南海东部马尼拉俯冲带的地壳结构和俯冲过程

全球汇聚板块边缘是产生8级以上大地震和破坏性海啸的地方,一直以来是全球科学家关注的焦点和热点区域。马尼拉俯冲带位于南海东部,也是许多地震、海啸和活火山活跃的区域。本文依据以往穿过马尼拉俯冲带的多条多道反射地震测线和海底地震仪剖面数据,分析了马尼拉俯冲带海沟沉积物充填厚度变化、增生楔宽度变化、海底变形特征以及地壳速度结构变化,提出马尼拉俯冲带具有明显的分段特征,分为北吕宋区段、海山链区段和南部西吕宋区段。不同区段的俯冲过程明显不同,提出俯冲增生和俯冲剥蚀(构造剥蚀)两种机制分别控制了该俯冲带的南、北区段。北段主要受到俯冲增生机制的控制,在海沟和弧前盆地之间形成巨大的增生楔构造,在南海北部大陆边缘10~15km厚的减薄陆壳不断俯冲作用下,引起许多与俯冲有关的地震活动和构造变形。南段海山链区段海底地形复杂和粗糙,在俯冲增生、剥蚀或构造剥蚀的联合控制下,5~6km厚大洋板块不断俯冲形成较小的增生楔结构,部分沉积物可能随着板块的俯冲被拖曳到板块边界的深部。     

俯冲带地震诱发机制:研究进展综述

俯冲带作为地球循环体系的关键部位,具有构造活跃、地震多发以及地质条件复杂等特征。基于震源位置,俯冲带地震既可划分为板间和板内地震,也可分为浅源、中源和深源地震。俯冲带内的浅源地震包括板间地震和浅源板内地震,而中源和深源地震皆属于板内地震。在地球浅部,温度与压力低,浅源地震是由岩石发生脆性破裂或沿着先存断层发生不稳定摩擦滑移造成的。随着深度增加,温度和压力的增加使得流行于浅部的脆性和摩擦行为在无水条件下被强烈抑制,岩石从而表现为可抑制地震的韧性行为,使得中-深源地震的诱发机制有别于常规的脆性行为。随着研究的逐渐深入,人们了解到中源地震的诱发机制主要是脱水或与流体相关的致脆以及塑性剪切失稳,而深源地震的成因主要是相变致裂。然而,中-深源地震很可能是两种或两种以上机制共同作用的结果。例如,在中源深度既可能是流体相关的致脆导致脱水源区的脆性围岩产生地震,亦可能是脱水的蛇纹岩本身可能在流体孔隙压的作用下作粘滑滑移,而前者比后者更为重要。孕震带宽度大于"反裂隙模型"预测的亚稳态橄榄石冷核宽度的深源地震可能是由第一阶段的相变致裂和第二阶段的塑性剪切失稳诱发,而孕震带的实际宽度与预测宽度相当的深源地震则可能仅由相变致裂引起。只要过渡带内名义无水矿物中的结构水能释放出来,脱水致脆同样可能触发一些深源地震;而塑性剪切失稳不仅能在中-深源地震触发后的扩展阶段起着主导作用,而且还能单独触发一些中-深源地震,因此能够解释大多数反复发生的中-深源地震活动。     

马尼拉海沟俯冲带增生楔中天然气水合物的流体运移通道

南海东北部海域水深、沉积厚度大、沉积速率高和有机质含量丰富,为马尼拉增生楔中天然气水合物成藏提供了必要的气源,且相应适宜的温压条件以及构造背景也有利于天然气水合物的形成与赋存,其中马尼拉俯冲带俯冲前缘以及增生楔中的断裂系统成为天然气水合物成藏的非常重要的运移通道。通过对地震剖面中断裂系统和三维地貌图的精细解释,分析了马尼拉海沟俯冲带存在的海沟前缘正断层、海沟轴部的盲断层以及增生楔中的盲冲断层或逆冲断层,直到最后发育成隔断叠瓦状岩片的逆冲断层组,这些断裂系统反映出增生楔上天然气水合物的含气流体的形成、运移及聚集过程,成为天然气水合物成藏的运移通道。     

