从垂向俯冲到斜向俯冲：爪哇和苏门答腊之间的构造关系

通过对毕鸟夫带滑动向量的研究表明，印度一澳大利亚和东南亚板块之间发生着接近N-S向的汇聚运动。因此，沿着苏门答腊的俯冲运动是斜向的，而在爪哇岛西南部则几乎是垂向的俯冲运动（图1）。苏门答腊下方的斜向俯冲运动导致了汇聚运动的分离，走滑分量沿着苏门答腊主走滑断裂和明打威断裂被吸收。基于地震证据和对俯冲运动有关的深层地震的研究表明，在苏门答腊南部和巽他海峡下面，俯冲板块内部呈不连续状态。有研究者认为两个俯冲带之间的转换带发生在爪哇西南部。     

印尼附近海域地震海啸发生的构造背景综述

2004年12月26日在印度尼西亚苏门答腊岛以西海域发生的里氏9级地震,引发了历史上第五大地震海啸,引起了地学界的高度关注。印度尼西亚西部位于环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带结合部位,处于洋壳和陆壳的汇聚边界以及弧状压缩构造格局中。苏门答腊陆缘NW—SE向延伸约1600km,苏门答腊俯冲带源于印度-澳大利亚和欧亚板块3°N的汇聚。苏门答腊弧前区沿着平行于俯冲海沟的两大走滑断裂——苏门答腊大断裂和明打威断裂向北运动。本文对印度尼西亚苏门答腊岛附近海域的地质背景、大地构造特征和地震活动评估等进行了综述,对该海域产生大地震的深部动力学机制进行了分析,并从地质、地球物理资料的获取与分析角度出发,对区域灾害模型进行了探讨。     

IODP第314航次——日本南海地震区域实验项目

9月21日,日本大洋钻探船“地球”号载着科学家离开Shingu港,执行“综合大洋钻探计划”(IODP)第314航次———南海地震区域实验项目(图1)正式开始科学钻探。图1 IODP第134航次钻探位置日本是个地震灾害严重的国家,震源主要来自太平洋的俯冲带。要理解地震如何发生、对地震作预报,必须研究引发地震的源头,监测太平洋板块在海底向下俯冲的运动。位于日本西南海岸的南海海槽,几百万年以来已经引起了多次大规模的地震和海啸,包括1944年和1946年历史上著名的大地震两次地震按里克特震级算分别达到了8·1级和8·级。科学家将从这一俯冲区采集地…     

北印度洋苏门答腊和莫克兰俯冲带地震海啸综述

印度洋海啸发生的频率远低于太平洋,但2000年以来全球因地震引发的10个重大海啸有3个发生在印度洋区域。苏门答腊和莫克兰俯冲带是北印度洋中地震海啸活动较活跃的两个区域。在苏门答腊俯冲带北端,2004年12月26日和2005年3月28日分别发生了里氏9.0级和8.6级大地震,是1961年以来的第2及第4强震。前者引发了最大爬高50.9m的海啸,造成了历史上最大的海啸灾难;后者却只引发了最大4m的爬高。位置相近、震源机制相似的两次地震引发的海啸灾害完全不同的原因非常值得研究。近期研究表明莫克兰俯冲带的地震活动分为东西两段,东段的地震活动明显多于西段。东段于1945年发生过大海啸,莫克兰西段或是全段俯冲带未来是否会发生大地震与海啸值得深入探讨研究。     

俯冲带板间地震活动的热-力学特征

地震广泛发生于板块的汇聚边界,并表现出多样性。全球多数8级以上和所有9级以上的地震都发生在板块界面即俯冲断层,此类板间地震及其引发的海啸会给人类社会带来巨大的灾难。本文聚焦于孕育此类大地震的地震带及其下方的慢地震带区域,阐述断层热-力学在研究地震活动过程中发挥的重要作用和潜在的应用。在目前对地震发生时间尚无法有效预测的前提下,了解地震发生的地理位置和最大震级对防震减灾工作尤为重要。俯冲断层的热-力学特征可以:(1)借助岩石学特征,圈定大地震发生的上下边界,估算潜在发生大地震的震级;(2)借助海底热流和地形观测,确定俯冲断层强度,推断大地震发生的地理位置;(3)借助岩石学特征和地震观测,推断断层流变学特征(脆性摩擦与黏性蠕滑),建立与实测地震的对应关系,如地震带与其下方的慢地震带分别对应着两段相互分离的脆性摩擦区域。以上研究都离不开热流观测对研究结果的约束,然而目前对俯冲带的热流观测还相对不足。西太平洋周边拥有多个典型俯冲带,开展这些区域特别是马里亚纳俯冲带的热流观测是研究俯冲断层热-力学的重要依据和补充。     

