缅甸弧的俯冲作用及川滇断块的地震地质特征

本文用川滇及其邻区震源深度分布的规律、震源机制P轴出地点的资料、及现有水压致裂应力测量结果,讨论了印度板块缅甸弧的俯冲深度、形状及地壳隆起的力学机制。指出缅甸弧沿北东方向向川滇地块俯冲的角度为19.1°—26.6°;挤压作用可能不是我国西南地区大规模隆起的唯一原因。由于我国川滇地区的地形、地貌和地质构造格局都受到印度板块俯冲作用的影响和控制,因此它们的地震活动性有着密切的联系。从1900年至1980年期间,缅甸弧附近和川滇地区的地震活动都可分为四个活动期,川滇地区的地震活动期的开始与结束都较缅甸弧附近地区相应的地震活动期滞后,滞后时间分别为2年和3年。     

1990年菲律宾地震前后菲律宾海板块俯冲带地区地震活动的变化

１９９０年菲律宾地震过后不久，出现了自台湾、九州直至近畿各地同时发生震群的现象。本文试图用触发作用的观点讨论沿一个板块边界的这些现象。     

全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果还可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制。     

缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面起伏形态研究

新生代以来,印度板块和欧亚板块发生碰撞形成了喜马拉雅造山带和青藏高原,印度板片在喜马拉雅东构造结处缅甸弧俯冲带进入深部地幔.开展缅甸弧俯冲带下方地幔间断面的研究有助于认识印度大陆岩石圈的碰撞-俯冲过程及其对上地幔结构的影响.本文选用了发生于缅甸弧地区的3个中源地震事件,获取了欧洲和美国阿拉斯加地区多个密集地震台网/台阵记录的高质量宽频带波形,利用N次根倾斜叠加方法（N=1,4）提取了缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面处产生的次生SdP转换震相.通过研究我们发现：（1）410-km间断面的深度范围为392~407 km,平均深度为400 km;相比于IASP91模型,410-km间断面的平均抬升幅度为10 km.我们推测印度板片在缅甸弧中部俯冲带下方已经穿过410-km间断面并进入到地幔转换带,410-km间断面的抬升与冷俯冲板片的影响有关;（2）X间断面深度在289~314 km之间,平均深度为306 km,推测该间断面可能与大陆地壳深俯冲背景下形成的超高压变质岩中柯石英（coesite）到斯石英（stishovite）的相变有关.

     

俯冲带几何特征的研究

在板块的汇聚边界上 ,若一板块向另一板块俯冲下插 ,所形成的俯冲边界 (海沟 ,造山带 )的形态与俯冲板块、被俯冲板块的性质有很大关系。文中主要通过平板俯冲模型来计算模拟全球范围内一些大的俯冲边界 ,并对俯冲角等问题作了一些讨论。近来的研究表明 ,岩石圈板块存在普遍的西向漂移。由文中计算得到的太平洋东岸的板块初始俯冲角小于目前观测到的贝尼奥夫带倾角 ;而太平洋西岸的情况则恰好相反 ,初始俯冲角大于目前观测到的贝尼奥夫带倾角。这直接反映了岩石圈板块的西向漂移 ;对地幔而言 ,则是地幔相对于地壳的东向流动     

俯冲带的后撤与弧后扩张

西太平洋地壳年龄较老,因而岩石层较冷和比重较大,俯冲带的角度也较大,活动和成熟的弧后盆地则较多;条件与之相反的东太平洋弧后盆地则较少.本文探讨这种相关关系的力学成因,计算了俯冲板块诱生的弧后上涌地幔流动.计算表明,俯冲角度大及存在后撤俯冲时,有利于在弧后地区产生明显的上涌地幔流,这种深部热物质的上涌会导致弧后扩张.反之,年龄较轻的海洋地块较热和较轻,俯冲角度一般也较小,不易诱生上涌地幔物质流动和弧后扩张.大陆地壳密度小于地幔物质,大陆碰撞区就更不具备弧后扩张的条件.     

