中国大陆强震月季预测三步法和2010年实际预测检查

本文提出了强震成因的外核对流上升体顶托说,根据强震前时纬残差的大振幅摆动的观测结果,在一些假定之下,可估算得到外核上升流的速度可达到100 m/s,比板块运动要快8个量级,它可能是整个地球内部最快的一种运动,是震、旱、涝等天灾的肇因.强震三要素预测的先后顺序是:震级、震中、和发生月季.2010年两次强震预测的三要素有1～2项预测准确,看来此强震预测三步法可以继续试验.     

地幔热动力学模型

地幔,特别是下地幔,远比人们先前的设想活跃.地球物理学、地质学和地球动力学的观测和地球热动力学模拟表明:(1)地幔底部与地核交界处有一厚度为200km 左右的D″层,这是一个非常活跃的区域,它的运动和变化直接与地核的行为有关,仅仅将其看成全地幔对流的以热传导为主体的热边界层是不够的,小尺度的热对流或许主导这一层内部的物质运动,它加热地幔同时又通过热柱将其部分热量输运到地球外层;(2)地幔热柱有可能源于地球初期不均匀的残存堆积,其存储的热量不断地或穿透整个地幔形成热点或消失在软流层中与该层中的次一级对流相耦合;(3)上地幔在670km 深度范围内广泛存在次一级对流体系。其尺度为500—700km 这一对流体系决定了岩石层板块内部的构造和动力活动,其活动周期远比全球规模的板块运动活动周期小得多;(4)全球规模的大尺度全地幔对流与板块构造动力学密切相关。它以不到10亿年左右的时间完成一个周期,它不断地更新地球表层,也搅拌着地幔,同时还输运地球内部的热能向外层空间散发;(5)地幔局部地区层状相互耦合的对流结构在地震层析剖面上有明显的显示,它表明了地幔对流结构的复杂性,仅管我们对此相知甚少,但它或许是无法避免的;(6)岩石层是人类熟知的赖以生存的方舟,它的运动和构造反映了上述所有运动信息,仅仅将其视为一对流体系的热边界层是不够的,它自身作为一个独立的力学单元影响了整个地幔的热动力学过程.因此,面对如此活跃的、复杂的地幔,用一个单一的模型去描述它是不合适的.上述各种热动力学单元及其运动均有自身的力学特征及运行机制和规律,但它们又是相互作用和影响而构成地幔整体,这就是一个真实的但又模糊不清的地幔热动力学模型.为了完善这一模型,需要更多的、细致的地球物理和地球动力学的观测资料以及需要我们更深刻地理解和更认真地解释这些资料的地幔热动力学背景.     

鄱阳湖汇流顶托对长江汉口水位影响的量化分析

为定量评估汇流顶托对水位变化的影响, 本文从水文过程仿真及顶托响应评价入手, 提出了一种汇流顶托对水位影响的量化分析方法, 并以长江汉口江段为例, 开展了鄱阳湖汇流顶托对长江汉口江段水位影响的量化评价, 结果表明: 改进提出的长江汉口江段水文仿真模型, 经参数优选后确定性系数可达0.98以上, 总量相对误差绝对值在3%以内, 较好地再现了水文变化过程; 通过响应指数定义及水文过程模拟, 研制了汉口多值型水位流量关系响应特征曲线, 揭示了鄱阳湖与长江水位变化的关联性机制; 经2016和2020年洪水实例分析, 汉口江段长历时高洪水位主要受长江来水及鄱阳湖汇流顶托共同驱动, 二者合力贡献可达83.3%以上, 其中鄱阳湖汇流顶托贡献率在35%左右. 其余因素(如区间洪水、沿江排涝等)亦助推高洪水位形成, 部分时段贡献可达近34.4%. 本文提出的顶托量化分析方法, 可定量评估因顶托效应引起的水位变化, 为解析河段高洪水位成因机制提供了有效的技术支撑.     

地球的差异旋转

对于具有流体对流层的旋转星球 ,由于星球自转对对流的影响 ,必然会在星球对流层内部不同部分间以及星球的不同圈层间产生差异旋转 (differentialrotation) .所谓差异旋转是指旋转角速度随着深度 (星球不同圈层的旋转角速度不同 )以及纬度 (同一圈层内部不同部分间的角速度不同 )具有差异的现象 .地球是一个多圈层的旋转系统 ,主要由大气圈、水圈、岩石圈、地幔、外核以及内核组成 .大气圈和水圈具有明显的流体性质 ,并且在漫长的地质年代中 ,地幔、岩石圈和地幔之间的软流层以及外核均具有流体性质 ,而且在大气压力、热、重力和电磁力等的作用下发生了对流 .这些对流运动一旦受到地球自转的影响 ,就必然会致使地球各圈层间以及对流层内部不同部分间产生差异旋转 .几个重要现象 :基本地磁场的长期西漂、岩石圈的长期西漂、地球自转速率变化 (周日长度波动 )和固体内核各向异性对称轴的移动表明在固体地球内部各圈层—岩石圈、地幔、外核和内核间存在差异旋转 .来自地震学上的数据证明了固体内核与地幔之间存在较明显的差异旋转 ,速率可达 1.1°～ 3.0°/a.这跟其它数据如自由振荡数据以及地磁场长期西漂数据获得的结果具有很大的差异 .导致固体地球内核相对于地幔差异旋转的主要宏观机制为电磁力矩、引     

