青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征，提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料，通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据，描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像；再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析，并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明，各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大，壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用，而该类耦合运动与地震孕育息息相关。     

科技成果

我国跻身世界地壳深部探测大国行列据介绍,深部探测技术与实验研究专项启动于2008年,是"地壳探测工程"的培育性计划项目。5年来,国土资源部组织近万名科学家和工程技术人员及一线施工人员参与专项并取得丰硕成果:全面完成了6000多公里的深反射地震剖面,使我国跻身世界地壳深部探测大国行列;第一次建立了覆盖全国大陆的大地电磁标准网和地球化学基准网;第一次系统建立了复杂大陆岩石圈、地壳深部立体探测技术体系,初步形成了大型矿集区立体探测技术方法体系和示范区,矿集区"透明化"技术日臻完善;第一次在我国建立了最大规模的地球动力学数值模拟平台,建立了青藏高原东南缘现今深孔地应力监测区域网,为我国地壳     

苍梧M_S5.4地震孕震环境的多尺度重力场分析及动力学意义

基于EGM2008研究苍梧震源区及华南块体不同尺度重力场的横向和纵向分布特征,探讨深部物质密度变化及可能的动力学意义,为该区地震孕育环境研究提供深部依据。扬子克拉通重力异常横向变化相对较小,显示出其相对稳定的克拉通结构特征;华夏地块上地幔存在与西太平洋板块俯冲角度较为一致的重力正异常和相间分布的重力负异常,其高低密度体分布可能与中生代以来西太平洋板块俯冲作用下岩石圈拆沉和软流圈物质上涌有关;扬子克拉通和华夏地块过渡带呈现显著的重力异常高梯度带和东西差异性特征,揭示了深部复杂构造变形的过渡带特征。本文研究区多尺度布格重力异常横向的复杂性和非均一性及在地壳和上地幔深浅差异性的重力异常特征,反映了研究区深浅物质结构和动力学不平衡的差异相互运动的动力学过程,可能是地震孕育的深部动力学环境。苍梧地震位于重力正负异常的过渡带,与深部物质扰动和密度分布的不均匀密切相关。     

大陆岩石圈强度研究

岩石圈强度或有效弹性厚度(Te)控制着岩石圈对长期负载的响应及其演化过程和空间构型,包含丰富的地球动力学信息,对解译地壳、岩石圈乃至地幔介质的力学性质和动力学过程及机理具有重要的科学意义。本文拟回顾从均衡概念的提出至今关于岩石圈强度研究的发展历程,重点从历史角度梳理岩石圈强度研究的沿革脉络、各种方法发展的逻辑关联,并对岩石圈强度与壳幔耦合、岩石圈有效弹性厚度与地震孕震层厚度的关系以及岩石圈有效弹性厚度各向异性等问题进行初步探讨。     

青藏高原东南缘壳幔力学耦合及其动力学意义

现代大陆动力学及构造学研究认为，壳内软弱带控制着地壳与地幔间相互作用的强弱，制约岩石圈层间的耦合关系，同时也影响地块的相互作用方式。这种耦合作用可以通过比较不同深度的形变和应力的相关特征来分析。青藏高原东南缘20～35 km的深度广泛存在低速带，有可能在现今地震及构造活动区内由壳内部分熔融承担了潜在的解耦功能。基于1999～2015年GPS坐标时间序列数据得到速度场，结合前人给出的SKS剪切波分裂数据，分析该区水平方向形变耦合特征；同时搜集莫霍面和岩石圈底面形变数据，给出垂向上的形变耦合特征。利用EGM2008重力模型的11～36阶球谐系数计算青藏高原东南缘岩石圈底面地幔对流应力场；搜集并整理2000年至今的1 131个震源机制解数据，采用区域应力张量阻尼反演法得到该区多震层应力场；进一步分析两种应力场的相关性。在ABAQUS软件中建立青藏高原东南缘岩石圈三维粘弹性有限元模型，同时加入上地壳的边界位移约束条件和底面地幔对流拖曳力加载条件，分别对水平方向和垂直方向的应力应变作分析，并给出强震剖面结果，探讨壳幔耦合强震孕育机制，据此分析青藏高原东南缘各个断层的地震危险性。研究认为，应力的不均匀发展是应变能积累的关键，同时垂向上圈层间的耦合关系极大地影响块体间的作用方式；壳内软弱带广泛发育的块体应力出现分层现象，边缘区域横向纵向应力变化明显，与之接触的上伏地壳地震危险性较高。     