雅浦俯冲带北段地球物理场及构造活动性分析

雅浦俯冲带北段和马里亚纳俯冲带西南端均受加罗林岛脊俯冲影响,但是二者的地球物理特征存在显著差异。通过分析雅浦俯冲带北段和马里亚纳俯冲带的地球物理特征,对比了二者之间的海底地形、重力异常、地震活动和应力场等特征。结果表明：①雅浦海沟北段外缘发育垒堑构造带,马里亚纳海沟西南端加罗林岛脊俯冲区域水深明显变浅,加罗林岛脊俯冲最前端形成凹角。②雅浦岛弧北段和马里亚纳岛弧西南端加罗林岛脊俯冲区域高布格异常值反映了强烈的构造侵蚀可能导致火山弧地壳缺失,岛弧之下高密度物质上涌。③雅浦俯冲带北段和马里亚纳俯冲带西南端地震活动性弱并且缺乏高震级地震,说明加罗林海脊岛脊的俯冲阻塞降低了俯冲带的构造活动性。马里亚纳俯冲带西南端存在少量的中源地震,表明该区域板片俯冲深度比雅浦俯冲带北段更深。④马里亚纳俯冲带西南端的地震存在更多的走滑分量,与加罗林板块的倾斜俯冲、加罗林岛脊的倾斜碰撞有关。⑤加罗林岛脊相对于海沟走向的俯冲角度是造成雅浦俯冲带北段和马里亚纳俯冲带西南端的地球物理特征存在差异的主要原因。     

IODP362航次——苏门答腊地震带

<正>苏门答腊地震带的勘探(依据IODP建议书837和837附加)旨在建立:(1)进入北苏门答腊沉积物的初始和发展特征;(2)地震、海啸成因的潜在影响,以及前弧发育与其他地区实例的比较(图1)。     

伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带地震成因

计算了伊豆-小笠原、马里亚纳弧段的浅源地震与俯冲速率的相关系数,证实了俯冲速率是一个重要的控制因素。地震统计结果展示马里亚纳中深度(60~300km)地震存在较明显分段性,且与海底地形起伏度相对应,推断这种现象一方面因为海山俯冲引起的板块破裂程度高,导致更多的流体供应所致;另一方面可能与海山俯冲机制导致板片局部变形有关。通过全球P波波速模型,提取马里亚纳之下大约8.0km/s的等值面,揭示了俯冲板片的深部形态,在马里亚纳弧的南北两侧之下,存在两个明显的缺失,代表了板片深部的撕裂,且北部撕裂程度要比南部高,可能与北部小笠原高原与南部卡罗琳洋中脊俯冲有关。重力数据与地震数据揭示了相对于马里亚纳俯冲带北部,南部可能为强耦合,菲律宾海板块之下410~660km不连续界面滞留为太平洋板片,西南部与马里亚纳俯冲带南部俯冲太平洋板片相连。初步推断这种结构与具有较大浮力的卡罗琳洋中脊可能共同决定了马里亚纳俯冲带南部8°N、137.3°E存在的旋转极。     

南海东北部高磁异常带成因的地球物理反演研究

南海东北部的高磁异常带是南海北部磁场最显著的特征,目前对其成因尚有不同推测.选取一条穿越该异常带的剖面,在多道地震解释及相关地质资料的约束下进行地球物理反演研究,验证其晚中生代俯冲增生带模式的可行性.结果表明,在东沙隆起带的前新生代基底中2.5-6km的深度上、宽约150km、密度2.65 g·cm-3、剩余磁化强度700×10-3A·m-1的中生代中酸性火山岩带可产生南海东北部的高磁异常带,与浙闽东部高磁异常带的成因相同,与晚中生代古太平洋向东亚陆缘的俯冲有关.     

