浅谈超临界流体在地震孕育过程中的作用

介绍了超临界流体 (SCF)的特性、来源和运移 ,探讨了SCF在地震孕育过程中的重要作用。地球深部流体主要来源于原始流体和板块俯冲带入的流体 ,一般以超临界状态存在。超临界流体始终与壳幔物质发生着反应 ,使岩石和熔浆的物理化学性质发生一系列改变 ,使岩石强度降低、断层和岩浆的活动性增强或发生相变致震。提出了若干亟需解决的科学问题及采取的技术手段     

深部流体在地震孕育和发生过程中的作用

提出了几个难以用断层弹性回跳模型解释的地震实例，指出必须重视地壳上地幔结构的探测和深部流体的研究。然后用简单型说明，没有流体在存在，则不可能发生岩体间快速的错动。重点探讨发生在地壳内10-25km深处的强震孕育和发生机理，分析了深部流体的迁移和岩体的错动。最后结合实例，给出了在发生深部流体迁移的条件下，一次强震释放的能量和岩体错动的最大加速度。     

地下流体在地震孕育中的主要作用与流体前兆形成机制研究进展

地下流体在地震孕育和前兆形成过程中起到重要作用,因此研究地下流体对地震预报至关重要。然而,由于对地震孕震环境和发震机制缺乏深入系统的认识,导致无法根据地表观察到的异常现象准确预测地震。近年来,随着地球物理、地球化学和地质学研究的不断深入,人们对地下流体有了更多新的认识,本文通过对相关研究成果的收集和总结,介绍地下流体研究的几种经典模型,分析了地下流体在地震过程中的主要作用,并探究流体前兆形成机制。研究工作对提高地震预报水平具有一定的借鉴和参考意义。     

金刚石压腔与地幔矿物物性研究

高温高压实验是探索地球深部奥秘的重要手段,金刚石压腔(Diamonnd Anvil Cell,DAC)作为一种静态超高压实验装置,目前能够达到的温压条件可以涵盖整个地球范围.近年来,随着实验技术的发展和实验装备的不断改进,DAC可以与多种物性测量方法相结合,在模拟地球深部温度和压力的条件下,原位获得有关地幔矿物的物性数据.本文首先介绍了金刚石压腔装置及其特点,然后重点阐述了近五年来DAC在典型地慢矿物物性研究方面取得的进展:(1)水在橄榄石、辉石中的结合方式及其影响;(2)组成成分变化对橄榄石、石榴子石、斯石英、钙钛矿等矿物物性的影响.文章最后对金刚石压腔装置的改进,特别是压砧的发展进行了探讨.     

我国地幔流体研究现状与展望

扼要介绍了流体和熔体的含义，流体在地幔中的成分、状态和活动情况，及其对地壳中资源、能源以及环境、灾害等的作用，提出了今后地幔流体研究的发展方向．     

地壳中的流体及其在构造和地震活动中的作用概述

地壳中的流体及其作用问题，近年来正在成为地球科学研究的新热点与焦点。文章简要介绍了地壳中流体的基本概念与主要特征及其在全球构造、板块构造、区域构造与显微结构活动中的作用；着重介绍了流体在震源过程中的作用，地壳浅部热流体的循环与地壳活动，地壳深部高层层与强震分布，断裂带中的水岩相互作用与断裂阀模式及地震水力学等。     

地幔矿物中硫化物熔体包裹体的成因

中国东部新生代碱性玄武岩中产出的巨晶、辉石岩和橄榄岩等地幔捕虏体内硫化物熔体包裹体的矿物组成不尽相同,反映了它们成因上的差异巨晶中除有磁黄铁矿相的硫化物熔体包裹体外还有一些磁黄铁矿士黄铜矿上镍黄铁矿共生的硫化物熔体包裹体这反映它们是在成分接近于上地幔硫化物平均组成的硫化物液滴逐步冷却过程中形成,即首先在1000℃以上的高温晶出单硫化物固溶体（MSS）,然后在大约850℃晶出黄铜矿（固溶体）,最后在610-300℃下由MSS中溶离出镍黄铁矿辉石岩中硫化物熔体包裹体有磁黄铁矿和镍黄铁矿,而橄榄岩中主要为镍黄铁矿这表明地慢部分熔融造成残余的橄榄岩中硫化物包裹体富Ni,生成镍黄铁矿;而在部分熔融期间作为堆晶产出的辉石岩变得相对贫Ni,可以生成磁黄铁矿．另外,Ni在橄榄石和辉石矿物中分配系数的不同也许是另一个原因河北汉诺坝、福建明溪和闽清的二辉橄榄岩中出现的硫化物都是镍黄铁矿,也表明它们经历过地幔部分熔融.     

