南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界(底界)的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30～100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域(如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧),以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧(119°E—122°E和13°N—17°N)表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

南海西南海盆壳幔结构重力反演与热模拟分析

壳幔结构及扩张期后的岩浆活动是研究南海西南海盆形成演化的关键.本文针对NH973-1剖面开展壳幔密度结构重力反演,并依据重力反演的壳幔模型,定量模拟海底扩张期后的壳幔热结构与热演化过程.重力反演表明:西南海盆中央残余扩张脊之下存在一个较深的凹陷带,其下Moho面比两侧略深,呈现扩张期后的热沉降特点.热模拟发现:海盆扩张...     

重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

利用重力异常构建壳幔密度结构方法及应用

利用重力异常构建壳幔密度结构,是获取地球内部物性参数、岩石结构的方法之一,可以为研究地球动力学演化过程提供约束.直接观测到的重力异常是获取壳幔密度结构的重要资料.重力异常是不同深度物质产生的重力场的叠加,针对不同的研究区域,需要对重力异常进行必要的分离;在此基础上,可以通过正演拟合和反演方法等途径获得壳幔密度结构.正演拟合可以获得精细壳幔密度结构,但需要较强的先验约束信息,受主观人为的因素影响较大.反演方法计算快,人为因素影响较小,但获得壳幔密度结构具有平滑的特征,难以得到精细密度结构.反演结果对初始模型有一定的依赖性,非唯一性较强.     

张渤构造带中东段二维P波速度结构-安新-香河-宽城剖面

为了获取首都圈地区(38.5N～41.0N，114.0E～120.0E)三维地壳精细结构，在该地区实施了6次人工爆破，进行三维深地震测深. 利用纵测线安新三台、安次旧州、三河新集、遵化平安城4炮的人工爆破资料，研究张渤带中东段的二维速度结构. 华北平原和燕山褶断带的深部分界位置大体在宝坻断裂一带，深部结构构造表现为宽约数十千米的一个异常带.分界处的壳幔结构为:结晶基底明显凹陷；壳幔边界之上为强正速度梯度层，厚约3～4 km，可能是上地幔物质上涌到下地壳底部的结果；壳内界面和莫霍边界上隆，并可能存在错断.华北盆地地壳薄，壳内存在低速体和局部结构异常；燕山褶断带地壳厚，壳内分层明显，速度分布均匀.两构造单元结构存在明显差异.      

月球重力异常的小波多尺度分析

本文将小波多尺度分析引入月球重力场的研究,选取测量数据质量较好的月球近区作为实验区域,以“Clementine”探测器获得的自由空气重力异常作为原始数据对主要月海盆地进行了局部的重力异常分解,解释了月球内部基本分层结构,并利用主要月海盆地的实验结果分析了月海下部质量异常以及莫霍面的起伏形态,与已有研究成果进行比较证明了方法的适用性及结果的合理性.     

三峡地区壳幔深部界面重力反演

为了更精细了解长江三峡地区壳幔深部界面起伏特征,对最新获得的三峡坝区1∶20万完全布格重力异常图与以往三峡地区1∶50万完全布格重力异常图进行拼接,结合人工地震测深、层析成像结果等数据,利用Parker-Oldenburg位场迭代方法对壳幔主要界面进行了反演研究.主要新认识有:巴东—秭归莫霍面深度为42km左右,江汉平原及周边中地壳界面深度为21—25km;深部界面总形态与地表地质构造呈立交桥式结构;三峡大坝处于研究区中地壳最薄处,仅为9km,这可能与黄陵隆起中部存在浅层低密度体有关;三峡地区地震大多发生在本区上地壳内,与壳幔深部界面的起伏变化密切相关,如秭归MS5.1地震发生在莫霍面中地壳界面隆陷梯变最大部位,说明深部作用对区域构造地震活动具有重要影响.     

对月球重力场特征的理解

依据克莱门汀号和月球勘探者号月球探测器所获得的数据所建立最新的地球重力模型和地形模型，为人类深入了解月球内部性质及其演化特征，提供新的平台.M.T. Zuber (1994) 和 M. A. Wieczorek (1998) 所建立的月壳全球模型，为利用最新月球着力资料研究月球内部构造和演化，揭示月球上独特的“物质瘤”之成因等科学问题，开凿了先河.本文通过对现有的月球重力和地形数进行分析和计算，提出作者对月球内部物质分布特征的理解和一些认识.从宏观角度看，月球布格重力异常与月球地形起伏是相关的，统计结果表明它们呈弱负相关，从均衡角度来说，在月球停止大规模内部物质运动之前，月球壳幔可能已基本达到均衡；从Mascon深度估算结果来看，一些大型的Mascon基本属于玄武岩浆“充填”型的，少数Mascon可能与月幔柱有关，如东方海Mascon.     

