东海海域潜在地震海啸的数值模拟初步研究

针对东海冲绳海槽地区的地震地质背景,对东海海域潜在的地震海啸进行了预研究. 假设了冲绳海槽在发生8.5级大地震,断层错距高达15 m的极端地震情况引发的海啸对中国东部沿海地区的影响. 初步数值模拟结果表明,该地震引发的海啸的最大初始波高为4.3 m,4小时左右传至浙江沿岸,近岸各处波高为1——2 m,其中局部地区波高为2.4 m;约7——8小时靠近上海海岸线（若震源在中冲绳海槽地区,海啸传到上海最快大约7小时）,近岸波高约为1 m. 近岸区域地形变化复杂,海岛密布,局部地形条件可能会很大地影响实际各地点海啸波高,加上海啸在岸边爬高及港湾效应,估计波高还会升高. 给出了冲绳海槽南、中、北部发生潜在地震海啸的传播等时图. 笔者在东海设置了3个地震及海啸监测站,基于海啸模拟结果绘制了监测站处的海啸随时间演化曲线,分析了预研究成果对海啸预警可能发挥的作用.      

渤海海域现代构造应力场的数值模拟

根据渤海海域的构造演化背景和地质构造特征建立了该区的二维地质模型,用二维有限元方法计算模拟了渤海海域现代构造应力场,获得了该区构造应力场的分布特征;同时,根据计算结果把渤海海域的构造应力场分为辽东湾、渤中、渤东和渤西等4个区域,并对这4个区域在构造应力场上的差异性进行了描述。从渤海海域整体的应力分布可以看出,该区新近纪以来的断裂活动总体水平上西部较东部强烈,海域东部沿郯庐断裂带仍有较高的断裂发育程度及断裂张开性,而海域中部地区的断层发育程度、活动位移均较低     

地震海啸在东海大陆架上传播过程的数值模拟研究

在东海潜在震源区冲绳海槽假定了五个震源点,根据Steven地震海啸地震参数经验值作为初始条件,分别考虑6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0级地震条件下的30个震例,采用数值模拟的方法,对海啸在东海传播过程进行情境分析,特别是对上海沿岸地区可能会遭受的海啸灾害做了较为精细的研究.结果发现:小于8.0级的震例对上海地区几乎不会造成影响;8.0级震例只有最北端震源点震例会对上海地区有明显影响;8.5级以及9.0级震级基本上均会对上海沿岸地区造成较大的影响.特别是冲绳海槽北段9.0级震例可能会对上海沿岸局部地区造成危害,最大波高可达3.9m.     

南海北部神狐海域天然气水合物形成聚集的数值模拟研究

利用2D数值方法对南海北部陆坡神狐海域水合物形成聚集过程进行了模拟, 对气烟囱、泥底辟与水合物成藏间的关系进行研究. 模拟结果表明, 来自深部的甲烷热解气在向上运移过程中以垂向运动为主, 且局限在某一狭窄的范围内, 故在地震剖面上显示为气烟囱及顶部BSR.只有当其越过水合物稳定带底界, 才能形成水合物, 此时BSR等于水合物稳定带底界. 而一旦水合物形成, 该地层即成为封堵层, 从而阻止甲烷继续向上运移. 因此, 水合物仅仅在水合物稳定带底界上方很薄的一层, 饱和度却可以很高. 此后如果深部气源停止供气, 那么气烟囱会逐渐消失, 只留下水合物存在. 因此, 气烟囱的存在并不一定对应着水合物存在. 另外, 模拟结果还显示, 断裂流体活动(泥底辟)对水合物形成并不十分有利.来自深部的甲烷流量与流体流量之间的匹配很重要, 在甲烷流量一定的情况下, 流体流量越大, 越不容易形成水合物.     

城市地表潜热通量数值模拟方法研究

近年来,中尺度气象模式中城市建筑物影响的数值模拟方法日趋完善,城市地表潜热通量数值模拟方法是目前城市地气耦合研究面临的瓶颈问题之一.采用北京325 m气象塔140 m高度处的能量平衡观测资料,用陆面-单层城市冠层耦合模式进行了一年连续的离线模拟.根据模式对城市下垫面潜热通量模拟的系统性误差较大的特点,基于观测资料研究了城市下垫面潜热通量的数值模拟方法.采用观测分析与城市陆面模式相结合的方法,求出了城市中绿地的绿洲效应系数、城市不透水下垫面水份有效率的时间变化公式以及人为潜热排放的日变化曲线和四季最大值,可直接应用于城市陆面模式,有效提高了模式的整体模拟性能.该方法对其他城市地区有一定的参考意义.     