大陆岩石圈的增厚及对流剥离对青藏高原隆升的影响

伴随着印度板块对欧亚板块南缘的碰撞、挤压,青藏高原地壳及下伏地幔岩石圈的厚度增加了１倍。增厚岩石圈热结构的变化可导致高原海拨下降约１５００ｍ。其对流剥离并被较热的软流圈物质替代可用以解释青藏高原自８百万年或３百万年前开始的快速隆升。大陆岩石圈的增厚及热结构变化和对流剥离可能是青藏高原自９百万年前开始的夷平—快速隆升过程的主导控制因素。     

岩石圈结构成像方法的进展与展望

近年来,随着观测数据的增加、观测精度的提升、物理化学理论的不断完善以及计算机技术的显著提升,使得人们对岩石圈物理化学性质的认识发生了重大改变。介绍了目前关于岩石圈结构成像的相关方法以及它们的优缺点,并以华南地区4个具有代表性的区域(四川盆地、江南造山带、下扬子克拉通以及华夏块体)为例,利用地形、大地水准面、地表热流、地震面波频散曲线等观测资料,通过热动力学模拟和概率密度反演方法,给出了该地区岩石圈温度、化学组分结构。结果显示,华南块体东部岩石圈较薄,岩石圈地幔以饱满型橄榄岩为主,太平洋板块由东往西的平俯冲作用可能是华南东部岩石圈减薄的主要动力学机制。结合现今岩石圈结构的研究现状,提出了岩石圈结构成像存在的问题,并对未来岩石圈结构成像研究进行了展望。      

南、北松潘-甘孜块体及扬子板块壳幔过渡带结构研究

采用接收函数方法，研究南、北松潘-甘孜块体及扬子板块的壳幔过渡带结构，得到3个不同构造块体的壳幔过渡带厚度和速度结构。结果显示，南松潘-甘孜块体壳幔过渡带厚度为1.79~3.4 km，速度结构为高低速相间结构，该块体壳幔过渡带不断变厚，改变了原有的壳幔过渡带温压条件，且东南东北向都有剧烈的构造活动，产生高、低速相间的速度结构；巴颜喀拉松潘-甘孜块体壳幔过渡带厚度为2.22~3.72 km，该块体受到持续挤压，壳幔过渡带逐渐变厚，逐渐改变壳幔过渡带温压条件，形成速度渐变结构；扬子块体壳幔过渡带厚度为0.86~1.58 km，扬子块体四川盆地有坚硬的岩石圈，壳幔过渡带没有遭受破坏，为完好的一级间断面，过渡带厚度较薄，结构为速度突变结构。     

板块构造单元划分方法探讨——以青藏高原为例

作者认为板块构造单元划分应遵循4个基本原则,即系统原则、时空原则、层次原则,综合原则。在此基础上,提出岩石圈板块、地壳板段、构造沉积环境、板片构造(薄皮构造)四级划分方案。青藏高原岩石圈厚度120—170km,地壳厚度大密度低,上地幔厚度小密度大,莫霍面呈一“盆地”状。上地壳厚15—30km;壳内低速层厚5—10km,呈南浅北深产出;下地壳平均厚25km,藏北、青南有明显分层,藏南与固体上地幔成突变,缺少壳幔层。壳幔混合层,埋深50—65km,厚度13—21km。固体上地幔,平均厚度50—70km。本文将青藏高原划分为5个板块(一级单元),7个板段(二级单元),30个构造沉积环境(三级单元),着重对主要板块构造单元包容的主要板段特征进行了分析与研究,对秦祁昆板块构造域的范围与演化特征给予了分析。     

页岩气勘查进入中国地质界视野

中科院地质与地球物理研究所青藏高原研究室深部物理场与动力学学科组研究员白登海等人,在东喜马拉雅构造结及周围地区实施了连续6年的大地电磁观测,获得了青藏高原东部岩石圈电性结构的初步认识。最新观测结果发现,在青藏高原存在两条巨大的中下地壳低阻异常带,通过理论计算认为是2条中下地壳的弱物质流。     

