长白山火山下方地幔转换带中滞留的俯冲太平洋板块存在空缺吗?

针对近年来长白山火山下方地幔转换带中是否存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺"而引起的不同科学认识的热烈辩论,本文主要回顾了我国东北地区地幔转换带的体波成像结果。使用相对走时残差的远震体波成像结果显示,长白山火山以西地幔转换带中存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺";而使用绝对走时残差的区域成像和全球成像结果,尽管展示出长白山火山以西比以东略低的波速异常,但长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域下方的地幔转换带均展示出明显的连续的高波速异常。在接收函数分析时,如果以全球平均值660km而非我国东北地区平均值670km作为基准,来分析660km间断面是抬升还是下沉;以全球平均值250km而非我国东北地区平均值260km作为基准,来分析地幔转换带是增厚还是减薄的话,则可以得到长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域660km间断面下沉与地幔转换带增厚的认识。这种与绝对走时残差成像结果展示的地幔转换带为连续的高波速异常结果相一致的结果,说明太平洋板块俯冲前缘已由日本海沟抵达我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处。结合高温高压实验、数值模拟与岩石地球化学研究结果,本文并不支持长白山火山以西的地幔转换带存在低波速异常指示的板块"空缺"和地幔转换带"减薄"的认识。长白山火山的深部起源与太平洋板块深俯冲至我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处形成的"大地幔楔"结构动力学相关。     

俯冲板块板内岩浆作用和动力学

地球上的岩浆活动主要发生于大洋中脊、俯冲带，而板内岩浆通常是由地幔柱或热点作用产生的。最近一二十年，在俯冲板块内部发现了一些岩浆活动，它们通常不能用传统的动力学机制来解释。本文综述了位于不同构造背景的俯冲板块内部的岩浆活动，包括大洋板块俯冲背景下俯冲的大洋和大陆板块部分，以及陆陆碰撞背景下俯冲的大陆板块。在此基础上，讨论了板片拉力在俯冲板块岩浆作用中的地位和效应，认为俯冲下盘微陆块的裂解通常需要多种因素的综合，并且需要多学科综合研究来鉴别地史上的俯冲板块以及相应的板内岩浆作用。俯冲板块中的板内岩浆的识别和研究将是板块构造理论框架下解释板内岩浆作用的重要补充。     

中国东北地区太平洋板块精细俯冲特征

中国东北地区的火山较为活跃。一些学者认为这些火山的起源与西太平洋板块的俯冲和软流圈物质的上涌存在密切联系。尽管天然地震层析成像结果明显地显示出火山区下方存在着太平洋板块,但板块的厚度、存在范围等俯冲特征仍然不是特别清晰。为此,采用远震层析成像和走时拟合相结合的方法深入研究了中国东北地区的壳幔速度结构,特别是太平洋俯冲板块的精细结构。研究结果表明:(1)板块的平均厚度和速度异常分别为85 km和1%,而且与日本海地区结果进行对比可推测板块并未增厚;(2)板块以低角度俯冲进入地幔过渡带,到达过渡带底部后弯曲成水平状,向西延伸至东经127°而停止;(3)水平延伸的板块恰好位于火山区的下方。这些俯冲特征有助于人们更好地理解陆内火山的起源及地球深部动力学过程。     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。     

日本列岛下太平洋俯冲板块的精细结构

尽管许多学者对日本列岛下的太平洋俯冲板块做了大量的研究,但板块内部的结构(比如板块厚度,板块内地震波速度随深度的变化以及洋壳的俯冲情况等)仍然不太清楚。利用日本地区密集台网收集到的中深和深发地震到时数据来探讨上述问题。采用三维射线追踪正演模拟法,首先利用333个远震计算得到了日本地区太平洋板块的厚度为85km;然后利用3283个地震(震源深度大于40km)的130227条P波到时进一步研究板块内部的精细结构。结果显示,沿深度方向6个地层段(间隔100km)内的速度扰动值分别为5.5%,4.0%,3.5%,2.5%,2.0%和6.0%,在40～500km范围内速度扰动随深度的增加而减小,这与温度随深度的变化情况相一致。当深度大于500km时,速度扰动突然增大到6.0%,分析认为该异常可能由发生在东亚大陆边缘下方的深发地震无法精确定位导致的。最后利用40～500km深度范围内的近震测试得到日本东北和北海道地区下方洋壳俯冲的深度均为110km,平均厚度分别为7.5km和5km,相对于一维模型的速度扰动分别为1%和-3%。这说明洋壳在俯冲到110km以深时,由于受温度和压力的影响,逐渐脱水、变质,直至与板块融合。通过分析震源与洋壳的位置关系,本研究认为北海道地区比东北地区下方的俯冲洋壳可能含有更多的流体(比如水),导致两地区洋壳内的速度相差如此之大。此外,因为日本南部与洋壳对应的区域多为海洋,观测台站较少,所以本研究无法测试得到该区域内的洋壳俯冲情况。     

