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     

腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比研究

腾冲是青藏高原东南缘重要的第四纪火山活动区域,全新世以来的火山主要集中在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了深入探索这一火山区的深部结构和岩浆活动特征,我们在腾冲北部开展了为期一年的流动地震观测,利用接收函数方法计算了台站下方的地壳厚度、平均波速比和泊松比,研究结果揭示出测线下方地壳结构与岩浆活动及火山分布的对应关系.测线北部7个台站的地壳厚度在35.4~37.6 km之间,平均波速比为1.82~1.92、泊松比为0.28~0.31,其中马站附近莫霍面抬升幅度最大,与相邻地区莫霍面深度相差1~2 km,平均波速比和泊松比也达到最大值.相比之下,测线南端两个台站的地壳厚度接近40 km,平均波速比和泊松比仅为1.61~1.64和0.18~0.20,与测线北部7个台站的地壳结构相差甚大.分析表明地幔上涌对火山区莫霍面的局部抬升产生了一定影响,火山湖、黑空山、大-小空山和打鹰山下方应该存在一个相互联通的壳内岩浆囊.该岩浆囊在南北方向上的尺度约为20 km,热流活动以及幔源物质的侵入是地壳平均波速比和泊松比偏高的主要原因,它与热海附近的地温异常区分属两个不同的壳内岩浆存储系统.     

腾冲及其邻区地壳S波速度结构

利用腾冲及其邻区架设的23个台站的远震波形资料,应用接收函数及时间域的线性反演方法反演了各台站下方的S波速度结构,分析该区域的地壳速度结构特征,结果表明:腾冲及其邻区莫霍面深度为39 km左右,整个研究区域地壳厚度从南(32 km)到北(42 km)逐渐增加。不同深度的S波速度结构显示,腾冲附近的中下地壳(30 km附近)呈现为明显低速区,该低速区以腾冲为中心展布,范围约为30 km。低速异常区域与地壳内的岩浆活动和部分熔融物质有关,深部熔融物质为腾冲地区带来了丰富的地热资源。     

腾冲火山区深部构造研究及其与岩浆活动的关系

利用地球物理资料分析了腾冲火山区的深部构造特征,针对岩浆囊的数量、规模、传输通道以及地幔源区等问题进行了讨论.分析表明,腾冲火山区存在三个尚未完全固结的岩浆活动区域,它们分别位于黑空山、热海以及五合-团田一带.其中黑空山和热海附近的岩浆囊深度在5~25km之间,水平方向达到15~20km,而五合-团田一带岩浆囊的构造特征尚不能确定.上述岩浆囊通过浅部通道与黑空山、小空山以及热海相连,目前还不能判明打鹰山、马鞍山、老龟坡、来凤山等最新一期的火山下方是否存在类似的岩浆囊,也不清楚它们通过怎样的传输通道与已知的壳内岩浆囊相连.一些重要断裂如腾冲断裂、大盈江断裂和龙陵断裂,特别是这些断裂的交汇部位有可能成为连接壳内岩浆囊和上地幔源区的通道.与周边地区相比,腾冲火山区的岩石圈厚度明显减薄,高热活动与印缅块体向东俯冲有密切的联系:岩石圈板片下沉导致地幔上涌和弧后扩张,热流物质穿过壳幔边界进入地壳形成岩浆囊,也不排除中生代以来Sagaing断裂右旋剪切产生的深部效应.尽管腾冲火山区深部动力过程的构造轮廓日渐清晰,仍需开展高分辨地球物理探测才能揭示壳内岩浆系统和传输通道的细节,以便合理建立火山区岩浆活动的构造模型.     

以垂直形变资料反演腾冲火山区岩浆活动性的初步研究

根据腾冲火山区67个精密水准测点的4期实测垂直形变资料,和对该火山区已有的地质和地球物理工作的分析,参考了由层析成像推测的腾冲火山岩浆系统动力模型,利用Mogi模型对岩浆房的大小和空间位置进行了最小二乘法反演的初步研究。对4期资料分别进行了形变差的反演计算,所得初步结果表明岩浆活动源比较分散,可能存在3个表示岩浆流入引起地面上升的上升源,和2个表示岩浆流出到断层中引起地面下降的下降源。上升源位置大致沿北东走向的断层分布。而下降源位置则在测区东南一侧,等效岩浆源的深度在6～4km之间,与小震震源的深度大致相符。4年来岩浆活动量约为10^6m^3,量级与国外已喷发的火山相比处于较低活动水平．     

