苏门答腊地区地壳的地磁影象

2004年12月26日苏门答腊特大地震和海啸地区周边的地磁影象揭示了该地区现时及历史的俯冲概况。准静态远场影象(图1a)清晰地显示出欧亚和印度澳大利亚板块之间的挤压边界。沿断层破裂带，磁化地壳厚度呈正东向和北东向显著增大。该岛弧与俯冲板块都是磁性的，     

西北太平洋俯冲带东北地区壳幔结构研究进展

总结了近年来西北太平洋俯冲前端东北地区地壳的精细结构和上地幔间断面410和660km的研究成果.认为：该区莫霍面深约为30～39km.410km的间断面有30km的深度异常,这种异常是否在过渡带正常或含水相变展布厚度的内,还是于该区俯冲带的后退有关,还需做进一步的研究论证.在中国东北地区,日本海俯冲带向西倾斜,在660km的间断面上近似水平停滞汇集被大多数层析成像、接收函数、波形拟和以及深震研究所认同.然而,俯冲带具体的形式、大小范围,向下渗透到多深以及在局部地区表现的横向不连续性的看法并不一致.由此带来的动力学模式什么力来支撑着停滞的板片,在板片最终下沉到下地幔以前,有多少俯冲的板片能停滞在间断面之上,这些问题都还需要更合理的解释.     

地震发生过程的有限单元法模拟——以苏门答腊俯冲带上的大地震为例

地震预报由目前的经验预报走向物理预报,数值模拟地震过程是其中的关键.文中应用统一的数学公式表述了速率相关的摩擦接触中黏着（sticking）和滑移(sliding)这两种不同的运动状态;有限元计算中采用静力显示的时间积分方法,基于R最小策略,控制时间步长以保持力学状态变化稳定,从而保证有限元计算过程平稳、收敛.以2004年发生过Mm=9.3特大地震的苏门答腊俯冲带为例,模拟了俯冲带上俯冲板片与上伏板块之间的闭锁、解锁、滑动到再闭锁这一准周期性过程,即地震的孕育、发生过程.计算结果表明,俯冲带上具有较大尺度、介质均匀、摩擦系数相同的区域是产生大规模、大幅度整体突然滑动（即大地震）的条件;模拟的苏门答腊俯冲带上的大地震在时间上有准周期性,空间上有迁移特征,破裂由深部向浅部进行;此外,俯冲带的几何特征对大地震的震源位置有很大的影响.     

俯冲带波速结构的数值模拟

数值模拟结果显示,俯冲带在大部分深度都存在高速异常,并在400km左右和550km左右的深度存在高速异常的极大值,这和地震层析成像得到的波速结构相一致.说明虽然层析成像方法的分辨率较低,但它能给出俯冲板块上P波速度随深度变化的基本特征.俯冲带既有正的波速异常,也有负的波速异常,幅度约在-10%—%之间,这在区域台网的资料中可以得到反映.俯冲带在约700km深度存在低速异常,亚稳态橄榄石的存在也使俯冲带出现沿俯冲方向的倾斜低速区.地震层析成像结果没有类似的波速结构,可能是其分辨率较低所致.要研究俯冲带的细结构,应基于高精度的区域台网的资料.     

俯冲带波速结构的数值模拟

数值模拟结果显示，俯冲带在大部分深度都存在高速异常，并在400km左右和550km左右的深度存在高速异常的极大值，这和地震层析成像得到的波速结构相一致.说明虽然层析成像方法的分辨率较低，但它能给出俯冲板块上P波速度随深度变化的基本特征.俯冲带既有正的波速异常，也有负的波速异常，幅度约在-10%-%之间，这在区域台网的资料中可以得到反映.俯冲带在约700km深度存在低速异常，亚稳态橄榄石的存在也使俯冲带出现沿俯冲方向的倾斜低速区.地震层析成像结果没有类似的波速结构，可能是其分辨率较低所致.要研究俯冲带的细结构，应基于高精度的区域台网的资料.     

日本海俯冲带的热结构及热源的影响

在对温度场计算所需的初始条件、边界条件、热源条件和介质热参数进行讨论和计算的基础上,利用二维热传导问题的有限单元法,计算了日本海俯冲带热结构的演化.发现400℃等温线在板块俯冲7Ma后趋于稳定,最大深度约60km;800℃等温线在板块俯冲11Ma后趋于稳定,最大深度约280km;1200℃等温线在板块俯冲50Ma后趋于稳定,最大深度约530km.通过计算不同热源组合情况下日本海俯冲带的热结构,讨论了热源的因素对俯冲带热结构的影响.结果表明,剪切生热和脱水热只对俯冲带浅部热结构有很大影响,绝热压缩生热对热结构的影响范围最大,而橄榄石→尖晶石相变生热是400km深度以下热结构的控制性热源因素.     

