滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

腾冲火山多地球物理参数模型

腾冲火山区是中国最年轻的板内火山之一,岩浆活动频繁以及高温地热异常使其受到广泛关注.以往的地球物理探测结果显示腾冲火山区下方存在地壳岩浆囊,但其深部几何形态和分布一直存在争议.本文基于腾冲火山地区的大地电磁测深结果,并结合相关地质与地球物理资料,提出腾冲火山岩石圈尺度的多地球物理参数模型.我们的模型显示在腾冲火山区中下地壳内存在三个岩浆囊;腾冲火山区岩石圈上地幔可能存在岩浆囊,但需要长周期大地电磁测深数据进一步的验证.     

腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比研究

腾冲是青藏高原东南缘重要的第四纪火山活动区域,全新世以来的火山主要集中在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了深入探索这一火山区的深部结构和岩浆活动特征,我们在腾冲北部开展了为期一年的流动地震观测,利用接收函数方法计算了台站下方的地壳厚度、平均波速比和泊松比,研究结果揭示出测线下方地壳结构与岩浆活动及火山分布的对应关系.测线北部7个台站的地壳厚度在35.4~37.6 km之间,平均波速比为1.82~1.92、泊松比为0.28~0.31,其中马站附近莫霍面抬升幅度最大,与相邻地区莫霍面深度相差1~2 km,平均波速比和泊松比也达到最大值.相比之下,测线南端两个台站的地壳厚度接近40 km,平均波速比和泊松比仅为1.61~1.64和0.18~0.20,与测线北部7个台站的地壳结构相差甚大.分析表明地幔上涌对火山区莫霍面的局部抬升产生了一定影响,火山湖、黑空山、大-小空山和打鹰山下方应该存在一个相互联通的壳内岩浆囊.该岩浆囊在南北方向上的尺度约为20 km,热流活动以及幔源物质的侵入是地壳平均波速比和泊松比偏高的主要原因,它与热海附近的地温异常区分属两个不同的壳内岩浆存储系统.     

云南腾冲火山区上部地壳三维地震速度层析成像

根据1999年腾冲火山区人工地震探测资料，用层析成像方法反演了腾冲火山区上地壳三维P波速度结构．层析成像结果显示出，在腾冲火山区下方的上地壳内存在明显的P波低速区，该低速区在地下7～8km深度，可能与上地壳内的岩浆囊或部分熔融体有关．层析结果还显示出低速区主体在热海地区的东北侧．地表附近的低速区可能是构造破裂发育地区形成了有利于深部热流体上升的通道，因此，在热海形成最活跃的地热显示．      

腾冲地区地壳速度结构的有限差分成像

利用流动台网和固定台站的地震观测数据,采用有限差分层析成像方法反演了腾冲及邻近地区的地壳P波速度结构,分析了腾冲火山区的岩浆活动和龙陵七级地震的深部构造成因.研究结果表明,腾冲火山区的地壳结构具有明显的非均匀性,浅表层偏低的速度主要为盆地内部的松散沉积层、新生代火山堆积及断裂附近的流体裂隙和热泉活动所致;5～15 km之间的高速体可能代表了早期火山通道内冷却固结的岩浆侵入体或难挥发的超铁镁质残留体;地壳深部的低速体则反映了熔融或半熔融的岩浆体,推断火山区下方的岩浆活动与龙陵七级地震震源区地壳深部的岩浆侵入来自同一源区--现今壳内岩浆活动的主要区域.龙陵震源区的地壳速度结构横向变化较大,怒江断裂东侧和龙陵断裂西侧为高速特征,介质应变强度较大,为应力积累的主要载体;两断裂之间的低速区向下延伸至下地壳,可能与地壳深部的岩浆侵入有关;龙陵断裂和怒江断裂明显控制了这一区域的岩浆活动,七级地震正是发生在断裂下方的速度边界附近.地壳介质强度的横向变化导致了震源区应力积累的不均一性,深部岩浆的聚集和动力作用是龙陵地区发生强震的主要原因.     

