加载、加热路径上橄榄石的相变及其对相变动力学参数计算的影响

本文研究了橄榄石原位相变实验中加载、加热路径上的相变及其对确定相变动力学参数的影响.利用文献［1］所给出的退火后先加温后加压,且相对低温条件下实验结果确定出的Ni2SiO4橄榄石相变动力学参数,计算了加载、加热路径上所发生的相变对确定成核率、长大率及相变体积分数的影响.结果表明,退火后先加压后加温,且相对高温条件下的实验数据受到加热路径上成核的影响.根据这样的实验数据得到的成核率会明显高于实际温压条件下的成核率.尤其是当多数实验都是高温实验时,根据这些成核率数据所确定的成核率参数会严重偏离其真值,从而严重影响对俯冲带颗粒粒度及俯冲带流变结构的计算.尽管目前有很多关于Mg2SiO4橄榄石长大率的实验数据,也有通过对挤碰物理图像的分析对(Mg0.89Fe0.11)2SiO4橄榄石成核率的估算,但只有文献［2］通过退火后先加压后加温的原位实验得到了Mg2SiO4橄榄石的相变成核率,且属于高温实验.根据本文的研究结果,我们认为亟需补充退火后先加温后加压或相对低温的实验数据以得到正确的地幔橄榄石成核率参数.     

镁橄榄石相变长大率与水含量的关系及亚稳态橄榄石的存在深度

通过分析镁橄榄石相变长大率方程的指前系数和亥姆霍兹活化能在不同含水条件下的实验拟合值,本文研究了橄榄石相变长大率与水含量的关系. 结果表明含水量较高的镁橄榄石在相变过程中对应较低的亥姆霍兹活化能,而长大率方程中的指前系数几乎是一个与含水量无关的常数.这个常数的数值在晶界控制长大的晶体相变动力学经典理论中相应于晶界是一层或几层分子的厚度.亥姆霍兹活化能随水含量的增加而降低的结果既和利用淬火实验得到的结论相一致,也和流变学实验研究的结论相一致.应用以上结果,我们估算了含水量对亚稳态橄榄石存在深度的影响.镁橄榄石的亚稳性受到水的影响很大,具体表现是橄榄石到其高压相瓦士利石的动力学相变界面从下压了几十公里到一直下压到660 km间断面附近.地幔橄榄石与镁橄榄石的亚稳性存在差异.名义上干的地幔橄榄石实验结果显示出地幔橄榄石具有更小的亚稳性,相变完成10%的深度比镁橄榄石浅了20 km左右.以上结果仍然支持在冷的俯冲带中存在可探测的亚稳态橄榄石楔但很难达到660 km间断面深度的结论.     

亚稳态橄榄石相变与深源地震研究进展

由于岩石圈俯冲板块内部温度低, 在400km左右的深度橄榄石不发生相变, 低压相的橄榄石便以亚稳态的形式进入更深的深度。 高温高压实验研究表明, 亚稳态橄榄石相变机制以相变形成的超塑性透镜状尖晶石反裂纹破裂为深源地震的触发机制, 能很好的解释深源地震的特征。 亚稳态橄榄石在俯冲带中存在的范围,是制约亚稳态相变机制的重要因素。 然而亚稳态橄榄石在俯冲带存在的范围尚存争议, 不同模型给出结果相差较大, 文中给出一些解决这个问题的建议。     

亚稳态橄榄石对俯冲带负浮力的影响及其动力学意义

利用有限元方法,计算了不同俯冲速度及热传导系数俯冲岩石层的负浮力.在h-lt;400km和h-gt;740km的深度范围,低温高密俯冲带的负浮力随深度单调增加.因为尖晶石相到后尖晶石相的相变有负的克兰帕龙斜率,俯冲带冷的物质在660km间断面以下不到100km的深度范围内仍以低密度的低压物质相存在.所以在该深度范围,俯冲带受到了周围地幔阻止其插入下地幔的浮力作用.在400km-lt;h-lt;660km深度范围,由于受橄榄石相变的影响,不同计算模型负浮力随深度的变化有明显的不同.对于可能的相变动力学模型,亚稳态橄榄石的存在使负浮力随深度的增加值减小.其作用是不利于俯冲带直接穿透660km间断面,并引起该深度范围俯冲带沿俯冲方向压应力分布的变化.     

亚稳态橄榄石对俯冲带负浮力的影响及其动力学意义

利用有限元方法,计算了不同俯冲速度及热传导系数俯冲岩石层的负浮力.在h-lt;400km和h-gt;740km的深度范围,低温高密俯冲带的负浮力随深度单调增加.因为尖晶石相到后尖晶石相的相变有负的克兰帕龙斜率,俯冲带冷的物质在660km间断面以下不到100km的深度范围内仍以低密度的低压物质相存在.所以在该深度范围,俯冲带受到了周围地幔阻止其插入下地幔的浮力作用.在400km-lt;h-lt;660km深度范围,由于受橄榄石相变的影响,不同计算模型负浮力随深度的变化有明显的不同.对于可能的相变动力学模型,亚稳态橄榄石的存在使负浮力随深度的增加值减小.其作用是不利于俯冲带直接穿透660km间断面,并引起该深度范围俯冲带沿俯冲方向压应力分布的变化.     