蛇绿岩铬铁矿成矿新模型:流体不混溶作用

尽管富水流体参与蛇绿岩豆英状铬铁矿形成过程已被广泛提及,但流体的作用和机制仍缺乏天然样品的证据证实.文章对保存完好的土耳其Kizilda(g)蛇绿岩和研究程度较高的西藏罗布莎蛇绿岩的铬铁矿床进行了岩石学、矿物学和地球化学的系统总结,展示了流体活动的证据,探讨了铬铁矿结晶与岩浆演化过程中流体不混溶的关系,进而建立了铬铁矿...     

利用流体包裹体分析技术研究地震和断层活动的进展

矿物中的流体包裹体记录了地球古流体的形成和演化、矿物的形成环境等各种地质信息。利用微区微量测量技术测定断裂带脉石矿物流体包裹体可以获得断层和地震活动的信息,延长认识地震复发周期的时间,对确定地震活动规律有重要意义。迄今为止,地震流体研究主要是关于宏观区域流体(水和气体)变化规律及其与地震的关系,对微区微量流体的研究很少。本文扼要介绍了地震和构造活动中流体作用与流体包裹体拉曼光谱测量技术,综述了流体包裹体(FI)分析在地震与断裂活动方面的研究进展,并提出了进一步研究的领域,以期促进微区微量地震流体研究和应用。     

Mantle tomography and its relation to temperature and composition

We propose a new method to constrain lateral variations of temperature and composition in the lower mantle from global tomographic models of shear- and compressional-wave speed. We assume that the mantle consists of a mixture of perovskite and magnesio-wüstite. In a first stage, we directly invert V_P and V_S anomalies for variations of temperature and composition, using the appropriate partial derivatives (or sensitivities) of velocities to temperature and composition. However, uncertainties in the tomographic models and in the sensitivities are such that variations in composition are completely unconstrained. Inferring deterministic distributions of temperature and composition being currently not possible, we turn to a statistical approach, which allows to infer several robust features. Comparison between synthetic and predicted ratios of the relative shear- to compressional-velocity anomalies indicates that the origin of seismic anomalies cannot be purely thermal, but do not constrain the amplitude of the variations of temperature and composition. We show that we can estimate these variations using histograms of the relative V_P and V_S anomalies at a given depth. We computed histograms for a large variety of cases and found that at the bottom of the mantle, variations in the volumic fraction of perovskite from −14 to 10% are essential to explain seismic tomography. In the mid-mantle, anomalies of perovskite are not required, but moderate variations (up to 6%) can explain the observed distributions equally well. These trade-offs between anomalies of temperature and composition cannot be resolved by relative velocity anomalies alone. An accurate determination of temperature and composition requires the knowledge of density variations as well. We show that anomalies of iron can then also be resolved.     

Phase relations in hydrous MORB at 18-28 GPa: implications for heterogeneity of the lower mantle

The phase relations in hydrous and anhydrous mid-ocean ridge basalt were determined at pressures of 18-28 GPa. Liquidus phase relations in hydrous and anhydrous MORB are different. Garnet is the liquidus phase at pressures below 21 GPa, Ca-Al (CAS) phase and stishovite are the liquidus phases at pressures of 22-27 GPa, and stishovite and Ca-perovskite are the liquidus phases above 27 GPa, whereas Ca-perovskite is a liquidus phase of anhydrous MORB at pressures above 23 GPa. Under subsolidus conditions, we have found that in the hydrous MORB system the stability fields of Al-bearing perovskite and Na-Al (NAL) phase might shift to lower pressure by about 1.5 GPa compared to the dry MORB system. This shift could be explained by oxidation of a garnet-bearing assemblage by hydrous fluid and formation of Fe³⁺-bearing aluminous perovskite at lower pressures relative to the anhydrous system and/or differences in water solubility of the phases existing in perovskite-bearing assemblages. Our data indicate that hydrous basaltic crust remains denser than peridotite along the geotherm of a subducting slab, i.e. there is no density crossover between peridotite and basalt. Therefore, in slabs going through the 660 km discontinuity, basalt would gravitationally sink into the lower mantle under relatively hydrous conditions. The delamination of former basaltic crust near the 660 km discontinuity might be possible under relatively dry conditions of subduction. There are no stable highly hydrous phases in MORB above 10 GPa even at lower temperatures corresponding to subducting slabs. Therefore, MORB cannot be an important carrier of water to the deep Earth interior. However, it can be constantly supplied by water-bearing fluid from the underlying peridotite part of the descending slab. Thus, it is plausible that water can control subduction of the oceanic crust into the lower mantle.     