俯冲带的后撤与弧后扩张

西太平洋地壳年龄较老,因而岩石层较冷和比重较大,俯冲带的角度也较大,活动和成熟的弧后盆地则较多;条件与之相反的东太平洋弧后盆地则较少.本文探讨这种相关关系的力学成因,计算了俯冲板块诱生的弧后上涌地幔流动.计算表明,俯冲角度大及存在后撤俯冲时,有利于在弧后地区产生明显的上涌地幔流,这种深部热物质的上涌会导致弧后扩张.反之,年龄较轻的海洋地块较热和较轻,俯冲角度一般也较小,不易诱生上涌地幔物质流动和弧后扩张.大陆地壳密度小于地幔物质,大陆碰撞区就更不具备弧后扩张的条件.     

马尼拉海沟北段俯冲带输入板块的不均一性

本文整合了横跨马尼拉海沟北段的21条多道地震层位信息、海底地形以及天然地震数据,分析了研究区内的输入板块性质差异及其对增生楔变形和地震活动性的影响.研究发现,沿马尼拉海沟北段的输入板块在地壳性质、基底起伏和沉积物厚度上存在明显的自北向南的差异:(1)最北段基底埋深大,上覆沉积物厚,地壳厚度较薄,地壳性质可能为初始南海洋壳或者圈闭的菲律宾海洋壳;(2)中段基底埋深浅,上覆沉积物薄,地壳厚度大,地壳属性表现为过渡壳性质,受到岩浆活动的影响,初始的地壳性质可能为华南陆块张裂分离出的微小陆壳块体,或者是南海洋壳;(3)南段基底埋深和沉积物厚度介于中间,存在明显的地磁条带,地壳性质为正常的南海洋壳.这一输入板块性质的不均一性可解释该区的特殊增生楔变形现象,如恒春弱变形带的出现,向海方向内凹的海沟形态以及上陆坡海底的大幅抬升等,同时也影响了研究区内的板片俯冲形态和发震构造的地震活动性.研究结果证实了沿马尼拉海沟北段存在南北向的地球物理性质的差异,但对于地壳属性的最终厘定还需要更多的地质与地球化学证据.     

马尼拉俯冲带的地震层析成像研究

基于国际地震中心的P波走时数据和层析成像反演方法,获得了具有较高分辨率的马尼拉俯冲带的深部速度模型.结果表明,（1）高速的南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的俯冲形态随纬度发生变化,在14°N和16°N之间,板片俯冲角度较大,俯冲深度可达400~500 km,在17°N附近,俯冲板片角度和深度较南部变小,而在18°N附近,俯冲板片以近垂直角度俯冲到地幔转换带;（2）17°N和18°N之间俯冲角度的变化意味着南海板片发生了撕裂;（3）在14°N附近,南海板片由300 km以上的近垂直俯冲转为200~300 km深度的近水平展布,与震源分布存在较大的差异,表明南海板片发生了撕裂,并且导致410 km间断面抬升.根据成像结果计算的不同位置南海板片的俯冲长度和时间表明,南海板片俯冲之前的面积为现今面积的两倍,14°N最先开始发生俯冲,并由南向北扩展.     

年青的九州俯冲带的地震结构和岩浆作用

地震层析成像表明，在九州北部深达俯冲的菲律宾海板块的地幔楔存在低速异常，且扩展到弧前区。我们还用岩石学资料采用数值模拟方法估计地幔楔的流体分布。地震学的数值模拟结果表明，年青的板块俯冲带的熔融和岩浆作用不同于老板块。脱水和熔融发生在年青（且热）板块如九州北部（≤26Ma）之上的板块弧和弧前底下，而流体（水溶液和熔融）主要发生在老板块区的弧后。     

