欧亚板块均衡大地水准面异常及其动力学特征

采用弹性挠曲模型,利用球谐函数方法计算了欧亚板块均衡大地水准面异常.均衡大地水准面异常消除了地形起伏、地壳物质补偿的影响,主要反映了地幔物质密度异常以及核幔边界起伏和热状态的不均匀分布特征,而这种物质密度和热状态的不均匀分布导致了地幔物质的流动.针对滤波后的均衡大地水准面异常分别计算了欧亚板块大尺度和中尺度的地幔对流,并进行了构造和地球动力学分析.结果表明,现今欧亚板块的地壳运动与地幔对流有着密切的联系.     

大地水准面异常在湖南地区的地球物理解释

以湖南地区为例,利用超高阶地球重力位模型EGM2008计算了研究区的重力大地水准面,并采用棱柱体公式和球体公式相结合的方法分别进行了完全地形改正和Airy-Heiskanen局部均衡改正,得到布格大地水准面和均衡大地水准面.对三种大地水准面进行不同波长分量的分离处理,得到包含不同深度异常信息的剩余大地水准面,并结合其他地球物理资料对研究区进行了详细的地球物理解释.结果表明,剩余重力大地水准面可以有效地反映出研究区内的深部构造特征,如深大断裂带分布、构造块体位置、上地幔密度横向分布等,但对地壳内异常结构反映不明显;研究区岩石圈密度变化相对平缓,厚度由东向西增加;根据剩余均衡大地水准面及研究区Airy局部均衡莫霍面,可以大致推测出研究区的莫霍面起伏形态以及均衡状态,可作为一种有用的参考信息.     

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界（底界）的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30~100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域（如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧）,以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧（119°E-122°E和13°N-17°N）表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

蒙古—贝加尔地区上地幔小尺度对流及 地球动力学意义

上地幔小尺度对流是控制区域地球动力学过程的主要机制之一,蒙古—贝加尔地区的一些区域动力学过程被认为与上地幔小尺度对流相关.本文目的在于利用重力资料研究蒙古—贝加尔地区的上地幔小尺度对流,并探讨其与构造动力学的关系.基于区域均衡重力异常与上地幔小尺度对流的相关方程,本文利用区域均衡重力异常资料反演了蒙古—贝加尔地区上地幔小尺度对流流场及作用于岩石层底部的应力场.结果显示,蒙古—贝加尔地区地幔流场及对流应力场呈现非常复杂的图像,流场及应力场分布与地表构造具有很好的相关性.西伯利亚地台和蒙古褶皱带下地幔流场和对流应力场均较弱,这与这些地区现今较弱的构造活动性是一致的.贝加尔裂谷区下存在地幔上升流,对流应力场呈拉张状态,但应力场的幅值较小(约8 MPa),表明地幔对流不是贝加尔裂谷开裂的主要控制因素.Hangay高原、阿尔泰和戈壁—阿尔泰下存在地幔上升流,对流应力场为拉张状态,这一方面可能构成Hangay高原隆升的深部动力机制,另一方面,也为Amurian板块西边界划分提供了动力背景.     

中国及邻区大地水准面异常的场源深度探讨

利用中国及邻区地形、地震层析成像、沉积层底面、Moho面及岩石层底面资料,正演计算出中国及邻区岩石圈大地水准面异常;再从全阶大地水准面异常中扣除正演模拟得到的岩石圈大地水准面异常与不同阶次波段的大地水准面进行比较,寻求表示中国及邻区地幔物质不均匀的大地水准面异常的最佳阶次为2-60阶. 结果表明,对应于岩石圈的大地水准面异常的重力位球谐函数阶数为61-20阶;下地幔重力位球谐函数阶数为2-6阶;而-60阶重力位球谐函数则表示中国及邻近区域上地幔大地水准面异常.     

中国及邻区大地水准面异常的场源深度探讨

利用中国及邻区地形、地震层析成像、沉积层底面、Moho面及岩石层底面资料,正演计算出中国及邻区岩石圈大地水准面异常;再从全阶大地水准面异常中扣除正演模拟得到的岩石圈大地水准面异常与不同阶次波段的大地水准面进行比较,寻求表示中国及邻区地幔物质不均匀的大地水准面异常的最佳阶次为2-60阶. 结果表明,对应于岩石圈的大地水准面异常的重力位球谐函数阶数为61-20阶;下地幔重力位球谐函数阶数为2-6阶;而-60阶重力位球谐函数则表示中国及邻近区域上地幔大地水准面异常.     

