上地幔低速高导层成因的探讨-水和熔体的作用

上地幔中广泛存在低速高导层,对这些低速高导层成因的研究可以帮助我们了解上地幔物质的组成、分布以及地幔动力学过程.目前,地球科学家把上地幔低速高导层的主要成因归结为水或熔体的作用.本文主要介绍了水和熔体在上地幔中的赋存状况、对地震波速的衰减作用以及对电导率的影响.最后本文评述了含水模型和含熔体模型,并对电导率研究进行了展望.     

甘肃天水强震多发区中地壳低速高导体的成因探讨

根据现有研究资料,应用ANSYS有限元软件,推算了天水强震多发区历史地壳温度场结构,研究了中地壳低速高导体的成因。认为中下地壳含水岩石高温脱水反应及重力分异、流体向上运移,是该地区中地壳低速高导体形成的可能原因。     

汶川大地震与中地壳低速、高导层的成因关系初探

四川汶川大地震给人们留下诸多困惑:大地震究竟是如何发生的,大地震能否避免?本文根据松潘--甘孜褶皱带的深部地壳构造特征表明:松潘--甘孜褶皱带的茂县(1933年)、松潘--平武(1976年)、汶川(2008年)大地震震源深度与中地壳低速、高导层深度大体一致,可能成因上相关.历史上一些大地震如银川地震、海原地震、渭南地震、海城地震、唐山地震等也均与中地壳低速、高导层有关,这一切均可能与地球排气作用有关.而通过地震、森林大火、油气资源的一体化勘查,可查明地震可能发生的区域.通过油气的勘查、开发、排放,可有效减少地震发生的可能性.     

华北地区壳内低速层与地壳流变的关系及其对强震孕育的影响

京津唐张地区普遍存在壳内低速层 ,鄂尔多斯块体内部没有发现低速层 ,壳内低速层的这种分布受新生代裂陷伸展的控制。华北地区中地壳下部和下地壳低速层是岩石塑性流变的结果 ,中地壳上部低速层是地壳裂陷伸展时形成的水平拆离带和韧性剪切带 ,岩石各向异性和流体作用可能是引起低速的原因。壳内软弱层 (低速和塑性流变层 )增强了块体层间的解耦作用 ,对地震孕育起着重要作用     

角闪岩脱水特性与壳内低速层的不均一性

引言华北地壳呈现3层结构,在地壳中部存在一个以低波速与电性低阻(高导)而与上、下壳层截然有别的特征层。这一不连续展布的壳内低速(高导)层也较广泛的分布于中国西北与西南以及世界上许多地区。地球科学家对这一低速层的成因提出了诸如矿物脱水、相变等多种解释与假说,Mitehell等(1971)的实验证明,在一定温压条件下,含水矿物的脱水并储存于壳内,形成一个潮湿层位并具有高电导率和低     

青藏高原地壳高导层的成因及动力学意义探讨——大地电磁探测提供的证据

大地电磁探测结果显示,青藏高原的中下地壳普遍存在大规模的高导层,其电阻率低于10 Ωm,远低于稳定构造区地壳的平均电阻率值.通过对可能形成地壳内大规模低阻异常地质原因的分析认为,青藏高原地壳中的高导层不可能是由金属矿、石墨层或者单纯的含盐水流体引起的,而很可能是由于地壳岩石的部分熔融或者是部分熔融与含盐水流体共同导致的.这些高导层的形成是与板块运动等动力学过程密切相关的.地壳内的高导层可能是印度板块和亚洲板块俯冲的电性痕迹,其成因与板块俯冲过程中由于摩擦生热导致的岩石部分熔融和脱水作用有关,也可能与岩石圈拆沉造成幔源物质上涌有关.沿高原内主要缝合带均存在东西向连续分布的大规模高导体,有可能是青藏高原下地壳物质向东"逃逸"的证据;其中班公—怒江缝合带可能是最重要的物质运移"通道".     