对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究:来自重力与震源分布数据的启示

日本俯冲带与IBM俯冲带位于太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块三者的交汇地带,是典型的"俯冲工厂"地区,具有重要的研究意义.本文利用震源分布资料与卫星重力数据对日本俯冲带与IBM俯冲带进行了研究.通过空间重力异常反映了俯冲带地区的区域构造形态,在此基础上基于艾利模式计算了均衡异常以反映地壳均衡特征.利用震源分布资料,分别从垂直俯冲带走向与沿俯冲带走向划定了横截剖面(cross-sections)进行了地震提取,讨论了俯冲带地区的Wadati-Benioff带形态特征,并借助于俯冲带地震等深线图直观描述了俯冲带的俯冲形态.在日本俯冲带与伊豆-小笠原俯冲带各选取了一条典型剖面进行了重力2.5D反演,研究了俯冲带地区的壳幔结构特征.研究结果表明,九州-帕劳海脊与IBM岛弧在均衡异常上存在差异,前者已逐渐趋向于地壳均衡.IBM的Wadati-Benioff带存在明显的南北差异,反映出伊豆-小笠原俯冲板片停留在了660 km转换带中,而马里亚纳俯冲板片很可能垂直穿过了这一转换带,造成这种南北差异的原因与板块相对运动、岩石圈黏性和年龄差异以及俯冲板片的重力效应等因素有关.在IBM的中部和南部存在板片撕裂现象.日本俯冲带的俯冲洋壳密度随俯冲深度变化较小,洋幔存在一定程度的蛇纹岩化,地幔楔蛇纹岩化作用不典型,海沟处有一范围较小的含水畸变带;伊豆-小笠原俯冲带俯冲洋壳密度随深度增大而明显增大,洋幔蛇纹岩化程度较日本俯冲带低,地幔楔蛇纹岩化作用强烈,板块交汇处存在明显的蛇纹岩底辟.日本俯冲带与IBM俯冲带一线自北向南板片俯冲变陡,两侧板块耦合度降低,与俯冲带两侧的板块运动速率差异有关.     

俯冲带耦合作用对苏门答腊地区应变场影响的三维数值模拟

采用有限元方法模拟了俯冲带耦合作用对巽他弧及其邻区的影响.根据模拟结果,对比GPS、地震和地质学观测数据,定量分析了苏门答腊及其周边地区的应变强度和主应变方向的分布特征,据此探讨了该区构造特征、地震发生模式与耦合面积之间的关系.模型由具有黏弹性性质的岩石圈和软流圈上地幔组成,其中岩石圈包括了大陆岩石圈和大洋岩石圈以及俯冲至上地幔中的俯冲板片.研究结果如下:(1) 通过对不同俯冲带耦合面积模拟,发现苏门答腊前弧伴随耦合面积的增加应变强度逐渐增大,而增大的应变强度又影响了其周边地区的应变分布特征,因此整个苏门答腊前弧呈现出明显的分段性,这与该区地震破裂模式有较好的对应.(2)苏门答腊北部地区主应变方向与南部相比存在一定的差异,该差异是俯冲带的俯冲方向、俯冲速度、俯冲形态以及不同区域间耦合面积共同作用的结果.(3)虽然苏门答腊2004年地震主震区处于弱耦合状态,但从本文模拟的结果中可以看到,在俯冲作用下该区依然存在垂直向下的位移,这为地震激发海啸提供了有利的构造环境.     

日本海俯冲带的热结构及热源的影响

在对温度场计算所需的初始条件、边界条件、热源条件和介质热参数进行讨论和计算的基础上,利用二维热传导问题的有限单元法,计算了日本海俯冲带热结构的演化.发现400℃等温线在板块俯冲7Ma后趋于稳定,最大深度约60km;800℃等温线在板块俯冲11Ma后趋于稳定,最大深度约280km;1200℃等温线在板块俯冲50Ma后趋于稳定,最大深度约530km.通过计算不同热源组合情况下日本海俯冲带的热结构,讨论了热源的因素对俯冲带热结构的影响.结果表明,剪切生热和脱水热只对俯冲带浅部热结构有很大影响,绝热压缩生热对热结构的影响范围最大,而橄榄石→尖晶石相变生热是400km深度以下热结构的控制性热源因素.     

马尼拉海沟俯冲带热结构的模拟研究

俯冲带热结构的数值模拟研究是对地表观测研究的重要补充,也是验证地球动力学模型的重要方法.本文沿马尼拉海沟俯冲带东火山链(EVC)和西火山链(WVC)各取一条剖面,依据地质、地球物理条件,进行了有限元热模拟计算.计算过程中,分析了摩擦和剪切热对俯冲带热结构的影响,模拟了EVC和WVC两条测线下俯冲带的热结构,并结合岩石学实验结果预测了俯冲板块发生脱水和部分熔融的位置.模拟结果表明,在100 km深度处,考虑摩擦和剪切热时,俯冲板块表面的温度约为865 ℃;而不考虑摩擦和剪切时,俯冲板块表面的温度仅为770 ℃,二者温差可达95 ℃.在相同深度处,考虑摩擦和剪切热时,在EVC和WVC测线下俯冲板块表面的温度分别为865 ℃和895 ℃,俯冲洋壳底部温度分别为560 ℃和605 ℃.俯冲板块表面少量矿物开始脱水的深度小于50 km,但大量脱水和部分熔融主要发生在深度100 km左右,这与地表观测的火山活动位置一致.     

