菲律宾群岛深部速度结构成像与双向俯冲板片构造特征

菲律宾群岛受到欧亚板块、菲律宾海板块和印度-澳大利亚板块的碰撞作用,地质环境复杂,构造因素多样.尽管近几年来已经有了少数关于该区域层析成像的研究,但这些研究的区域主要集中在马尼拉海沟、吕宋岛及中菲律宾地区,而关于群岛周围其他海沟和南菲律宾地区的讨论相对较少.到目前为止,还没有同时获得过关于菲律宾群岛深部纵、横波速度结构的研究,本次研究通过反演155779条P波震相和59642条S波震相,同时获得了菲律宾群岛从地表至150 km深度的纵、横波速度结构.地震层析成像结果表明该地区的壳幔速度结构具有较强的不均一性,地壳内部存在着广泛的低速异常,而表征俯冲板块的高速异常则沿着群岛周边的海沟展布.南海块体在马尼拉海沟中段的俯冲角度和俯冲活动性比南段小;菲律宾海板块在东吕宋海槽南段微弱的俯冲作用很有可能同本哈姆海台的碰撞有关.菲律宾群岛大部分M_W>6.0的强震沿着各个板块的边界发生,体现出菲律宾海板块同欧亚板块之间的强耦合作用,群岛西侧的南海块体在马尼拉海沟16°N-20°N之间呈现出的弱耦合状态可能跟北吕宋地区的拉张应力环境有关,南海块体在16°N以南的地区同上覆块体之间的耦合作用较强;群岛东侧的菲律宾海板块在14°N以北的地区没有强震发生,它与菲律宾群岛之间的耦合程度从北向南逐渐增强,在12°N以南的地区要强于12°N以北的地区;此外苏禄海盆和菲律宾构造带之间也存在着强耦合关系.     

菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用及其对东亚构造运动的影响

根据菲律宾海的演化,指出菲律宾海板块的特点:以俯冲边界为主,易于产生形变.将理论结果与地球物理、地质以及GPS测量结果进行比较,发现菲律宾海板块内部及边界有明显形变.讨论了菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用,指出其相互作用有明显的分段性.在南海海槽一带有较强的挤压,在琉球海沟一带由于两板块耦合较弱及冲绳海槽的开裂,没有形成对东亚大陆的挤压;台湾附近两板块碰撞,对中国东南形成较强的挤压;在菲律宾群岛一带形成两板块间的复杂变形带,使两板块间的作用减弱.     

中国台湾地区-菲律宾群岛深部纵横波结构成像及其构造意义

使用地震层析成像方法反演了中国台湾地区-菲律宾群岛的1197126条P波震相和1217821条S波震相,首次同时得到了该地区从地表到100km的纵横波速度结构。成像结果揭示了沿着马尼拉海沟向东俯冲的欧亚板块从中国台湾西南部到吕宋岛南端构造形态上的变化;中国台湾中央山脉由于受到造山运动的影响,地壳厚度可达55~60km,而山脉两侧的地壳厚度多为20~35km;此外,成像结果还提供了菲律宾海板块在中国台湾东北部及琉球海沟下方北向俯冲的地球物理学证据;研究区域南部的菲律宾群岛由于同时受到两侧欧亚板块和菲律宾海板块的双向俯冲,使得岛内的岩石圈变形严重,岛弧岩浆和地震活动十分发育;群岛东侧的菲律宾海板块在东吕宋海槽的活动性较弱,很可能是本哈姆海台的碰撞和俯冲所造成的,而菲律宾海板块在菲律宾海沟的俯冲活动则十分强烈,随着深度的增加逐渐向南发展。研究表明,板块俯冲造成了中国台湾地区-菲律宾群岛的地壳及上地幔具有较强的不均一性,这不仅孕育了大量的地震和火山活动,同时也对该地区的地质构造产生了深远的影响。     

欧亚东边缘的双向板块汇聚及其对大陆的影响

自3 Ma至现今,在欧亚东缘太平洋、菲律宾海板块以较大速率朝NWW方向运动,并沿海沟向欧亚大陆俯冲;同时欧亚板块以较小速率朝SEE方向移动,构成双方向的板块汇聚格局.沿日本岛弧东侧,海洋板片以较小的倾角插入欧亚大陆下面,在浅部产生的挤压变形扩展到日本海东边缘.琉球岛弧的中、北部,菲律宾海俯冲板片的倾角较大,其西南段由NE向转变为EW向,正经历活动的海沟后退与弧后扩张.台湾是3种板块汇聚的交点:欧亚沿马尼拉海沟向东俯冲,吕宋弧与台湾碰撞,使台湾岛陆壳东西向缩短与隆升,形成年轻的造山带,菲律宾海板块沿琉球海沟的西南段向北俯冲到欧亚下面.位于南海与菲律宾海之间的菲律宾群岛是宽的变形过渡带,两侧被欧亚向东、菲律宾海向西俯冲夹击,中间是大型左旋走滑断层.总体上,现今时期的太平洋、菲律宾海板块的西向俯冲运动所产生的变形主要分布在俯冲板片内部及岛弧,未扩散到弧后地区,可能这种俯冲运动产生的水平应力较小,不能阻挡欧亚大陆的向东移动,对大陆内部的现今构造没有明显的影响.     