基于地壳双层结构假设的大陆强震孕震机制探讨

通过对地壳低速高导层和地震震源深度等有关资料的分析研究,在对地震发生前兆、特征及物理机制研究的基础上,初步提出了一个简单的地壳双层孕震模式:地壳存在有两层孕震结构,上层为主孕震层,是地震应力集中积聚和发震后释放应变能的地方,主要是岩石发生脆性变形层,深度在中上地壳范围内;下层为低速高导层,是诱发和加强上层脆性层岩石变形、应变能积累和破裂的主要因素之一,处于岩石脆—韧性变形的过渡带,强震的发生与本层有着密切的关系,深度在中下地壳范围内。同时基于该双层孕震假设讨论了强震的孕育环境及作用。     

壳内部分熔融低速层及其研究意义

实验岩石学,岩石地球物理学,地质学及理论分析均表明,至少在具有高热流值的区段部分熔融作用可能是造成壳内低速带的主要原因,我们将由部分熔融作用所形成的壳内低速层称之为壳内部分熔融低速层,它是许多深部地质作用的发源和汇聚地,并影响和制约着地球物理场特征,因此,研究了壳内部分熔融低速带的形成及其地质意义无颖将深化人们对深部地质作用发生和发展过程的认识。     

秦岭和华北地区地壳低速层的成因探讨──岩石高温高压波速实验证据

对秦岭和华北地区地壳主要岩类１３８个样品进行高温高压实验,测量其纵波速度的结果表明,其中５４个样品出现了纵波低速现象．对出现该现象的样品的实验产物所做的肉眼和镜下观察、电子探针分析以及综合对比显示,微裂隙不是产生低速现象的决定因素,而主要是含水矿物（角闪石、黑云母等）的脱水相交和由之引发的岩石部分熔融导致岩石出现纵波低速现象．通过实验条件与中、下地壳的温度和压力等条件的类比揭示,秦岭和华北地区中、下地壳存在的低速（高导）层也可能是由含水矿物的脱水相变或岩石部分熔融引起的．     

秦岭和华北地区地壳低速层的成因探讨──岩石高温高压波速实验证据

对秦岭和华北地区地壳主要岩类１３８个样品进行高温高压实验，测量其纵波速度的结果表明，其中５４个样品出现了纵波低速现象．对出现该现象的样品的实验产物所做的肉眼和镜下观察、电子探针分析以及综合对比显示，微裂隙不是产生低速现象的决定因素，而主要是含水矿物（角闪石、黑云母等）的脱水相交和由之引发的岩石部分熔融导致岩石出现纵波低速现象．通过实验条件与中、下地壳的温度和压力等条件的类比揭示，秦岭和华北地区中、下地壳存在的低速（高导）层也可能是由含水矿物的脱水相变或岩石部分熔融引起的．     

10.6～1.5GPa、室温～1 200℃条件下青藏高原地壳岩石弹性波速特征

通过对采自青藏高原的六种地壳岩石，包括花岗闪长岩、混合岩、片麻岩、玄武岩、辉橄岩及斜长角闪岩等，进行高温高压纵波速度测量，发现绝大多数地壳岩石其纵波速度在压力高于0.2-0.3GPa时基本上随压力线性增加。在固定压力下随温度升高而降低，但在温度较低时这一现象并不明显，随温度的程式高波速出现明显降低。通过对实验后的样品进行显微薄片分析，发现含水矿物的脱水和部分熔融是造成岩石波迅速降低的主要原因。在实验过程中还发现高压下温度较高时，接收到的超声波振幅会增大。对实验中发现的这些现象本文进行了初步的分析和讨论。     

华北地区剪切波速与深度之间统计关系的通用模型特征研究

剪切波速是区别土动力学和静力学的重要参数,其影响因素包括土层埋深、颗粒形状、颗粒比重、压缩模量、孔隙比、含水率和密度等,其中土层埋深对剪切波速的变化影响较大。本文搜集整理了华北地区10个城市的928个钻孔共10703个测点的剪切波速与土层埋深之间的经验统计关系,探讨华北地区剪切波速随深度变化的特征,并从岩性条件、沉积环境等方面分析其原因。通过对比分析,给出了华北地区黏性土和砂类土剪切波速随深度变化的最佳拟合经验统计关系,并进行实例验证,所得结果可为缺乏数据的区域提供一定参考。     

