基于变参数板块模型的大洋岩石圈参数反演与岩石圈伸展成盆模拟

本文利用热导率、热容、热膨胀系数等参数随温度变化的经验表达式,在板块模型的基础上用隐式有限差分方法解非线性热传导方程,并利用北太平洋和北大西洋海底年龄与水深数据反演了大洋岩石圈厚度与底界温度等参数,结果表明大洋岩石圈的厚度在105 km左右,岩石圈底界温度在1450℃左右,这与Stein等用全球大量数据反演的结果一致.将变参数模型用到岩石圈拉张成盆的模拟中,结果表明当考虑岩石圈热参数随温度变化之后,预测的地表热沉降要大于常参数均匀伸展模型的预测量.由此我们指出：McKenzie的均匀伸展模型预测的初始沉降偏大而热沉降偏小,可能与该模型没有考虑热参数随深度(即温度)变化有关.     

中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构

依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示:弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1~2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.     

珠江口盆地白云凹陷新生代构造-热演化模拟

珠江口盆地是我国海洋油气勘探的重点区域,白云凹陷是珠江口盆地内最大新生代凹陷,具有齐全的新生代地层及丰富的钻井地震资料,是构造热演化模拟研究的理想区域.本文基于多期次非瞬时伸展模型,选取白云凹陷6条地震解释剖面进行新生代构造-热演化模拟,以揭示白云凹陷热演化的时空差异性,为探讨珠江口盆地演化机制及深部动力学过程提供依据...     

藏北羌塘地区新生代火山作用与岩石圈构造演化

自印度大陆与欧亚大陆碰撞以来, 藏北羌塘地块依次发育有碱性玄武岩系列、高钾钙碱性系列、钾玄岩系列和过碱性钾质-超钾质系列火山活动. 研究表明岩浆源区经历了由早期尖晶 石橄榄岩地幔向晚期石榴石橄榄岩富集地幔(EM2)的转变. 高钾钙碱性系列和钾玄岩系列安粗质岩石具有高Mg#值和极高的Cr, Ni, Co丰度, 指示岩浆可能来自于拉萨地块大陆岩石圈的俯冲作用. 藏北过碱性超钾质系列的La/Rb, Zr/Rb, K/La, K/Nb, Rb/Nb和Pb/La值小于岛弧火山岩, 大于和类似于洋岛玄武岩, 指示岩浆源区具有软流圈流体交代古俯冲地幔楔的属性. 而藏南超钾质火山岩和藏东超钾质煌斑岩的上述元素比值类似于和大于岛弧火山岩, 暗示源区地幔存在俯冲陆壳释放的流(熔)体的交代作用. 上述成因标志支持印度大陆岩石圈俯冲到高原中部, 欧亚岩石圈地幔向南俯冲到羌塘之下的结论. 文中进一步提出陆内俯冲与藏北、藏东区域大型走滑构造的脉动滑移效应导致高原腹地软流圈脉动上涌, 岩石圈脉动减薄产生钾质-超钾质岩浆脉动旋回的成因机制.     

珠江口盆地大地热流特征及其与热岩石圈厚度的关系

沉积盆地现今热流特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的必要约束条件,其总体变化趋势与热岩石圈厚度密切相关.本文根据新收集的珠江口盆地19口钻井温度数据,新增计算了19个大地热流数据,其中12个数据位于深水区（水深大于300 m）,丰富了该盆地深水区钻井地热数据.结合前人研究成果,绘制了该盆地的大地热流图,并分析了其热流分布特征.在此基础上通过求解一维热传导方程,计算得到36口井位处的热岩石圈厚度,量化了盆地大地热流与热岩石圈厚度间的关系.结果显示,珠江口盆地大地热流值介于24.2~121.0 mW·m-2,平均71.8±13.6 mW·m-2,新增盆地深水区钻井平均热流值高达84.5±4.4 mW·m-2.大地热流分布整体上从陆架区到陆坡区升高,而热岩石圈厚度整体分布趋势与大地热流相反.大地热流与热岩石圈厚度间存在良好的指数相关性.     

