学科交叉与交叉学科:地球物理学在创新进程中的必然发展轨迹

20世纪中叶以来,在世界科技大潮中,地球物理学发展迅猛.因为它是一门涉及面极为广泛、且交叉内涵亦非常错综的一门边缘科学领域.在地球物理学的整体发展进程中,人才的竞争是第一要素,学科交叉与交叉科学的耦合响应与发现乃是地球物理学领域新的生长点和新的科学前沿的源头.在世界科技发展的长河中,最具代表性的学科交叉领域如生物物理学中的DNA双螺旋结构的发现和地球科学中全球海陆板块构造的创立应属典范,此乃理解学科交叉和原始创新理念的源泉.显然地球内部物质与能量的交换及其深层过程和动力学机制的研究与探索,将必是地球物理学与有关学科的大跨度交叉,且会促使其前进、发展和自主创新.所以它在地球科学发展中占有极为重要的地位.     

江苏如东洋口地区断裂特征及其意义

结合已有地热钻孔采用多种物探方法研究了江苏如东洋口地区断裂的空间展布特征。研究结果表明,洋口地区分布3组断裂,分别为隶属滨海断裂的北西向雁行型次级断裂、近东西向栟茶河断裂及海安-河口断裂。北西向雁行型次级断裂为4条,主要分布于洋口地区北段及老坝港地区,断裂陡倾,倾向北东,倾角70°-80°,推测切穿至新近系。栟茶河断裂由3条次级断裂组成,主要分布于洋口地区中段,断裂走向近东西,倾向北,整体呈曲折状延伸,倾角60°-80°。结合以往地震地质特征以及地热钻孔资料,认为栟茶河断裂为活动性断裂,切穿了第四纪全新世地层,全新世地层断距较小。断裂的活动性影响如东洋口经济开发区的建设与发展。海安-河口断裂自海安延伸至洋口地区南段,走向近东西,倾向南,倾角约为70°,切穿古近纪地层。洋口地区断裂的分布与该地区地热资源分布具有良好的对应关系,其对于该地区地热资源开发具有良好的指导意义。      

地震波传播理论与地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境

地震灾害是人类生存、社会与经济发展所面临的重大自然灾害之一,由于地震震源和其周边介质在力源作用下可产生微破裂并逐渐形成"破裂链",而震源区介质的质点震动则以地震波动和辐射为"载体",且向四周传播.为此,可通过研究地震波传播波场的运动学和动力学响应探索地震"孕育"、发生和发展中的深部介质和构造环境,地震波动的轨迹和其发生的力源机制以及强烈地震活动的深层过程和动力成因,此乃是探索防震减灾和地震预测的核心所在,因此,研究地震波在复杂介质中的传播和响应,地球内部物质与能量的交换和其深层动力过程将必制约着地震的活动和"孕育"空间,这是防震减灾和地震预测中必须深化研究的重要领域.     

喜马拉雅西构造结及邻区岩石圈演化三维有限元数值模拟

用数值模拟的方法探讨了自10 Ma以来喜马拉雅弧形造山带的西构造结及邻区岩石圈的形变和位移变化特征,并采用不同的流变参数和流变结构模拟了前2 Ma内的形变和应力场的演化过程,通过对不同黏性系数、本构关系和初始地壳厚度的改变在演化过程中所起的作用研究表明：（1）采用黏弹性模型时,西构造结区黏性参数的选取对西构造结及邻区隆升高度和隆升范围有重要影响,计算结果给出西构造结区地壳黏性系数应小于10²³Pa·s;（2）相对刚性的塔里木盆地采用弹性结构时,对整个西构造结区域的应力和应变场均能引致明显变化;（3）力学性质稳定块体的存在并没有使应力场的传播出现明显的解耦现象.     

汶川—映秀MS8.0地震的发震断裂带和形成的深层动力学响应

在印度洋板块与欧亚板块的碰撞-挤压作用下,不仅形成了喜马拉雅弧形山造山带,而且导致其东部弧顶—东构造结似一尖楔沿NNE方向插入青藏高原的东北缘.造成了巴颜喀拉块体和龙门山断裂系深、浅部构造强烈活动和变形,并导致高原腹地壳、幔物质以大型走滑断裂为通道边界向E-ES方向运移.2008年5月12日汶川—映秀M_S8.0地震就发生在这相对活动的巴颜喀拉块体与相对稳定的四川盆地之间的龙门山断裂系辖区内.基于该区深部壳、幔结构和主震（M_S8.0）与7万多次余震震中位置与震源深度的展布研究表明,汶川—映秀M_S8.0地震的发震断裂不是震中在地表投影位置附近,而是龙门山断裂系3条以不同角度西倾、且向下在15±5 km深处汇聚的断裂带CF.该发震断裂带不是一条简单的线性断裂带,而是一半径为5 km左右的柱状震源体,沿NE向展布.在青藏高原东北缘深部物质向东与向东南运动过程中地壳各层整体逐渐抬升,且在龙门山断裂系地带为减薄的转折部位,而地壳低速层却在这里尖灭.在两陆-陆板块碰撞力系作用下,壳、幔介质以上地壳底部低速层（深20±5 km）为上滑移面,并与上地壳解耦,而在深处则以岩石圈底部漂曳的软流层顶部（深100±10 km）为下滑移,故下地壳和上地幔盖层物质才能同步运动.它们在四川盆地高速“刚性”壳、幔物质阻隔下,龙门山断裂系的3条向下汇聚的断裂带与下地壳和上地幔盖层物质同步沿龙门山断裂系的断层面向上逆冲,当向上与向下同步运动的固态壳、幔介质二者在15±5 km深处强烈碰撞时激发了这次M_S8.0地震和一系列强余震的发生和发展.基于上述可见,对强烈地震孕育,发生和发展的深部介质与构造环境,深部物质与能量的交换、运移和深层动力过程的研究乃核心所在.     