青藏高原东南缘碰撞造山结构与物质组成:来自岩石地球化学和地球物理的联合约束

青藏高原东南缘位于印度板块与欧亚板块侧向汇聚部位,是检验碰撞造山动力学模型的理想场所。尽可能全面收集该区已有地球物理和新生代岩浆岩数据,探讨这些资料对碰撞造山带结构和物质组成的指示。结果表明:青藏高原东南缘不同部位的壳幔结构和组成存在较大差异。兰坪—思茅地块、保山地块和腾冲地块等的中地壳(15~30 km深度)普遍发育低速层,表明富水层或者部分熔融物质的存在,为青藏高原物质向东南流动提供了可能。部分熔融产物以大型剪切带内具有高Sr、低Nd同位素特征的淡色花岗岩脉为代表。但是,扬子板块同等深度下却发育高速层,其组成很可能是峨眉山玄武岩,它的存在阻隔了碰撞带物质向东流动。扬子板块和兰坪—思茅地块下地壳底部均出现呈条带状展布的高速体。根据新生代具有高Sr、低Y的岩石显示的下地壳源区特征,结合该区地质演化历史,将上述两套呈条带状展布的高速体分别解释为新元古代铁镁质弧岩浆岩和二叠纪—三叠纪铁镁质弧岩浆岩。青藏高原东南缘地幔各向异性存在明显南、北分区特征,在26°N以北表现为SN向,在26°N以南表现为近EW向。这一差异跟俯冲的印度板片撕裂有密切关系。该撕裂在综合地球物理剖面上显示为突变的印度板片俯冲角度,在地表表现为苦橄岩、煌斑岩、埃达克岩以及淡色花岗岩等的集中出露。这一新模型明显区别于前人的岩石圈拆沉和对流减薄等作用。     

华北地震台阵探测计划

计划利用华北地区的宽频带数字地震观测台网和密集布设的数百个流动地震台组成的地震台阵。在渤海湾内利用气枪作为主动探测震源。依托正在发展的编码地震探测新技术。辅以陆地“人工爆炸震源”和天然地震,进行高精度海陆联合地震探测,深入了解华北地区的深部精细结构,监测深部介质物性随时间的变化。研究板块内部构造活动和岩石圈的演化,探索地震预测新途径。     

地热学岩石圈厚度计算方法综述

地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用,可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法,探讨了这种方法的参数选取和影响因素,并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明:地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响;地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出;地表热流较低(42mW·m-2)时,岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著,岩石圈地幔生热率变化0.02μW·m-3,地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40km,岩石圈地幔热导率每变化0.2W·(m·K)-1,地热学岩石圈厚度变化15km;地表热流为60mW·m-2时,岩石圈地幔生热率每变化0.02μW·m-3,地热学岩石圈厚度变化3km,岩石圈地幔热导率每变化0.2W·(m·K)-1,地热学岩石圈厚度变化5km;地表热流增高1mW·m-2,地热学岩石圈厚度约增加3km;地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异,其差异取决于流变边界层的厚度。     

三峡重庆库区深部地球物理特征与断裂构造

为了深入研究三峡重庆库区岩石圈动力学特征及其对断裂构造活动的控制和影响．并为之提供基础资料，为三峡重庆库区地震、地质灾害的监测与防治提供基础依据，在已有地球物理资料的基础上，从综合地球物理研究角度出发，通过实测地震测线资料的再解释．采用新的处理技术方法，对本区的东西向主剖面和南北向支测线的地震测深资料进行二维射线追踪处理、Pg波成像；选用场分离技术、位移数字成像技术重新处理了重力和航磁资料，通过联合反演来建立深部二维构造剖面，对剖面所揭示的基底构造特征和地壳结构特征、主要断裂构造特征以及莫霍面的起伏特征进行了精细分析和细致研究．从地球物理平面场特征出发建立了岩石圈构造三维框架。研究结果表明，这样的研究思路准确、方法得当．结论可靠；沿该剖面，把可解译的断裂分为Ⅲ级：Ⅰ级为超岩石圈断裂；Ⅱ级为壳断裂；Ⅲ级为盖层断裂。依据地球物理特征，准确揭示了库区的断裂构造特征，达到了预期效果。     