喜马拉雅西构造结及邻区岩石圈演化三维有限元数值模拟

用数值模拟的方法探讨了自10 Ma以来喜马拉雅弧形造山带的西构造结及邻区岩石圈的形变和位移变化特征,并采用不同的流变参数和流变结构模拟了前2 Ma内的形变和应力场的演化过程,通过对不同黏性系数、本构关系和初始地壳厚度的改变在演化过程中所起的作用研究表明：（1）采用黏弹性模型时,西构造结区黏性参数的选取对西构造结及邻区隆升高度和隆升范围有重要影响,计算结果给出西构造结区地壳黏性系数应小于1023Pa·s;（2）相对刚性的塔里木盆地采用弹性结构时,对整个西构造结区域的应力和应变场均能引致明显变化;（3）力学性质稳定块体的存在并没有使应力场的传播出现明显的解耦现象.     

琼东南盆地深水区速度研究及速度建模思考

南海西部深水区领域广,水深大,地震和钻井资料少,研究基础薄弱,主要探区以合作为主,勘探程度高,而自营区勘探程度较低.虽然琼东南盆地深水区具有巨大的天然气资源,但是由于面积较大、三维地震资料较少和钻井成本较高,整体勘探程度比较低,若要完成速度分析及速度建模工作是十分困难的.由于深水区有其自身的区域背景,速度研究问题与浅水区存在较大的差异,经过近些年深水区速度研究认为主要存在三方面的问题:如何确定深水区待钻井速度误差校正量、斜坡区速度研究及时深转换方法存在问题和如何优选速度建模方法.针对具体问题,经过大量研究采用针对性的思路方法提出相应的解决对策,并将其形成流程应用于钻井生产实际,取得较好的预测效果和较高的精度.     

南海北部深水盆地浅水流的地球物理特性及识别

浅水流(Shallow Water Flow,SWF)是深水环境海底浅部地层中超压的砂体流动,是对深水钻井最具破坏力的一种地质灾害,严重制约深水油气开发.为有效预测和防治浅水流,需要对浅水流地球物理特性进行研究,并在研究区内加以识别.本文借鉴国外主要深水盆地对浅水流问题的研究经验,对南海北部深水盆地潜在浅水流区域采取以属性判定、超压分析为主,振幅识别为辅的方法进行预测.精细层序地层学解释发现,南海北部深水盆地存在上新世以来的古珠江深水水道沉积体系和第四纪水道,这些水道砂体疏松未固结、孔隙度大、有效应力低、几乎表现出流体特性.基于遗传算法的混合反演方法发现,研究区存在典型的AVO响应,横波速度极低,低频特征明显,振幅强度弱,连续性较好,存在极性反转,高泊松比和高纵横波速度比.研究结果表明,南海北部陆坡具备浅水流发生的潜在条件,深水水道发育区为潜在的浅水流危险区,浅水流具有独特的地震响应特征,泊松比高达0.49,纵横波速度比约为3.5~9或更高,SWF层位对地震属性的敏感度VP/VS>AVO响应>泊松比.     

河北及邻区震前岩石圈磁场异常变化分析

利用河北及邻区2018、2019和2020年3期流动地磁矢量资料,经数据处理获得了“2018—2019”和“2019—2020”2期岩石圈磁场年变化模型。并结合2019年12月唐山丰南4.5级地震和2020年7月唐山古冶5.1级地震震中分布,对震中区域岩石圈磁场变化空间分布及时间演化特征进行了系统分析。研究结果显示：2期岩石圈磁场年变化空间分布并无一致性或继承性特征,相对于“2018—2019”岩石圈磁场,“2019—2020”岩石圈磁场各要素的年变化量呈现减小的趋势。2019年12月唐山丰南4.5级地震和2020年7月唐山古冶5.1级地震前,震中附近岩石圈磁场呈现明显异常变化。具体表现为：震中附近岩石圈磁场水平矢量均存在局部弱化和转向的现象;震中处有磁偏角“0”值线和高梯级带通过。这可能是两次地震的前兆异常。     