台湾地震对称分区及与粤闽交界中强地震的对应关系

根据近几年来关于台湾地区北西向构造研究的最新进展,以北部菲律宾板块俯冲带和南部南海次板块俯冲带北西向的交界线为界,研究了北南两个区域深源地震分布的对称性,说明在此研究区域的构造活动上两个方向相反的俯冲带起到了控制作用。研究中还发现南海次板块深源地震、两个俯冲带的震级影响函数与粤闽交界及台湾海峡区域中强地震有较好的对应关系,两者都显示自2000年以来粤闽交界及台湾海峡处于5级以上地震平静期。     

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据，反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓，具有构造稳定地区的岩石层地幔特征；华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常，表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似，反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质；西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸，而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关，整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下，南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常，对应于海底扩张中心的地幔上涌区，表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失；台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关，揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征；南海东北部的洋－陆边界清晰，南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小，说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱；南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致，主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响；琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈，平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形；台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

2009年日本骏河湾地震后东海俯冲带上应力转移之探讨

日本西南部位于菲律宾海俯冲板块和欧亚上冲板块交界处。1944年和1946年,东南海和南海分别发生一次8级大逆冲型地震,但与该板块边界相邻的东海却仍保持闭锁状态[1]。因此,东海地区有可能会发生一次大逆冲型地震。2009年,骏河湾发生6.4级地震,地震位于菲律宾海俯冲板块内,靠近东海地区。在此,我们利用断层滑动模型来研究由骏河湾地震引起的应力变化[2]对东海地区的影响。我们发现在这次地震之后,板块边界的地震活动发生率有所上升。东海地区推测的强闭锁地段大都位于应力逐渐增大的地区。其中一小块闭锁地段的破裂——发生在地震应力达到临界值之后——就会引起整个东海地区的破裂,最终引发一场大逆冲型地震。     

南海、中印半岛及其邻近地区的地震活动及应力状态

研究了南海、中印半岛及邻区的地震分布,地震主要集中在板块的边界。此外,一些浅震主要集中在缅甸西部和中缅边界。研究了Benioff带的形态。在爪哇海沟、菲律宾海沟,两板块耦合得不好;在缅甸山弧、安达曼-尼科巴岛弧下,俯冲的印度板块向NNE运动。由震源机制解及断层运动推断,主压应力方向在缅泰西部为NNE,在南海为NNW或S-N,与板块相互作用密切相关。      

华南地震同菲律宾,台湾地震的相关性

本文对比了1913—1987年发生的华南地震、台湾地震和菲律宾地震,发现三者有比较好的对应关系。一般地,菲律宾群岛先发生7—8级大地震序列,其后台湾诸岛发生6—7级强烈地震,最后华南地区发生5—6级较强地震。对1913年以来的十二个活动期进行了统计分析,得到复相关系数R=0.98,能够在很高的显著性水平上通过F检验。地震活动在时间序列上的相关性表明,我国华南地震活动可能主要受菲律宾海板块俯冲运动的控制。     

琉球海沟的构造和运动特征

琉球海沟是欧亚板块与菲律宾海板块之间的边界，海沟西坡是大陆性质的琉球岛弧，东坡是大洋性质的菲律宾海地壳．海底地震反射探测和地震震源定位表明，菲律宾海板块沿海沟向琉球岛弧下俯冲，俯冲角度与深度沿海沟走向变化．有证据显示，由于俯冲板前缘的横向移动，海沟和岛弧正朝大洋方向后退，弧后盆地-冲绳海槽发生拉张变形．最近一次的海沟后退与冲绳海槽扩张可能是从上新世末(2Ma前)开始的，岛弧的后退移动和弧后拉张在南部与海沟走向垂直，在中部和北部与海沟走向斜交，总体上向南的运动分量占优势、与海沟后退相关的弧后拉张集中在冲绳海槽，没有证据表明对其西侧的中国东海陆架盆地产生影响、海沟后退的原因可能与俯冲板的动力不平衡以及它与周围地幔的相互作用有关．     

