青藏高原地球科学研究中的核心问题与理念的厘定

在青藏高原的地球科学研究中,国外科技界曾提出过六大论点——喜马拉雅山脉是地壳均衡的典范;青藏高原地壳乃是两个地壳的垂向重叠;雅鲁藏布江是印度洋板块和欧亚板块的缝合带;青藏高原西部的南北走向断裂带全为裂谷带;青藏高原腹地深部物质的向东逃逸;青藏高原下地壳物质通道流以及汶川MS8.0大地震的发生.这一系列论点确为国人广为引用与跟随,并发表了若干篇论著.然而在不断理解和深化研究的基点上提出了质疑,并基于新的认识提出了新的论点与论据,且在科学理念上给予了重新厘定.因为科学是为宇宙提供真正的写真.     

青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面上地幔远震S波层析成像

印度板块向欧亚俯冲前缘位于班公—怒江缝合带附近,但是印度岩石圈地幔的俯冲形态和形变过程仍然缺乏共识,在不同地区使用不同方法获得的结果之间存在明显差异.本文使用青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面远震S波波形数据,提取走时信息,通过层析成像方法获得剖面下方S波速度扰动图像.结果显示:在班公—怒江缝合带下方100至300km深度范围内存在一个高角度(约65°)北倾的S波高速体,推测可能是回退的印度岩石圈板片或/和小规模对流引起的岩石圈拆沉后残留的印度大陆岩石圈板片.     

频率多尺度全波形速度反演

以二维声波方程为模型,在时间域深入研究了全波形速度反演.全波形反演要解一个非线性的最小二乘问题,是一个极小化模拟数据与已知数据之间残量的过程.针对全波形反演易陷入局部极值的困难,本文提出了基于不同尺度的频率数据的"逐级反演"策略,即先基于低频尺度的波场信息进行反演,得出一个合理的初始模型,然后再利用其他不同尺度频率的波场进行反演,并且用前一尺度的迭代反演结果作为下一尺度反演的初始模型,这样逐级进行反演.文中详细阐述和推导了理论方法及公式,包括有限差分正演模拟、速度模型修正、梯度计算和算法描述,并以Marmousi复杂构造模型为例,进行了MPI并行全波形反演数值计算,得到了较好的反演结果,验证了方法的有效性和稳健性.     

华南及南海北部地区瑞利面波层析成像

基于华南及周边地区106个宽频带地震台站多年记录的MS≥5.0中浅源地震事件,开展瑞利面波层析成像和速度结构特征研究,获得了华南大陆及南海北部地区10~100s瑞利波群速度分布图像和典型剖面下方地壳上地幔速度结构,为理解该地区构造演化和深部过程提供约束.考虑到实际地震射线的覆盖情况以及华南地区主要构造的主体展布特征,本文同时采用传统的规则网格剖分和平行主要构造走向的非规则网格剖分方法,分别进行分格频散反演,开展了不同参数化方案对反演结果影响的对比分析研究.基于瑞利面波层析成像结果,进行了典型剖面横波速度结构反演,重建了华南地区由内陆至南海海域主要构造单元的壳幔横波速度结构.研究结果表明,扬子和华夏块体地壳上地幔结构特征差异显著,扬子块体地壳和岩石圈厚度均大于华夏地块,且扬子块体上地幔顶部速度较华夏块体低,岩石圈厚度在雪峰山造山带下方发生过渡和转换;南海北部陆缘和南海海盆上地幔速度较高且形态相对完整,表现为非火山型大陆边缘和已停止扩张海盆的壳幔结构特征.     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构及其动力学含义——远震接收函数提供的证据

利用青海和甘肃地震台网2007—2009年记录的远震波形资料,提取多频段P波接收函数,反演得到了青藏高原东北缘及相邻地块下方0~100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明:(1)青藏高原东北缘的上、下地壳之间普遍存在一个S波速度低速层,其深度由南端的约35km向北变浅约为20km,推测该低速层为一壳内滑脱层,表明东北缘地区的上地壳变形与下地壳解耦,从滑脱层的深度分布可以认为青藏高原东北缘的地壳缩短自南向北进行,现阶段以上地壳增厚为主;(2)昆仑—西秦岭造山带的下地壳厚度较北侧的祁连地块薄,一种推测是西秦岭造山带的下地壳抗变形能力更强,也可能这种差异在块体拼合前已经存在;(3)青藏高原东北缘及鄂尔多斯和阿拉善地块的下地壳S波速度随深度的增加而增加,这种正梯度增加的S波速度结构反映较高黏滞性的下地壳,推测青藏高原东北缘的地壳结构不利于下地壳流的发育.     

世界科技革命的机遇和自主创新的轨迹与以德为先振兴中华

在科学与技术创造的进程中,德与智是何等重要!习近平总书记最近指出:"全面建设小康社会正处在新的历史起点上,我国改革发展正处在关键阶段,希望广大青年科技工作者力争在科技创新、产业发展、技能突破等方面不断取得新进步;要恪守科学精神、脚踏实地、埋头苦干、坚忍不拔、不畏挫折、淡泊名利、不浮不躁.始终保持探索真知的坚定意志和创新创业的高昂激情:要勇做创新先锋,善于攻坚克难,努力形成一流的科研成果".本文给出作者感悟和对学界同仁的期盼.     

