青藏高原深部地球物理探测70年

青藏高原是全球海拔最高、规模最大、时代最新的陆-陆碰撞造山带.几十个百万年以来高原隆升、喜马拉雅山系崛起是地球演化史上最为壮观的构造事件之一.青藏高原壳幔结构和深部过程备受国内外地球科学家关注.近七十年来的地球物理研究与探索表明:(1)青藏高原地壳巨厚,岩石圈较薄;(2)壳内存在软弱层,但厚度和联通性有限;(3)高原下地壳及Moho面广泛发育叠瓦状反射特征,存在明显的脆性变形;(4)喜马拉雅和拉萨块体南部存在双Moho现象/迹象;(5)印度大陆岩石圈向高原下方俯冲的形态存在显著的东西向差异;(6)高原主体上地幔各向异性以NEE向为主;(7)青藏高原布格重力异常四周高、中间低,异常场边界与地形梯度变化密切相关;(8)高原内部磁异常较弱,周边地区较强,其分界与区域构造边界基本一致;(9)青藏高原水热活动强烈,大地热流值高,主要来自加厚地壳的贡献.但是,有关青藏高原深部过程,诸如是否存在中/下地壳流、印度与欧亚大陆岩石圈的俯冲模式等重大科学问题目前仍存在争议.青藏高原地球物理和动力学研究是一个复杂的系统工程,以科学问题为导向,结合国家重大需求,在关键区域组织实施综合地球物理探测,可望在地学领域取得创新与突破.     

青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展

岩石圈地球物理探测、深部结构成像与各向异性等研究是青藏高原大陆动力学研究的基础.近年来,随着深部地球物理探测技术和反演成像技术的进步,信息提取与细节分辨能力不断提升,青藏高原壳幔结构、碰撞和隆升动力学、资源与地质灾害的深部机制等研究进展显著.本专辑收录33篇论文,主要分布在深部结构与地球物理探测、地震各向异性与变形、断裂性质与地震活动等三个主要研究领域.本文重点围绕这些论文,对近年来青藏高原地球物理研究进展进行综述.     

中国地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究的序幕——从1958年柴达木沉积盆地深部地震反射探测看半个世纪来该科学领域的发展导向和启迪

喜马拉雅山系的崛起、青藏高原的隆升以及与成山、成岩、成盆、成矿和成灾相关的深层过程是东亚乃至全球地球动力学研究中最为重要的科学事件.1958年始在柴达木盆地的地震反射探测与地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究开启了青藏高原地球内部研究的先河,半个世纪以来它影响并引导着我国这一科学领域的发展和前进.本文为纪念地壳与上地幔精细结构和大陆动力学在中国的诞生而作.柴达木盆地壳、幔精细结构地震反射探测结果表明:柴达木盆地的沉积层巨厚可达15~19 km,且存在着迴折波和不同类型与路径的多次波.地壳厚达50~52 km,且存在着高速梯度夹层和低速层.Moho界带为由高、低速相间的薄层束组构,且上地幔顶部纵波速度为8.1 km/s.从这一基点出发,对包括柴达木盆地在内的青藏高原地球深部与地球动力学研究中的几个科学问题进行了思考!为今后青藏高原地球物理深化研究的内涵和布局提出了初步的见解.     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

南北地震带壳幔结构成像研究

<正>对地壳和上地幔的速度结构进行成像是研究地球深部结构及动力学问题的一个有效途径。南北地震带地区是青藏高原与相邻块体的过渡带,这里的地质构造十分复杂,地震活动频繁。在南北地震带地区进行壳幔结构成像研究,有利于提高对青藏高原及其与相邻块体相     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

青藏高原及邻区壳幔速度结构及面波方位各向异性

青藏高原是印度板块向欧亚板块碰撞俯冲的产物,其地壳上地幔结构复杂,深部结构是青藏高原隆升动力学机制研究的基础和关键。在近期的青藏高原地球动力学研究中,壳幔变形和耦合的问题是当前研究的热点之一。本文试图利用青藏高原及其周边的宽频带数字记录做Rayleigh面波的层析成像,以获得青藏高原及邻区从地壳到岩石圈地幔的群速度和方位各     

