鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围:21.2~24.5mW·m-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比(Qc/Qm)介于1.51~1.84之间,为"热壳冷幔".与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明:鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.     

华北断块区现代构造断裂的动力学问题的地震研究

通过华北断块区的地震活动、空间分布、地震断裂力学参数分析和剪切破裂带地震滑动速率及应力计算等研究了该地区现代构造断裂的动力学问题。基本结果如下: (1) 由地震活动及其分布所构成的深部地壳的现代断裂为一稳定的剪切破裂网络体系。 (2) 由震源机制资料得到本区地震断层多属走滑型和近走滑型,震源区主应力为水平力和近水平力。但斜滑型断层和倾滑型断层以及斜力和近垂直力也占有不可忽视的比例。 (3) 由地震矩估算出剪切破裂带的平均滑动速率均小于0.1厘米/年。 (4) 用中小地震估算本区地震构造力约为几十——几百巴量级     

三江侧向碰撞带地质构造与岩石圈各向异性

位于青藏高原东南缘的三江侧向碰撞带是研究青藏高原物质东流和印度板块东向下插等科学问题的关键区域,地质构造复杂,变形强烈,地震活动频繁,分布有丰富的金属矿床．为了更好的认识三江侧向碰撞带内复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文对三江侧向碰撞带岩石圈地震各向异性进行梳理,结合断裂分布、地震活动、地壳变形、应力分布及深部结构,得到以下认识和结论．研究区内地表运动方向整体上呈现出绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转的变化形态,深部构造复杂,地壳厚度发生剧烈变化,速度结构横向变化明显．岩石圈范围各向异性特征具有横向分区、垂向分层特征;上地壳快S波优势偏振方向为近NS方向,但在局部范围呈横向分区特征,与地表变形、主压应力方向有较好的一致性;中下地壳介质有着与上地壳大致相同的各向异性对称轴,快S波对称轴呈近NS向或NNW向;岩石圈各向异性呈南北分区特征,26°20′N是一个重要的分界线,北侧的地壳各向异性与岩石圈各向异性的快S波对称轴都为NS方向,总体一致,南侧的地壳各向异性与岩石圈各向异性快S波对称轴不一致,岩石圈各向异性快S波对称轴为EW方向．26°20′N以南,上地幔各向异性可能与受到印度板块东北部东...     

渤海及其邻区地壳热结构和热应力场的研究

本文利用地热和地壳分层结构资料及有限元方法,计算了渤海及其邻区三维地壳热结构,及其横向不均匀性引起的热应力场.结果表明,该区域大部分地区浅部地壳和深部地壳的横向温度分布有明显不同,但热流的横向分布大体不变;在唐山周围地区有一条地壳热结构的剧烈变化带.在唐山周围地区、华北平原及渤海湾和渤海中部.热应力有不同的分布特点.本文用这些结果,对渤海及其邻区地震活动的分布特征进行了解释.      

基于断层倾角分段变化的玛多地震发震断层构造应力场演化数值模拟分析

2021年M_S7.4玛多地震是发生在青藏高原巴颜喀拉块体内部的一次左旋走滑型地震,地表沿发震断层——江错断裂形成了150 km长的破裂带和分叉现象.本研究基于玛多地震主震及余震的三维空间分布特征,依据断层走向与倾角的分段变化构建了江错断层的三维精细模型,并顾及GNSS速度场、采用黏弹性本构关系、依据库仑破裂准则,利用ANSYS有限元计算并分析了江错断层面上的应力演化过程.结果表明：江错断层面西段末端浅部区域(<10 km)、中段深部区域(>10 km)以及东段末端区域的库仑破裂应力积累速率和等效应力要显著大于其他区域,与玛多地震主震及余震序列存在较好的空间对应关系,意味着高水平的应力积累是诱发玛多主震及余震发育的主要原因.同时,地表沿江错断层分布的高应力区与玛多地震地表破裂带位置基本一致,表明玛多地震对地表高应力区产生的扰动是导致地表破裂的原因.而在震源深度(17 km)水平面内,江错断层东段末端应力集中区的空间范围远大于该处已发余震的分布范围,暗示玛多地震序列并不会使得江错断裂东段积累的构造应力全部释放;结合模拟揭示的江错断裂断层面上应力扩展趋势,推...     