根据新西兰从消减至走滑的板块边界转换带的地方震来研究地震各向异性

用剪切波分裂法研究了消减带(新西兰北岛南半部)及其向倾斜转换断裂的转换带(南岛北部马尔博罗地区)地壳和上地幔中的各向异性。在马尔博罗,延迟时间几乎不随深度而增加,最可能的是,本研究所用的高频震相主要反映了岩石层的各向异性。在马尔博罗断层系中部,快波偏振与断层近似平行。各向异性是由于在马尔博罗断层系之下50～80 km 处存在(30±10)km 厚的变质的片岩(榴辉岩)引起的。在马尔博罗断层系边缘,快波偏振平行于最大压应力方向,与地壳中由裂纹引起的各向异性一致。根据 SKS 震相推断出的地幔中与岛弧一样宽的剪切带,看来在地壳内发生在较窄的区内。在北岛的南半部,所有深度地震的快波偏振都平行于海库兰奇消减带和断层的走向。偏振性质和主要取自地幔的 SKS 震相的性质很相似。这表明,岩石层和上地慢具有一致的走滑剪切形变。对延迟时间随深度增加的地幔,我们计算出在软流层上部200 km 中速度各向异性为(1.2±0.3)%。为了与SKS 延迟时间匹配,这个结果要求直至(580±100)km 的深度都存在各向异性物质,或要求各向异性随深度而变化,或者分裂与频率相关。     

缅甸弧及邻区的壳幔S波速度结构与动力学过程

用适配滤波频时分析技术处理了锡龙（SHIO）、清迈（CHTO）、昆明（KMI）和拉萨LSA）台记录的长周期数字化面波记录,获取了穿过缅甸弧及周边地区的530条路径的Rayleigh波频散,这些频散的周期范围为10.45～105.03 s.在此基础上,以分格频散反演方法从混合路径频散中提取了1°×1°网格内的纯路径频散,并且由网格内的纯路径频散反演出深达200 km的S波速度结构,最后重建了缅甸弧及周边地区的S波速度三维结构.所得结果表明：大致以实皆断裂为分界,其东部地壳波速较低,其西部地壳波速较高.印度-缅甸地区岩石圈厚度为110～130 km,上地幔顶部S波速度为4.3～4.4 km/s;而缅甸弧东侧的滇缅泰地块下方为一低速地幔柱上涌区,其宽度为150～200 km左右,这里的岩石圈厚度为70～80 km,上地幔顶部S波速度为4.1～4.2 km/s.另外,S波速度结构还反映出这一构造格局呈南北向的空间展布,并且与该区地震震源分布、断裂走向、火山分布有很好的对应关系.     

缅甸山弧地区Benioff带的形态及其应力状态

研究了缅甸山弧附近的中源地震分布,发现h>70km的地震主要分布在20°N—27°N之间,形成明显的条带分布,24°N以南走向近南北,24°N以北走向逐渐接近NE;通过垂直剖面的研究,发现缅甸山弧下的Benioff带形态是变化的,在南北两端倾角较小,且较为平直,延伸深度浅,小于100km;在地震带的中间部分,Benioff带的倾角逐渐加大,且倾角随深度加深而增大,延伸深度可达180km。在一些剖面上出现双地震层,一般出现在45—100km的深度范围内,两层间的距离从10—25km不等;在同一剖面上,两层间在浅部间距大,在深部间距小。研究了沉降带上的应力状态,发现沉降带上P轴的优势方向位于NE—SW,T轴分布较分散;P、T轴随深度没有明显变化;在上地震层中,T轴明显接近于Benioff带的倾向;通过地壳内及沉降带上地震机制解的对比,发现前者的优势方向相对于后者逆时针旋转了一定角度。     