剪切产热不稳定性和深源地震的孕育及发生

本文运用数值分析方法，探讨了在粘弹性介质中的剪切产热不稳定性的详细动力学过程，并结合实际俯冲板块情况，分析了深源地震的形成机制，结果表明，由于粘滞损耗产热而形成的剪切产热不稳定性是深源地震可能的发生机理之一。     

对橄榄石相变形核率的估算

地幔主要矿物橄榄石［(Mg0.89Fe0.11)2SiO4］的相变与深源地震的解释以及俯冲带和周围地幔的相互作用相关. 其中,形核率和长大率是刻画其相变动力学的两个重要参数. 因为实验技术的原因,目前人们还没有基于实验数据给出橄榄石的形核率. 本文首先通过对挤碰物理图像的分析,对边界形核情形的相变动力学理论中表征挤碰程度的无量纲参数进行了修正. 在此基础上,根据已有的实验资料,首次对橄榄石相变的形核率进行了估计. 通过对形核率数据的拟合,可以得到形核率参数K0和γ1/3. 得到两个形核率参数的变化范围分别为K0=5.5×1021～8.7×1027s-1·m-2·K-1,γ1/3=0～0.20 J·m-2,最佳拟合值为：K0=6.9×1024s-1·m-2·K-1,γ1/3=0.16 J·m-2.     

伊比利亚-非洲板块边界的地震震源及其构造含义

用震源机制和地震活动性方面的资料研究了伊比利亚和非洲的板块边界。该地区可以被分为三个区:A区,加的斯湾;B区,贝蒂克山、阿尔沃兰海和摩洛哥北部;C区,阿尔及利亚。地震活动的特征很复杂,浅源(震源深度h<30km)大地震发生在A区和C区,中等地震发生在B区;中深源(震源深度h=30～150km)的地震发生在B区;深源地震(震源深度h≈650km左右)发生在格拉纳达以南。浅源地震的地震矩率、滑动速度和6值的估算表明在加的斯湾和阿尔及利亚地区有相似的特征·而在中部地区却大不相同。所选的80个浅源地震(8≥m_b≥4)的震源机制表明,在加的斯湾和阿尔及利亚地区是逆)中断裂,水平挤压的方向是NNW—SSE向,而在阿尔沃兰海是在东西向水平张力作用下形成的正断裂。阿尔沃兰海26个中深源地震的震源机制显示的是垂直运动机制,优势面为东西向。极深地震的震源机制解与沿南北向的垂直倾滑运动一致。Frohlich图和地震矩张量显示,在加的斯湾、贝蒂克山—阿尔沃兰海和摩洛哥北部地区以及阿尔及利亚北部地区的浅源地震特征是不同的。中等深度地震和极深地震的应力图象有着不同的方向:中等深度地震为NW—SE向垂直拉伸,极深地震的张应力轴和压应力轴的倾角约为45°。区域应力图象可能是由非洲板块和伊比利亚板块之间的碰撞引起的,使得岩石层物质在阿尔沃兰海中等深度的地方扩张和俯冲。极深地震的活动可能与更老的俯冲过程有关。     

马尼拉俯冲带缺失中深源地震成因初探

马尼拉俯冲带是整个南海地震活动多发区,地震成因与南海的形成和构造演化关系密切.对马尼拉俯冲带地震数据和层析成像结果进行了深入分析.结果表明:马尼拉俯冲带的地震活动主要为密集的浅源地震,缺失中深源地震.进一步分析揭示:①脱水和榴辉岩的形成在南海洋壳到达软流圈前就基本停止.马尼拉俯冲带南部在较浅的深度就转变为塑性变形,并停...     

长白山—镜泊湖火山区上地幔间断面接收函数研究

利用布设在长白山地区的19个PASSCAL宽频带流动地震台站近一年的远震记录和布设在镜泊湖火山区14个宽频带轻便数字地震仪三个月的远震记录,共得到高质量的423个接收函数,通过对这些接收函数的共转换点叠加得到研究区的间断面的分布及形态.研究结果表明,研究区存在410、520km和660km间断面.410km和660km间断面较为连续且具有正相关性质,410km间断面在长白山天池火山下局部上隆,660km间断面具有复杂的多界面性质.410km和660km之间的过渡带厚约250km,接近全球平均水平.珲春深震区下660km界面下陷,其上还有多组震相,这些震相在珲春深震区东西两侧不连续,推测西太平洋板块至少已经俯冲到欧亚大陆下的上地幔过渡带中.410km间断面在长白山火山区下局部上隆,660km间断面具有的复杂结构和珲春深源地震的发生均与俯冲板块在过渡带中的活动有关. 俯冲板块在受到660km间断面的强大阻力后,在660km间断面之上变为近水平扩张.推测在欧亚大陆下西太平洋板块的最前端可能已经不是一个完整的整体,或许是由几个有一定联系的板块残片组成.     