青藏高原东南缘的地壳结构与动力学模式研究综述

青藏高原东南缘的川滇地区壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题之一,多年来一直受到各国地球科学家的高度关注.青藏高原演变的"下地壳流模型"模拟得到的地表速度和变形场与GPS观测具有很好的一致性,该模型在当前国际地学界很流行,因而寻找下地壳流存在与否的证据,是深部地球物理学必须面对的一个科学问题.本文综合了川滇地区GPS观测、震源机制解和Pms相分裂的结果,旨在探讨川滇地区地壳演变模式的合理性;另外,从层析成像、接收函数反演和大地电磁测深结果分析,认为川滇地壳内存在大范围的低速层,但分布的几何形态较复杂.在云南地区,这一壳内低速区似乎被小江断裂和金沙江—红河断裂限制在特定的区域内.     

云南地区强震分布的深部地球介质背景

应用云南地区地壳上地幔速度结构、电性结构和热结构等深部地球物理探测研究结果,讨论了云南地区大地震发生的深部地球介质构造背景．结果表明,上地壳高速区、壳内低速区或高导层、上地幔局部上隆、高热活动、深大断裂等深部介质构造背景的存在,与云南地区大地震的发生有着密切的联系．6,7级大震不是在任何地方都会发生,而是发生在一些具有某种深部介质构造背景的地区．5级及其以下地震的活动无显著的介质构造背景存在,其发生具有很大的随机性．      

云南地下水中Rn和Hg震兆特征对比分析

以大量的实际观测资料及多次震例 ,深入研究了地下水中Rn和Hg的震兆特征。结果表明 :Hg对地壳岩石应力应变的反应程度比Rn更灵敏 ,更有利于地震预报。通过研究得出以下几点认识 :(1)大震前 ,Hg有 1年左右的中期趋势异常且都出现在距震中较近的有利部位 ,Rn有 1— 2年的趋势异常出现在距震中 5 0 0km范围内 ;(2 )大震前 ,大多数观测台站能观测到Hg突出的短临异常 ,而Rn出现短临异常的台站数只有Hg的1/ 2 ,且异常幅度小 ;(3)中强地震前 ,在距震中较近的观测台站 ,能观测到Hg异常 ,相同条件下的Rn异常则不明显。地下水中Rn和Hg的这些异常特征对未来地震三要素的预报有一定帮助。     

山东日照地区沿海海啸探析

从概念上区分风暴潮和地震海啸,讨论风暴潮和地震海啸的形成、分布;通过对中国大陆沿海地震海啸和大陆架情况的分析,认为山东日照地区沿海既不具备形成地震海啸的条件,也不可能受非本地地震海啸的影响。日照沿海遭受的海洋灾害主要是风暴潮。     

Advancements and best practices for analysis and correlation of tephra and cryptotephra in ice

Geochemical analysis of fine grained (<20 μm) tephra found in ice cores is inherently difficult, due to the typically low number and small size of available particles. Ice core tephra samples require specialized sample preparation techniques to maximize the amount of information that can be gained from these logistically limited samples that may provide important chronology to an ice record, as well as linking glacial, marine and terrestrial sediments. We have developed a flexible workflow for preparation of tephra and cryptotephra samples to allow accurate and robust geochemical fingerprinting, which is fundamental to tephrochronology. The samples can be prepared so that secondary electron imagery can be obtained for morphological characterization of the samples to ensure that the sample is tephra-bearing and then the sample can be further prepared for quantitative electron microprobe analysis using wavelength dispersive techniques (EMP-WDS), scanning electron microscopy with energy dispersive spectrometry (SEM-EDS), laser ablation inductively coupled mass spectrometry (LA-ICP-MS) or secondary ion mass spectrometry (SIMS). Some samples may be too small for typical instrumentation conditions to be used (i.e. 20 μm beam on the EMP) to analyze for geochemistry and we present other techniques that can be employed to obtain accurate, although less precise, geochemistry. Methods include analyzing unpolished tephra shards less than 5 μm in diameter with a 1 μm beam on an SEM; using the “broad beam overlap” EMP method on irregular particles less than 20 μm in diameter, and analyzing microlitic shards as well as aphyric shards using EMP to increase the number of analyzed shards in low abundance tephra layers. The methods presented are flexible enough to be employed in other geological environments (terrestrial, marine and glacial) which will help maximize and integrate multiple environments into the overall tephra framework.     