利用DONET海底观测网研究日本南海海域俯冲带地震波各向异性

基于DONET海底观测网的直达S波地震记录,采用波形旋转互相关方法和最小特征值最小化方法求得了日本南海海域俯冲带横波分裂快轴方向和分裂时间,获得了该俯冲带地震波的各向异性结果。结果显示:该俯冲带地震波的各向异性快轴方向基本平行于南海海槽走向,分裂时间为0.1—0.96 s。这表明:日本南海海域俯冲带各向异性来源于太平洋俯冲板块上覆地幔楔和菲律宾海俯冲板块;地幔楔各向异性产生于二维地幔楔拐角流所导致的各向异性矿物晶体的定向排列;菲律宾海俯冲板块的各向异性则产生于板块扩张时期形成的“化石各向异性”和俯冲过程中板块挠曲产生的断层;日本南海海域俯冲带大范围变化的分裂时间反映了该地区各向异性介质的强度和（或）厚度的不均匀性。      

台湾地区的三维P波和S波速度结构:岛弧-大陆碰撞带的深部结构

台湾岛是欧亚大陆架和属菲律宾海板块的吕宋岛弧向北延伸形成的弧形列岛间少有的活动碰撞产物。为了更好地认识这个碰撞的演化和近代构造,我们从台湾遥测地震台网记录的50000个原始记录中挑选了1260个好的地震记录,用于决定该岛下的一维和三维P与S波速度结构。速度结构和地震再定位的结果指出,该岛在构造上分为三个不同的地带。在东部,菲律宾海板块正俯冲于欧亚板块的东部,其北西向边界由地震活动和高速度区圈定。在南部,欧亚大陆板块正俯冲于菲律宾海板块,在大约23°N的东西向边界的南端,它可由壳下地震活动性和相当低的速度区很好地圈定。消减大陆的倾角很小,在吕宋岛弧东边,距主要岛屿50 km内都是这样。在该岛23°N以北的主要部分的结构指出,中央山脉的西部25 km的深度以上有一低速度缓倾带,而在那个深度以下,至少到50 km,呈现窄而陡的倾斜。由窄地震活动带勾画出该低速区的倾向,并延伸到100 km。这个地震带处于速度的鞍部,在24°N的中部低速区呈现明显的断错。因而,欧亚大陆消减带在台湾的证据在该岛下处处存在,地幔低速区证实,但未必需要,在大陆下地壳约6—16 km的消减带至少已达50 km的深度。在23°N速度结构和地震活动性的明显变化及在24°N低速范围的水平断错表明,在通过这些纬度时,消减带特性有突然变化。这些变化可以是吕宋岛弧和消减大陆架相互作用引起,它类似于表面的相互影响。最后,消减的菲律宾海板块的速度结构指出,在70 km深度以下,地震不在板块的高速区内发生,但有可能处于板块的上缘附近。地震位置和速度结构也指出,消减板块是分段的,而且消减作用当今正在22°N的南部发生。     

菲律宾近来的地质灾害

菲律宾近来的地质灾害米拉巴莱斯１．引言菲律宾群岛系环太平洋带的组成部分，位于两大构造板块之间。向北东方向运动的太平洋板块正在该群岛东地下方挤压菲律宾海板块。欧亚板块的海洋部分正在沿吕宋岛和民都洛岛西侧消减。菲律宾群岛东、西部的岩石圈板块在该国的许多海...     

南海东部现时地壳运动、震源机制及晚中新世以来的板块相互作用

南海东部的板块汇聚带是了解南海和菲律宾海晚中新世以来构造演化的一个重要窗口.针对这一区域地壳运动的研究,获得了该区内微块体的现时地壳运动特征及其动力机制,在此基础上结合俯冲板片形态和震源机制资料提出了该区晚中新世以来的板块汇聚作用特征.研究发现:晚中新世晚期,菲律宾海板块西缘在南、北部的西向运动均受到限制的情况下,位于中间区域的吕宋岛北部则由于其西侧相对自由而继续往NW方向运动.该过程中,菲律宾大断裂等汇聚带内部的走滑断裂对于协调不同块体之间的地壳运动速度差异有着重要作用.受南、北阻挡的影响,中间部分的西向运动速率呈现出中间大(吕宋岛北部)两端小的特征.因而北吕宋西侧的马尼拉海沟也以相对于南部更快的速率不断向NW迁移.然而俯冲的南海岩石圈受其下方SE向地幔流的影响,未能发生相应的俯冲板片后撤,而是在两板块之间的直接接触面形成强烈推挤并发生反向弯曲.结合这一板块作用特征认为,马尼拉海沟现今的构造形迹是在上述背景下北段多次向NW方向变迁形成的,而双火山弧的形成则主要是由菲律宾海板块在吕宋岛弧南、北部的西向运动速率差异引起的.     