珠江口盆地白云凹陷裂后异常沉降的数值模拟

白云凹陷是珠江口盆地最深的凹陷,中心处沉积物厚度达12.5km以上,其中30Ma破裂不整合面以上厚度达6.5km以上.按照张裂盆地构造发育的理论模型,如McKenzie的经典理论模型,裂后由于冷却收缩而产生的盆地沉降随时间的变化是岩石圈伸展系数的函数,可以计算出来.白云凹陷裂后期的实测沉降量是否大于应用理论模型计算的热沉降量,即是否存在裂后异常沉降？为了回答这一问题,本文将实测与理论裂后沉降量进行对比.实测裂后沉降可通过回剥去除沉积物荷载等因素引起的沉降而得到,但理论热沉降的计算则需要知道盆地的岩石圈伸展系数,后者是未知的.本文设计了正演模拟和反演回剥相结合的方法解决这一问题,即应用基于挠曲悬臂梁模型的二维模拟方法正演模拟白云凹陷的幕式张裂过程,通过试错达到实测的张裂期剖面形态,从而获得岩石圈的伸展系数,计算出理论的裂后热沉降,并与回剥得到的实测裂后沉降量进行对比.结果不仅表明白云凹陷的确存在裂后异常沉降,而且揭示了异常沉降的时空特征：30Ma以来,快速沉降主要发生在17.5～13.8Ma;凹陷中心的异常沉降量最大,达2km,其次为凹陷南侧的异常沉降量,明显大于凹陷北侧;根据凹陷两端的异常沉降量没有降低的趋势,推测向凹陷北部的陆架区和凹陷南部的洋盆方向依然存在裂后异常沉降.正演灵敏度实验还表明,白云凹陷的张裂期剖面形态只能通过低角度（≤13°）的边界断层的伸展来获得.针对可能引起白云凹陷裂后异常沉降的机制,初步探讨了几种可能机制,认为东亚季风增强导致的沉积物供给量增加以及由此导致的下地壳流动可能是主要原因.     

CRInSAR与PSInSAR联合探测区域线性沉降研究

本文提出一种CRInSAR与PSInSAR联合解算算法,并将该算法应用于区域线性沉降探测中.该算法将CR点上计算得出的形变速率值及高程改正值作为研究区域PS基线网络的约束,进而通过间接观测平差法估计出PS网沉降速率和高程改正值的全局最优解.算法实现了人工角反射器雷达干涉测量技术(CRInSAR)与永久散射体雷达干涉测量...     

Group-velocity tomography and lithospheric S-velocity structure of the South American continent

The lithosphere of the South American continent has been studied little, especially in northern Brazil (the Amazonian region). A 3D lithospheric S-velocity model of South America was obtained by first carrying out Rayleigh and Love wave group-velocity tomography, and then inverting the regionalized dispersion curves. Fundamental mode group velocities were measured using a Multiple Filtering Technique. More than 12,000 paths were examined and about 6000 Rayleigh- and 3500 Love-wave dispersion curves with good quality were retrieved. Checkerboard tests showed that our dataset permits the resolution of features 400-800 km across laterally in the central part of the continent from crustal to upper mantle depths. Our results confirm previous tomographic results and correlate well with the major geological provinces of South America. The 3D S-velocity model confirms both regional features of SE Brazil from P-wave travel-time tomography and continental-scale features of central and western South America from waveform inversion, e.g., lowest velocities in the Andean upper mantle; three parts of the Nazca plate with flat subduction; strong low-velocity anomalies in the upper-mantle depth beneath the Chaco basin. Furthermore, our 3D model revealed new features in the South American continent: (1) high velocities in the lower crust were consistently found in regions with high Bouguer or free-air anomalies; (2) the NE-SW trending TransBrasiliano shear zone was delineated by a NE-SW low-velocity belt at lithospheric depths; (3) the eastern Amazonian craton appears to have thicker lithosphere than the western craton; (4) in areas of Archean nuclei located in the northeastern Guaporé shield and southeastern São Francisco craton, high velocity anomalies were found down to 150 km.     

