鄂霍次克海浅表层天然气水合物的勘查识别和基本特征

介绍了天然气水合物的勘查识别方法和浅表层天然气水合物的一些基本特征．水体回声系统观测到的水体火焰是海底甲烷气体喷溢的标志．在旁扫声呐图像上,海底甲烷气体喷溢位置表现为近似圆形的亮点异常,在海底剖面系统上表现为凸起地形,这些陆坡上的凸起一般几百米宽,几十米高．所有重力采样站位都是围绕这些海底气体喷溢位置布设的．岩心样品揭示,柱状样品大都含气．含气层段的沉积物分切面表现为特有的脱气构造．在两个重力取样站位采获天然气水合物样品．水合物呈薄层状与沉积物互层,薄层的厚度从几毫米到3cm不等,出现水合物的层段,肉眼可见的水合物约占柱样体积的5％～30％不等．在出现水合物的层段,仔细观察可以发现,在没有水合物的区域,微小的水合物颗粒存在于沉积颗粒之间．重力取样管中含有的气体并不完全是重力取样管上升过程中水合物发生分解形成的．在水合物的稳定域内,当气体含量不足时,地层中的气体仍可能以游离态的形式存在．一些特殊构造如泥火山、泥底劈等成为海底浅表层天然气水合物形成的中心．地层中的气体在沿这些特殊构造向上迁移的过程中部分气体在合适的温度压力条件下,在地层裂隙和孔隙度较大的地层中,和孔隙水结合形成天然气水合物．在这些构造以外的区域,由于沉积地层中的气体含量有限,其中的气体仍可能以游离气的形式存在,而不是以水合物的形式存在．     

鄂霍次克海及邻近地区的软流层

通常认为软流层是一个局部熔融层,它的物理性质与其上覆和下伏物质的性质不同。由于各种物理性质对同一比例的岩浆有不同反应(其中一些变化百分之几十,而另一些则达若干量级),我们特别考虑苏联远东地区、千岛-堪察加和日本岛弧以及太平洋邻近部分软流层的地热、地电、地震(波导)和密度。结果表明,各种软流层的结构彼此是不相同的。最后给出了鄂霍次克海南部和千岛弧软流层的综合模型。     

日本海-鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海-鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220-320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100-200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100-200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

日本海—鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海—鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220—320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100—200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100—200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

根据海底地震仪观测资料确定克里特海岩石层S波的衰减

１９８７年在克里特海设置了５台海底地震仪。在９天的时间里记录到了４３０个地方震，测定了其中８５个微震的震中。根据海底地震仪和一些陆地上的希腊台站同时记录到的１４个地震的数据，发现了震级ＭＬ与海底地震仪记录上的地震持续时间之间的相关关系，给出了由海底地震仪记录到的ＭＬ＝２－４地震的震级－频度关系。绘制了描述克里特海岩石层体波振幅衰减的曲线图。通过对比实验和理论振幅曲线，对品质因素作了评估。计算出克里     

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...     

日本海—鄂霍次克海深震带地震活动与中国大陆地震的关系

日本海－鄂霍次克海深震带地震活动与中国大陆地震有一定的相关性，尤其是其地震迁移规律与中国大陆展布方向相同的地震带的迁移规律一致，因此，所得结果不仅对预测中国大陆地震大形势有意义，而且也找到了两者力学上的联系。     

日本海－鄂霍次克海深震带地震活动与中国大陆地震的关系

日本海－鄂霍次克海深震带地震活动与中国大陆地震有一定的相关性，尤其是其地震迁移规律与中国大陆展布方向相同的地震带的迁移规律一致，因此，所得结果不仅对预测中国大陆地震大形势有意义，而且也找到了两者力学上的联系。     

千岛—鄂霍次克海地区的地震分布、震源机制及应力状态

利用1971年1月至1982年12月的地震资料,研究了千岛岛弧地区的地震分布及震源机制解,进而讨论了贝尼奥夫带的形态及应力状态。地震分布于沿海沟展布的NE向的弧形带上,除地壳内地震外,形成明显的贝尼奥夫带,贝尼奥夫带最深达619公里,两侧较浅,少于200公里,倾向近于NW55°,倾角为45°。地壳内的压应力轴位于NW方向,且接近于水平,反映了太平洋板块的挤压;俯冲带上应力轴随深度变化:114公里以上的T轴沿俯冲方向,114公里至175公里震源机制解分为两组,T轴沿俯冲方向和P轴沿俯冲方向;320公里至440公里范围内P轴有接近俯冲方向的趋势,但较为分散;515公里以下P轴相当集中,且沿俯冲方向。本文对这种应力分布的成因进行了讨论     