华北及邻区地壳上地幔三维速度结构的地震走时层析成像

利用华北及邻区475个地震台站的区域地震走时资料,反演了该地区的地壳上地幔三维P波和S波速度结构。地震走时的计算用近似弯曲射线追踪方法,三维速度模型的反演用LSQR算法。用检测板方法对走时数据进行成像分辨率分析,结果表明反演模型在水平方向上以0.5°×0.5°的节点分布,垂直方向上以1km、10km、25km、42km、60km为节点作网格划分是合理的。研究区域内,秦岭—大别造山带两侧的华北块体与扬子块体有不同的速度异常特征：华北块体地壳速度结构复杂,而扬子块体则相对简单。华北块体地壳内存在较明显的低速异常,而扬子块体则正常或高速异常。自中新生代以来华北块体地壳经历挤压到伸展的强烈变形,而扬子块体相对稳定。华北块体的构造活动依然强烈,表现为频繁的地震活动。华北地块地壳速度结构的主要特征是：①主要构造带（如燕山构造带、太行山山前构造带、汾渭构造带、郯庐断裂带以及秦岭-大别构造带）位于地壳上地幔的低速或高低速过渡区内;②在唐山及附近地区25 km、42 km和60 km深处连续的低速异常,可能意味着上地幔热的物质上涌,到达上地壳的下部后停止上升过程。     

高压下华北北缘二辉麻粒岩电导率的研究

借助于YJ-3000t紧装式六面顶固体高压设备,在1.0~2.0 GPa、523~1173 K条件下,利用Agilent 34401A数字电表和Solartron IS-1260阻抗-增益/相位分析仪,同时使用三种方法:交流阻抗谱法(频率范围0.05~106 Hz)、单频交流法(0.1 Hz)和直流法测量了华北北缘二辉麻粒岩的电导率.结果表明:在实验的温度和压力范围内,二辉麻粒岩电导率的变化在2.66×10-5~0.056 S·m-1之间,电导率对压力没有很强的依赖性;随着温度的升高,电导率增大,遵循Arrenhius关系式,其指前因子为8.95~17.9 S·m-1,活化能为0.569~0.605 eV.对比三种方法获得的电导率数据,发现阻抗谱法测量结果大于单频法测量结果,直流法测得的结果最低,但是,三种方法获得的电导率差值除两个低温点外,绝大多数都很小(Δlgσ<0.20 lg(S/m)).结合现今华北克拉通地热学参数及地壳分层结构,依据实验获得的电导率温度关系建立了电导率-深度剖面.并将其与大地电磁测深获得的地壳电性结构进行了对比,结果表明二辉麻粒岩的电导率与华北北缘的中地壳底部和下地壳底部电导率值的区域相交,再结合高温高压下二辉麻粒岩的弹性波速度剖面与地震折射剖面的对比,认为二辉麻粒岩有可能是组成华北北缘下地壳的岩石之一.     

华北地区地壳上地幔速度各向异性研究

本文介绍面波反演得到的华北地区地壳上地幔速度各向异性分布图像,并与S波分裂的结果作初步的定性比较.不同周期瑞利波群速度的方位各向异性图像呈现显著的横向变化,与华北地区地壳上地幔的构造分块和垂直分层结构有比较密切的联系.在鄂尔多斯和阿拉善等稳定地块中,岩石圈地幔到160 km深度都保持比较一致的显著各向异性;而在发生过岩石圈减薄的华北克拉通东部,大约80~150 km深度范围内基本没有探测到方位各向异性,可能说明岩石圈减薄过程抹去了原有的各向异性印迹而且没有显著的水平构造运动造成新的方位各向异性.地球介质的各向异性具有明显的分层特征,面波的反演结果是如此,而S波分裂测量所表现的离散性,也可能是由各向异性的分层差异和倾斜的各向异性对称轴等因素引起.采用多层的各向异性模型,在多数情况下可以定性地解释面波反演和S波分裂结果之间的差异.进一步的工作要求增大面波的探测深度和改善分辨能力,获取更多的S波分裂测量资料,从而建立定量或半定量的三维各向异性模型.     