扬子西缘小相岭地区苏雄组古火山机构的发现及意义

通过详细的野外地质调查,发现扬子西缘小相岭地区苏雄组火山岩由巨厚的酸性-中酸性熔岩、火山碎屑岩和少量基性熔岩组成,在小相岭山脊两侧首次厘定4处古火山机构。其中,阳糯雪山古火山机构最壮观,是由火山颈相、溢流相、爆发相和火山沉积相构成的完整古火山机构。通过系统的地质剖面研究,发现该古火山机构存在2次喷发亚旋回和15个火山韵律,2次喷发亚旋回之间出现了1次明显的火山间歇期。小相岭地区古火山机构的发现,进一步厘定了苏雄组火山岩的喷发方式和构建特征,对进一步研究苏雄组酸性火山碎屑岩的起源及新元古代陆内裂谷作用具有重要意义。     

地壳深部岩浆岩岩基体与大型、超大型金属矿床的形成及找矿效应

基于部分大型、超大型金属矿床和多金属矿集区的地球物理研究发现:地壳内部物质在热动作用下,深部物质和能量强烈的在交换,当深部热液沿通道（破碎带、软弱岩层或断裂系）上涌时,在深部适宜的岩层部位聚积,并形成大型或较大型的酸性、中酸性或基性的岩基体（镁铁质、超镁铁质）。这些类型的岩浆岩以其携带的热能驱动着深部物质重新分异和调整,并在这一动力作用过程中与围岩进行交代、蚀变,并促使其不断变质。在这样的深部介质和构造环境下矿物元素得以在大型或较大型岩基体附近与周边介质耦合,逐使矿物元素不断聚积,并形成大型、超大型金属矿床和多金属矿集区。     

一次引发华南大暴雨的南海季风槽异常特征及其原因分析

2007年8月10日第7号台风"帕布"在广东沿海消失后,尾随而上的南海季风槽给华南沿海和台湾岛带来持续多日的暴雨和大暴雨.由于南海季风槽是华南最主要的降水系统,因此研究了8月第3候引发华南大暴雨的南海季风槽的异常特征及其可能的原因.首先分析了季风槽的气候平均时空特征.研究表明低层辐合、高层辐散位于季风槽的南侧,表现了季...     

长江下游干流沉积物重金属特征及生态风险评价

【研究目的】长江下游干流沿岸分布众多取水口,为保障用水安全和生态环境健康,亟需了解近岸沉积物中重金属相关现状。【研究方法】调查过程中自上而下分左右岸共采集沉积物样品85组,利用描述统计分析重金属含量特征,综合相关性分析和主成分分析探讨重金属来源,采用地累积指数法、污染负荷法分析重金属污染程度,并评估其潜在生态风险。【研究结果】平均含量由高至低为Zn>Cr>Cu>Ni>Pb>As>Cd;上游至下游,Cu、Zn、Cr、Ni呈小幅波动增加趋势,As、Pb呈小幅波动下降趋势,Cd呈较大波动下降趋势;Cd的污染程度最重,主要来源于农业生产等人类活动,1～4级污染分别占比1.18%、1.18%、18.82%和34.12%,Cr和Ni为无污染,主要是工业生产源和地球化学自然源;中等污染程度(1≤PLI_point<2)的样点占比34.18%,潜在生态风险指数(RI)为19.48～388.62,轻微潜在生态风险、中等潜在生态风险、强潜在生态风险和极强潜在生态风险占比分别为38.82%、42.35%、17.65%和1.18%。【结论】长江下游...     

热带气旋引起的震颤波

在中国地震台网的宽频数字地震计和倾斜、重力仪的观测中,记录到来自西太平洋热带气旋（热带风暴、台风）引起的震颤波.通过对2006年来自西太平洋的全部热带气旋的分析,以及所观测到的震颤波与气旋运动过程中强度的变化、运动路径、观测点与其之间的距离变化等方面的分析研究得到以下结论：震颤信号的持续时间与热带气旋的生命过程基本相符,其中出现强震颤的时间大多为2～3天,特征为信号的包络线呈纺锤状叠加在观测背景上,震颤波的主要频率范围为0.13～0.33 Hz（周期：3～7 s）.我国内陆大部分区域内的宽频地震计、重力仪、倾斜仪等都能清晰记录到这类由热带气旋引起的震颤波.震颤波的强度主要与热带气旋的强度、运动路径以及气旋中心到地震观测台站的距离这几个因素直接相关;而震颤波的变化过程与热带气旋的运动和变化过程密切相关,其中强震颤波的出现时间与气旋过大陆板块边界进入大陆架的时间一致.经对热带气旋的结构、运动规律及动力学特点的了解分析,初步分析认为其主要源于热带气旋运动过程中与浅海区大陆架及陆地表面的摩擦、气压载荷变化以及由此产生的海浪对地壳板块的冲击,及板块边界断层对气旋扰动的响应.此外,我们对北印度洋孟加拉湾生成并在缅甸登陆的热带气旋也进行了实例分析.结果表明：与西太平洋相比,北印度洋热带气旋引起的震颤波对我国大陆的地震观测而言信号较弱.