高温高压下辉石弹性及相变研究进展

辉石(pyroxene)是地壳中重要的造岩矿物,同时也是上地幔中除橄榄石以外含量最多的矿物,对其弹性及相变的研究有助于更好的理解壳幔的物质组成、地震波速异常及动力学过程等.高温高压实验和理论模拟计算是目前探测地球深部物质物性的两种最有效的间接方法,因此本文在介绍了辉石矿物学特征的基础上,从实验和计算两个方面论述了近十几年来国内外学者对辉石的弹性及相变的研究进展,然后探讨了辉石相变与上地幔X不连续面的关系,最后指出了目前的研究存在的问题以及未来的研究展望.     

地震预报实验场:科学问题与科学目标

本文简要回顾了以往地震预报实验场的经验教训,讨论了新一代地震预报实验场的实施策略。汲取汶川地震的经验启示,本文提出"地震博弈"策略,即考虑中长期地震预测的可用性与不确定性,在监测与实验系统设计中考虑地震活动和地震构造相依的区域模型。对于特定的活动断裂或活动地块边界带的潜在强震段落,设置适应多种孕震模型的"想定地震破裂",针对地震孕育的"想定模式"设计观测项目和监测系统。这一系统以地震成因和孕震模型的有效约束、"预期"前兆的有效监测、预测/预报效能的有效检验为导向。从技术角度,本文提出将地震预报实验场作为一个"大科学工程",强调复杂的多层次、多组分技术系统性能的稳健性,以及为确保与地震有效的"近距离接触"的系统可持续性。     

深部流体与地震成因的研究

论述了地震的形成、发生机制与深部流体在地震形成过程中的作用。地震的孕育过程是十分复杂的,地震的成因机制可能是多种多样的。对地震成因和地震前兆形成机理的深入认识对实现准确预测地震和减轻地震灾害有重要意义。地球内部是个含水体系,流体和壳幔内不连续层与地震的孕育和发生有着密切关系。深部流体可以降低岩石的强度、熔点,可以传输热能,改变矿物相变的温压条件,促进地震的孕育和发生。当地质体内流体的压力大于岩石抗压强度时,可以直接导致地震发生。     

西藏南部蛇绿岩套电导率研究

大地电磁(MT)资料显示,青藏高原地壳及地幔中普遍存在着高导层.作为大陆造山带中古洋盆岩石圈残片,蛇绿岩套的电导率测量可为了解古洋盆地区地壳及地幔的电性结构提供极其有用的信息.本研究中,我们在压力为1 GPa或3 GPa下,用交流阻抗谱法测量了采自西藏南部地区的蚀变辉长岩、玄武岩、角闪橄榄岩及方辉橄榄岩四个样品的阻抗谱,并进一步得出样品的电导率,不同样品电导率与温度之间的关系满足Arrhenius关系式.在实验温度范围内,蛇绿岩套电导率的对数logσ位于-6.0~-0.5 S/m之间,且随着温度的增高,不同样品电导率增大约4~5.5个量级.样品在未脱水的情况下,低温段的活化焓变化范围在0.4~0.6 eV之间,高温段的活化焓变化范围为1.7~2.6 eV之间.同时,我们研究了样品中结构水含量及铁含量对实验电导率的影响,验证了样品电导率与铁含量之间呈正比关系.当对样品结构水含量进行归一化后,相同温度下各样品的电导率随铁含量的增加而增大,而对样品铁含量归一化后,相同温度下各样品的电导率随样品中水含量的增加而增大.将实验电导率与藏南地区大地电磁结果进行了对比,发现本研究中各样品高温段实验电导率结果均落在大地电磁结果范围内.     

从印尼地震海啸看防震减灾宣传教育工作的作用和发展方向

本文以印尼8．7级强烈地震引发的海啸灾害的惨痛教训为切入点,启迪各级领导和社会公众深刻认识加强防震减灾宣传教育工作,不仅能减轻地震灾害造成的人员伤亡和经济损失,而且对保障国民经济建设健康、持续发展和社会稳定将起着积极的不可替代的作用,对构建和谐社会具有重要的现实意义和深远的历史意义。     

高温高压下橄榄石含水实验和软流圈成因

高温高压橄榄石含水实验表明，水进入橄榄石能加速其塑性形变，促进了地幔塑性流动，为上部软流圈成因提供一种新的可能依据。