上地幔剪切波各向异性约束下的中国大陆岩石圈底部的剪切拖曳力和应变率

地幔对流在岩石圈底部产生的剪切拖曳力和应变率的估计有助于理解和认识板块构造运动、岩石圈变形特征和应力分布格局、地壳长期运动状态和克拉通演化的深部动力学环境,但准确地估计它们是一个挑战.本文利用核相剪切波分裂各向异性约束下获得的全球和区域地震速度结构"耦合"的地幔对流模型计算了中国大陆岩石圈底部的剪切拖曳力和应变率.结果表明,与地幔对流速度相比,剪切拖曳力和应变率具有更加复杂的分布格局;剪切拖曳力的大小位于前人估计的范围之内,但其最大值明显较小,不超过4.0 MPa.中国西部的剪切拖曳力明显大于东部;剪切应变率不超过45/100 Ma;地幔黏度的横向变化可能会导致剪切拖曳力与剪切应变率呈负相关关系.     

非对称型强飓风中的准平衡流特征分析

本文在论述飓风发生发展生命史过程中平衡、准平衡和非平衡态动力学特征的基础上,应用PV-ω方法,对具有非轴对称和长时间强度维持特征的飓风Bonnie（1998）进行了反演诊断分析,结果表明：基于非线性平衡模式的平衡流能够描述飓风水平涡旋场的基本特征,而加入准平衡ω方程得到的准平衡流能反映边界层入流、高层出流、眼墙区的剧烈倾斜上升运动和眼心区域的下沉运动.准平衡流描述了具有较长生命史组织化过程的强对流系统,而与其相联系的辐散运动与涡度同量级,证明了飓风准平衡流场具有涡散运动共存的特征,但在边界层顶的入流急流区和高层出流区仍存在高度非平衡态的超梯度流.利用反演的准平衡流场分析发现,当由环境风场低层到高层存在顺切变时,飓风内中尺度对流带移动方向的左侧,有利于强对流单体的发展和新对流单体的形成,右侧则相反,同时强气旋式旋转流场的作用,使得对流单体形成后随基本气流传播至对流减弱区,造成了飓风非对称结构的形成和维持.     

水库诱发地震的水二级相变孕震模型

文中讨论了库水渗漏在水库诱发地震中的作用,经过分析研究现有的水库诱发地震资料及相关理论,类比蒸汽锅炉与重力热管的热工原理,提出了水库地震成因的超临界水二级相变孕震模型。模型在水库孕震的各阶段表现为:初始阶段,渗漏水在压力注射和重力作用下形成水塞密封盖层,在超临界温区的地层裂隙中引发二级相变循环对流;孕育阶段,地层原生裂隙在高围压条件下形成应力腐蚀、化学蚀变、温差应力破碎作用,从而原生裂隙更加发育,制造了更大的对流循环通道;临震突变阶段,在热管下部热交换区内的临界水热通量剧增,超临界水发生横向流动,向封盖层外部扩散;发震阶段,在超临界水重力热管的通量和热管上部交换区所形成的压力,超过地层或封盖层的破坏极限时,推动上部地层做活塞运动导致地震     

由地震简正模式观测得到的内核各向异性区域变化

地球的固体内核被对流的液体外核包围,由此创建了驱动地球磁场的地核发电机。用压缩体波研究地震显示出内核各向异性结构的半球性变化,但由于受地震和接收器分布状况所限,这一结论还不够充分。本文中,利用大地震的简正模式分裂函数测定结果,并基于扩展交叉耦合理论,我们观测到了区域变化和内核中东、西两半球的各向异性。这一模式与地球磁场的相似性说明在固化或组构演变过程中由Maxwell应力引起的晶体排列的凝入是产生各向异性的根源。这些观测结果限制了内核超速旋转的总量,但与振荡相符。     

利用地震层析成像数据计算地幔对流新模型的探讨

假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果. 将地震层析成像数据转化为地幔温度(或密度)不均匀分布，考虑热流体动力学的三个基本方程，顾及热输运方程中的非线性项，直接将地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载引入基本方程, 反演计算地幔对流. 本文在利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的新理论和方法的基础上，用SH12WM13地震层析成像模型数据，计算了全球地幔对流格局. 结果表明，对流格局不仅依赖地震层析成像数据，而且在很大程度上受地幔动力学框架、热动力参数和边界条件的所确定的系统响应函数的影响. 显示了地幔中复杂的对流格局，特别是区域性层状对流以及多层对流环可能在地幔中存在的现象.     