南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构

本文介绍由面波层析成像得到的南海和邻近地区地壳上地幔三维S波速度结构.研究区域介于100°E ~130°E和0°~30°N之间,南海位于区域中心,其北、西、南三面通过大陆架和陆坡分别与华南、印支和巽它地块相连,东面邻接台湾—菲律宾岛弧和西菲律宾海盆.由面波层析成像得到的速度结构横向变化与研究区内构造单元的划分基本相符,给出了各个单元的主要结构特征.(1)扬子地块具有厚而高速的岩石圈,华南褶皱带和印支地块具有活动陆块的结构特征,西菲律宾海盆表现为一个较老的稳定的海盆,而岛弧地带显示低速的岩石圈和俯冲板片引起的高速.(2)南海海盆岩石圈厚度60~70 km,横向变化不大,软流圈内低速不显著,整体上表现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特点.与东部中央海盆相比,西南次海盆的上地幔盖层速度和软流圈速度都较低.(3)在南海海盆周边的陆缘地区,岩石圈厚度变化较大,上地幔盖层和软流圈速度较低,明显低于海盆和外围的大陆地区.红河断裂带也表现类似现象,说明这些地区的岩石圈新生代以来经历了长期的构造作用.     

欧亚地区均衡残差大地水准面和上地幔强度

首先计算了欧亚地区均衡残差大地水准面．基于地幔热对流的内负荷理论和最新全球层析成像结果，探讨了欧亚地区中波长均衡残差大地水准面的地球动力学意义．研究结果表明，中波长均衡残差大地水准面主要受上地幔粘滞度和岩石层强度的影响，进而得出欧亚地区一些古老地盾和构造稳定地区的上地幔与年轻山脉及构造活动地区的上地幔结构存在着差异．这个差异主要是占老地盾和构造稳定地区，如波罗的海地盾、中西伯利亚地台、东欧等区域，冷却的上地幔已穿透地幔较深，上地幔与岩石层之间耦合较好;而年轻山脉和构造活动区，如帕米尔、天山、贝加尔活动带、青藏高原、日本海周围地区，在上地幔可能存在着热物质即粘滞度很低的软流层，上地幔与岩石层耦合程度较差，甚至有可能解耦．从欧亚地区上地幔属性的差异，可以解释该地区的一些地球动力学问题．     

中国东南大陆及陆缘地带的瑞利波频散与剪切波三维速度结构

利用我国地震台站记录的瑞利波观测资料,通过适配滤波频时分析技术进行数据处理,获得了穿越我国东南及陆缘地区的瑞利波频散.使用随机反演理论取得了东南大陆及陆缘地带4°×4°网格的纯路径频散数据.在网格反演的基础上使用Harkrider的面波反演程序求得了该区剪切波的三维速度结构.结果表明：1.华南大陆Moho界面埋深为30—40km,并由西向东逐渐减薄,在陆缘与浅海地域为25—28km,具有明显的分区特征.2.上地幔低速层埋深为60—0km,变化幅度较大,这与深部断裂分布及深层过程有关,但NS向剖面上各界面的起伏变化均比EW向剖面平缓.3.东南陆缘是东亚大陆的海陆过渡带,在深部表现为Moho界面埋深和地壳平均速度降低的地带,地幔深部界面的起伏形态充分表明,深浅介质结构和物质耦合的不均匀性.     

欧亚地区均衡残差大地水准面和上地幔强度

首先计算了欧亚地区均衡残差大地水准面．基于地幔热对流的内负荷理论和最新全球层析成像结果,探讨了欧亚地区中波长均衡残差大地水准面的地球动力学意义．研究结果表明,中波长均衡残差大地水准面主要受上地幔粘滞度和岩石层强度的影响,进而得出欧亚地区一些古老地盾和构造稳定地区的上地幔与年轻山脉及构造活动地区的上地幔结构存在着差异．这个差异主要是占老地盾和构造稳定地区,如波罗的海地盾、中西伯利亚地台、东欧等区域,冷却的上地幔已穿透地幔较深,上地幔与岩石层之间耦合较好;而年轻山脉和构造活动区,如帕米尔、天山、贝加尔活动带、青藏高原、日本海周围地区,在上地幔可能存在着热物质即粘滞度很低的软流层,上地幔与岩石层耦合程度较差,甚至有可能解耦．从欧亚地区上地幔属性的差异,可以解释该地区的一些地球动力学问题．     