对一类相变体积分数计算公式的修正

考虑了相变过程中生成相晶核的真实形状,对1956年Cahn给出的颗粒边界成核情况下成核长大型相变的相变体积分数计算公式进行了修正;当初始实验数据是成核率、长大率时,两种相变体积分数计算公式的计算结果差别很大. 当初始实验数据是相变体积分数随时间变化的实验点时,两种相变体积分数计算公式所给出的计算结果的差别主要由拟合误差所致. 无论从哪种实验数据开始计算,两种不同的计算模型给出的生成相的颗粒大小都存在很大区别,这将影响对俯冲带流变结构的认识.     

俯冲带地震动特征及其衰减规律探讨

随着我国南海不断开发建设,海洋工程的抗震问题日益受到重视.我国南海东部区域位于大陆板块与海洋板块共同作用的俯冲带地区,地震活动频繁,震级较大,潜在地震对南海开发建设有重要影响.为了研究俯冲带地震的地震动特征及其衰减规律,本文基于实际俯冲带地震数据,并结合数值模拟方法,分析和探讨了俯冲带板内、板缘地震与浅地壳地震的地震动特征和衰减规律的差异.研究结果表明：俯冲带地震动存在区域性差异,在地震动衰减特征方面,同一区域的俯冲带板缘地震要比浅地壳地震衰减慢,俯冲带板内地震要比浅地壳地震衰减得快;数值模拟分析不同深度海水对海底地震动的影响表明,海底地震动水平分量几乎不受海水介质的影响,但是竖向分量随海水深度的增加有减小的趋势.最终,基于数值模拟和经验关系的混合方法建立了南海俯冲带地震动衰减关系模型,其结果可为海域区划等相关研究和海域工程建设提供参考.

     

基于重复微震的小江断裂带深部滑动速率研究

利用云南数字地震台网1999~2011年的波形资料,通过辨识源于同一位置破裂的重复微震来估算小江断裂带不同段落、不同深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,应用了在子采样条件下基于S-P相对到时差来约束地震相对位置的方法,在小江断裂带识别出29组重复微震,其复发间隔存在差异变化.重复微震的时空分布初步分析表明:准周期的重复微震在空间上相对独立,远离其它重复微震和背景地震; 在重复微震集中分布的区域,位置相近的重复微震可能会相互作用而影响其复发间隔;在背景地震活跃阶段,相邻背景地震发生引起的应力变化可能缩短重复微震的复发间隔.利用重复微震的地震矩和重复间隔,估算出小江断裂带孕震深处3~12 km的滑动速率为1.6~10.1 mm·a-1,显示不同破裂段的深部滑动速率存在明显差异.     

龙门山断裂带深部构造变形的黏弹性模拟及其与强震活动的关联性探讨

根据龙门山断裂带地区的主要构造特征,建立该地区的有限元模型,同时考虑地下深处的黏弹性蠕动和不同部位间的接触关系,模拟计算了研究区在强震轮回活动中的时间演化历程.模拟结果表明:龙门山断裂带深处的滑动速率比浅表的滑动速率大,龙门山断裂带周围是相对容易发生应变积累的地区,其5~19 km深度也是高应力聚集成核区,随时间推移的应力集中程度加剧而引发强震.本模拟分析证实了重复地震观测所揭示的龙门山断裂带存在深浅活动速率差异的现象,这在一定程度上可以解释出乎预料的汶川MW7.9地震的孕育机理.综合分析研究提出:应充分利用重复地震这一天然的"地下蠕变计(subsurface creepmeter)"来探测深部构造变形的活动,为强震危险性分析提供必要的"原位(in situ)观测"约束信息.     

汶川、鲁甸、康定地震前应变数据由自洽到失洽的转变与地震成核

根据四分量钻孔应变观测的弹性理论模型,四个分量的观测值 S1、S2、S3、S4之间存在“自洽方程”：S1＋S3＝S2＋S4。“十五”期间新建的“数字地震观测网络工程”四分量钻孔应变观测系统中已有一批台站,无论是几天的短期数据,还是6年以上的长期数据,两组面应变相关系数 k 值都超过了0．99。k 值不受降雨、河湖水位、机井抽水等外界干扰影响,具有稳定性。但姑咱台和昭通台,分别在汶川8．0级、鲁甸6．5级和康定6．3级地震前,观测到了 k 值发生明显变化即数据自洽性遭到破坏的现象。导出自洽方程的条件是安装应变仪钻孔附近岩石完整及应力源与观测点间介质的连续性要求,由此,作者认为,姑咱台和昭通台面应变相关系数发生变化可能由于台站附近发生的大地震的地震成核过程中震源区地层介质连续性逐渐受到破坏所致。     

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级·频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响.研究表明,对区域小震资料进行完整性分析,可以在低水平地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势.本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考.