云南腾冲火山区地壳及岩石圈厚度研究

使用云南腾冲火山监测台网9个宽频带地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了腾冲火山区的地壳厚度、泊松比值以及岩石圈和软流圈分界面(LAB)深度.研究结果表明:1)云南腾冲火山区的地壳厚度约在33.5~38.0km之间;2)火山区的泊松比主要集中范围为0.26~0.32,其中6个台站均大于0.29,推测与地壳镁铁质成分的增加有关并且可能存有2个岩浆囊;3)火山区的岩石圈厚度在78.2~88.0km,较周边地区明显隆起且横向差异较大.腾冲火山区岩石圈的明显穹隆,由软流圈上涌(地幔热物质上升)引起岩石圈的拉张与减薄所致.     

腾冲火山起源的地球物理和地球化学研究进展

腾冲新生代火山位于印度板块与欧亚板块碰撞边界上.该区域构造活动强烈,火山具有潜在的喷发性,研究腾冲火山起源对于认识板块俯冲过程、火山活动规律具有重要意义.本文总结了近年来腾冲火山起源的最新进展,包括地球物理和地球化学的新成果,探讨了火山岩浆来源和火山形成的深部动力学机制.这些研究发现腾冲火山的形成主要与板块俯冲有关,早期俯冲形成的残余大洋板片和现今俯冲的印度板块都可能是交代物质的来源,大洋板片在深部释放融流体形成富集软流圈地幔和岩石圈地幔.后期岩石圈的伸展作用可能诱导了富集软流圈地幔的部分熔融,导致岩浆物质喷出地表.根据⁸⁷Sr/⁸⁶Sr与SiO₂的相关性,得到腾冲玄武岩遭受到地壳混染作用不明显,而安山岩和英安岩遭受地壳混染作用明显.地球物理成像显示腾冲火山下方地壳中有不同尺度的岩浆囊,其中上地壳有若干小岩浆囊,在中下地壳有大岩浆囊.地震成像显示地壳中的低速体向下延伸至上地幔,很可能反映地壳中的岩浆囊有地幔热物质的持续供给.     

腾冲火山区微震观测(Ⅱ)

论述了腾冲火山地区流动数字化台网的建设与观测过程。根据腾冲台网记录的各种微震图像,将其进行分类分析。主要有包络型事件、微构造破裂事件、汽爆事件、高频地震和小震群。由震相分析判断热海台记录到岩浆熔融体上的反射ＳxＳ波,腾冲地震台记录到Ｓ波不发育图像。表明腾冲火山区南部存在岩浆熔融体,估计距地表５～８ｋｍ。腾冲台网观测表胆腾冲火山区周边地区地震活动水平明显高于火山区,火山区南部的马鞍山热海一带是腾冲火     

中国大陆东部强震区和火山区人工地震探测研究综述

介绍了东北、华北、华东和华南的强震区和火山区的地震测深研究成果,揭示了强震区和火山区的地壳深部构造背景.分析表明,地壳深部断裂、中下地壳低速层、速度结构的差异、波速比异常、泊松比和岩性的不同、上地幔顶部隆起、莫霍界面较大的起伏、复杂的壳幔过渡带、滑脱构造、深部岩浆活动等构造特征与东部地区强震形成和发生有较为密切的关系.     

腾冲火山及周边地区双差层析成像

利用云南腾冲火山地区15个固定台站记录到的7923次地震的P波到时资料,采用双差层析成像方法,反演得到腾冲火山及周边地区地壳及上地幔顶部三维P波速度结构和地震重定位结果.研究发现,腾冲火山区域地壳内存在明显的地震波低速区,P波速度低于整个区域地壳速度平均值超过15%,上地幔顶部存在规模较大的低速异常区.推测腾冲火山地区存在较大规模的地幔热物质上涌以及向地壳的侵入,热物质在地壳内以岩浆囊形式存储,并且壳内岩浆囊之间可能存在岩浆通道.通过联合反演获得的地震重定位结果显示,丛集地震位置更加集中,其展布特征与断裂构造具有显著的对应关系,表明研究区域断裂构造比较活跃.获得的高分辨率三维P波层析成像结果,为进一步认识火山地区岩浆存储特征以及地震分布与区域构造之间的关系提供了新的地震学依据.     