新生代华南及邻区上地幔各向异性深部动力学机制的数值模拟

晚中生代以来, 华南地区同时受到印度—欧亚板块碰撞和太平洋—菲律宾板块俯冲及后撤作用的影响, 壳幔结构复杂.深入了解华南地区深部地幔流模式和地幔各向异性特征是认识华南复杂的深部构造演化过程与动力学机制的基础.本文采用三维全球地幔对流模型, 从软流圈剪切变形的角度计算了软流圈的各向异性, 尝试探讨了华南地区各向异性的起源和深部地幔流特征.华南地块东部, 软流圈各向异性呈NW-SE向, 各向异性主要来源于软流圈, 壳幔具有垂直连贯的变形特征; 南北构造带的中段, 软流圈各向异性大致为N-S向, 这一区域的造山作用虽然对岩石圈造成了巨大变形, 但是并未显著影响软流圈变形, 并且各向异性的主要来源可能是岩石圈地幔; 在南北构造带中, 30°N可能是地幔各向异性的过渡带, 30°N以南的川滇地区, 软流圈各向异性的方向出现了环形特征; 菲律宾板块向欧亚板块下的俯冲到达地幔转换带, 这种俯冲可能带动了西太平洋地幔向华南块体下的流动; 华南地区的软流圈流场自西向东显示出顺时针旋转的特征, 并在扬子板块东部与来自菲律宾板块下的西南向的地幔流相遇.

     

中国海-西太平洋莫霍面深度分布特征及其地质意义

中国海-西太平洋位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块的交汇处,构造运动剧烈,地质情况复杂,是认识板块运动、洋陆相互作用、物质交换和能量传递不可多得的窗口,而莫霍面深度对于研究壳幔结构以及深部动力过程有着重要的意义.本文使用最新的覆盖全球的重力和地形数据,收集了深地震测深、多道地震测深等剖面183条,数字化得到2982个控制点,使用带控制点的三维界面反演方法来约束反演过程,得到中国海-西太平洋莫霍面深度,由莫霍面形态分析可知大洋板块的俯冲和印澳板块与欧亚板块的碰撞对西太平洋边缘海的形成演化有着重要作用.结合地热、岩石圈厚度、地震活动等地质地球物理资料,分析得知研究区内各个海域莫霍深度和地壳性质的变化是处于不同构造演化阶段的表现.并在马里亚纳沟弧盆拟合一条重力2.5维剖面,结果表明热物质上涌导致了马里亚纳海槽处地幔密度减小,马里亚纳海槽以及帕里西维拉海盆到西马里亚纳海岭的下地壳高密度异常是由残留的岩浆岩引起的.     

Topography of the Moho and Conrad discontinuities in the Kyushu district,Southwest Japan

The first P-arrival time data from local earthquakes are inverted for two-dimensional variation of the depths to the Conrad and Moho discontinuities in the Kyushu district, southwest Japan. At the same time, earthquake hypocenters and station corrections are determined from the data. The depths to the discontinuities are estimated by minimizing the travel time residuals of first P-arrival phases for 608 earthquakes observed at 57 seismic stations. In the land area of Kyushu, the Conrad and Moho discontinuities are located within the depth ranges of 16–18 and 34–40 km, respectively. The Conrad discontinuity is not as largely undulated as the Moho discontinuity. The depth to the Moho is deep along the east coast of Kyushu, and the deepest Moho is closely related to markedly low velocity of P wave. We regard the deepest Moho as reflecting the Kyushu–Palau ridge subducting beneath the Kyushu district, together with the Philippine Sea slab. In western Kyushu, the shallow Moho is spreading in the north–northeast–south–southwest direction in the Okinawa trough region. Based on the presence of low-velocity anomaly in three-dimensional velocity structure and seismogenic stress field of shallow crustal earthquakes, the shallow Moho is interpreted as being due to lower crustal erosion associated with a small-scale mantle upwelling in the Okinawa trough region. The velocity discontinuity undulation basically has insignificant effect on hypocenter determination of the local earthquakes, but the Moho topography makes changes in focal depths of some upper mantle earthquakes. The depth variation of the Moho discontinuity has a good correlation with the Bouguer gravity anomaly map; i.e., the shallow Moho of western Kyushu and the deep Moho of eastern Kyushu closely correlate with the positive and negative Bouguer gravity anomalies, respectively.     