A comparison of non-linear least square and GLUE for model calibration and uncertainty estimation for pesticide transport in soils

The problems of calibrating soil hydraulic and transport parameters are well documented, particularly when data are limited. Programs such as CXTFIT, UUCODE and PEST, based on well established principles of statistical inference, will often provide good fits to limited observations giving the impression that a useful model of a particular soil system has been obtained. This may be the case, but such an approach may grossly underestimate the uncertainties associated with future predictions of the system and resulting dependent variables. In this paper, this is illustrated by an application of CXTFIT within the generalised likelihood uncertainty estimation (GLUE) approach to model calibration which is based on a quite different philosophy. CXTFIT gives very good fits to the observed breakthrough curves for several different model formulations, resulting in very small parameter uncertainty estimates. The application of GLUE, however, shows that much wider ranges of parameter values can provide acceptable fits to the data. The wider range of potential outcomes should be more robust in model prediction, especially when used to constrain field scale models.     

Evidence for solar forcing in variability of temperatures and pressures in Europe

Daily temperature and pressure series from 55 European meteorological stations covering the 20th century are analyzed. The overall temperature mean displays a sharp minimum near 1940 and a step-like jump near 1987. We evaluate the evolution of disturbances of these series using mean squared inter-annual variations and “lifetimes”. The decadal to secular evolutions of solar activity and temperature disturbances display similar signatures over the 20th century. Because of heterogeneity of the climate system response to solar forcing, regional and seasonal approaches are key to successful identification of these signatures. Most of the solar response is governed by the winter months, as best seen near the Atlantic Ocean. Intensities of disturbances vary by factors in excess of 2, underlining a role for the Sun as a significant forcing factor of European atmospheric variations. We speculate about the possible origin of these solar signatures. The last figure of the paper exemplifies its main results.     

高效净化氮磷污水的湿地水生植物筛选与组合

抚仙湖流域未进行生态修复的磷矿废弃地面积142&#215;10^4m^2,对磷矿废弃地污染物流失量和区域内径流污染物含量进行调查观测,并提出磷矿废弃地水污染防治对策．富磷矿石剖面和堆土场在风化作用和降雨淋溶作用下,大量氟、磷等元素释放,造成磷矿区内地表径流和地下渗流污染结合实测的磷矿废弃地面积和土柱淋溶实验得到的污染物淋溶量,估算得到磷矿废弃地每年F和TP的淋溶流失量为60．65t／a和2734t／a,随地表径流迁移进入抚仙湖的F和TP分别为22．58t／a和7．27t／a由此可见,磷矿开采是抚仙湖的一个持久污染源,对湖泊营养化演变进程起了推动作用。     

广西地下水位数字与模拟观测对比分析

选取广西“十五”地震前兆网络项目地下水位数字化观测与模拟观测资料,利用固体潮形态、水震波、相关性、内在质量等方法进行了对比分析,结果表明：两种观测的动态变化基本一致;在仪器正常运行、无故障情况下,两者数据的相关性良好。综合分析认为数字化观测的信息量大,灵敏度高,跟踪速度等明显优于模拟观测。随着仪器稳定性能的提高,用数字化水位观测仪器取代模拟水位观测仪器是可行的。     

水氡仪的标定与故障分析

在多年工作的基础上,介绍了水氡仪器的标定方法,分析了水氡仪器常见故障的原因及判别、排除方法等,指出所介绍的方法可供仪器标定人员工作时参考。     

Survey of Rural Wells in Missouri for Pesticides and Nitrate

Two hundred and one rural wells were sampled in eight agricultural areas of Missouri. Samples were analyzed for 25 pesticides and nitrate. Forty-three percent of the wells sampled had at least one pesticide detection. Thirteen percent of the wells had at least one detection ≧ 1 ppb and these concentrations were confirmed. Only one well exceeded U.S. EPA Health Advisory levels. Twenty-two percent of the wells exceeded the U.S. EPA Drinking Water Standard for nitrate. Pesticide detections were most strongly correlated to well depth. Nitrate levels were primarily related to well depth, well construction methods, and well siting.     

张家口市防震减灾宣传工作的特点和对策

本文总结了近年来张家口市防震减灾宣传工作的特点和对策。防震减灾是一项社会公益事业,涉及到各行各业,需要全社会的理解和大力支持,希望社会各界都来关注、参与防震减灾工作。