日本九州俯冲带b值成像及其构造意义 *

日本九州俯冲带是菲律宾海板块与欧亚板块汇聚边界上一个独具特色的区域, 也是研究俯冲带内板块构造作用的理想场所。为了解该俯冲带内的板间应力状态和相互作用, 本研究利用震源深度大于20km的97251个地震事件, 通过b值计算详细刻画了该俯冲板片上表面以及垂直海沟走向的剖面特征。结果发现, b值表现出明显的空间变化, 整体上沿南海海槽和琉球海沟从东北往西南方向逐渐增大, 同时在俯冲的九州-帕劳海脊上存在显著的低值区。从b值与应力的负相关性推断, 进入俯冲带的海脊以及海脊东北侧的四国海盆洋壳与俯冲带上覆板片耦合作用较强; 而在海脊西南侧, 俯冲带内汇聚板片的耦合作用相对较弱。究其原因, 本文认为九州-帕劳海脊两侧俯冲洋壳在形成时代和汇聚速率上的差异起着重要作用。对于九州-帕劳海脊来说, 俯冲带浅部的低b值区主要是由于隆起的海脊增强了与上覆板块的耦合作用。随着俯冲深度的增加和俯冲板片倾角的急剧变陡, 沿海脊可能发生了板片撕裂, 从而释放了海脊与上覆板片间的挤压-剪切应力, 使耦合程度大大减弱。     

板块俯冲带岩浆作用过程的研究

综合分析了板块俯冲带岩浆活动的物质来源、岩浆上涌直至喷出的地球化学过程以及与这些过程相对应的时间尺度等研究的进展,指出了目前研究中存在的主要问题,并建议我国在该领域开展相关的研究中应:1)首先利用独有的地理优势,以处于弧后扩张作用早期的冲绳海槽为研究对象,开展相关的调查与研究;2)积极引进先进的技术手段;3)通过加强国际合作,积极参与国际合作项目,拓展研究领域.     

板片宽度控制下的俯冲带演化及差异性

俯冲板片为板块运动和地幔流提供了主要的驱动力,地球动力学、地震以及地球化学的研究成为了解板块动力学和俯冲引起的地幔流的工具。以前大多数地球动力学研究都将俯冲带看作沿平行海沟方向无限延伸的（二维）或在宽度上是有限的,而空间位置上是不变的。但是俯冲带及其相关板片在水平方向上（250～7400kin）是有限的,而且它们的三维几何形状随时间将会发生改变。这里我们将介绍板块宽度控制板块构造的两个一级特征——俯冲带的弯曲和随着时间后退的趋势。     

俯冲带板间地震活动的热-力学特征

地震广泛发生于板块的汇聚边界,并表现出多样性。全球多数8级以上和所有9级以上的地震都发生在板块界面即俯冲断层,此类板间地震及其引发的海啸会给人类社会带来巨大的灾难。本文聚焦于孕育此类大地震的地震带及其下方的慢地震带区域,阐述断层热-力学在研究地震活动过程中发挥的重要作用和潜在的应用。在目前对地震发生时间尚无法有效预测的前提下,了解地震发生的地理位置和最大震级对防震减灾工作尤为重要。俯冲断层的热-力学特征可以:(1)借助岩石学特征,圈定大地震发生的上下边界,估算潜在发生大地震的震级;(2)借助海底热流和地形观测,确定俯冲断层强度,推断大地震发生的地理位置;(3)借助岩石学特征和地震观测,推断断层流变学特征(脆性摩擦与黏性蠕滑),建立与实测地震的对应关系,如地震带与其下方的慢地震带分别对应着两段相互分离的脆性摩擦区域。以上研究都离不开热流观测对研究结果的约束,然而目前对俯冲带的热流观测还相对不足。西太平洋周边拥有多个典型俯冲带,开展这些区域特别是马里亚纳俯冲带的热流观测是研究俯冲断层热-力学的重要依据和补充。     

板块俯冲对岩浆作用影响的同位素地球化学示踪研究

同位素已成为俯冲带岩浆作用研究中灵敏的地球化学示踪剂,是约束岩浆运移过程和时间尺度的有力工具。综述了近几十年来利用Sr-Nd-Pb-Hf同位素、Li和B同位素以及Be和短周期铀系同位素等方法,在俯冲带岩浆作用过程、时间尺度、岩浆源区物质特征、岩浆形成演化及控制机制等方面取得的进展和成果。最后指出将不同同位素研究应用于弧后盆地岩浆作用的研究中,必将为全球俯冲带岩浆作用研究带来突破性的进展和成果。     