南黄海北部盆地中、新生代构造热演化史模拟研究

盆地深部地球动力学过程控制和影响着浅部的构造热演化过程,针对南黄海北部中、新生界断陷盆地,将地球动力学模拟技术与传统古温标法相结合,对研究区中、新生代伸展断陷期演化以来的构造热演化史进行了研究.对基于改进McKenzie模型的数值模拟的原理、方法和过程进行了探讨,包括理论与计算构造沉降趋势拟合、伸展系数计算与误差校正、模拟参数定义及一维模拟结果的三维初步应用等方面.研究表明,南黄海北部盆地中生代以来伴随裂陷拉张过程其古热流整体呈现升高趋势,至晚白垩世末到古新世期间最高可达80 mW·m^-2,古地温梯度最高可达49 ℃/km,部分单井构造沉降史模拟结果显示多期拉张特征,裂后期热流持续降低,至渐新世末到中新世热流约为65 mW·m^-2,与现今热流值相当.利用一维数值模拟获取的相应参数及热史恢复结果,对盆地的古地温场进行了三维模拟恢复,取得了较好的应用效果,研究方法和成果对于盆地构造演化、油气资源评价及成藏模拟等均有重要意义.

     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

我国大陆地区和近海海域能量收支分布及其季节变化的数值模拟研究

应用美国宇航局Goddard地球观测系统四维资料同化系统、计算了我国大陆地区和近海海域1998年各月月平均能量收支各项和10m气温、比湿及风矢量的地理分布特征. 模式计算结果表明,地表短波净辐射最强出现在夏季(7月)新疆和西藏中部地区,高值中心区可达275W/m2,在黄海东海海域春季(4月)最大,其值为250W/m2左右. 地表长波净辐射最强出现在夏季(7月)我国西北地区,中心区值为125W/m2,我国近海海域在冬季(1月)最强,其值为75-100W/m2. 我国近海海面,冬季(1月)潜热通量值高于一般月份,中心区值可达250W/m2,夏季我国大陆西南、华北和东北一带为潜热通量高值区,其值为125W/m2. 月平均能量收支计算结果显示,在黄海、东海海域冬季(1月)净通量为海洋向大气输送,夏季(7月)则反之,新疆和西藏高原中部夏季为净通量正值区. 综合温度、湿度和风矢量场分布发现,夏季从南海向华东地区,孟加拉湾向印度次大陆有明显的水汽平流输送,西藏西南部也有来自西南方向的水汽输送.     

我国大陆地区和近海海域能量收支分布及其季节变化的数值模拟研究

应用美国宇航局Goddard地球观测系统四维资料同化系统、计算了我国大陆地区和近海海域1998年各月月平均能量收支各项和10m气温、比湿及风矢量的地理分布特征. 模式计算结果表明,地表短波净辐射最强出现在夏季(7月)新疆和西藏中部地区,高值中心区可达275W/m2,在黄海东海海域春季(4月)最大,其值为250W/m2左右. 地表长波净辐射最强出现在夏季(7月)我国西北地区,中心区值为125W/m2,我国近海海域在冬季(1月)最强,其值为75-100W/m2. 我国近海海面,冬季(1月)潜热通量值高于一般月份,中心区值可达250W/m2,夏季我国大陆西南、华北和东北一带为潜热通量高值区,其值为125W/m2. 月平均能量收支计算结果显示,在黄海、东海海域冬季(1月)净通量为海洋向大气输送,夏季(7月)则反之,新疆和西藏高原中部夏季为净通量正值区. 综合温度、湿度和风矢量场分布发现,夏季从南海向华东地区,孟加拉湾向印度次大陆有明显的水汽平流输送,西藏西南部也有来自西南方向的水汽输送.     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

南黄海和东海地区现代构造应力场特征的研究

分析研究了南黄海和东海地区18口石油勘探钻井的井孔崩落特征,结合对琉球岛弧和冲绳海槽地区浅源地震震源机制解的分析,确认了南黄海地区与我国华北地区有类似的现代构造应力场特征;并得出东海地区的最大水平压应力方向为NEE-SWW,最小水平压应力方向为NNW-SSE,它们分别与冲绳海槽地区的最大和最小主压应力方向接近;东海地区地壳上层的水平差应力可能不强,这与该地区没什么地震活动的特点是一致的．根据应力场特征推断,我国东部地区并未受到菲律宾海板块俯冲的推挤作用,而是可能受到垂直于冲绳海槽走向的拉伸作用的影响．     

南黄海和东海地区现代构造应力场特征的研究

分析研究了南黄海和东海地区18口石油勘探钻井的井孔崩落特征，结合对琉球岛弧和冲绳海槽地区浅源地震震源机制解的分析，确认了南黄海地区与我国华北地区有类似的现代构造应力场特征；并得出东海地区的最大水平压应力方向为NEE-SWW，最小水平压应力方向为NNW-SSE，它们分别与冲绳海槽地区的最大和最小主压应力方向接近;东海地区地壳上层的水平差应力可能不强，这与该地区没什么地震活动的特点是一致的．根据应力场特征推断，我国东部地区并未受到菲律宾海板块俯冲的推挤作用，而是可能受到垂直于冲绳海槽走向的拉伸作用的影响．     

东海重磁地震综合探测剖面研究

依据东海南部一条自东海陆架直至菲律宾海盆的重磁地震综合探测剖面,采用地壳结构重磁地震综合反演解释系统开展岩石圈结构的综合研究,制作了岩石圈结构地学断面图. 结果表明基隆凹陷为一中新生代沉积凹陷,沉积厚度达到14km;冲绳海槽盆地为弧后扩张地堑型盆地,地壳厚度仅为14.5km;菲律宾板块沿北西西方向向欧亚板块俯冲,莫霍面急剧下插,导致冲绳海槽的形成与发展;岩石圈厚度约为80km,但在370km处仅为53km,在450km至540km处岩石圈厚度大于100km.     