IODP344航次——哥斯达黎加地震起源计划

IODP344航次是IODP334航次的后续,航次主要依据IODP537号建议书,哥斯达黎加地震起源计划(CRISP)的关键目标就是理解在剥蚀控制的俯冲带大陆边缘大地震聚集和破裂的物理过程。航次的主要科学目标包括:(1)俯冲带沉积物和基岩的岩性、构造和物理性质特征;(2)俯冲带的剥蚀速率和上部板块的沉降历史;(3)上部板块中流体与岩石的相互作用及地球化学过程;(4)大陆边缘上部斜坡带应力场的演变。     

俯冲带水圈-岩石圈相互作用研究进展与启示

俯冲带系统是研究地球水圈-岩石圈相互作用的天然实验室。俯冲板片所携带的水进入俯冲带系统,显著影响俯冲板片上地幔蛇纹石化程度、岛弧岩浆活动以及俯冲带地震机制等构造动力学过程。沿着环太平洋俯冲带,由主动源地震探测得到的板片含水量结果可以很好地解释区域相关地震观测,同时由被动源地震探测到的上地幔低速异常区域都与俯冲板片断层发育区相一致。多道反射地震探测与数值模拟都揭示了俯冲板块正断层广泛存在,可穿透莫霍面,深度可达海底下至少20 km。俯冲板块正断层为流体进入地壳与上地幔提供了重要通道,导致上地幔蛇纹石化程度达到1.4%,甚至更高。在洋壳俯冲过程中,随着温压增加,在不同深度脱水形成不同性质流体与地幔反应。通过俯冲带流体包裹体和交代成因矿物等的研究发现水岩相互作用广泛存在。本文旨在回顾俯冲板片含水量探测及水岩相互作用研究,简述近年来取得的重要进展以及对将来相关研究的启示。     

千岛-勘察加俯冲带俯冲特征的空间差异性及成因的初步探讨

基于地震震中分布、地震层析成像方法,系统阐述了俯冲带从南到北俯冲角度、俯冲深度、形态以及板上地幔楔熔融程度等方面的空间差异特征,同时结合岛弧火山岩中的Sr、Nd、Pb同位素信息进一步探讨了该区域岩浆作用的空间差异性,最终将千岛-勘察加俯冲带分为6段。综合以往研究可知,俯冲带分段性的成因比较复杂,与岩浆源区地幔中流体成分和含量、板片与海沟的汇聚速率、沿贝尼奥夫带的应力状态等皆有着密切的联系,而基于板块运动模型,板片的汇聚速率与俯冲结构的空间差异性有着较好的对应关系,因此本研究认为板片的汇聚速率是影响该地区空间差异性的重要因素,而更系统的成因有待进一步研究。综合分析千岛-勘察加俯冲带的俯冲特征对于丰富研究区板块构造理论,深入理解俯冲带动力学过程具有重要意义。     

西西里-卡拉布里亚近海东南部地区的俯冲构造以及地球动力学演化

利用两条深层CROP地震侧线对卡拉布里亚俯冲带（在这里爱奥尼亚板块俯冲在伊特鲁里亚板块之下）进行了地震地层学研究。通过对俯冲带的几何学特征、上伏板块的垂向运动及其构造变形所作的分析，将爱奥尼亚-伊特鲁里亚板块互动所造成的所有构造样式进行全貌展示。     

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对华南沿海的影响

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对我国南部沿海城市构成巨大威胁,利用情景式数值模拟技术重构灾害过程并评估危险等级有助于理解南海海啸传播规律并指导预警预报和防灾减灾工作。根据美国太平洋海洋环境研究中心(Pacific Marine Environmental Laboratory, PMEL)发布的马尼拉俯冲带断层参数设计M_w 7.5、M_w 8.1和M_w 8.5三个震级下共19个震源,应用非静压海啸数值模型(Non-hydrostatic Evolution of Ocean WAVE, NEOWAVE)模拟各震源激发海啸在南海海盆的传播过程,通过最大波辐和测点时间序列发现海啸波能量传输分布并评估代表区域危险等级。研究表明, M_w 7.5级地震海啸对我国南部沿海的影响较低,波幅一般不超过30 cm; M_w 8.1级地震海啸对华南沿海主要造成太平洋海啸预警中心定义的Ⅱ或Ⅲ级海啸危险等级,海啸影响范围和能量分布特征由震源位置决定; M_w 8.5级地震海啸主要对中国沿海构...     