从地形变资料探讨丽江7.0级地震的前兆特征

讨论了地震孕育发生的物理机制是“拉疏隆起－压缩凹陷”模式的形成机理及其特征;根据这一理性认识,应用丽江７．０级地震之前滇西地区的地形变资料,较确切出得出了本区有强震发生,并且可以认为孕震体是在丽江至玉龙雪山东麓地区;根据发震前夕所观测到孕震体的“拉疏隆起－压缩凹陷”的区域大小与幅度值及岩层的弹性应变,可近似计算震级的大小。     

中国西北及周边地区上地幔密度异常驱动小尺度对流

假设地震层析成像提供的地震波速异常对应于上地幔物质的密度异常分布，而该密度异常直接源于上地幔热对流相应的温度扰动. 在给定边界条件下，利用三维傅里叶变换，在波数域内求解控制流体行为的运动方程和连续性方程，得到上地幔小尺度对流流场. 利用密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学 物理模型，采用胥颐、刘福田等提供的地震层析成像数据计算得到了我国西北及周边地区上地幔对流模式. 结果表明，对流流场的顶部在岩石圈较薄的盆地区域呈现上升发散流动特征，如塔里木盆地、柴达木盆地、哈萨克斯坦块体及准噶尔盆地；岩石圈较厚的山脉则对应了会聚下降的流动特征，如天山山脉、昆仑山山脉和祁连山山脉. 同时，塔里木盆地处于拉张状态，驱动其上地幔物质南下向青藏高原北部西昆仑运动，以及北上向天山下部流动，这可能是天山隆升的原因之一.      

日本近畿北部的地壳应力状态及其变化

1.引言大地震前后,前震、余震的P轴方向发生变化,可从唐山地震等几个实例看到。一般认为这是大地震前在震源区应力集中,地震后应力释放形成应力再分配所致。笔者认为除这类大地震发生过程中的局部应力场变化外,在某种程度上存在周期性的应力场变化。至少在板块俯冲带,压缩应力向海洋板块俯冲方向作用,压应变增大。可以认为,由于非弹性变形,只要应力不松弛,水平应力就增大。可是,在俯冲口,因为大陆板块的摩擦阻尼或者软流层的粘性阻尼,俯冲板块并不以一定速度俯冲。     

地幔对流

地幔对流是地幔中．特别是地幔软流层中发生的热对流。地幔对流是一种自然对流．既是发生在地幔中的一种传热方式（通过物质运动传递热量）．又是一种地幔物质的运动过程（由物质内部密度差或温度差所驱使的）．是地球内部向地球表面输送能量、动量和质量的一种有效途径。地幔对流是一个复杂的系统．是在缓慢的进行的,对流活动的时间可达几千万年,甚至几亿年。地幔对流的流动形态可以不同。     

地球基本磁场的成因

在略高于古藤堡面的压力和温度条件下,地核物质中的原子结构状态发生了质变.如对于外层能级分布是3d64s2的铁原子而言,Fe原子的最外层和极少一部分Fe原子的次外层将受到破坏,使外层电子发生"公有化"现象,残破的原子(处于离子状态)在自引力作用形成的压力作用下,按原子密度的大小产生分异,"内核"多为显示有正电性能的密度较高的残破原子组成,"外核"(包含过渡层)为富含"公有化"电子而显示负电性能的密度相对较低的残破原子组成,这是一个地核物质量子状态变化的静态过程,从地球内部宏观电性结构看来,地球的"内核"和"外核"组成缮了一个静态的巨型似"原子球","外核"显示负电性,"内核"显示正电性,"内核"所带电量与"外核"所带电量相等,但符号相反,在静态的情况下,似"原子球"并不显示磁性.由于地球自转,"外核"上界面赤道上的自转线速度为252.9m/s,"内核"外界面赤道上的自转线速度为88.9 m/s,二者的速度差为164.0 m/s,这种含有由巨大电量的"外核"电子壳层相对"内核"绕固定的轴向(自转轴)转动,自然会形成它的基本磁场.     

