华北岩石圈三维流变结构的一种初步模型

利用华北地区(105~124°E, 30~42°N)的地震P波速度资料和大地热流资料建立了华北岩石圈的三维波速分布及温度分布. 考虑了摩擦滑动、脆性破裂及蠕变三 种主要的流变机制在岩石圈中的作用. 计算了华北岩石圈流变强度及粘度的三维分布. 结果表明, 岩石圈的流变强度和粘度有着明显的分层特征. 在应变率为 的情况下, 上地壳上部为脆性区, 下部有可能是以蠕变为主的延性区; 中地壳可以是以脆性破裂为主的脆性区, 也可以是上层以脆性破裂为主而大部分是以蠕变为主的延性区; 而下地壳几乎均是以蠕变为主的延性区; 壳下岩石圈上部是以脆性破裂为主或以蠕变为主的高强度区. 同时可以看出, 流变强度在水平方向上有很大的不同, 与大地构造有着明显的联系. 讨论了岩石圈波速结构, 温度分布对流变结构的影响, 并对改进岩石圈流变结构的研究提出了建议.     

岩石圈流变机制的确定及影响岩石圈流变强度的因素

讨论了确定岩石圈流变强度中存在的问题，根据Byerlee定律，给出了在Anderson断层系统下三种断层的摩擦滑动强度公式，利用小标本实验结果外推，用大标本实验结果作约束，得到岩石圈几种典型岩石的脆性破裂规律，利用上述结果和传统的方法，分别得到了鄂尔多斯和山西裂谷两个典型地区的流变强度随深度的变化。结果表明，以往的计算对岩石圈流变强度的估计过高，对脆性形变区估计不足，流变机制估计不对；岩石圈有力学分层的特性，但各地分层的深度范围不同，使得成层和力学作用变得复杂，讨论了水、应变率以及多相矿物对流变强度的影响。     

伊豆-小笠原地区地幔间断面的起伏及其意义

利用美国、德国以及瑞士地震台网(台阵)记录的伊豆-小笠原地区地震的波形资料, 使用N次根倾斜叠加方法提取反射及透射转换震相, 研究了震源下方地幔间断面的分布以及俯冲板块对660和410 km间断面的影响. 研究发现, 该地区在170, 220, 300, 410, 660, 850以及1150 km深度处存在速度间断面; 伊豆-小笠原地区410 km间断面抬升, 660 km间断面下陷, 并存在区域性差异, 但临近的日本海地区410 km间断面未发现变化, 而660 km间断面则在没有俯冲板块明显影响下出现下陷.     

底部水平拖曳作用下岩石圈的层间耦合

建立了岩石圈的流变分层模型,利用考虑有限形变的平面应变黏弹性有限元计算程序计算了岩石圈底部水平拖曳所产生的速度场和应力场。模拟计算中使用不同的拖曳条件和阻挡条件,以研究它们对岩石圈中应力分布及层间耦合情况的影响。不同深度的阻挡对岩石圈层间耦合及整体应力水平的影响不大,但影响阻挡部位附近的应力分布特征。随着阻挡深度的加深,应力分布异常的面积略有加大,最大剪应力的数值减小。岩石圈中不同层间黏度值的差别越大,引起层间解耦的可能性越大。在正常地幔对流(对流速度为20cm·a~(-1)情况下,流变结构相似于华北地区平均流变结构的岩石圈一般不产生层间解耦,但可以产生几MPa到几十MPa的剪应力分布,且将随构造的不均一性而产生应力异常的集中区。     

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示

地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用.南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制.晚中生代以来,南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化,并且发生了多期次拉张构造运动,形成了一系列裂陷和盆地.近几年来,地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了有效的约束.(1)地壳结构方面而言:海底地震探测结果表明,南海北部陆缘地壳厚度范围为7～32 km,最厚和最薄处分别对应着东沙隆起和白云凹陷.深地震反射/折射剖面结果显示南海东北部大陆架和洋陆过渡带的下地壳底部发育有明显的高速层,厚度为0～10 km,且向洋盆减薄并尖灭,此特征与张裂运动后岩浆底侵过程一致.东沙隆起的上地壳岩性为长英质,表明该区12 km厚的下地壳高速层可能与中生代太平洋板块俯冲产生的火山弧有关.(2)在岩石圈尺度上:面波成像结果显示,南海北部的岩石圈比周边陆块的要薄一些,大致在60～75 km之间,为中生代俯冲形成的软弱带.(3)上地幔结构方面:体波层析成像结果表明在南海北部地区地幔转换带内存在高速异常,三重震相波形拟合则进一步约束了该高速异常体,即厚度为209～225 km,P波高速异常为1.5％～3.5％,其可能为中生代太平洋俯冲板片或伴随有大陆岩石圈拆沉体,也可能是古南海北部板片的俯冲残留体.滞留板片带来的低温异常导致410 km间断面抬升了 5 km,660 km间断面下沉了 5～15km.与此同时,在地幔转换带之上存在厚度为60～75 km,P波低速异常为2.0％～2.5％的低速层,其可能与地幔转换带内俯冲板片脱水有关.     