青藏高原中南部岩石圈扩张应力场与羊八井地热异常形成机制

青藏高原中南部地区有着丰富的地热资源,其中羊八井地区存在着温度高达93℃以上,热流值高达364mW/m2的地热奇观.本文利用国际以及中国地震台网资料,详细分析了青藏高原中南部地震活动性和岩石圈脆性破裂深度范围,进而讨论了高地热异常区的岩石圈应力场背景及其动力学机制.研究结果表明,青藏高原地热异常区有高于高原内部平均活动水平的震级为6级左右的中强地震活动,其震中分布呈现出与地热活动相似的、沿近南北向断陷带的带状特征;并且在高热流区域内有高原内部罕见的中深地震活动,地震震源从100km左右深处到地表呈现柱状地震群活动的空间分布等特征.震源机制与应力场研究结果表明,虽然高原中南部应力场主压、主张应力方向与青藏高原的整体特征相符,但是地震发生类型与青藏高原周缘的挤压逆断层型地震完全不同,均属于东西向扩张力作用下的正断层型地震活动,特别是在羊八井高热流区域附近,东西向扩张应力场在岩石圈应力场中起到主导性作用,推测其控制深度可达岩石圈底部100多公里处.青藏高原地热异常区在强烈的近东西向扩张应力场作用下,岩石圈东西向扩张并发生一系列的大规模正断层活动,致使深部软流圈高温热流可以沿着活动正断层及其形成的深裂隙上涌,穿过岩石圈到达地表面,形成了高地热异常区.     

南海北部陆缘珠江口盆地岩石圈热结构

沉积盆地岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.由于海洋勘探难度大、勘探程度低,相对于大陆地区,边缘海盆地比较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文在收集整理珠江口盆地及邻区大地热流数据的基础上,补充收录了自2003年以来发表的新数据,绘制了研究区最新版的大地热流等值线图;基于中美合作双船地震剖面揭示的深部地壳结构计算了研究区的壳-幔热流、深部温度以及"热"岩石圈厚度.研究表明,珠江口盆地地壳热流介于18.7~28.6 mW·m^-2,地幔热流介于36.9~91.4 mW·m^-2,壳幔热流比值0.23~0.75;由陆架、陆坡至中央海盆,在地壳热流逐渐减小的情况下地表热流逐渐递增,说明地表热流分布主要受深部热作用控制;盆地"热"岩石圈厚度介于34.0~87.2 km,平均65.5 km,反映出显著拉张减薄的特征.     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5mW·m~(-2),壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139km/128~162km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

天水地区大地电磁测量及深部电性结构

天水地区的大地电磁测量结果表明，在４３ｋｍ左右的深度上普遍存在高导层，这可能是壳幔过渡带的反映。岩石圈厚度大约９５－１１０ｋｍ。在天水太京附近可能存在一条大型近东西向地壳－岩石圈构造带，在秦安以北的叶堡和陇城附近可能也存在一条近南北向的大型地壳－岩石圈构造带，它们都是不同构造单元的分界线。１６５４年天水８级大震可能与深部热异常引起的热应力有关。     

华北地区上地幔温度及岩石圈厚度分布研究

上地幔温度是控制地幔流变性和动力学过程的关键参数之一.本文利用高分辨率S波地震层析成像速度结果,基于岩石温度与地震波速度的关系,研究了华北地区上地幔50~300 km深度范围内的温度分布和"热"岩石圈厚度.为了验证结果的可靠性,本文用计算的上地幔60 km深度处的温度作为底面约束,得到了相应的地表热流.计算地表热流与观测地表热流之间符合程度较好,相对误差大部分都在地表热流观测误差范围之内.通过对上地幔的温度分布进行分析,我们研究发现:(1)在上地幔浅部,温度与地表构造之间有很好的对应关系.在小于170 km的深度上,温度呈现东高西低的分布态势.温度较高的区域集中在东部的河淮盆地、渤海湾盆地、华北平原和中部陆块的交界处、西部鄂尔多斯高原北缘的银川―河套地堑以及阴山地区,同时,这些地区的岩石圈厚度也相应较薄,大约为80~100 km;(2)西部的鄂尔多斯高原是整个华北地区岩石圈地幔温度最低的地区,比东部地区低200~400 ℃,岩石圈厚度相应最厚,平均岩石圈厚度达到140~150 km,最厚处超过160 km.(3)在170 km以下的软流圈地幔部分,温度分布发生反转,西部温度高于东部,表明东、西部陆块在地质历史时期经历了不同的深部地幔动力学过程.     