地震供能、储能与放能机制的研究

“双向应变结构”是孕育和发生地震可能的供能、储能与放能的一种机制。它既能缓慢地储存弹性势能与重力势能而孕育地震,又能突然快速地释放弹性势能与重力势能而发生地震。由于地震发生时孕震体是(原应变的)应变逆转的自破裂过程,因此当初始破裂发生后,在破裂的前沿区,地震剪切应力在原有应力集中的基础上,还会再次产生一个突然快速增强(使破裂加速)到快速减弱(使破裂减速到停止)的过程,即产生“应变逆转破裂效应”。这样,不仅会大大增加地震破裂前沿区的剪切应力,而且还会大大减小破裂中的阻力,可能使地震发生中的断层强度佯谬得到解释。“双向应变结构”破裂发生地震的具体物理机制,印证了震源体断层运动的复杂性：既产生了剪切错动的破裂运动,又产生了单向的拉张与单向的压缩运动,同时还产生了整体的膨胀与整体的压缩运动。     

强震前的“干热异常”与地温、降水波及应变弱停

对近30年出现在中国西部及邻区的14次MS≥6.9强震前1年多内的地温场和降水场进行了分析。发现有如下共同规律:①在震前1年左右东亚地区会出现干热异常(3.2 m地温升高,同时降水距平为负值),持续时间约为2~6个月,最大干热面积可达2~4×106km2;②在震前0.5~1年左右我国的月降水距平%图和3.2 m地温距平的月际变温图上,可看到波长小于1 000 km的地温波和降水波,可称为"超低频应力密度波(应变波)"[1],它是致使岩石破裂的力源;③在震前0~2个月应变波的波长会停止缩短,振幅变小,且波动方向可有一个近90°的旋转,是"应变弱停"[1]的表现。以上可视为孕震三步曲。依据上述统计事实本文提出了强震成因的假设:地外核中有一股热力极不稳定的Benard上升流体对其上的壳幔层形成顶托,造成地温升高,对流热传导系数变小,形成干热异常;岩石圈中脆性层的应力不断增大,致使出现不稳定波(应变波);出现"应变弱停"时意味着强震即将爆发。     

地幔对流与深部物质运移研究的新进展

现代固体地球科学已经认识到,地幔对流不再是少数动力学家的假想,它是地幔热动力系统的主要构架.地幔对流和板块运动驱动机理关系的研究已经从简单的主动或被动驱动的讨论转向对统一热动力系统的探讨.包括地幔热柱在内的地幔对流的深入研究不仅成为研究地幔热动力系统演化的主线,也成为研究大陆形成和演化驱动机理的主线.与此同时,以地震层析成像为主体的地震、地球物理观测资料和以地幔岩石化学组份为主体的地球化学观测成为认识地幔对流的强有力的工具.然而,地球化学和地球物理观测之间存在明显的差异,一些依赖于地球化学数据构思的新的热动力学框架对地幔对流的研究构成了强烈的挑战.     

黏滞分层地幔中密度异常驱动对流模型的研究

在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用 Grands和S12 WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场为运动上边界,考虑深度660km地震波不连续面为界的上、下地幔之间存在黏滞性的差异,直接反演了不同黏滞系数的双层地幔结构下地幔对流的模式.研究中选取地幔平均密度为ρ=5500kg/m3, 上层地幔平均黏滞系数为μ=1021Pa·s,计算了上、下地幔黏滞系数之比为1∶1, 1∶10, 1∶100和1∶1000时地幔大圆剖面、以及区域剖面上的流场.结果表明,两种模型在球谐展开1～13阶的范围内其对流的基本格局相似.当下地幔黏滞性超过上地幔的100倍时,下地幔流场速度与上地幔的流场速度相比显著减小,但是对流仍然表现出单层对流环的基本格局.论文还用 240km深度球面上的对流格局讨论了对流和全球构造之间的关系.     

朝阳-义县地震区的深浅部构造、组成及其与地震的关系a

本文综合论述了朝阳-义县地区及其附近的地震活动,深、浅部结构,以及岩石动力学特征.认为本区存在中地壳低速层,且三层地壳速度均较两侧的低,存在上地幔隆起和软流层-低阻层隆起.探讨了三层地壳、低速层和上地幔软流层的物质组成.最后讨论了本区深、浅部结构、组成与地震活动.断裂新活动的成生联系.      

秦岭岩石圈速度结构与蘑菇云构造模型

从秦岭及与其毗连华北地区的地震层析、爆破地震及反射地震资料统一分析出发,将秦岭岩石圈划分为3层.上岩石圈即地壳,厚32～34km,中岩石圈层面近于水平,厚约25～40km,下岩石围岩层陡倾,高速低速层并置.推测下岩石圈这种结构是由张裂形成的.热地幔物质沿垂向通道上升到莫氏面后侧向流动形成中岩石圈.类似蘑菇云.现今的秦岭造山带地壳构造与上地幔盖层间似无成因上的联系,这是印支～燕山期,扬子地壳向华北地壳楔入而成的陆内造山带.造山期后又受到岩石圈东西方向拉张对它的改造.