张裂大陆边缘形成演化的数值模拟

本文在等黏态角落流模型的基础上,建立了上升离散地幔流场,将该流场作用于大陆岩石圈底部,能解释岩石圈减薄、裂解并最终形成海底扩张和张裂大陆边缘等一系列过程.数值模拟的结果表明,岩石圈在上升离散地幔流的作用下发生依赖于深度的伸展减薄,表现为不同深度的拉张因子不同,地表热流显著升高,热扰动引起的均衡调整造成地表沉降,同时热扰动造成岩石圈流变强度尤其是在变形中心处显著减小,脆性变形临界深度变浅,而韧性变形范围扩大.在上升离散地幔流的持续作用下最终导致大陆裂解,岩石圈地幔出露,形成海底扩张和张裂大陆边缘.     

地幔对流对全球岩石圈应力产生与分布的作用

利用动力学模拟方法研究地幔对流对于大尺度岩石圈内部应力场形成的作用. 地幔物质内部的密度横向非均匀及表面板块运动引起地幔流动,并在岩石圈底部产生一个应力场. 该应力场作为面力将造成岩石圈本身变形,从而产生岩石圈内部的应力分布. 模拟计算结果表明,大部分俯冲带及大陆碰撞带区域应力均呈现挤压特征,如环太平洋俯冲带及印度－欧亚碰撞带等;而东太平洋洋脊、大西洋洋脊及东非裂谷处应力状态均表现为拉张;并且绝大多数热点位置处于应力拉张区域,这与目前对全球构造应力状态的理解是一致的. 计算的岩石圈内部最大水平主压应力的方向与观测表现出相当的一致,其结果总体上吻合得较好,然而在局部区域（例如西北太平洋的俯冲带、青藏高原等地区）存在着较大的差异. 研究表明,地幔对流是造成岩石圈内部大尺度应力状态及分布的一个重要因素.     

Origin of Taiwan Canyon and its effects on deepwater sediment

The continental slope of the Taiwan Shoal, which has cultivated numerous submarine canyons, is located in a passive continental margin environment. However, the trend of the Taiwan Canyon, with its 45° intersection angle, is obviously different from that of the erosion valley downward along the continental slope. A distinct break is present in the lower segment of the Taiwan Canyon, which then extends from west to east parallel to the continental slope until finally joining the Manila Trench. By utilizing multiple-beam water depth data, high-resolution seismic data, and sediment cores, this study describes the topographic characteristics of the Taiwan Canyon and provides a preliminary discussion on the origin of the Taiwan Canyon and its effect on deepwater sediment. The terrain, landform, and sediment of the Taiwan Canyon exhibit segmentation characteristics. The upper segment is characterized primarily by erosion, downward cutting with a V shape, and wide development of sliding, slumping, and other gravity flow types. The middle segment is characterized mostly by U-shaped erosion-sedimentation transition and development of an inner levee. The lower segment is characterized primarily by sedimentation and development of a sediment wave. The bottom current has a significant reworking effect on the interior sediments of the canyon and forms reworked sands. The formation and evolution of the Taiwan Canyon is closely related to sediment supply, gravity sliding(slumping), faulting activities, and submarine impaling. Given the sufficient terrigenous clastic supply, the sediments along the continental shelf edge continuously proceed seaward; gliding and slumping in the front edge provide driving forces for the formation of the canyon. Faulting activities result in stratum crushing, and the gravity flow takes priority in eroding the relatively fragile stratum. Thus, the direction of the extension of the canyon crosses the surrounding erosion valley obliquely. Seamounts are formed through submarine impaling. Owing to seamount blocking, the lower segment of the canyon is turned toward the east–west direction. Large amounts of sediments overflow at the turning, forming sediment waves.     

