difficulties in obtaining distribution of earthquakes with large return periods. Such events recur over geological time scales during which tectonic processes, including mantle convection, formation of faults and new plate boundaries, are likely to take place. The availability of geometries of plate boundaries, plate driving forces, lithospheric stress field and GPS measurements has provided numerous insights on the mechanics of tectonic plates. In this article, a 2D finite element model of Indo-Australian plate is developed with the focus of representing seismic activity in India. The effect of large scale geological features including sedimentary basins, fold belts and cratons on the stress field in India is explored in this study. In order to address long term behaviour, the orientation of stress field and tectonic faults of the present Indo- Australian plate are compared with a reconstructed stress field from the early Miocene (20 Ma).     

Plate tectonics and the fusion of Asia

The coincidence of orogenic belts containing zones of high pressure metamorphism, ophiolites and deepwater sediments with faunal province boundaries leads to the postulation of several sutural zones within Asia. About nine blocks are defined and it is suggested on the basis of palaeogeographical, palaeontological and tectonic evidence that Asia did not fuse completely until well into the Mesozoic.     

浅谈板块运动的动力

在对固体潮计算的基础上,提出固体潮很可能是使印度洋板块向南挤压中国大陆的力源,而地球自转角速度的变化很可能是太平洋板块沿东西方向挤压中国大陆的力源。     

Plate kinematics and geodynamics in the Central Mediterranean

We argue that seismotectonic activity in the Central Mediterranean area and the Aegean–Balkan zone is driven by the NNE-ward motion of Africa and westward motion of Anatolia with respect to Eurasia. These boundary conditions can plausibly and coherently account for E–W shortening and roughly S–N extension in the Aegean domain, thrusting and uplift at the boundary between the Aegean–Balkan system and the Adriatic/Ionian domain (Hellenic trench, Cephalonia fault, Epirus, Albanides and Southern Dinarides), the kinematics of the Adria plate (a large block encompassing the Adriatic continental domain, the northern Ionian zone and Hyblean-Adventure block) and consequently, the complex pattern of deformation recognized at its boundaries. Furthermore, the fact that in our scheme Adria moves almost in connection with Africa is consistent with the lack of an active decoupling zone between Adria and Africa, an evidence that can hardly be reconciled with the kinematics so far proposed for these two plates. The reasons why we adopt an Africa–Eurasia relative motion different from that implied by the popular NUVEL-1 global solution are discussed in detail. Finally, we make some considerations about the possible implications of the presently available geodetic data on the long-term plate kinematics.     

Upper mantle velocities on the Northern Cocos Plate

Refraction lines on the Northern Cocos Plate between the Orozco and Clipperton Fracture Zones have been used to determine upper mantle velocities over the plate. The velocities range from 7.50 to 8.43 km/sec. Azimuthal variations are found near the rise crest with low velocities parallel to the rise crest. The low velocities increase with age, lessening the observed azimuthal dependence away from the rise crest. A low-velocity zone is found in the mantle and may extend over a considerable portion of the plate near the rise crest. A 7.1-km/sec basal crustal layer is also observed and makes up a substantial portion of the crustal thickness.     

Plate on viscoelastic foundation under a moving load

Summary In this note the deflection of a simply supported rectangular elastic plate on viscoelastic foundation has been obtained due to a moving load.     

工业计算机薄片层析及其板、壳材料检测

本文讨论了工业射线计算机薄片层析(CL,Compmed Laminography)在板、壳材料结构检测中的应用,研究了一种抑制环形伪像的重构方法,并对其应用与重构方法进行了实验研究和计算机模拟。