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．      

腾冲火山区水平形变初探

介绍了采用精密大地测量的方法,对腾冲火山区域的水平形变情况进行了探索。通过两期相距３８年的实测数据,对火山“休眠期”中岩浆活动与地壳局部变形的相关性进行研究,并提供了部分计算结果。作者认为,采用精密大地测量的方法对火山区域地壳变形进行研究是可行的;火山区域水平形变与构造形变的区别是存在的;腾冲火山区内近几十年内岩浆的动也是明显的,但目前总体为间歇性收缩期;从水平形变测量的结果来看,显示了南面活跃的迹象;且认为可能是岩浆囊的存在才会引起此大范围的地壳活动。     

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.     

云南腾冲地区现代地热流体活动类型

腾冲地区存在两类地热流体活动。其中热海- 热水塘地区、马鞍山火山口附近的地热流体活动属火山区地热流体活动,其热源或气体挥发组分的物质来源与近代火山喷发活动或现代幔源岩浆侵入活动直接有关。区内其它地热流体活动多属构造活动成因。在腾冲地区,地热流体逸出He 的3 He/4 He≥1-2 Ra 可作为区别这两类地热流体的可靠指标     

长白山天池火山2015—2022年InSAR变形与活动状态分析

地表形变信息可有效反映火山下岩浆房的活动状态,对于理解火山活动演化过程非常重要。文中利用Sentinel-1A/B的升、降轨影像,采用SBAS InSAR与Stacking InSAR技术,获取了长白山天池火山2015—2022年间的地表形变时间序列及速率,并结合Mogi点源模型反演岩浆房的几何参数,得到的主要结论如下：1)火山口及周围区域整体下沉,火山口附近视线向形变速率约为-4～-2mm/a,远离火山口的局部形变速率可达-6mm/a。2)根据Mogi模型反演的火山下浅层岩浆房深约6km,体积变化率为-3.3×10⁵m³/a,岩浆房位于长白山天池火山口下偏西的位置。3)1992—2022年期间,火山经历了从平静到扰动、再到平静的岩浆活动过程,在2002—2005年监测到明显的地表隆升变形,岩浆房体积显著膨胀,之后岩浆的活动性逐渐减弱。     

用形变资料分析腾冲火山区岩浆的活动特征

联合1998~2004年的五期水准测量资料以及2002~2004年的GPS观测成果,分析了腾冲火山区岩浆的活动特征。垂直形变资料显示,火山区南部发生较明显下降,这可能是由岩浆和水的流失及放气等原因引起;水平形变资料显示,以固东—腾冲断裂(F2)的西支为界,断层两盘分别向东、西两个方向运动,断层活动表现出明显的拉张特征;综合分析表明,岩浆可能沿断层从南部向北部运移,并在断层内重新聚集形成岩墙;垂直形变的多个极值区以及水平位移的不规则性表明,火山区岩浆体不很规则或有多个岩浆囊体存在;从形变量大小分析,岩浆的活动量远小于中等程度火山喷发的质量,表明火山近期喷发的危险性较小。     

Seismological study on the crustal structure of Tengchong volcanic-geothermal area

Introduction The Tengchong volcanic-geothermal area is located on the northeast edge of the collision zone between Indian and Eurasian plates, and belongs to Eurasian volcanic zone (the MediterraneanHimalayanSoutheast Asia volcanic zone). In Tengchong area, the Quaternary volcanic, geothermal and seismic activities are all intensive. These phenomena have been drawing the attention of many geoscientists in the world. Their studies are concerned with geology, geophysics, geochemistry, and cr…     