张培震院士荣获国家自然科学二等奖

正张培震院士等完成的"青藏高原及东北缘晚新生代构造变形与形成过程"项目,2018年1月8日荣获2017年国家自然科学二等奖。该项目利用GPS观测资料研究整个高原尺度的变形格局、运动速率和应变分配,定量揭示高原现今构造变形状态。并以青藏高原东北缘为研究对象,从构造变形、山脉隆升、盆地消亡和地貌演化等方面,     

南北构造带中段的壳幔结构与岩石圈动力学特征

本文利用WDM—89地球重力模型(完整到180阶)的位系数计算了南北构造带中段的30—50阶、50—100阶、100—150阶、150—180阶及2—180阶卫星重力异常,并探讨了该区的壳幔结构。结果表明,该区上地幔存在一个规模较大的低密度区。若尔盖和雅江一带有两个底部相连的高密度地幔块体。该区壳幔结构不但横向很不均匀,而且纵向也极为复杂。据此对区域岩石圈动力学特征进行了讨论。     

基于弹性薄片格林函数的GPS应变求解方法对青藏高原东北缘三维构造变形特征的研究

基于弹性薄片格林函数的GPS三维应变求解方法,对青藏高原东北缘地区的构造变形特征进行研究。结果表明,青藏高原东北缘的应变主要集中在边界断裂上,而在断裂之间的内部块体应变分布相对较小,垂直应变最大值位于日月山断裂以东和海原断裂以南的区域,与块体旋转及物质东向运移有关,且很可能受中下地壳流的影响。本文用三维GPS应变分析为理解大陆内部构造变形动力学过程提供了新的视角。     

阿拉善地块南缘构造活动特征与青藏高原东北缘向外扩展的最新边界

青藏高原向北东方向扩展的方式及最新扩展边界的位置,是目前青藏高原东北缘构造变形研究的热点。基于近年来对阿拉善地块南缘及邻区活动构造运动特征调查和定量研究结果,重点总结了阿拉善地块南缘活动断裂几何图像及运动特征,指出以前普遍认为的稳定阿拉善地块内部在新生代晚期发育了一系列规模不等、运动性质各异的活动断裂,这些活动断裂是青藏高原向外扩展过程中新生或先存断裂复活的结果,断裂对区域地貌的控制作用形成了阿拉善地块南缘的地貌和构造边界。综合新生代变形、构造地貌、低温年代学、大地测量与现代地震活动等资料和研究结果,认为青藏高原东北缘新生代中晚期以来发生了有序的向外扩展,形成了两个有重要意义的扩展边界:一是在10 Ma左右形成的以祁连山北缘断裂为主要边界控制构造的、完整清晰的青藏高原东北缘地貌及构造边界;二是在新生代晚期3~2 Ma形成的阿拉善地块南缘与祁连山北缘断裂近平行展布的、主要由逆冲断裂所组成的青藏高原扩展最新边界。在现今构造、地貌格局中,阿拉善地块南缘已成为青藏高原东北缘最新的组成部分。     

青藏高原东北缘似三联点构造的初步研究

从深部构造的角度对青藏高原东北缘似三联点构造进行了探讨。人工地震资料反演结果表明,该区的地壳结构与其它地区明显不同Moho面为一复杂的过渡带,而不是尖锐的速度间断面;在该区内存在一组弧形构造,各弧形断层在形态、规模和破碎程度方面的差异,反映了青藏高原块体向东北方向强烈的挤压作用及其传递过程。     

民乐6.1级、岷县5.2级地震前区域重力场变化

通过对青藏高原东北缘重力观测资料进行系统分析．从动态的观点研究了2003年10月25日甘肃民乐6．1及5．8级地震和11月13日甘肃岷县5．2级地震孕育发生过程中的重力场演化特征．得到如下结论：①从统一起算基准获得的青藏高原东北缘重力观测资料．较完整地反映了2003年10月25日发生的民乐6．1级、5．8级地震和11月13日发生的岷县5．2级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息;②小波分解的重力场图像能较清晰地反映地震孕育、发生过程中区域性重力趋势变化和震中地区深部物质密度变化引起的异常。