长白山火山灾害及其对大型工程建设的影响

长白山火山是世界著名的活火山,历史时期有过多次喷发,有再次爆发的危险.长白山火山最大的一次爆发发生在公元1199-1200年,这次大爆发的火山灰最远到达距其1 000km远的日本北部.依据这次大爆发由火山喷发空中降落堆积物、火山碎屑流和火山泥流造成的巨大火山灾害,预测了长白山火山未来爆发火山灾害的类型、强度和范围,并编制了长白山火山未来爆发火山喷发空中降落堆积物灾害预测图、火山碎屑流灾害预测图和火山泥流灾害预测图.该研究可预防和减轻火山灾害,指导核电站等大型工程选址.     

中国东北地区三维速度结构与火山起源的深部机制

利用布设在中国东北地区的107个台站接收到的245个远震事件和67个近震事件所产生的数据,采用天然地震层析成像方法获得了该地区深至700 km的三维速度结构。研究结果表明：(1)浅部的速度结构与地表的构造单元有着较好的对应关系;(2)100~200 km的深度出现两处明显的高速异常,走向与断裂相同,该高速异常的形成与断裂之间存在着某些联系;(3)太平洋板块已经俯冲到火山地区的下方,部分板块虽然已经超过了660 km的不连续面,但板块仍滞留在地幔过渡带中,并没有穿透该不连续面;(4)地幔过渡带内上涌的热物质从太平洋板块顶部一直延伸到火山底部,可能对火山的起源造成影响。结合前人的研究成果,认为东北地区火山的形成可能与太平洋板块的俯冲、地幔过渡带内热物质的上涌有关。     

台湾- 吕宋双火山弧的可能成因：菲律宾板块北西向加速运动

台湾- 吕宋双火山弧绵延近500 km，南北向展布于台湾岛和吕宋岛之间，其成因尚无定论。前人将其归因于轻质物质(南海洋中脊或南海北部轻质高原)的俯冲，然而数值模拟研究并不能有效支持该观点。随着欧亚- 菲律宾板块的会聚，南海东部次海盆被动俯冲于菲律宾板块之下。为了验证被动俯冲和主动俯冲对俯冲角度的控制作用，本文构建了二维高精度数值对比模型，在其他因素完全相同的情况下，考察会聚方向的差异对俯冲角度的影响。模拟结果显示，仅仅改变会聚方向，俯冲角度就能够发生巨大变化。在被动俯冲背景下如果条件合适则易于发生低角度俯冲。综合前人研究成果可以发现，南海- 菲律宾俯冲系统的条件满足发生低角度俯冲的要求，表现在两方面：① 南海东部次海盆的年龄从最新的洋中脊向北波动增加，最老为33 Ma，小于低角度俯冲洋盆年龄要求的40 Ma；② 欧亚- 菲律宾板块的会聚速率大于低角度俯冲速率要求的4 cm/a。由此，本文认为菲律宾- 欧亚板块在被动俯冲背景下的低速会聚形成了高角度俯冲从而导致西弧的形成；之后菲律宾板块北西向加速运动导致俯冲角度减小，西弧停止活动而东弧开始形成。本文模型不需要俯冲的轻质物质提供额外的浮力进而促使板片角度减小。西弧和东弧存在分叉现象，我们认为原因可能是洋壳年龄向北增加和(或)菲律宾板块旋转。本文提出了台湾- 吕宋双火山弧另一种可能的演化机制，有助于推进对该双火山弧和该俯冲系统的理解，也能够为认识其他被动俯冲过程提供参考实例。     