马尼拉海沟1.4 ka B.P.以来浊流事件沉积及其成因机制*

浊流是远距离沉积物运输的一种重要方式,海底浊流广泛存在于海底峡谷或海沟。马尼拉海沟位于南海东北部,是一条正在活动的板块汇聚边界。独特的地理位置(亚热带—热带)和气候条件(台风频发),使得马尼拉海沟浊流频发,然而,现今对马尼拉海沟的浊流研究甚少。本研究通过对马尼拉海沟北部水深3747 m处重力柱岩心(GEO6)进行高精度的粒度及沉积学特征分析,探讨马尼拉海沟浊流沉积规律。GEO6岩心底部细颗粒沉积物中浮游有孔虫的¹⁴C的AMS年龄为1405 a B.P.。高精度的粒度分析(0.25 cm)和沉积学特征显示: GEO6岩心记录有至少11次浊流沉积(T1-T11),且这些浊流都有明显的底部粒度最粗(砂质粉砂或砂)、向上粒度逐渐变细的正粒序特征,只有T8沉积体为反粒序特征,可能为异重流沉积。结合区域地质资料,本研究认为1.4 ka B.P.以来,研究区频繁的台风带来了大量陆源松散沉积物堆积在马尼拉海沟上游(高屏峡谷),不稳定的构造环境及地震频发导致这些松散沉积物垮塌并向下游马尼拉海沟输送,在海沟内形成频繁发育的浊流沉积体。     

马尼拉海沟1.4 ka B.P.以来浊流事件沉积及其成因机制*

浊流是远距离沉积物运输的一种重要方式,海底浊流广泛存在于海底峡谷或海沟。马尼拉海沟位于南海东北部,是一条正在活动的板块汇聚边界。独特的地理位置(亚热带—热带)和气候条件(台风频发),使得马尼拉海沟浊流频发,然而,现今对马尼拉海沟的浊流研究甚少。本研究通过对马尼拉海沟北部水深3747 m处重力柱岩心(GEO6)进行高精度的粒度及沉积学特征分析,探讨马尼拉海沟浊流沉积规律。GEO6岩心底部细颗粒沉积物中浮游有孔虫的¹⁴C的AMS年龄为1405 a B.P.。高精度的粒度分析(0.25 cm)和沉积学特征显示: GEO6岩心记录有至少11次浊流沉积(T1-T11),且这些浊流都有明显的底部粒度最粗(砂质粉砂或砂)、向上粒度逐渐变细的正粒序特征,只有T8沉积体为反粒序特征,可能为异重流沉积。结合区域地质资料,本研究认为1.4 ka B.P.以来,研究区频繁的台风带来了大量陆源松散沉积物堆积在马尼拉海沟上游(高屏峡谷),不稳定的构造环境及地震频发导致这些松散沉积物垮塌并向下游马尼拉海沟输送,在海沟内形成频繁发育的浊流沉积体。     

东亚大陆边缘的俯冲带构造

东亚大陆边缘自北向南发育了琉球海沟和马尼拉海沟等俯冲带。简要论述了这些俯冲带的构造特征、演化历史和一些科学前缘问题 ;认为愈来愈多的地球科学问题 ,如地震的发生机制、俯冲板块动力学等 ,集中在俯冲板块边界 ;解决弧后盆地成因和中国大陆边缘张裂过程等许多地质科学问题 ,有待于对俯冲带构造演化的深入了解。同时 ,在这些俯冲带发现了丰富的天然气水合物 ,具有良好的资源前景 ,因而 ,俯冲带的构造研究成为科学研究的前沿热点     

基于尼泊尔Mw7.8地震的喜马拉雅俯冲带滑坡分布规律研究

全球多数大地震发生在俯冲带地区,然而对于俯冲带地震诱发的滑坡研究并不多见。2015年4月25日尼泊尔廓尔喀县发生了Mw78地震,为喜马拉雅俯冲带近70年来的首次强震,震源机制解表明为低角度逆冲型的俯冲带地震,触发了大量滑坡、崩塌等地震次生灾害。通过遥感解译和现场调查获取2072组地震滑坡信息,揭示滑坡多数分布在海拔1000m~3000m之间,高喜马拉雅与低喜马拉雅的过渡区域,基本沿主中央逆冲断裂断裂(MCT)展布,地势落差大。早期断裂活动频繁,由中、高级变质岩和新生代浅色花岗岩变为古生代沉积岩和少量岩浆岩组成的逆冲岩席,易于发生滑坡、崩塌等地质灾害。滑坡坡度值优势分布区间为35°~40°,与中国西部地区一致,说明地震滑坡坡度分布与大的构造背景相关性较小,可能受局部地形地貌、地层岩性等因素控制。坡向值的优势分布区间为120°~200°,与水平形变场关系紧密。以尼泊尔地震滑坡为例探讨了喜马拉雅俯冲带地震滑坡的特征：滑坡点明显呈相对较宽的矩形区域展布,受深部逆冲推覆构造低倾角的断层破裂面影响较大,滑坡全部位于上盘,由于地震运动的惯性作用,在坡向与上盘逆冲方向一致的斜坡上容易诱发地震滑坡。     

菲律宾大马尼拉地区海水入侵研究分析

本文阐述了菲律宾大马尼拉地区的地貌、气候、水文、地质等背景情况；介绍区内的地下水质水介质类型及含水层发育情况、富水性和导水性、地下水水力性质、水化学特征和补排条件以及地下水的开采情况和需求量，从而分析了大马尼拉地区海水的机理。     