基于震源机制解的鄂霍次克微板块东部俯冲带地区构造应力场反演

基于国际地震中心(ISC)提供的1970年1月～2016年12月期间的地震震源机制解,对鄂霍次克微板块东部俯冲带地区进行了应力张量反演,得到了日本海沟、千岛海沟和勘察加海沟3个俯冲带区域的构造应力场特征。研究结果显示:①海沟地区浅部区域(h100km)的水平主压应力轴与西北太平洋板块的俯冲方位一致,与海沟走向近似垂直,其洋壳一侧以拉张型应力状态为主,而陆壳一侧则以挤压型应力为主,且在弧后区域均存在拉张的应力状态;80～200km深度范围区域表现出双地震带"Ⅰ"型构造应力场特征。②日本海沟带由于俯冲角相对较小(相比于千岛海沟和勘察加海沟),水平方向沿NWW向延伸更远,大洋板块与上覆板块之间耦合更加强烈,逆冲型地震发生数量最多。③对于深部区域(h300km),千岛地区应力场表现出非均匀性特征,可能是由地幔阻力导致的;而勘察加地区应力场表现出拉张型,可能是因为俯冲板片的拉伸拖曳作用更强。     

腾冲火山地热区的构造演化与火山喷发

讨论了腾冲地区在Ｄ－Ｅ２时期的板块拼合演化过程及其大地构造单元位置，用以说明腾冲火山地热区的现今区域构造条件，讨论了火山喷发时期与板块碰撞时代的关系。     

鄂霍茨克海的地球物理场与地质构造

鄂霍茨克海位于西太平泮边缘海最北部，受欧亚大陆板块和太平洋板块的作用，有十分复杂的地质地球物理特征，鄂霍茨克海不仅有海隆，还有三个著名的盆地，其中的千岛盆地，是研究鄂霍茨克海的一个窗口，本文通过对大量相关资料的二次开发，详细地讨论了鄂霍茨克海的地球物理场特征，沉积特点、热流分及深部结构特点，并对该边缘海的形成演化进行了初步的探讨，我们认为，对鄂霍茨克海研究的结果，将对中国边缘海地质特征的研究起到帮助和借鉴作用。     

地球的热演化模式

本文评论式地重新研究了以对流传热参数化法为基础的地球热演化模式。传统上认为,地幔粘度与温度的关系意味着内部温度与对流热损耗的强耦合。近来,关于变粘度对流传热的许多工作都证职,热对流对地幔温度的关系可能比预期的要弱得多。我比较了热损耗对温度的强依赖模式和弱依赖模式。用较弱的依赖关系,太古代的板块速度和热流比目前高,但不超过50％;而用强的依赖关系,预期有更大的差异。在前一种情况下,太古代地幔温度稍高,以及目前放射性产热对热损耗的比(Urey比)是50％,或稍低,而在传统的参数化演化模式中,Urey比>70％。两种模式的预期结果都分别同地质的、地球化学的和古地磁的证据进行比较。尽管证据有某些不确定性,但它在每一种情况下都支持以热损耗对内部温度弱耦合为依据的热演化模式。     

中国大陆岩石层的方位各向异性

采用理论地震图与观测地震记录直接比较的方法, 研究了中国数字地震台网宽频带记录的SKS震相的剪切波分裂现象, 确定了快速S波的振动方向和慢速S波的时间延迟。结果表明, 对于所分析的8个观测台均发现了明显的S波分裂现象, 时间延迟在0.7s与1.7s之间。这种经过地幔传播的SKS震相的S波分裂现象的主要原因是上地幔的各向异性。上地幔的各向异性可以用应变引起的上地幔中的矿物质的结晶优势排列来解释。根据时间延迟估计的各向异性层的厚度, 与由上地幔中的高导层和低速层所推断的中国大陆下岩石层的厚度大致相符。在大部分台站上, 反演得到的快速S波的振动方向与由亚板块总体形变推测的结果相一致。个别台站具有较大的差异, 说明S波分裂这一观测事实的起因是复杂的。为了进一步解释S波分裂的结果, 还需要更多高质量的观测资料, 以及关于原地介质状态的更详细的信息。     

岩石层流变学的研究现状及存在问题

岩石层的流变学是一门综合性的学科，它不仅包括高温高压岩力学实验，而且还包括岩石圈的地质构造，物质组成和温度场特性的研究，70年代以来岩石力学实验和地质热研究的成果推动了岩石层流变学的发展，目前，人们应用已有的实验结果建立了岩石层流变学的剖面，并以此为基础讨论了许多大地构造现象，但是，人们对流变机制的转换，水对岩石层流变性的影响等问题尚不清楚，因此，为了深入的了解岩石层流变性质在岩石层运动学和动力学中的应用，必须开展岩石层流变机制的理论和实验研究，以便建立流变性质的三维分布，本文主要分析了岩石层的流变性质随深度变化的研究结果及其在实际中的应用，讨论了确定岩石层粘度或流变强度的主要因素并对岩石层的流变学研究方向提供了一些看法。     