南桑威奇俯冲带大地水准面异常及其地幔对流特征分析

以南桑威奇俯冲带为例,根据EGM2008超高阶地球重力场模型、卫星重力数据为基础,利用移去-恢复原理计算了研究区大地水准面,实现了研究区不同场源深度大地水准面异常信息的分离,根据Runcorn模型计算了研究区小尺度地幔对流应力场,并结合天然地震空间展布和前人研究成果,对俯冲带结构特征与地幔对流模式进行了探讨。结果表明:南桑威奇俯冲带具有俯冲倾角较大、地震震级较低、弧前侵蚀明显等典型的马里亚纳型俯冲带特征,俯冲带南北部俯冲深度存在明显差异,中段偏北俯冲深度可达500 km;受到软流圈与上地幔上部物质密度差异的控制,东斯科舍海脊下存在沿海脊轴向南流动强地幔流;俯冲带结构与小尺度地幔对流应力场具有很强的相关性。本研究对于搞清南桑威奇俯冲带深部构造特征,理解俯冲运动、地幔对流方向及其动力控制机制提供了新的研究思路和方法。     

马里亚纳海沟俯冲带深地震现状对马尼拉海沟俯冲带的研究启示

综述了马里亚纳海沟俯冲带二维(2D)和三维(3D)深地震探测的研究进展,要点如下:1)伊豆—小笠原岛弧下方玄武质火山岩的物质成分基本一致,中地壳的速度特征与陆壳相似,岛弧底部镁铁质到超镁铁质的壳幔过渡层(crustmantle transition layer,CMTL)通过拆沉(delamination)等作用返回地幔,实现由岛弧到陆壳的演化;2)不同年龄的洋内岛弧具有不同的速度结构特征,说明它们的地壳密度不同,可用不同的模型来解释;3)岛弧体系中速度结构及演化历史在时间和空间上的特征变化,揭示了俯冲开始时洋壳和地幔的属性以及俯冲开始的原因。马尼拉海沟与马里亚纳海沟相比,虽然地质背景不同,但研究方法可以借鉴。今后的马尼拉海沟俯冲带探测的重点包括海底地震仪2D/3D联合探测、海底电磁探测,以及天然地震的长期观测等。马尼拉海沟项目的实施将加深对俯冲带运行机制的认识。     