俯冲带变质作用与构造机制

形成在汇聚板块边缘的俯冲带由俯冲岩石圈板块和上部岩石圈板块组成,具有不对称的热结构。俯冲岩石圈板块具有冷的地温梯度,而上部岩石圈板块具有热的地温梯度。俯冲板块的变质作用发生在5~15℃/km地温梯度下,可进一步划分为冷俯冲板块型（5~10℃/km）和热俯冲板块型（10~15℃/km）,即西阿尔卑斯型和古巴型。俯冲带上板块的变质作用发生15~50℃/km地温梯度下,可进一步划为冷地壳型（15~25℃/km）和热地壳型（25~50℃/km）,统称为科迪勒拉型。冷俯冲板块的变质作用是以大洋和大陆地壳岩石深俯冲到地幔,发生低温/高压及超高压变质作用为特征。所形成的低温/高压和超高压变质岩具有顺时针型P-T轨迹,其折返过程是以近等温或升温降压和部分熔融为特征。热俯冲板块型变质作用发生在年轻板块的正常俯冲和古老板块的平缓俯冲过程中。从大洋岩石圈初始俯冲到成熟俯冲,俯冲板块的地温梯度由热到冷,从热俯冲型转变成冷俯冲型。热俯冲板块的变质岩可具有顺时针型,也可具有逆时针型P-T轨迹,可以发生高温和高压下的部分熔融,形成埃达克质岩浆岩。俯冲带上板块的冷地壳型变质作用发生在构造挤压导致的加厚地壳环境,加厚的下地壳发生高温、高压麻粒岩相和榴辉岩相变质作用,可具有顺时针和逆时针型P-T轨迹。加厚新生下地壳的部分熔融形成埃达克质岩浆和高密度的基性残留体（弧榴辉岩）。热地壳型变质作用发生在构造伸展导致的减薄地壳环境。由于强烈的幔源岩浆增生和软流圈上涌,下地壳发生高温或超高温麻粒岩相变质作用和部分熔融,所形成的变质岩可具有顺时针型或逆时针型P-T轨迹。在岩浆弧加厚地壳的伸展过程中,早先形成的高温和高压变质岩可以叠加超高温变质作用。俯冲带上板块的岩浆弧可能是超高温变质岩形成的最主要构造环境。上板块下地壳的部分熔融可以形成大体积的花岗岩,由此导致新生地壳组成和成分的分异,是大陆地壳生长和成熟的重要机制。大陆碰撞造山带的加厚下地壳具有冷的地温梯度,可以发生高压麻粒岩和榴辉岩相变质作用。这些高级变质岩具有顺时针型P-T轨迹,在其折返过程中叠加中压、高温,甚至超高温变质作用。碰撞造山带下地壳的长期部分熔融可以形成不同成分的壳源花岗岩。     

橄榄石相变过程原位观测实验研究

橄榄石是地幔中的主要造岩矿物,橄榄石到其高压相的相变对地幔动力学过程有着广泛的影响。人们通常认为地幔成分中橄榄石的α-β相变是产生410km间断面的原因,并认为橄榄石的定向排列对上地幔中地震波的各向异性有一定的影响。橄榄石的α-β相变可能对板块动力学有着影响,而相变时可能导致的流变弱化会强烈地影响到俯冲带的力学特征。本文简述了橄榄石相变研究的一些新进展,内容包括原位X射线衍射实验技术和冷却方法、实验设备、压标对实验结果精确性的影响以及成核生长和剪切引导两个主要的相变机制。本文的实验通过对(Mg_0.9Fe_0.1)₂SiO₄橄榄石α-β相变过程的原位衍射实验研究确定其形核率和长大率参数,据此估算俯冲带中亚稳态橄榄石的存在状态,从而为分析研究俯冲带的动力学过程提供直接的实验依据。共进行了10组不同温压条件下的实验,分别得到了完全相变和部分相变的数据,从而得到了含Fe橄榄石原位X射线衍射相变实验的第一手重要数据,同时根据红外和光学及电子显微观测分析对实验样品的相变机制做了分析研究。     