对黄海—东海研究区深部结构的一些新认识

综合地震层析成像与重磁数据的处理结果,选择26°N～36°N,120°E～130°E的范围作为研究区,讨论了黄、东海研究区的深部结构特点及其与周边各地质单元的相互关系,完成了研究区两条剖面的密度结构反演,认为东海陆架地区地壳厚度变化与大陆地区相比并不明显,显著减薄开始于冲绳海槽地区,中地壳消失;琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加,特别是上地壳的厚度增加最大,推断其原因应与俯冲作用及俯冲带附近板块与地幔的运动速率之差有关.地球物理场“东西分带”是黄海—东海地区壳内结构从西向东变化的反映,但随着深度的增加,研究区的岩石层结构出现以近EW向为优势的构造格局.因此推断深部近EW向的异常是三叠纪时期南北板块碰撞、挤压所致,浅部的NE向条带异常是后期构造运动在岩石层较浅部位构造效应的反映.黄海—东海地区岩石层结构存在浅部与深部优势构造方向不协调的现象.层析成像结果证实了南黄海东缘断层的存在,还勾绘出绍兴—十万大山碰撞带为以40°左右的倾角向NW方向倾斜的高速带,另一条倾向基本相同的高速带则是南、北扬子块体结合带在深部的反映.     

The gravity and isostatic Moho in North China Craton and their implications to seismicity

The Bouguer gravity is the combination of field sources in different depths. Based on the multi-scale analysis of the Bouguer gravity, we can get the gravity anomaly caused by the Moho undulation. This study presents the various orders of approximation of gravity anomaly in North China Craton (NCC), the possible source depths with radial logarithmic power spectrum, and the relationship between the deep structure and gravity anomaly. Furthermore, we discuss the isostatic compensation about the Moho depth from gravity and deep seismic sounding profiles (DSS). The results show that: (1) the fourth approximation could have resulted from the Moho undulation, (2) in contrast to the isostatic Moho, the inverted gravity Moho and the DSS Moho show that most of NCC has been isostatically compensated, and (3) the isostatic compensation rate has some close relation to the seismicity.     

罗斯海海域大地水准面异常的成因研究

本文利用数值法求解瞬时地幔对流问题以模拟大地水准面异常.利用两个较新的 S 波速度异常层析模型SEMUCB WM1 和TX2019slab,将其转换为密度异常作为控制方程的浮力驱动项;采取的黏度结构模型中,上下地幔的黏度比为1∶50.为了研究地幔不同结构对罗斯海海域大地水准面异常的影响,分别提取上、下地幔的密度异常正/...     

日本南海海槽地震区域应力场及其板块构造动力学特征

为了研究海沟型巨大地震发生机制及其构造动力学特征，详细研究了地震活动与震源机制结果，根据地震俯冲带几何形状及其内应力场区域特征，南海海槽下的俯冲带可划分为两段: 东部的四国-纪伊半岛段和西部的九州段. 东部的菲律宾海板块地震俯冲带呈现出低角度俯冲(10°～22°)，且俯冲深度相当浅(60～85km)的特征;而西部九州段的俯冲带为高角度俯冲(40°)，且俯冲深度较深(160km). 东、西部俯冲带内部应力场也截然不同. 东部的四国大部分地区和纪伊半岛的俯冲带内表现为俯冲压缩型应力场， 而西部的九州段则为明显的俯冲拉张型应力场. 本文在综合分析了重力异常、GPS、热流量等地球物理观测结果后指出，南海海槽东部， 即四国-纪伊半岛以南的海槽区域， 具有与智利海沟极其相似的地震发生板块构造动力学背景和高应力积累等特征， 属于年轻活动俯冲带的高应力型俯冲. 而西部的九州段，虽然也是海沟型地震活动区， 但不具有大地震发生的构造动力学背景和高应力积累， 不属于年轻活动俯冲带的高应力型俯冲. 俯冲带年龄的不同很可能是造成南海海槽东、西段板块构造动力学以及应力场不同的根本原因之一.