张家口-塘沽测线岩石圈有效弹性厚度研究

岩石圈有效弹性厚度表征了岩石圈抵抗变形的能力,代表了岩石圈的综合强度,通过岩石圈有效弹性厚度的研究能揭示岩石圈丰富的热力学信息.本文收集分布在首都圈地区张家口-塘沽测线附近的16个大地热流数据,且结合该测线下的地壳结构,计算得到测线下方岩石圈的现今温度场剖面,并根据温度场计算得到其流变结构和有效弹性厚度.通过将有效弹性厚度与前人有关该测线下方震源深度的研究成果做对比,结果表明在有热流约束的地方有效弹性厚度大致对应约400~600℃的等温面,所有地震都发生在有效弹性厚度之上.     

华北地区中东部岩石圈挠曲与均衡特性以及地震活动性分析

华北地区中东部涵盖北京、天津以及即将建设的雄安新区等大型城市,区内发育了张渤地震带等多条大型活动断裂,地震活动性较强,历史上发生过多次6级以上地震.本文利用Fan小波的布格重力异常一致性方法研究该区的岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比分布,同时基于均衡调整方法计算该区垂向构造应力分布,并将以上结果与历史地震活动进行统计分析.岩石圈挠曲分析表明,华北地区中东部的岩石圈有效弹性厚度为10~65 km,分布特征为自东南向西北逐渐减小.均衡调整初始加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.该区地壳承载的垂向构造应力约为-20~20 MPa,中西部地区垂向构造应力向上,东北和西南地区向下.统计分析结果显示,华北地区中东部的地震活动性随着岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比的增加而减弱,垂向构造应力零值区域地震活动性较弱.雄安新区的岩石圈有效弹性厚度大约为15 km,均衡调整初始加载比为0.5~0.6,垂向构造应力为15~20 MPa,岩石圈参数对应的地震活动性较强,相关结果对于新区建设具有一定参考价值.     

断层内闭锁区及其附近的应力分布

本文用三维有限单元法计算了在外应力场作用下,断层深部闭锁区及其附近的附加应力分布,用以模拟震源体在孕震过程中对断层两侧地质体的作用。计算结果表明,在断层因局部发生闭锁而孕育地震的过程中,断层闭锁区有着明显的应力集中,其应力值比非闭锁区高几百倍。闭锁区内的高应力分布有明显的端部效应,闭锁块体各个端部的主应力值、断层面上的正应力和剪应力值以及主应力方向,均与其内部有很大差异。对比分析断层内不同深度上的应力分布,可见深、浅部附加应力状态明显不同,并随深度增加而呈现某些有规律的变化。     

富蕴地震前后震区应力场的光弹实验研究

本文用光弹性实验方法,模拟分析了富蕴地震前后震区应力场特征。实验表明,在富蕴8级大震前,可可托海一二台断裂中部阿克赛依是最大剪应力集中区。 打孔释放应力后,最大剪应力集中区向地震断裂南段和本区东部迁移。 地震前后应力集中区与该区中强震的空间分布基本吻合。     

贵州剑河5.5级地震的地质构造背景

简述了大兴安岭-太行山-武陵山大型重力梯度带及其系列断层的地质构造背景,在此基础上对地震成因进行了浅析,认为切穿水库的凸洞断层在震中深部与剑河(革东)-台江断层交汇而致局部构造应力集中而孕震,在断层渗水影响和三板溪水库荷载作用下导致应力失衡而引发地震,通过水库的调整应可或更利于可能的更大级别地震的预防和避免。     