The formation and transformation mechanism of calcium carbonate in water

Highly supersaturated solutions of Ca²⁺ and CO²⁻₃ ions rapidly precipitate amorphous calcium carbonate, ACC, the logarithmic thermodynamic solubility product of which is about −6.0 at 25°C. The ACC initially formed is transformed to a mixture of several crystalline calcium carbonate polymorphs within several minutes. The transformed polymorphs are vaterite and calcite at low temperature (14 to 30°C), and aragonite and calcite at high temperature (60 to 80°C). At intermediate temperatures (40 to 50°C) the formation of all three polymorphs was observed. Metastable polymorphs are gradually transformed to the stable form, calcite. It takes about 200 min at 25°C and 370 min at 30°C for the complete transformation of vaterite to calcite, and 1000–1300 min for that of aragonite to calcite at 60–80°C. At 50°C, vaterite is predominantly transformed at first to aragonite within 60 min, and then the aragonite is transformed to calcite in about 900 min. The results of the change in the ion activity product of the solution and the abundances of the polymorphs strongly suggest that the polymorphic transformation of vaterite and aragonite to calcite takes place through dissolution of the metastable phase and growth of the stable phase, calcite. The rate-determining step of the transformation is the growth of calcite. The relative abundance of vaterite becomes higher at 25°C with increasing concentrations of calcium and carbonate ions in the supersaturated solution. When the ion activity product of the initial supersaturated solution is lower than the solubility product of ACC at 25°C, only vaterite directly precipitates after some induction period. The vaterite crystals formed are free of calcite seeds and the vaterite saturated solutions are stable for several days.     

The EEPAS forecasting model and the probability of moderate-to-large earthquakes in central Japan

The EEPAS (“Every Earthquake a Precursor According to Scale”) model is a space–time point-process model based on the precursory scale increase (Ψ) phenomenon and associated predictive scaling relations. It has previously been fitted to the New Zealand earthquake catalogue, and applied successfully in quasi-prospective tests on the CNSS catalogue for California for forecasting earthquakes with magnitudes above 5.75 and on the JMA catalogue of Japan for magnitudes above 6.75. Here we test whether the Ψ scaling relations extend to lower magnitudes, by applying EEPAS to depth-restricted subsets of the NIED catalogue of the Kanto area, central Japan, for magnitudes above 4.75. As in previous studies, the EEPAS model is found to be more informative than a quasi-static baseline model based on proximity to past earthquakes, and much more informative than the stationary uniform Poisson model. The information that it provides is illustrated by maps of the earthquake occurrence rate density, covering magnitudes from 5.0 to 8.0, for the central Japan region as at the beginning of year 2004, using the NIED and JMA catalogues to mid-2003.     

石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示

洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低（Mg/Ca＜1或<<1）时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高（Mg/Ca≥1）时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。      

CMYK变换及其在图像处理与地学研究中的应用

简要地介绍了CMYK变换及其在图像处理与地学研究中的应用。与常规方法相比较,该方法具有算法简单、操作便捷并生成高质量图像等特点。通过对比分析发现,由此变换所处理出来的融合图像是其他任何方法所不能与之相比的。此外,CMYK变换还提供了一种全新的四波段图像数据合成方法,而且在将遥感图像与其他各类地学数据的综合处理、显示方面有着广阔的应用前景。     

CMYK变换及其在图像处理与地学研究中的应用

简要地介绍了CMYK变换及其在图像处理与地学研究中的应用。与常规方法相比较,该方法具有算法简单、操作便捷并生成高质量图像等特点。通过对比分析发现,由此变换所处理出来的融合图像是其他任何方法所不能与之相比的。此外,CMYK变换还提供了一种全新的四波段图像数据合成方法,而且在将遥感图像与其他各类地学数据的综合处理、显示方面有着广阔的应用前景。     

Great earthquakes of variable magnitude at the Cascadia subduction zone

Comparison of histories of great earthquakes and accompanying tsunamis at eight coastal sites suggests plate-boundary ruptures of varying length, implying great earthquakes of variable magnitude at the Cascadia subduction zone. Inference of rupture length relies on degree of overlap on radiocarbon age ranges for earthquakes and tsunamis, and relative amounts of coseismic subsidence and heights of tsunamis. Written records of a tsunami in Japan provide the most conclusive evidence for rupture of much of the plate boundary during the earthquake of 26 January 1700. Cascadia stratigraphic evidence dating from about 1600 cal yr B.P., similar to that for the 1700 earthquake, implies a similarly long rupture with substantial subsidence and a high tsunami. Correlations are consistent with other long ruptures about 1350 cal yr B.P., 2500 cal yr B.P., 3400 cal yr B.P., 3800 cal yr B.P., 4400 cal yr B.P., and 4900 cal yr B.P. A rupture about 700-1100 cal yr B.P. was limited to the northern and central parts of the subduction zone, and a northern rupture about 2900 cal yr B.P. may have been similarly limited. Times of probable short ruptures in southern Cascadia include about 1100 cal yr B.P., 1700 cal yr B.P., 3200 cal yr B.P., 4200 cal yr B.P., 4600 cal yr B.P., and 4700 cal yr B.P. Rupture patterns suggest that the plate boundary in northern Cascadia usually breaks in long ruptures during the greatest earthquakes. Ruptures in southernmost Cascadia vary in length and recurrence intervals more than ruptures in northern Cascadia.