长白山天池火山区及邻近地区壳幔结构探测研究

对长白-敦化深地震测深剖面资料利用二维射线追踪程序包进行走时拟合及地震图计算,得到了长白山天池火山区及邻近地区地壳上地幔速度结构和深部构造. 结果表明,以C2界面为标志,研究区地壳可分为上部地壳和下部地壳. 上部地壳厚1-23km,P波速度为6.00-6.25km/s;下部地壳厚12-17km,它是由一个较均匀的速度层和一个厚6-km的壳幔过渡层构成. 地壳厚度由敦化一带31-33km向东南逐渐增厚,至天池火山区最深达3km. 在天池火山区地壳存在低速体,其速度较周围介质低约为0.15km/s. 利用地震剖面探测、地震CT和大地电磁测深等结果显示,在天池火山区地壳内存在低速、低密度及低阻异常体,该异常体可能表明壳内岩浆囊的存在.     

腾冲火山地热区地壳结构的地震学研究

根据腾冲火山地热区实施的人工地震测深剖面资料 ,用有限差分反演和正向走时拟合方法确定了地壳二维 P波速度结构 .地壳模型显示 ,在腾冲的热海热田附近上地壳存在低速异常体 ,它与火山地热活动可能有关 .测线的二维地壳结构上显示出两条地壳断裂 :龙陵—瑞丽断裂和腾冲断裂 ,其中腾冲断裂可能切穿莫霍界面 .同时 ,根据远震波形资料反演腾冲热海热田地区的 S波速度结构 ,也显示出该地区上地壳存在 S波的低速异常 .本文从深部结构方面探讨腾冲火山的成因 .腾冲火山地热区地壳具有低 P波和 S波速度、低电阻率、高热流值和低 Q值 ,以及上地幔也具有低 P波速度的特点 .由此推测地壳内岩浆来源于上地幔 ,腾冲附近地区存在的上地壳低速度异常可与岩浆的分异作用相联系 .与地球上大多数的活动火山一样 ,腾冲火山位于移动板块之间的边界附近 ,属于“板块边界”火山     

腾冲火山区的地震层析成像及其构造意义

利用滇西南临时台网和固定台站的地震数据反演了腾冲及邻近地区的P波速度结构,着重分析了腾冲火山区和龙陵7级地震震源区的地壳结构特点.研究结果表明,腾冲火山区下方10～20 km深度范围存在明显的低速区,其横向尺度大约在20～30 km之间;推测这一低速区代表了仍处于活动状态的壳内岩浆源,热流通道有可能通过腾冲断裂延伸至地...     

长江中下游成矿带中段岩石圈电性结构研究

长江中下游成矿带位于大别造山带、长江中下游凹陷、江南隆起带等大地构造单元结合部位,通过在研究区内布设两条首尾相接共计150km长的大地电磁剖面,获得了50km以浅岩石圈尺度的电性分布.长江中下游地区中段地下电性结构显示出在地下10km和30km处分别存在明显的圈层结构,以此认为现今横向稳定的"电莫霍"反映了研究区经历燕山期陆内构造-岩浆活动后已基本上完成壳幔重新平衡;而分隔大地构造单元的郯庐断裂带、长江断裂带以及江南断裂带在电性上具有特征的梯度显现,在印支造山期后的引张背景下,断裂带成为强伸展活动带与控制了燕山期大范围的陆内岩浆活动;高导地幔的局域性存在以及从北向南地幔导电性的变化反映了在经受深部动力学过程中处于不同大地构造部位的地幔所遭受的不同类型的改造以及地幔深部的构造极性.     