菲律宾海板块西缘强震活动与地球自转角加速度变化关系研究

统计分析了1962~2016年菲律宾海板块与欧亚板块挤压带俯冲带强地震活动与地球自转角加速度变化间的关系。结果显示,研究时段菲律宾海板块西边缘带的25次强地震活动(MS≥7.5)有21次都发生在地球自转角加速度上升期,表明该地区强地震活动与地球自转角加速度之间存在相关性,最后讨论了这种相关性可能的力学机理。     

台湾岛南部海域的前碰撞构造地球物理特征

在2001年进行了一次从南海跨越吕宋岛弧到西菲律宾海的海洋地球物理调查, 获得了一条高质量深反射地震剖面. 以此地震剖面的解释为基础, 结合重磁数据的正反演, 系统分析了台湾岛南部海域的区域构造地球物理学特征, 特别是相邻块体之间碰撞拼接前的构造关系以及不同块体的构造属性, 以帮助更好地认识形成台湾岛造山带的早期弧陆碰撞过程. 马尼拉增生楔的组成及自西向东的递进变形表明南海的俯冲经历过多个次级俯冲活跃阶段. 北吕宋海槽内存在活跃的前碰撞地壳缩短过程, 导致地层倾角产生6°~13°的倾斜, 但是由地层倾斜而造成的缩短量只占区域总缩短量的很小的一部分. 吕宋岛弧的东翼比岛弧的其他部分显得更为活跃, 在东翼的弧内盆地内存在活动断裂与褶皱作用. 磁反演结果表明吕宋岛弧可能经历了多期次的岩浆过程, 造成磁性横向不均一性. 布格重力异常及重力正反演结果显示花东海盆具有明显高于南海和吕宋岛弧的地壳和上地幔密度, 且与南海北部之间存在较大的海底深度差异, 表明花东海盆与南海北部不可能如前人认为的在整体或部分上曾经属于同一个洋壳. 加瓜海脊作为一片隆升的洋壳, 可能由早期菲律宾海板块在加瓜海脊东侧短暂的西北向俯冲有关. 所有证据表明台湾岛南部海域正在进行多块体的拼接, 为一大陆增长的典型地区.     

日本中部菲律宾海板块和欧亚板块之间的地震平静边界

根据关东－东海地区１９８０年１月至１９９３年４月期间的地震资料，描绘出了菲律宾海板块和欧亚板块之间目前地震平静的边界。关东－东海地区的大多数地震，不是发生在上覆板块（欧亚板块）之内，就是发生在俯冲板块（菲律宾海板块）之中，其震源深度不到３０ｋｍ。     

西太平洋俯冲带的研究及其动力学意义

讨论了西太平洋俯冲带的分布及特征、西太平洋Ｗａｄａｔｉ－Ｂｅｎｉｏｆｆ带的形态及俯冲带上的应力状态及太平洋板块、菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用；总结了地震层析成像结果；计算了俯冲板块在地幔中引起的Ｐ波速度异常，提出了俯冲板块与６６０ｋｍ间断面相互作用的４种可能；研究了俯冲板块物理性质的变化、俯冲板块产生的负浮力及其影响因素；提出需要开展俯冲带对东亚大陆构造运动和演化的影响、俯冲带相互关系及演化的研究．     

2006年12月26日台湾南部滨海Ms7．2级地震破裂过程研究

2006年12月26日12点26分27秒(GMT)台湾南部滨海发生M_s7.2(Harvard CMT)级地震.震中位于台湾南部滨海之南海次板块与菲律宾海板块碰撞引发造山作用生成的海洋增生楔内,这次地震是该区域百年来震级最大的地震.我们利用中国数字地震台网(CSDN)和美国地震学联合研究所(IRIS)提供的上地幔及远场范围宽频带P波垂向记录资料,基于点源和有限断层模型进行波形拟合反演,获得这次地震的震源机制解并给出了震源破裂过程.反演结果表明,本次地震为东倾正断层兼小幅度走滑破裂事件,断层面走向为341.5°,倾角为77.9°,震源深度6 km.所得正断层震源机制解表明,地震可能与板块的拆离(break-off)作用引发的在台湾造山带局部存在伸张作用力有关.     

2006年12月26日台湾南部滨海Ms7.2级地震破裂过程研究

2006年12月26日12点26分27秒(GMT)台湾南部滨海发生M_s7.2(Harvard CMT)级地震.震中位于台湾南部滨海之南海次板块与菲律宾海板块碰撞引发造山作用生成的海洋增生楔内, 这次地震是该区域百年来震级最大的地震.我们利用中国数字地震台网(CSDN)和美国地震学联合研究所(IRIS) 提供的上地幔及远场范围宽频带P波垂向记录资料,基于点源和有限断层模型进行波形拟合反演,获得这次地震的震源机制解并给出了震源破裂过程.反演结果表明,本次地震为东倾正断层兼小幅度走滑破裂事件, 断层面走向为341.5°,倾角为77.9°,震源深度6 km.所得正断层震源机制解表明,地震可能与板块的拆离（break-off）作用引发的在台湾造山带局部存在伸张作用力有关.