缅甸山弧地区Benioff带的形态及其应力状态

研究了缅甸山弧附近的中源地震分布,发现h>70km的地震主要分布在20°N-27°N之间,形成明显的条带分布,24°N以南走向近南北,24°N以北走向逐渐接近NE;通过垂直剖面的研究,发现缅甸山弧下的Benioff带形态是变化的,在南北两端倾角较小,且较为平直,延伸深度浅,小于100km;在地震带的中间部分,Benioff带的倾角逐渐加大,且倾角随深度加深而增大,延伸深度可达180km。在一些剖面上出现双地震层,一般出现在45-100km的深度范围内,两层间的距离从10-25km不等;在同一剖面上,两层间在浅部间距大,在深部间距小。研究了沉降带上的应力状态,发现沉降带上P轴的优势方向位于NE-SW,T轴分布较分散;P、T轴随深度没有明显变化;在上地震层中,T轴明显接近于Benioff带的倾向;通过地壳内及沉降带上地震机制解的对比,发现前者的优势方向相对于后者逆时针旋转了一定角度。     

关于太平洋和印澳板块俯冲带之间及中海岭交汇处地震活动的负相关性问题

对美国地质调查局国家地震资料中心和国际地震中心地震目录的研究表明:要研究全球规模大型构造上m_b<5地震分布的时空规律性,美国地质调查局的地震目录必须是比较完整的。研究结果是:在研究构造板块边界(俯冲带、中海岭系和大陆造山系)的地震活动性中发现了负相关现象,它揭示了“表面”(<400 km)地震的存在。对上述地区,在地震活动的平均曲线中,强震(m_b>5.4)和最深震(>400 km)几乎经常显示出很高的正相关性。     

日本俯冲带地震发生过程的数值模拟研究

了解地震发生的动力学机制是研究地震发震原因的关键,而数值模拟的方法是高速、有效的手段.2011年3月11日日本东北部宫城县发生9.0级大地震,文中以该次大地震所在的日本俯冲带为研究对象,通过使用黏弹性有限元数值模拟,并引用接触对,建立了研究区二维数值模型,模拟俯冲带与上覆板片之间的滑动、黏滞到再滑动的过程,亦即断层失稳发生地震的过程.模拟结果显示,随着太平洋板块不断俯冲,在俯冲带上自发出现了断层闭锁、解锁到再闭锁的黏滑过程,且这种过程呈现一定的准周期性,大事件主要集中分布在20~30 km的深度范围内.根据俯冲带可能在俯冲过程中角度的变化,建立了不同的模型,进行模拟对比研究,结果表明,俯冲带的几何形态,以及俯冲角度变化所在的不同深度,对模拟的结果有不同的影响.     

全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论*

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动的图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制,对于该区域两者的相关性则需进一步深入研究。     

鄂霍次克微板块东部俯冲带区域地震b值及应力场特征

古登堡-里克特震级-频度关系式中的b值与剪切应力(或偏应力)大小被认为存在着负相关的关系,因此b值常被用作估算区域应力大小的指标.本文利用1970—2018年鄂霍次克微板块东部俯冲带区域的地震目录,使用最大似然法对该区域的b值进行空间扫描,得到了该区域沿海沟走向不同区域及不同深度的b值分布,进而调查与分析其应力状态及地球动力学特征.结果显示不同俯冲区域的b值分布具有4个共同特征:1)地壳范围内的高b值特征,表明其剪切应力较低;2)俯冲板片与上覆板块耦合强烈的区域b值较低,表明该位置剪切应力较高;3)弧前区域b值较高,表明其剪切应力较低;4)海沟东侧的太平洋板块与软流层接触的区域b值较高,表明该位置剪切应力较低.上述这些b值分布结果及其剪切应力分布,是能够与俯冲带的地球动力学结构与特征相关联的.我们也发现在水平方向上,在浅部区域(0～40km深度范围),勘察加地区的剪切应力相对于北日本地区和千岛地区更低;在更深的区域(40～80km深度范围),千岛地区弧前区域的剪切应力较低.由本文俯冲带区域力平衡估算得到的俯冲接触面上的剪应力大小能够解释鄂霍次克微板块东部俯冲带不同接触界面上的b值大小及...