特约主题：古太平洋板块俯冲与欧亚大陆东缘构造演化北大核心CSCD

编者按语：欧亚大陆东缘中生代构造演化主要受古太平洋板块俯冲历史所控制。然而,古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲作用是何时开始的？中生代期间,古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲历史如何？这些问题一直存在较多争论。     

P-wave tomography and origin of the Changbai intraplate volcano in Northeast Asia

We present the first seismic image of the upper mantle beneath the active intraplate Changbai volcano in Northeast Asia determined by teleseismic travel time tomography. The data are measured at a new seismic network consisting of 19 portable stations and 3 permanent stations. Our results show a columnar low-velocity anomaly extending to 400-km depth with a P-wave velocity reduction of up to 3%. High velocity anomalies are visible in the mantle transition zone, and deep-focus earthquakes occur at depths of 500–600 km under the region, suggesting that the subducting Pacific slab is stagnant in the transition zone, as imaged clearly by global tomography. These results suggest that the intraplate Changbai volcano is not a hotspot like Hawaii but a kind of back-arc volcano related to the deep subduction and stagnancy of the Pacific slab under Northeast Asia.     

基于钻井温的长白山天池火山北坡浅部岩浆房赋存深度研究

长白山火山区地壳热结构尚未建立, 目前基于地球物理探测手段获得的天池火山浅部岩浆房赋存深度存在差异. 通过对天池火山北坡CZK07钻孔测温情况的研究, 在资料评价与地温梯度计算的基础上, 结合全新世岩浆房温度资料, 估算了北坡浅部岩浆房的赋存深度. CZK07钻孔位于地球物理探测所推测的浅部岩浆房正上方, 靠近历史时期火山喷发火口, 在孔深约610 m处地温较高且稳定(102.5~106.8℃). 连续测温资料显示, 钻孔地温随深度呈一次正相关变化, 地温梯度主要变化于134~178℃/km之间(平均为153℃/km), 可大致代表浅部岩浆房上覆地壳的地温梯度. 基于前人浅部岩浆房的温度研究, 本次定量估算的天池火山北坡浅部岩浆房的赋存深度, 为天池水面下5.25~7.21 km, 与地球物理探测的反演结果相近.     

论有机质生烃潜能与生源的关系及干酪根的成因类型

作者对我国若干盆地数百个样品的综合分析表明,（1）藻类等低等水生浮游植物来源的有机质经过一定程度的沉积 成岩氧化可形成贫氢的腐泥型干酪根（Ⅲ型或Ⅳ型）:（2）不仅高等植物的某些特殊生化组分可对富集形成壳质型干酪根,其木质纤维组分办可形成相对富氢的腐植型干酪根;（3）不同类型十酪根中的镜质组分的化学结构明显不同;（4）沉积成岩条件对有机质的活化能和热稳定性具有重要影响     

MIS6期以来热带西太平洋降雨与ITCZ的关系

通过Ontong-Java海台KX97322-4孔沉积物中浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber的Mg/Ca海表温度(SST)并结合其 δ18O得到过去约200ka B.P. 以来当地水文(盐度和降雨)指标,结果表明从MIS 6期以来,热带太平洋暖池区温度变化存在明显的冰期-间冰期波动,降温幅度超过3℃.通过与赤道东太平洋对比表明热带太平洋在过去冰消期和冰期中的升温阶段呈现出类 El Niño 的状态,向两极输送水汽和热量.在冰消期,热带太平洋纬向温度梯度降低,全球升温,全球冰量下降.在冰期中升温阶段(MIS 6)热带太平洋纬向温度梯度降低时全球冰量却持续增加,可能此时输送热量不足以使两极冰川融化,带来的水汽又促进了两极冰川的形成.通过与中国石笋记录和热带降雨记录对比,表明热带太平洋纬向温度梯度的变化与热带辐合带(ITCZ)的移动密切相关,并且影响到东亚夏季风的降雨状况,热带太平洋类ENSO过程可能对ITCZ的变化存在内部系统调谐的作用.     