首都圈地区精细地壳结构——基于重力场的反演

本文以地质与地球物理资料作为约束条件,利用小波多尺度分析方法,对首都圈地区重力场进行了有效分离,应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析,并构建了两条地壳密度结构剖面模型,对该区精细地壳结构进行了深入研究.研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造,形成坳、隆相邻,盆、山相间,密度非均匀性,壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局.受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用,首都圈地区莫霍面起伏比较大,莫霍面区域构造方向呈NE-NNE方向,在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带;盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架,最大起伏约5 km,但平均地壳厚度比较小,北京、唐山地区地壳厚度最小约29 km,武清凹陷地壳厚度最大约34 km.在重力均衡调整作用下,西部太行山区地壳厚度较大,但地壳密度小于华北裂谷盆地内部;中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性.受新生代裂谷作用影响,首都圈中上地壳结构非常复杂,形成了NNE方向为主体的构造单元,断层多下延至中地壳;下地壳发生明显的褶曲构造,表现出高低密度异常相间排列的典型特征;首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性.研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系.     

应县～淄博剖面重力、地震测深联合解释

利用应县～淄博地震测深解释的二维速度结构，并将速度值转换为密度值，提供初始基本模型。运用任意多边形截面的块状二度体模型计算重力异常值，反演二维块状密度分布。计算结果表明：上、中地壳之间的滑脱面是一较明显的密度界面；下地壳底部的强速度梯度层──壳幔过渡带是一高密度层；五台山下部中、下地壳内的低速度块体是低密度块体     

应县￣淄博剖面重力,地震测深联合解释

利用庆县￣淄博地震测深解释的二维速度结构，并将速度值转换为密度值，提供初始基本模型。运用任意多边形截面的块状二度体模型计算重力异常值，反演二维块状密度分布。计算结果表明：上、中地壳之间的滑脱面是一较明显的密度界面；下地壳底部的强速度梯度层－壳幔过渡带是一高密度层；五台山下部中、下地壳内的低速度块体是低密度块体。     

利用重力地形导纳估计月壳厚度

在频域使用多窗口(Multitaper)方法来计算月球正面四个形成于不同历史时期月海区(Smythii, Crisium, Imbrium, Orientale)的重力地形导纳,然后将其与月球弹性岩石圈的理论导纳模型相比较,由最小二乘法得出四个月海区的月球岩石圈的平均弹性厚度约为8 km,月壳的厚度分别为：Smythii 盆地,72 km; Crisium 盆地 70 km;Orientale 盆地 60 km;Imbrium 盆地57 km.随着月球的演化,月壳厚度呈现变厚的趋势.     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

基于布格重力数据研究郯庐断裂带江苏段深部构造

本文收集了郯庐断裂带江苏段及周边地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对该地区的重力场进行场源分离,深入研究了区域地壳密度结构及断裂空间展布特征,并应用Parker密度界面模型对区域莫霍界面进行反演分析.研究结果如下:(1)布格重力场显示,郯庐断裂带江苏段形成了NNE走向的大型的重力高异常条带及重力梯度带,分隔了华北板块和苏胶块体、下扬子板块,成为区域内重要的地球物理分界线;(2)小波重力细节场揭示,沉积层及上地壳结构复杂,郯庐断裂带的5条主干断裂形成线性异常条带贯穿区域中央,控制着断裂带内部的隆凹构造单元.中下地壳结构相对简单,郯庐断裂带形成宽缓的高、低异常区,洪泽-沟墩断裂、淮阴-响水口断裂、宿迁-无锡断裂等深大断裂与之交切,而邵店-桑墟断裂不与之相交.受宿迁-无锡断裂交切的影响,郯庐断裂带江苏段在宿迁地区出现明显的分段性;(3)区域莫霍面形态东高西低,郯庐断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异的格局,泗洪地区出现莫霍面局部上隆区,可能由于软流层或上地幔高密度物质上隆所致.     

月球重力场对月球内部结构研究的作用

月球是人类深空探测的首要目标,而月球的内部结构则是我们了解月球与地月系形成与演化的重要窗口.相比于其他物理场,月球重力场模型具有全球均匀覆盖、精度和分辨率持续提高的特点,在月球内部结构研究中扮演着重要作用.本文对月球重力场在月球内部结构研究中发挥的作用进行了论述,包括月壳、月幔以及月核,其中重点介绍了高阶次重力场模型对...     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

上月壳中的散射引起月震尾波的数值模拟研究

在阿波罗月震记录中普遍存在着强烈持久的尾波信号,这样的波形特征无法用均匀分层月球模型解释.一个普遍被接受的解释是月震尾波由月球浅层结构对月震波的散射引起.我们采用基于交错网格的伪谱和有限差分混合方法模拟研究非均匀上月壳对月震波的散射效应,在此基础上解释月震尾波的形成机制,并估计出上月壳速度扰动的强度.我们发现,在均匀分层模型基础上,进一步考虑上月壳中的非均匀结构对月震波的散射效应,能有效地解释月震信号中强烈持久的尾波.我们认为月震尾波可能是由上月壳中的低波速、低衰减和散射这三个因素的共同作用所引起.采用不同的扰动标准差模拟上月壳的非均匀性,并比较模拟波形与真实月震图的相似程度,我们发现上月壳中速度扰动的标准差应该在3%到5%之间,很可能接近于3%.     