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.     

西太平洋Benioff带的形态及其应力状态

利用1970～1998年的地震资料,研究了西太平洋Wadati Benioff带形态,发现各区域Wadati Benioff带的倾角与板块俯冲速度有关,俯冲速度越大,倾角越小;利用1976～2002年哈佛大学的震源机制资料,对各区域地震断层类型进行了统计,结果表明：地震断层类型也与俯冲速度有关,俯冲速度大的地区逆断层数量高达74髎以上,俯冲速度小的地区正断层数量上升到45髎左右;本文还探讨了西太平洋板块水平向运移的主动力方向,认为该方向为283°.     

Gravity anomaly and density structure of the San Andreas fault zone

A densely spaced gravity survey across the San andreas fault zone was conducted near Bear Valley, about 180 km south of San Francisco, along a cross-section where a detailed seismic reflection profile was previously made byMcEvilly (1981). WithFeng andMcEvilly's velocity structure (1983) of the fault zone at this cross-section as a constraint, the density structure of the fault zone is obtained through inversion of the gravity data by a method used byParker (1973) andOldenburg (1974). Although the resulting density picture cannot be unique, it is better constrained and contains more detailed information about the structure of the fault than was previously possible. The most striking feature of the resulting density structure is a deeply seated tongue of low-density material within the fault zone, probably representing a wedge of fault gouge between the two moving plates, which projects from the surface to the base of the seismogenic zone. From reasonable assumptions concerning the density of the solid grains and the state of saturation of the fault zone the average porosity of this low-density fault gouge is estimated as about 12%. Stress-induced cracks are not expected to create so much porosity under the pressures in the deep fault zone. Large-scaled removal of fault-zone material by hydrothermal alteration, dissolution, and subsequent fluid transport may have occurred to produce this pronounced density deficiency. In addition, a broad, funnel-shaped belt of low density appears about the upper part of the fault zone, which probably represents a belt of extensively shattered wall rocks.     

攀西地区重力场特征及地壳密度结构

攀西地区位于峨眉山大火成岩省中西部,构造和岩浆特征显著,地震活动强烈.通过对野外重力测量得到的云县—会东和普洱—七甸两条剖面的高精度重力观测数据进行处理和分析,构建了沿剖面的二维地壳密度结构,其中普洱—七甸剖面与孟连—马龙宽角地震剖面部分位置重合.同时结合区域重力异常特征及下地壳视密度填图结果,得到如下初步认识:红河断裂带是南北地震带南段地区重要的构造分界线,断裂带南北向密度结构和莫霍面分布形态存在较大差异,沿走向构造变化.云县—会东剖面上大姚—会东段下地壳底部存在密度较高的壳幔过渡层,结合研究区下地壳底部壳幔过渡层的密度分布特征,认为该过渡层不是攀西裂谷下的"裂谷垫",而是由岩浆底侵作用造成的.     

马尼拉俯冲带缺失中深源地震成因初探

马尼拉俯冲带是整个南海地震活动多发区,地震成因与南海的形成和构造演化关系密切.对马尼拉俯冲带地震数据和层析成像结果进行了深入分析.结果表明:马尼拉俯冲带的地震活动主要为密集的浅源地震,缺失中深源地震.进一步分析揭示:①脱水和榴辉岩的形成在南海洋壳到达软流圈前就基本停止.马尼拉俯冲带南部在较浅的深度就转变为塑性变形,并停...     

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...     

Comparison of gravimetric and seismic constraints on the structure of the Aegean lithosphere in the forearc of the Hellenic subduction zone in the area of Crete

The island of Crete is located in the forearc of the Hellenic subduction zone, where the African lithospheric plate is subducting beneath the Eurasian one. The depth of the plate contact as well as the internal structure of the Aegean plate in the area of Crete have been a matter of debate. In this study, seismic constrains obtained by wide-angle seismic, receiver function and surface wave studies are discussed and compared to a 3D density model of the region.The interface between the Aegean continental lithosphere and the African one is located at a depth of about 50 km below Crete. According to seismic studies, the Aegean lithosphere in the area of Crete is characterised by strong lateral, arc–parallel heterogeneity. An about 30 km thick Aegean crust is found in central Crete with a density of about 2850 kg/m³ for the lower Aegean continental crust and a density of about 3300 kg/m³ for the mantle wedge between the Aegean crust and the African lithosphere. For the deeper crust in the area of western Crete two alternative models have been proposed by seismic studies. One with an about 35 km thick crust and another one with crustal velocities down to the plate contact. A grid search is performed to test the consistency of these models with gravimetric constraints. For western Crete a model with a thick lower Aegean crust and a density of about 2950 kg/m³ is favoured. The inferred density of the lower Aegean crust in the area of Crete correlates well with S-wave velocities obtained by surface wave studies.Based on the 3D density model, the weight of the Aegean lithosphere is estimated along an E–W oriented profile in the area of Crete. Low weights are found for the region of western Crete.