四川威远及邻区中小地震活动特征及地壳精细结构研究

利用2019年以来在四川荣县—威远布设的密集地震台站,以及部分固定台站记录到的近震资料,采用双差层析成像方法获得了高分辨率的浅层地壳三维速度结构和震源位置.重定位结果显示,研究区内中小地震多数呈南北向条带状分布,与已知地表断层的分布无明显关联.地震震源深度主要集中在2～5 km深度之间.研究区中小地震活动与速度结构变化具有相关性,在5 km以浅,地震多分布在S波高速异常区;在7～10 km深度范围,地震多发生在P波和S波的高、低速异常转换带.综合重定位和速度剖面结果,推测研究区内沉积层厚度约4～6 km,而一些中强地震多发生在结晶基底顶部.在研究区深部,黄桷坡断层以北地震区比荣县地震区具有更高的P波速度,在相似的应力状态下,力学性质更强的黄桷坡断层以北地区更难以破裂,可能是该地区更晚发生地震的缘由.     

我国西南地区地壳重力不稳定性与地震断层平移错动的关系

本区地震往往发生在10～20千米深处,若将震源上复岩层重力负荷在地壳深部产生的垂直应力及水平应力视为背景应力,而将重力导致的青藏高原壳内水平应力视为叠加于背景应力之上的附加构造应力。可以证明,在这一情况下,地壳深部具备产生平移错动型断层的基本力学条件,实际资料也表明,本区地震断层以平移错动为主。现今国内外的研究者仅讨论过断层倾滑错动的重力机制问题。本文提出了断层平穆错动与重力关系的新见解,这对正确认识重力在构造与地震活动中的作用将是有益的。     

中蒙弧地区地震活动性及其地球动力学成因研究

应用中国地震局地球物理研究所和蒙古科学院天体和地球物理研究中心合作编制的蒙古国及邻区M≥3.5的地震目录,研究了中蒙弧地区的地震活动性特征.结果表明,与中国大陆的“南北地震带”相对应,研究区地震总体分布大致以107°E为界,呈现西强东弱的特点,7级以上的强震集中于贝加尔湖、萨彦、阿尔泰以及天山地区,107°E以东,除纬度40°线附近（燕山地震带）地震较集中且强度大之外,其它地区地震稀少,强度也低.通过断层的野外调查和本地区震源机制解,进一步研究了该地区地震活动性特征的构造应力场及地球动力学成因.研究区大部份地震都是走滑型断层活动的地震.逆断层活动的地震主要分布于中国的天山地区和中蒙边境一带的阿尔泰山地区,正断层活动的地震主要分布于俄罗斯的贝加尔湖裂谷带,走滑兼倾滑断层活动的地震主要分布在研究区域的西部地区.研究区域内的大部份地区主压应力轴（P）的倾角都小于30°,为水平或近水平的构造应力场,自西向东主压应力轴的走向从近南-北方向逐渐转为北东-南西方向.断层的野外调查、震源机制解和区域构造应力场的方向表明,中蒙弧地区主要来自西南面的印度洋板块向北偏东方向的碰撞挤压,通过青藏高原传递到本区,来自东面太平洋板块的影响已较微弱,这是研究区地震活动西强东弱、8级以上强震都发生在西部的主要原因.     

日本海-鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海-鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220-320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100-200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100-200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

龙门山构造带深部动力学过程与地表地质过程的耦合关系

发生在地球浅层的2008年汶川地震驱动了龙门山及前陆地区的地表同震垂向位移.根据冲断带-前陆盆地弹性挠曲模型理论,在进行弹性挠曲模拟反演的基础上,结合对深部地球物理特征(泊松比、电性结构)的分析,发现龙门山前陆盆地现今岩石圈有效弹性厚度(T_e)具有自东向西逐渐减薄的趋势,自川中地区的30~40 km减至龙门山地区的10~20 km.在对晚三叠世以来前陆盆地各阶段盆地结构进行刻画的基础上,进行弹性挠曲模拟反演,推断龙门山前陆盆地的前渊地区(四川盆地西部)岩石圈的T_e值自晚三叠世以来具有逐渐减薄的趋势.这可能与松潘一甘孜地块下方广泛存在的软流圈热物质对四川盆地西部岩石圈下部的长期加热而导致的熔融有关,反映了地球深部动力学过程与地球表层盆地演化之间的耦合关系.