滇西地壳三维密度结构及其大地构造含义

重力异常揭示地壳三维密度结构是地球物理的重要目标和任务,其关键技术是密度反演.本文对滇西地区重力异常进行了多尺度密度反演,首先利用小波变换对重力异常进行多尺度分解,接着利用功率谱分析方法估算各层场源的平均深度,然后利用广义密度反演方法进行各层密度反演,取得区域地壳多个深度上的密度扰动图像.滇西上地壳高密度扰动出现在扬子克拉通内部和西缘,以及澜沧江断裂带西缘,后者对应昌宁—勐连蛇绿混杂岩带及岛弧岩浆岩带.上地壳低密度异常主要反映西昌裂谷带和高黎贡—腾冲一带的岩浆房,和兰坪—思茅盆地中的坳陷带指示钾盐等沉积矿产目的层较厚的区段.滇西上地壳和中地壳出现三条低密度扰动带,与三期大陆碰撞带的吻合.大部分6级以上地震分布在低密度异常区或它们的边缘,只有在西昌—元古谋裂带才分布在高密度异常区.克拉通内部古裂谷带地震可分布在高密度异常区.在26°N线以南下地壳为高密度区,以北为低密度区.因此,26°N线的一个属性是下地壳密度差异分界线.滇西由北向南地壳加厚缩短的程度是逐渐变弱的,在26°N线以南,南北向的地壳加厚缩短就不明显了.高黎贡走滑剪切带、澜沧江走滑剪切带、红河走滑剪切带在滇西中地壳密度扰动平面图中表现为密度急变的梯度带.表明这三条主要的走滑剪切断裂带都穿过中地壳并可能延深到下地壳.     

利用重震资料研究豫北及邻区地壳结构特征与地震分布

文中利用小波多尺度分解方法对豫北及邻区重力场进行了波场分离,得到多阶重力小波细节及区域重力场信息。随后利用Parker法密度界面反演对该区Moho界面进行了反演分析。通过对不同阶次小波细节的分析研究,并结合该区内已有3条地震测深剖面资料,对该区地壳深部结构进行了深入研究。结果表明,研究区壳内结构以隆坳相伴的密度非均匀分布为主,其密度在横向和纵向上均存在明显的非均匀性。其中,中上地壳重力场特征与地表地形地貌特征具有对应关系,中下地壳以大尺度的高、低重力异常为主,几个主要的凹陷盆地表现出低速低密的特征。同时Moho面埋深起伏变化较大,形成了区域地壳厚度的分块构造格局。其中,研究区内Moho面起伏比较大的区域位于盆地向太行山过渡地带,为Moho面陡变带。盆地区Moho面整体以上隆为主,但存在局部起伏变化,地壳厚度最小约31km,最大约37km;由于重力均衡作用,西北部太行山区地壳厚度较大,约41km,但地壳平均密度较低。研究区的地震多发生在局部存在Moho面上凸区附近密度变化的过渡带周缘,孕震机制可能与上地幔物质上涌底侵、中下地壳存在低速低密结构以及深大断裂的贯通有一定关系。同时深大断裂也对区域地震分布起到了控制性作用。     

上地幔高导层与内生金属矿产及油气藏的关系

依据大地电磁测深所发现的上地幔高导层顶面深度可以给出大陆岩石圈-软流圈界面(LAB)的空间发育特征,为认识岩石圈结构及壳幔相互作用等提供重要信息.本文在1996年编制的中国大陆上地幔高导层顶面深度图的基础上,补充了1995—2010年大地电磁测深结果和大地热流数据,以1°×1°网度编制了新的中国大陆上地幔高导层顶面深度图.我国上地幔高导层顶面深度变化很大,具有南北分带,东西分块的特征,呈东浅、西深、北浅、南深的格局,从最浅的50~60km到最深的230km,平均深度为100~120km.据上地幔高导层顶面分布形态,全国共可划分出27个隆起区.通过与中国已知内生金属矿产和油气田的分布对比,发现我国大陆80%以上中生代内生金属矿床分布在上地幔高导层隆起带或其梯度带上方.中国大陆东部含油气盆地主体对应上地幔隆起区,油气田多位于隆起区上方或其边部的过渡带上;西部主体位于幔坳区,主要油气田对应盆地中心的幔坳向周边幔隆过渡的梯度带上;中部表现为仅盆地腹地对应幔坳,盆地周边对应规模较大的上地幔隆起带,主要油气田位于隆起带.总的来看内生金属矿床一般分布在上地幔隆起区靠近造山带一侧,而油气田一般分布在上地幔隆起区靠近盆地一侧.软流圈的不断上隆,造成岩石圈减薄、拉张,张性断裂的出现成为地球深部物质和热量向地壳上部运移的有利通道,为内生金属矿产的形成提供了成矿物质和能量保障,也为含油气盆地带来了生烃催化剂、热能和无机成因的石油与天然气.地球深部超临界流体的存在对上地幔高导层的形成、成矿物质运移可能发挥了重要作用.