岩石层应力场的起源（一）

构造应力场是地质学一项很重要的研究内容，因为它是记录岩石层动力过程的一个重要因素。在阐述现今岩石层应力状态的起因时，我们利用有关地球岩石层的有限元模型来计算地幔流动、地壳非均匀性、地形等诱发的应力，并且将其与板内应力的观测结果(如世界应力图)进行比较。我们探索了岩石层非均匀性的两种模型，一种是基于地震和其他观测约束的模型(Crust2．0)；另一模型假定地球处于均衡补偿状态。我们在对地幔牵引力的计算中考虑了两种不同的地幔密度非均匀性模型：一种是基于过去180Ma的板块消减历史的模型，这一模型在精确重现现今大地水准面和新生代板块速度方面证明是成功的；另一种是从地震层析成像结果推断出的模型。我们考察了不同的地幔粘性结构假设对计算结果的影响，以及由软弱板块边界表现出的横向粘性变化对计算结果的影响。尽管在一些地区预测值和观测值的一致性较差，但我们仍发现，将地幔和岩石层应力源都包含在内的综合模型计算结果与应力场观测值符合程度是最好的(约有60％的方差减小量)。只引入地幔牵引力所得到的应力场显示出更大程度上的长波结构，比在应力观测中所看到长波成分更明显，在某些径向地幔牵引力明显较强的地区(如东南亚和西太平洋)，计算结果与观测值的一致性非常好。单由岩石层非均匀性所产生的应力场强烈依赖于我们所假定的地壳模型：尽管根据地球均衡补偿模型计算出的结果与观测值出入很大，但基于Crust2．0模型的计算结果与观测结果一致性却很好，与只含地幔牵引力模型的结果拟合程度差不多，并且在某些地形因素影响很大的地方(如安第斯山脉，东非)拟合得也非常好。对此有一个可能的解释，那就是应力场受地幔粘性横向变化的影响显著。该横向变化使得岩石层和地幔之间出现不同程度的解耦现象，这就使得地幔特征在某些地方占优势，而地壳特征在另外一些地方占优势。均衡补偿地壳模型的计算结果与观测结果一致性较差以及两种地壳模型之间存在的较大差别，这两者说明了研究地形动态变化的重要性，并且地壳结构和流变性也确实存在着不确定性。另外，我们也考虑是否存在这样一种可能性，即从浅层地壳获得的应力观测值也许不能反映整个板块的应力状态；由于岩石层流变性横向和径向的变化，板块上部的应力至少可能部分地与大尺度板块驱动力解耦。     

加拉帕戈斯三联点北部岩石层的开裂

加拉帕戈斯三联点是由科科斯板块、纳斯卡板块和太平洋板块在加拉帕戈斯微板块处汇聚形成的脊-脊-脊型三向连接构造。在科科斯—纳斯卡裂谷的大部分内斜坡以北区域,长约250km、宽约50km的西北—东南向的火山岩裂谷横插在东太平洋海隆的南北向海山上。在过去的4百万年中,东北—西南向的东太平洋海隆为一系列的较小裂谷提供了条件,使得那些小裂谷通常与东太平洋海隆共同形成三联点,而且与正在扩张的科科斯—纳斯卡裂谷有50～100km的距离。本文假设该裂谷的位置是由压力控制的,并且压力与占主导作用的科科斯—纳斯卡裂谷相关,随着与东太平洋海隆的距离增大而增大。我们推测,在科科斯—纳斯卡裂谷的南侧也曾有类似的短暂性的裂谷发生,并且曾有助于旋转的加拉帕戈斯微板块的初期形成(大约是1.5百万年)。     

岩石层物理与动力学研究的进展

以当代国内外岩石层物理与动力学研究的主要成就和最新动向为背景,对该学科领域的发展方向、目标和问题进行了综合研究,突出地讨论了以下四个方面:(1)当代岩石层物理与动力学发展的主导趋势和总特点;(2)岩石层物理与动力学研究的现状和趋势;(3)中国岩石层与动力学研究在全球范围内的战略地位和在发展进程中的作用;(4)中国在岩石层物理和动力学发展中的方向,目标和问题.岩石层物理与动力学研究在地球科学发展中是十分关键的领域.21世纪将是地球科学的世纪,它必将会对人类生存,科技进步和社会经济发展作出重大贡献!