中国东部海域及邻区岩石层地幔的P波速度结构与构造分析

利用中国大陆东部及台湾地区、日本和琉球群岛的地震观测数据,通过体波地震层析技术反演了中国东部海域及其邻近地区的P波速度结构.以此为依据分析了不同地区的岩石层性质和深部动力学条件,探讨了中朝与扬子块体、扬子与华夏块体在海区的深部边界及其构造属性,揭示出菲律宾海板块与欧亚大陆的碰撞以及板片俯冲下沉、弧后扩张作用对中国东部海域岩石层结构的影响.结果表明,中国东部海域的岩石层地幔存在明显的横向非均匀性,它们与区域构造的形成演化有一定的联系.中国大陆东部的五莲－青岛断裂与朝鲜半岛西缘断裂、济州岛南缘断裂共同构成中朝和扬子块体的边界,江绍断裂向东延伸至朝鲜半岛南端成为分隔扬子和华夏块体的边界;东海陆架与冲绳海槽的岩石层结构差异明显,东海陆架具有中国东部地区的岩石层特征,属于欧亚大陆向海域的延伸;冲绳海槽的岩石层强烈减薄,为大陆向大洋过渡的区域;沿着日本－琉球－台湾俯冲带,菲律宾海板块俯冲下沉引起的地幔扰动对中国东部海域产生了较大的影响,欧亚大陆与菲律宾海板块之间的相互碰撞导致台湾地区岩石层明显增厚.     

震后形变和岩石圈流变学结构

岩石圈流变学结构是控制不同构造环境下岩石圈形变的关键因素之一. 随着空间大地测量观测技术的发展, 基于空间大地测量数据的震后形变研究对揭示断裂带内的力学性质和区域性岩石圈流变学结构已成为可能. 该文首先基于岩石力学的摩擦和流变学实验, 对余滑和分布式韧性流的构造物理背景进行了分别阐述, 并介绍了震后形变数值模拟中本构关系和数值模型的发展. 数值模型主要有解析、 半解析和纯数值3类, 涉及的本构关系包括基于速率-状态摩擦准则的余滑以及分布式韧性流中常用的线性流变学模型(麦克斯韦尔体和标准线性固体)和瞬态流变学模型(宏观经验性的伯格斯(Burgers)体和微观幂律流变律). 然后以美国南加州1992年Landers M_W7.3地震和1999年Hector Mine M_W7.1地震震后形变研究为例, 介绍了震后形变的研究进展. 最后回顾了大陆岩石圈流变学结构的研究进展, 并以震后形变研究中的流变学结构(“三明治模型”和“焦糖布丁模型”)存在的争议为例, 说明了岩石圈流变学结构研究所具有的挑战性.     

中国东部海区岩石层结构的区域综合地球物理研究

结合新一轮编图工作的开展,中国东部海区重、磁平面图件在拼入新资料同时,也包含了邻区朝鲜半岛,台湾岛,日本海,菲律宾海等地区的资料.本文在此基础上综合分析研究区重、磁异常特征,利用重、磁资料反演莫霍面、居里面,进而求取了热岩石层底界面,对重、磁数据进行了突出断裂带信息的处理,确定了13条重要断裂带的展布,将研究区划分为8个块体和4个结合带,它们具有"东西成带、南北分块"的特征,是"2条锋线"作用的产物.研究表明,江—绍断裂带向东延伸进入海区,虽然受东海陆架西缘断裂带的切割,但仍继续往东延伸,可能延至朝鲜半岛南端与济州岛南缘断裂带相接;在朝鲜半岛西缘地球物理场存在NNW—NW的明显界线,可解释为断裂带,称之黄海东缘断裂带,中国大陆东部的五莲—青岛断裂带与黄海东缘断裂带和济州岛南缘断裂带共同构成中朝和扬子块体的边界.