2002年腾冲火山区微震观测

20 0 2年 6月 13日至 9月 13日腾冲火山区流动数字化地震台网记录了腾冲火山区及周边地区的 2 92次地震事件。对资料的初步分析表明 ,在本次观测期间 ,腾冲火山区南部地区火山地震活动仍然频繁 ,以微震为主。选用发生在火山区的 33个地震震源参数计算得出的拐角频率为 4 37～11 87Hz、应力降为 0 0 0 5～ 0 2 77MPa ,显示该区域尚属低应力分布区。S波湮灭图像的再次出现 ,充分表明在腾冲县城西南至热海的马鞍山火山、老龟坡火山一带有岩浆囊熔融体存在的可能 ,深度不超过 10km。文中还展示了台网记录到的S波湮灭、微破裂高频地震、波形特征类似火山颤动 (包络型事件 )的图像     

Analysis of Deformation Characteristic and Uplift Mechanism in Longgang Volcanoes,Jilin

吉林龙岗火山区是第四纪活动火山,具有潜在喷发危险。通过GNSS和水准资料分析区域三维地壳运动,得出2011—2019年相对欧亚板块水平运动以东南向为主,速度＜10 mm/a。敦化-密山断裂以东受日本2011年“3·11地震”影响强烈,现以拉张运动为主;近年来水准资料揭示火山区垂直运动以隆升为主。2014—2019年的InSAR资料显示隆升集中在靖宇一带。结合MT剖面反演得到的深部电性结构,龙岗火山区西侧高阻体分布在深度18 km以上,金龙顶子火山下方最浅。中部为早期喷发形成的火山,下方高阻体分布在深度40 km以上,东侧抚松一带分布在深度约20 km以上,地壳范围内的高阻结构表明岩浆已固结。高阻结构层可分辨出断层两侧电阻的差异性。高阻体下方存在大规模低阻结构,推测为中下地壳岩浆系统。金龙顶子火山深度10 km以下的低阻结构可能为岩浆通道,并与中下地壳岩浆系统相连。东侧区域岩浆平均深度约30 km,相对较浅。龙岗火山区幔源物质的上涌及间断性的向上运移引起地壳隆升及地震活动。     

华南陆缘高热流区的壳幔温度结构与动力学背景

华南陆缘是我国重要的矿产、地热资源区.晚中生代以来,在太平洋板块西向俯冲,地幔热对流活动共同作用下,该区出现多期岩浆-热事件和大规模爆发式成矿作用.在前人研究基础上,本文利用地表热流观测资料、地震剪切波资料、重力位球谐系数,计算了壳-幔温度结构,分析了动力学背景.计算结果表明：华南陆缘东南沿海地带,地壳10 km以浅温度达200℃以上,居里点温度475℃,莫霍面平均温度550℃.地壳浅层较热,花岗岩中放射性元素衰变放热是地壳浅层地下水热活动的重要热源,但地壳总体温度不高,为"冷壳热幔"型热结构.地幔中,90 km深度,温度950~1250℃;120 km深度,温度1050~1400℃;150 km深度,温度1200~1450℃;220 km深度,温度1500~1700℃."热"岩石圈底界深度在110~150 km之间,西深东浅.岩石圈内,地幔应力场为挤压-伸展相间格局;岩石圈之下,地幔应力场为一个以南昌为中心、长轴NE-SW向的椭圆.分析认为,晚中生代以来,太平洋板块的西向俯冲,导致华南陆缘在区域性SE向地幔对流背景上叠加局域性不稳定热扰动,在175~85Ma期间,上地幔物质向上流动,形成不同的岩浆活动高峰期.同时,岩石圈地幔受俯冲洋壳流体的影响,含水量高,黏度小,在地幔流切向应力场作用下,岩石圈底界由西向东"波浪"状减薄.现今岩石圈之下仍具备地幔小尺度热对流温度条件,但除地表浅层外,地壳整体温度不高,岩石圈构造稳定.     