INVERSION RESEARCH OF PALEOSTRESS FIELD IN TENGCHONG AREA BASED ON VENT ALIGNMENT SURVEY METHOD

The acquisition of paleostress data has always been a key and difficult problem in the field of tectonics and crustal dynamics. Previous findings show that the distribution of dykes and the alignment of volcano vents can indicate the direction of major principal stresses during the volcanic eruption period. The extension direction of underground dyke is generally parallel to the linear arrangement direction of vent and both of them give the direction of maximum horizontal principal stress in this period. This law has similar mechanical principle to hydraulic fracturing. Vent alignment survey method is a kind of geostress inversion method based on volcanic linear mode. In this paper theoretical basis of vent alignment survey method and the linear model of volcanic array are introduced. Based on the panchromatic high-resolution remote sensing image and digital elevation model(DEM)data in the Tengchong area, combining the geological exploration data about lithologic distribution of igneous rocks and the past research results of volcanic activities in the area, the research divides the volcanoes in this area, according to the age of volcanic eruption, into Holocene, late Pleistocene, early Pleistocene and Pliocene. Nakamura model was established based on the morphological characteristics and spatial distribution of the crater, and volcanic eruption period to evaluate the linear degree of the volcano in different age, and to carry out inversion of the paleostress field of the four volcanic eruption periods in Tengchong area. The reliability of the inversion results is evaluated according to Paulsen's data reliability assessment system. The data from inverting the paleostress of each show that maximum horizontal principal stress directions in the early Pleistocene period and late Pleistocene period are 39° and 37° respectively and reliability grades of inverted paleostress results in the two eras all belong to grade B; Inverted paleostress results in Holocene and Pliocene are not reliable because of the poor linearity of volcanic arrangement. The geostress direction determined by the vent alignment survey method is fairly consistent with the current geostress field obtained by the focal mechanism solution and the anelastic strain recovery(ASR method)and matches the tectonic history of Tengchong area since Neogene. The research findings demonstrate that the vent alignment survey method is an effective paleostress inversion method. The application of this method in the paleostress inversion of the Tengchong volcanic area is of important reference significance for the study of paleostress field in other volcanic areas in China.     

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.     

腾冲火山及其周围地区的地壳Q值特征

本利用腾冲火山活动区及周围地区的地方震尾波资料。根据尾波散射理论,研究了火山地区及周围地区的地壳Ｑ值。结果表明,火山地区的地壳Ｑ值最低。为９５,近邻区的龙陵－－保山地区的１７０－１５０之间。,周围地区最高达２９５左右。是火山地区的１．８－３．０倍左右。地壳Ｑ值的空间２明显表现出腾冲火山活动区为低Ｑ值区,而周围地区为高Ｑ值地区,这种地壳Ｑ值的空间２差异也许反映了火山地区内部介质状态与周围地区构造地     

腾冲地区近震S波分裂研究

本文利用布设在云南腾冲地区的15个固定和流动地震台站记录的近震波形数据,采用剪切波分裂分析方法得到了593对高质量的各向异性分裂参数.结果显示,腾冲火山区地震台站下方的近震各向异性的慢波延迟时间为0.02~0.37 s,平均延迟时间0.2 s.结合已有接收函数地壳各向异性研究结果,推测研究区地壳各向异性的主要贡献源自中上地壳.研究区不同台站的快波偏振方向变化很大,似乎反映了构造和区域应力场的共同作用.其中腾冲火山断裂西侧多数台站的快波偏振方向呈近N-S向,而东部多数台站的快速偏振方向呈NE-SW向,与区域主压应力方向一致,暗示研究区中上地壳各向异性主要是受主压应力引起定向排列的裂隙所致.基于近震走时得到的研究区平均VP/VS为1.68,推测腾冲火山区地壳应力场的局部变化可能与上地壳中富含气体的中酸性岩浆膨胀活动有关.另一方面,在腾冲火山区外围个别台站(MIZ、MZT)观测到了快波偏振方向与主压应力、已知断层等构造走向不一致的现象,暗示其各向异性是构造或构造和区域应力场共同作用的结果.     

腾冲火山区微震观测(Ⅱ)

论述了腾冲火山地区流动数字化台网的建设与观测过程。根据腾冲台网记录的各种微震图像,将其进行分类分析。主要有包络型事件、微构造破裂事件、汽爆事件、高频地震和小震群。由震相分析判断热海台记录到岩浆熔融体上的反射ＳxＳ波,腾冲地震台记录到Ｓ波不发育图像。表明腾冲火山区南部存在岩浆熔融体,估计距地表５～８ｋｍ。腾冲台网观测表胆腾冲火山区周边地区地震活动水平明显高于火山区,火山区南部的马鞍山热海一带是腾冲火