四川盆地南部中二叠统茅口组碳酸盐岩岩溶特征:古大陆环境下层控型早成岩期岩溶实例

综合钻井、录井、岩心、薄片等资料,研究四川盆地南部中二叠统茅口组碳酸盐岩的岩溶特征,并分析讨论其机理与模式。茅口组为开阔海台地沉积,以发育高能滩相颗粒灰岩与非滩相低能泥晶灰岩的不等厚互层为特征。岩溶主要发育在茅口组上部,表现为大量溶蚀缝洞发育,且多被离解的碳酸盐岩碎屑、方解石晶粒、碳质泥屑等不同来源的物质混合充填,但缺乏典型的岩溶角砾。茅口组岩溶属于大陆环境下早成岩期岩溶类型,一个显著特征是岩性与岩相对溶蚀-充填作用的控制:非滩相泥晶岩类岩性致密,岩溶欠发育;高能滩相颗粒岩类岩溶发育良好,并可以识别出基岩带、半离解带和混合充填带3种溶蚀-充填带。根据上述特征,认为泥晶灰岩致密层与颗粒灰岩高渗层在纵向上的多旋回叠置,以及先期的孔渗系统和断裂裂缝体系为岩溶水提供输导体系,导致形成了同期多层的颗粒滩相控岩溶系统,并在岩溶台地和斜坡岩溶型储集层皆较发育。该研究成果不仅可为相关研究提供补充与参考,还对研究区茅口组油气勘探具有一定的指导意义。     

秦岭造山带和邻域磁异常特征及结晶基底变异分析

本文根据最新的跨越南鄂尔多斯盆地-渭河盆地-秦岭-大巴造山带-四川盆地东北缘,即榆林-咸阳-万源-涪陵综合地球物理大剖面的高精度地磁观测数据和1：10万与1：20万航磁异常资料,经数据处理和反演分析了该研究区域内地磁异常场展布特征、构造分区及结晶基底起伏.通过对采集数据的反演与研究结果分析表明,不同构造单元之间地磁异常场和结晶基底起伏均存在明显差异和分区特征.南鄂尔多斯盆地磁异常较平稳,由于燕山运动导致盆地整体抬升,其后受到了不同程度的剥蚀作用,结晶基底埋藏较浅;渭河盆地与四川盆地东北部却长期接受沉积作用,结晶基底埋藏相对较深;而秦岭-大巴造山带磁异常变化剧烈,由于其经历了长期的碰撞、挤压和陆内造山作用,地层、岩性和构造分布极不均匀,且在深部存在物质与能量的交换和运移.这一研究结果为进一步深化认识研究区域内的上地壳属性、构造格局、深层运动学与动力学过程及深部潜在资源远景提供了重要依据.     

青藏高原Moho界面起伏样式对通道流模型的动力学响应——基于数值模拟

青藏高原的高精度人工源深部地震探测发现：壳-幔边界（Moho）并非是一物理学上的“刚性”界面,它不仅起伏变化强烈,极为凹凸不平,而且被一系列规模不一,产状各异的深大断裂所切割,故必然会导致复杂的地表和深部物质运移动力学响应的复杂化.在常见的通道流模型中,一般均设定下地壳与上地幔之间为一平缓界面,在数值模拟工作中亦常简化为平滑的约束界面.为此,基于青藏高原实际资料提取的壳、幔介质平均速度模型,采用黏弹性数值模型讨论Moho界面起伏变换样式对通道流模型产生的响应.研究结果表明：（1）通道流效应的影响仅限于小区域内,当Moho面存在起伏样式变化时,确会对通道流产生影响,Moho界面的起伏增强了下地壳和岩石圈地幔的同步运动效应,但是其影响范围是有限的;（2）Moho界面起伏形态变化对地表和Moho界面水平位移产生的影响各异,在Moho界面发生错断的地方,呈现为地表水平位移开始发生明显加速减小的地方,即地表与深部介质水平位移解耦,模型深部动力学效应与地表的响应并非为局部性效应,而至少体现出区域性的响应.     

二阶Born近似有限频率走时敏感核

有限频率层析成像考虑了非均匀介质中波的散射、衍射、波前愈合等物理性质,使得其对速度异常体的分辨能力远大于射线层析成像.推导和计算有限频率敏感核是进行有限频率层析成像的关键,当前推导有限频率敏感核多借助一阶Born近似,但这只适用于弱散射介质的情况.本文基于二阶Born近似并利用傅里叶变换推导了三维均匀介质情况下有限频率敏感核的解析表达式,并将其推广到非均匀介质中得到了三维非均匀介质中有限频率敏感核.研究表明:当介质中速度扰动小于2%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核差别很小,可近似认为相同;当介质中速度扰动大于5%时,基于二阶Born近似的有限频率敏感核与基于一阶Born近似的有限频率敏感核有较大不同,表明此时已不能忽略二次散射.