基于波形拟合的中国东海地区410 km间断面附近速度结构研究

410 km间断面是地幔转换带的顶界面,对其速度结构和起伏形态开展地震学探测有助于认识地球内部物质组成和相关的地球动力学过程.本文选取了由中国数字地震台网记录到的位于琉球俯冲区的一个中源地震P波宽频带波形资料,利用三重震相波形拟合研究了中国东海地区410 km间断面附近的精细速度结构.结果表明：中国东海地区下方410 km间断面整体表现为一尖锐的速度界面且有8~15 km的小幅抬升;该间断面之上存在52~62 km厚的低速层,其P波速度降低0.5%~1.6%;440 km深度以下存在1.0%~3.0%的P波高速异常.结合前人在该地区的层析成像结果,我们推测该高速异常体与西太平洋俯冲板片在中国东海地区地幔转换带内的滞留有关;板片内水相E分解使得转换带内水含量增加,这引发了410 km间断面的抬升;410 km间断面之上的低速层应与含水矿物脱水导致的地幔橄榄岩部分熔融有关.     

基于改进型图像信息方法的汶川地震前电离层参量时空特征研究

震前加速破坏阶段地壳岩石破裂过程中可能辐射电磁信号,提取与之相关的电磁信号异常有助于认识地震孕育及破坏过程,从而为防震减灾提供支持.本文提出了改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,MPI方法),并用于汶川地震前电离层参量时空特征信息的提取.通过分析对比处理前后的DEMETER电磁卫星时空图像可以发现,原始时空图像一般存在季节性和空间性的变化规律,较难获得有意义的信息;而采用MPI方法处理后,则发现汶川大地震前,电离层参量存在明显的异常变化.从而,证明了MPI方法具有消除背景趋势、突出短期变化的能力,可以有效地提取强震相关的电磁前兆信息.     

利用三重震相探测中国东部海域410 km深度低速层

基于中国数字地震台网记录的日本本州地区2009年发生的一次震源深度为167.2 km、 震级为mb6.0地震的宽频带波形资料,利用二维射线追踪方法给出P波三重震相的理论时 距曲线,并采用试错法构建出与观测时 距曲线拟合效果最优的低速异常模型,发现在中国东部海域下方410 km间断面上、下均存在局部的P波低速异常:300—410 km深度范围内低速异常为4%—5%,而410—460/470 km深度范围内的低速异常则达到4%—7%．结合前人地震层析成像结果,发现该区域不存在明确外源热流,因而,本文认为该低速异常与俯冲板片脱水引起的部分熔融有关．      

基于P波三重震相的下扬子克拉通地幔转换带顶部低速层初探

本文基于中国地震观测台网记录到的震中距为10°~23°之间琉球俯冲区一个中深源地震的P波三重震相信息,研究了下扬子克拉通转换带顶部P波速度结构.通过射线追踪和理论地震图与观测地震波形的对比,发现下扬子克拉通下方的410 km间断面为一厚度20 km的梯度带,其上存在一由西南向东北变厚的低速层,厚度变化40~57 km,P波速度减低2.7%~4.5%.该低速层可以被认为是由于地幔橄榄岩部分熔融引起的.     

岩石圈流变结构的一种新的应变率约束

对目前存在的3种应变率约束条件（常应变率,常构造力,与应变率有关的构造力约束）进行了讨论,它们都不能真实地反映岩石圈内的应变率分布及实际观测.基于近几年GPS测量的研究结果,提出利用GPS实测应变率对岩石圈流变结构进行约束的新方法.对华北地区实际流变剖面的计算结果表明,本文方法克服了上述三种约束条件的不足,利用它所确定的岩石圈流变结构更为合理,在流变性质上较好地反映了与大地构造的对应关系,而且一定程度上反映岩石圈内各种状态参量及物质参量对流变结构的影响.同时还讨论了这种约束存在的问题.