洋-陆转换与耦合过程

洋-陆转换/耦合地带就是大陆与大洋岩石圈转换/耦合的特殊构造地带。探索该区动力学对于深入理解人类密集区的地质过程具有重要的意义。这里洋-陆转换/耦合过程不是指陆壳向洋壳或陆幔向洋幔之间的物质转换,因洋壳向陆壳或洋幔向陆幔的物质转换过程也是不可逆的,而是特指构造动力作用或能量的转换交接过程。洋-陆转换/耦合带的狭义定义为被动大陆边缘的陆壳明显减薄到洋壳出现的深水区;但广义定义包括上述被动陆缘裂解作用涉及的区域范围,或是大洋岩石圈俯冲作用所能影响到的区域,其核心依然是俯冲带和/或大陆边缘,也就是说,其内涵是俯冲带和大陆边缘概念的总和,包涵浅部的地理要素和深部的地质因素。当前,对于洋-陆转换/耦合带的国际关注点很多,国际地学前沿问题较多,其中主要侧重以下几个方面:(1)物质:洋内弧形成与初始陆壳生成、俯冲脱水-相变、岩浆工厂、变质工厂;(2)结构:俯冲带类型、分段性、洋-陆转换/耦合带变形型式、地幔楔精细对流结构、俯冲面糙度-孔隙度-渗透率时空特征;(3)过程:俯冲过程、构造跃迁、构造转换、深部底侵、拆沉、高压-超高压岩石剥露、弧后扩张过程、板片窗、俯冲侵蚀与增生、物质迁移-转变-运聚、多圈层耦合过程;(4)机制:俯冲起源与板块机制起源、陆缘互换机制、地震触发机制、深部拆沉与底侵动力学机制、大陆裂解与(火山型和非火山)被动陆缘形成、洋-陆转换/耦合带构造跃迁机制、高压-超高压岩石剥露新机制、岩浆动力学、主动与被动俯冲机制、海山俯冲;(5)效应:源-汇效应、地表地形过程与深部流变关联、板片窗的构造-岩浆-成矿效应、边缘海盆地与资源-能源效应、俯冲与地震-海啸-滑坡灾害链。西太平洋和印度洋更是我国走向深海大洋、实现"海洋强国"的关键海域,蕴含着诸多中国的国家利益,也具有极其丰富的洋-陆转换/耦合过程的关键科学问题。现阶段可初步概括为以下几点:(1)板块重建的洋陆转换/耦合带检验;(2)深部过程(底侵-拆沉)与机制;(3)西太平洋陆缘构造体制和机制转换;(4)俯冲带分段性、过程与地震触发机制;(5)地表地形过程与深部流变、岩石圈强度关联;(6)地史期间的板片窗及其构造-岩浆-成矿效应;(7)洋陆转换/耦合带变形型式、构造跃迁和机制;(8)俯冲脱水、岩浆工厂与岩浆动力学;(9)边缘海盆地与资源、能源和灾害;(10)西太平洋板块格局与华北克拉通破坏;(11)太平洋板块格局与华南大陆再造;(12)印度洋过程重建与青藏高原隆升;(13)东亚地史期间的洋陆转换/耦合过程。     

双地震带的下层地震是由俯冲洋幔的蛇纹石脱水作用造成的吗?

当深度大于５０ｋｍ时 ,高压和高温将抑制脆裂作用的进行 ,然而俯冲带的地震却能在深达６７０ｋｍ处发生。越来越多的证据表明是变质反应触发了这些深部地震的发生。深源地震（＞３００ｋｍ）可能是由与橄榄石转变成尖晶石的亚稳态反应相关的断裂活动引起的 ,中源地震（５０～３００ｋｍ）可能是由俯冲洋壳中与变玄武岩和变辉长岩转变成榴辉岩相关的脱水脆化作用引起的 ,或由俯冲地幔表层中的蛇纹石脱水而引起。即使在俯冲带较浅的范围（＜５０ｋｍ） ,变质反应可能也控制着大的板内地震的震源深度。本文认为蛇纹石脱水作用引发了发生在俯冲…     

东京受到威胁

由日本筑波国家地球科学和预防灾难研究所的Ｔ．Ｋａｔａｙａｍａ领导的地震工作者研究了本州岛地壳断裂的演化。沿着东京以西１３０ｋｍ的骏河湾延伸的一条断裂位于菲律宾板块沉降至欧亚板块之下的俯冲带。还在２０世纪７０年代 ,日本地震学家就确定了最近３００年来发生在这些板块边界上的地震震中的分布。强烈的地震活动平均１４０年出现一次 ;与此同时发现了“地震沉默”的情况———从１８５４年延续至今地下冲击间断了。在最近的１．５年间 ,东京的地震评估中心记录到按里氏震级Ｍ≥４的地下冲击频率明显增加。已了解到 ,力量较弱的冲…     

ODP第185航次--一次大洋俯冲带的探险

致力于俯冲带研究的首次大洋钻探探险（ＯＤＰ１８５航次）将在马里亚纳海沟和伊豆－博宁岛弧完成。大洋板块的俯冲可以引起地震、海啸等灾害事件,也可以带来许多有益的产物,如矿床沉积。俯冲带是一种动力过程,即俯冲的海底和上覆地幔的原始物质进行再循环,并在最上部...