干扰与植被关系研究的特点和面临的挑战

生态学家在全球、区域、局地、景观、生态系统、植被、种群、物种等各个尺度研究干扰的生态作用。就植被与干扰的关系而言，生态学家一方面关注植被对干扰的适应，另一方面关注干扰对植物种群、群落、生态系统的结构、过程和功能的再调节。综合干扰作用和受干扰生态系统的恢复是干扰与植被关系研究的重要组成部分。干扰的生态作用研究面临诸多挑战，诸如背景局限、比较局限、方法局限、认知局限。目前，大多数的相关研究是为资料（即为相关综合提供例证研究）、实证（即检测已存在的理论和假说）和实践（即为特定的生态恢复提供依据）而开展的。对植物干扰适应机制的高度的理论概括和对干扰状况下全球植被动态进行预测是目前研究干扰的生态作用的生态学家面临的最大挑战。     

托云火山群的火山地质特征及其构造意义

结合托云盆地新生代火山岩的卫星影像解译与野外验证成果，发现托云盆地内的7个火山口和棋盘式走滑断裂系统，首次提出了托云火山群的概念．这些火山口可以划分成中心式火山和溢流玄武岩2种类型，形成的火山机构包括塌陷破火山口、火山颈和锥状岩席．火山岩主要为碱性玄武岩，部分玄武岩中可见橄榄岩类等深源岩石包体和普通辉石等矿物巨晶．因此，托云盆地新生代火山岩具有幔源岩浆的性质，断裂构造活动为其上升就位提供通道，火山岩应是由多个火山口近于同时喷发形成的，不具有由上、下两套火山岩系构成的双层结构．     

长白山区典型禾本科植物植硅体形状系数

运用植物植硅体的形状系数,对不同禾本科植物在亚科和种的水平上进行分类,可为深入理解植硅体的环境指示意义,提高古植被重建精度提供参考。本文选取长白山常见的10种禾本科植物,对其叶片进行植硅体分析,共统计并鉴定植硅体3037粒,对其中哑铃型、棒型、尖型、齿型、鞍型和硅化的气孔等植硅体的7个形状系数进行非参数检验,并在亚科水平和种的水平上分别进行判别分析。结果表明,3个亚科之间的形状系数SF4相差较大,故据SF4的平均值可在亚科水平上对植物进行区分。上述植硅体的形状系数在亚科水平上判别分析的正确率可达88.51%,且检验结果表明文中根据典型亚科植硅体形状系数所建立的判别方程是有效的; 利用哑铃型植硅体的7个形状系数则可以将黍亚科的植物区分到种,其判别分析结果显示总的正确率为73.12%; 根据棒型、尖型和齿型植硅体的7个形状系数也可以将早熟禾亚科的植物区分到种,其判别分析结果显示正确率分别为60.87%,59.21% 和87.07%。因此,通过典型植硅体的形状系数对植物进行分类,不但可以提高禾本科植物在亚科水平上分类的精确度,还可以根据植硅体的形状系数对禾本科进行进一步的分类。     

长白山天池老虎洞期火山活动地质特征及成因意义

长白山天池火山老虎洞期火山活动发生在更新世晚期白头山组碱性粗面岩喷发之后,火山活动的产物主要为玄武岩质火山碎屑岩和少量玄武岩质或粗面岩质熔岩;老虎洞组火山岩的稀土元素地球化学特征介于早期玄武岩和气象站组碱流岩两者之间,将二者有机地联系在一起,使整个天池火山岩的演化趋势更加清晰。老虎洞组火山岩的存在充分证明了天池火山的粗面岩类与该区早期的大量玄武岩具有成因联系。长白山天池火山活动的成因并非简单地用西太平洋板块的俯冲作用所能解释的。     

西安市地热水开采与地震活动的关系研究

通过对西安地区地热井水位和地震活动资料的分析得到:西安地区地下热水的开采与西安及邻区的地震活动明显相关,造成西安及邻区的地震活动性明显增强,在空间分布上表现为地震由西安城郊向邻近地区的转移。     

长白山北坡边坡危岩体形成机理及危险性分区评价

长白山地区近期地质构造、岩浆活动强烈,地壳不断上升,是我国地质灾害频繁发生的地区之一.通过对长白山北坡登山长廊上方边坡危岩体的分析,考虑崩塌形成的影响因素、崩塌类型,总结出崩塌变形破坏机理及流沙坡形成机理;根据地形、地貌以及岩体工程地质特征,对危险区进行分区评价,为治理提供科学依据.