汤加、日本、伊豆-小笠原与马里亚纳海沟俯冲板块正断层模拟：对俯冲板块弱化的影响

通过对比实际观测与弹塑性变形模型,研究了沿着汤加、日本、伊豆-小笠原、马里亚纳海沟的板块挠曲与正断层特征。观测表明,平均海沟挠曲量在日本海沟最小（3公里）,马里亚纳海沟最大（4.9公里）,而平均正断层垂直断距在日本海沟最小（113米）,汤加海沟最大（284米）。模拟了俯冲板块在三种构造加载的作用下发生弯曲变形并产生正断层的过程：垂向加载（V₀）、弯矩（M₀）和水平拉张力（F₀）。在板块挠曲与正断层特征的双重约束下,反演得到了四个海沟的最佳模型解。结果显示,日本海沟的水平张力分别比马里亚纳、汤加和伊豆-小笠原海沟小33%、50%和60%。汤加、日本、伊豆-小笠原、马里亚纳海沟的正断层最深可达海底以下29,23,32和32公里,这与重新定位后的日本与伊豆-小笠原地震深度一致。此外,反演得到的水平张拉力与观测到的平均垂直断距呈一定正相关性,而计算得到的有效弹性厚度减少量与观测到的海沟挠曲量也相关。这些结果表明,水平张拉力在正断层发展过程中起着关键控制作用,板块弱化可导致板块挠曲量的显著增加。     

日本南海海槽俯冲带的地质特征及其构造意义

日本西南部的南海海槽是一个典型的俯冲系统,由菲律宾海板块向欧亚板块俯冲形成,其俯冲板片包含了九州-帕劳洋脊（KPR）、Kinan海山链、四国海盆和伊豆-小笠原岛弧（IBA）等多种地质单元。为了研究不同地质单元的板块俯冲效应,本文系统分析了南海海槽的地球物理和岩石地球化学特征。重力和热流特征显示南海海槽中部具有低的重力异常（-20–-40 mGal）和高的热流值（60–200 mW/m²）,而东西两侧的热流值（20–80 mW/m²）较低。地震模拟结果显示俯冲板块的地壳厚度为5–20 km。地球化学结果表明俯冲板块的下覆地幔成分从西到东逐渐亏损。无震洋脊（如KPR、Kian海山链和Zenisu洋脊）的俯冲是控制南海海槽俯冲效应的主要因素。首先,无震洋脊的俯冲可能使上覆板块发生变形,沿着增生楔前缘出现不规则的地形凹陷。其次,无震洋脊的俯冲是大型逆冲地震的止裂体,阻碍了南海海槽1944年Mw 8.1和1946年Mw 8.3地震破裂的传播。此外,KPR和热的、年轻的四国海盆的俯冲会导致俯冲板片熔融,在日本岛弧上出现埃达克质岩浆活动,并为斑岩铜金矿床提供成矿物质。地球物理和地球化学特征的差异表明尽管IBA已经和日本岛弧发生碰撞,但作为IBA的残留弧,KPR仍然处于俯冲阶段,与日本岛弧之间有明显的地形分界,呈现单向收敛的状态。     

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对华南沿海的影响

马尼拉俯冲带潜在地震海啸对我国南部沿海城市构成巨大威胁,利用情景式数值模拟技术重构灾害过程并评估危险等级有助于理解南海海啸传播规律并指导预警预报和防灾减灾工作。根据美国太平洋海洋环境研究中心(Pacific Marine Environmental Laboratory, PMEL)发布的马尼拉俯冲带断层参数设计M_w 7.5、M_w 8.1和M_w 8.5三个震级下共19个震源,应用非静压海啸数值模型(Non-hydrostatic Evolution of Ocean WAVE, NEOWAVE)模拟各震源激发海啸在南海海盆的传播过程,通过最大波辐和测点时间序列发现海啸波能量传输分布并评估代表区域危险等级。研究表明, M_w 7.5级地震海啸对我国南部沿海的影响较低,波幅一般不超过30 cm; M_w 8.1级地震海啸对华南沿海主要造成太平洋海啸预警中心定义的Ⅱ或Ⅲ级海啸危险等级,海啸影响范围和能量分布特征由震源位置决定; M_w 8.5级地震海啸主要对中国沿海构...     

海水酸化和热应激对日本鼓虾氧化应激和能量代谢的影响

伴随着全球气候变化的日益加剧,过量CO₂排放所导致的海洋酸化和暖化现象已引起广泛关注。本研究设置了两个pH水平（pH 8.1和pH 7.6）和两个温度梯度（20.0和23.0℃）,以探讨海水酸化和温度升高对日本鼓虾（Alpheus japonicus Miers）氧化应激和能量代谢过程的影响。结果发现,海水酸化、热应激以及海水酸化和热应激复合胁迫能够诱导日本鼓虾产生不同程度的氧化应激现象,且海水酸化和热应激对过氧化氢酶（Catalase,CAT）活性、还原型谷胱甘肽（Glutathione,GSH）含量和还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽比值（Glutathione/Oxidized Glutathione,GSH/GSSG）有交互作用;其中,海水酸化和热应激复合暴露导致鼓虾GSH含量较对照组水平降低了66.0%,GSH/GSSG比值降低为对照组水平的20.8%,而脂质过氧化水平则较对照组显著增加了51.4%。此外,海水酸化和热应激复合暴露能够导致日本鼓虾己糖激酶（Hexokinase,HK）活性的显著增强和蛋白质含量的显著降低,提示鼓虾通过调节糖酵解过程和能量储备来满足机体的能量代谢需求。上述结果表明,短期海水酸化和热应激暴露能够影响日本鼓虾的抗氧化防御体系、能量代谢过程以及能量储备能力,长期持续暴露可能会对其种群维持构成潜在威胁。