南海及邻域现代构造应力场的数值模拟

将南海及邻域的现代构造应力问题视为弹性板的平面应力问题,用有限元法对现代构造应力场进行计算。以海沟俯冲带为主要边界,全区离散成1130个单元和612个节点。根据各单元的地壳厚度、P波速度、密度以及泊松比将区内地壳分成5种类型。考虑了4种外力作用方式,这些外力分别反映了印澳板块和菲律宾海板块对研究区的作用力大小和方向。将计算得出的最大主压应力方向与震源机制解的P轴方向进行比较,选择一种和后者符合最好的边界条件和计算结果作为可取模式,并分析了南海及邻域现代构造应力场的分布格局。     

东海冲绳海槽地质地球物理调查回顾与研究现状

系统介绍了国内外对东海海域的地质地球物理调查历程与研究状况，并对国内外学者的有关东海冲绳海槽地壳性质的主要观点及结论进行了分析对比和归纳，希望能对今后东海及邻近地区的地质地球物理研究工作起到借鉴作用。     

中国东海及邻近海域一条剖面的地壳速度结构研究

1982年以来，中国科学院海洋研究所在东海海域进行了二十多个站位的遥测浮标折射地震测量，1991年又在东海陆架区进行了OBS测量，本文在我国东海域选择了横穿东海陆架，冲绳海槽，琉球岛弧，琉球海沟和菲律宾海盆的一条剖面，利用上述折射地震资料及其它该剖面附近的折射地震资料，对该剖面的地壳速度结构进行了研究，并进行了速度年代对比。研究表明，剖面的速度结构在纵向上和横向上都表现出明显的差异，横向上可分为三隆三盆，纵向上大致可划分为1．8－2．2km/s,2.4-2.8km/s,3.0-3.6km/s,4.2-5.1km/s和5.75-6.0km/s的速度层，从地壳的速度结构否则 本海区至少有如下的沉积旋回：降冲 槽的中抽外，上新世纪至第四纪本海区沉积环境稳定，而冲第槽中轴可能一直处于构造活跃的状态；始新世为本区沉积的全盛渐新世该区域处于抬升的时期,钓鱼岛隆起区、琉球岛弧隆起区在此期的沉积被剥蚀殆，东海陆架和冲 槽此时斯 沉积也受到相当程度的剥蚀，东海陆架盆地和冲绳槽此时期的沉积也受到相当沉的剥蚀。，东海陆架盆地和冲槽盆地的出现可能在5．75－6．0km/s的速度层沉积之后，菲律宾海盆为典型的大洋地壳结构。     

GRAIN SIZE DISTRIBUTION OF SEDIMENT IN THE NORTHERN EAST CHINA SEA AND THE RELATIONSHIP WITH THE SEA CURRENTS

1 INTRODUCTION The East China Sea, one of the largest continental marginal seas in the world, receives large amount of suspended sediment from the land annually (Milliman and Meade, 1983; Shen, 1999). Since late Pleistocene, the deposition of the suspended sediment over the relict sandy sediment induces the complicated distribution of surface sediment (Fig. 1). Many studies have been done on the surface sediment distribution, sedimentation rate, concentration and dispersion of suspen…     

东海陆坡及相邻槽底天然气水合物的稳定域分析

利用实测的海底温度和海底热流资料对东海陆坡和冲绳海槽中轴以西的槽底地区的海底温度场和热流场进行了分析. 利用地震声纳浮标和OBS（Ocean Bottom Seismometer）资料将本研究区的地层划分为6层，自上而下地层的速度分别为1.8(1.8～2.2) km/s、2.2（2.0～2.5）km/s、2.8（2.7～3.2）km/s、3.4～3.6km/s、4.2（4.1～4.7）km/s、5.1km/s. 上部的1.8～2.2 km/s的速度层相当于第四纪的地层，2.8 km/s的速度层相当于上新世上部的地层，3.4～4.2 km/s的速度层相当于上新世下部的地层. 天然气水合物稳定域覆盖的面积从水深约500m的陆坡下缘到冲绳海槽的中轴部分约70000km2，相当于整个东海海域面积的十分之一. 稳定带的厚度从400m（研究区中部）到1100m（研究区北部和南部）不等. 适合水合物稳定赋存的地层主要是第四纪（1.8km/s、2.2km/s）和上新世的地层（2.8km/s）. 根据热流、构造活动性和稳定带的厚度分析，研究区北部和南部更适合天然气水合物的稳定赋存.