滇西地区地壳三维精细结构成像与构造特征研究

利用滇西及周边地区中国地震台网固定台站，中国地震局地球物理研究所和中国科学院地质与地球物理研究所的临时密集台阵的地震观测数据，使用具有一致性约束的双差地震层析成像方法，联合反演了滇西地区50 km以上深度V_P、V_S和V_P/V_S的三维精细结构模型.结果显示，在本研究区域范围内，地震主要集中在高速体的薄弱区域或高低速体过渡带偏向高速体的一侧，空间分布与速度结构之间表现出了很好的对应关系.低速异常体的分布情况非常复杂，受断裂构造限制十分明显，最大控制深度甚至达到了上地幔顶部.本文的地壳结构模型显示，滇西地区的莫霍面深度东西向变化幅度较小，而北南向由深变浅，且起伏变化较大，最深处大于55 km,最浅处约为29 km.波速比存在明显的壳幔边界转换带，在地壳内部变化范围为1.5～1.9,在上地幔顶部均在1.9～2.1之间，且与莫霍面的变化趋势一致.在腾冲火山区下方存在早期火山通道内冷却固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留体表现的高速体、尚未固结的岩浆囊或部分熔融物质的低速异常体和延伸至上地幔顶部的热流通道.大...     

中国东北地区上地幔远震P波方位各向异性层析成像研究

采用NECESSArray流动地震台阵2009—2011年期间纪录的154个远震波形资料,使用考虑各向异性的走时层析成像方法获得了中国东北地区上地幔三维P波速度扰动和方位各向异性图像.结果显示,东北地区上地幔P波速度扰动和方位各向异性均存在明显的横向不均匀性.阿尔山火山区下方存在深至地幔转换带的柱状低速异常,可能暗示存在来自深部的岩浆运移通道;410 km以下,阿尔山地区下方低速异常与松辽盆地下方低速异常汇合,同时各向异性快波速度方向FVD整体为NW向分布,表明二者可能具有共同的深部热源补给.在松辽盆地下方100 km,盆地南侧及中部地区FVD呈近E-W向展布,东侧则呈NE-SW向展布,推测可能受到E-W走向的华北克拉通—松嫩地块拼合带及NE向深大断裂的共同影响;410 km以下,FVD整体以NW向分布为主,与SKS结果类似,可能表明SKS各向异性的来源深度较深,推测其形成机制与太平板块西向俯冲有关.长白山火山区下方200 km内FVD展布与块体拼合带走向一致,反映了拼合过程对局部构造变形的影响;300 km以下显示出一致的NW向特征,推断与太平洋板块的西向俯冲有关;520～660 km内火山区西北方存在一个低速异常区,但方位各向异性幅值较大,整体趋势一致,初步推测与来自深部的地幔热柱关系不大,可能与滞留板块的深部脱水作用有关.     

地幔柱作用与岩石圈改造:以塔里木克拉通为例

克拉通是稳定的大陆块体,形成于太古代,具有巨厚的岩石圈地幔根,其厚度多大于200 km.地幔热柱作用早期会显著减薄岩石圈地幔、降低岩石圈强度,现有地震和地幔捕虏体数据资料显示,克拉通经历过地幔柱作用后仍有超过150 km厚的稳定岩石圈地幔根,其岩石圈地幔根的主要物质成分是亏损的橄榄岩,岩石圈的强度仍旧保持高强度.这一现象具有全球效应,如北美Slave克拉通和非洲南部Kaapvaal克拉通均经历了这一过程.本文系统地归纳总结了地幔柱作用前后岩石圈典型特征,并结合相应阶段的构造响应发现：稳定的克拉通在地幔柱的作用下岩石圈会发生强烈的改造,伴随地表岩浆活动和克拉通岩石圈的减薄和弱化;而后亏损的地幔柱熔融残余物会重新加厚和增强岩石圈地幔.岩浆岩记录的地球化学资料显示,塔里木岩石圈在二叠纪时期经历了严重的改造过程;而岩石圈深部结构的地震、地热和大地电磁资料显示,现今塔里木岩石圈厚度约为150 km.塔里木岩石圈在新生代印度—欧亚大陆碰撞背景下仍旧表现出刚性的特征,塔里木岩石圈的增厚与增强是塔里木早二叠世地幔柱作用的结果.文章最后讨论了塔里木岩石圈减薄到再增厚的过程,并提出初步的模式．