应用多台法测定华北地区地壳的平均波速比

将华北地区(N37.7°～41.7°, E114°～120°)按1°×1°分成24个区, 采用单事件多台站观测方法计算了21个区的波速比平均值, 并给出各自的相关系数。 结果显示, 在平面分布上波速比与岩性、 温度、 应变有着一定的联系。 文中还对多台法的二套公式作了进一步研究, 阐述了它们来源的理论差异, 计算结果验证了它们随时间的变化趋势是一致的。 所采用的数据量越大, 两者的计算结果吻合得越好。     

Velocity structure of uppermost mantle beneath North China from Pn tomography and its implications

20301 Pn arrival time data are collected from the seismological bulletins of both national and regional seismic networks. Pn travel time residuals are tomographically inverted for the Pn velocity structure of uppermost mantle beneath North China. The result indicates that the average Pn velocity in North China is 7.92 km/s, and the velocity varies laterally from ?0.21 to +0.29 km/s around the average. The approximately NNE trending high and low velocity regions arrange alternatively west-eastward. From west to east we can see high velocity in the middle Ordos region, the Shanxi graben low, the Jizhong depression high, the west Shandong uplift and Bohai Sea low, and the high velocity region to the east of the Tanlu fault. In the southern boundary zone of the North China block, except for the high velocity in the Qingling Mountains region, the velocity is generally lower than the average. Obvious velocity anisotropy is seen in the Datong Cenozoic volcanic region, with the fast velocity direction in NNE-SSW. Notable velocity anisotropy is also seen around the Bay of Bohai Sea, and the fast velocity directions seem to show a rotation pattern, possibly indicating a flow-like deformation in the uppermost mantle there. The Pn velocity variations show a reversed correlation with the Earth's heat flow. The low Pn velocity regions generally show high heat flow, e.g., the Shanxi graben and Bohai Sea region. While the high Pn velocity regions usually manifest low heat flow, e.g., the region of Jizhong depression. This indicates that the Pn velocity variation in the study region is mainly aroused by the regional temperature difference in the uppermost mantle. Strong earthquakes in the crust tend to occur in the region with the abnormal low Pn velocity, or in the transition zone between high and low Pn velocity regions. The earthquakes in the low velocity region are shallower, while that in the transition zone are deeper.     

华北地区上地幔及过渡带电性结构研究

采用远参考道和Robust技术,处理了华北地区14个地磁台站资料,得到了相干度超过0.8的地磁测深响应函数.并将其转换为大地电磁测深的响应函数,获取了105~107 s周期范围内的视电阻率和相位.应用ρ+理论对数据进行了一致性检验和反演,结果表明417 km,850 km深度附近可能存在电性间断面.同时采用基于一维最光滑模型的Occam反演方法得到了300~1000 km范围的地幔电性结构,并与前人在其他地区的研究结果进行了对比.发现华北地区地幔过渡带的电导率在大兴安岭—太行山重力梯度带东西两侧表现不同,重力梯度带附近及西侧台站下方过渡带深度的电导率和北美的Tucson地区相当,而华北地区东部的电导率在地幔过渡带范围高出西侧约2~5倍,这很可能和太平洋板块的俯冲有关.     

The temporal-spatial evolutionary features of the seismic phases in the North China block and the greater North China

This paper has made a study of the relationship between the phases of seismic activities from 1966 to 1976 in the region of the North China Block and the temporal and spatial evolution of temperature anomalies from February 1960 to January 1979 of the greater North China. The main conclusions are: (1) The temperature variation from February 1960 (rise) to January 1977 (drop) and the temperature rises of September 1975 and February 1976 are connected with the beginning and conclusion of phases of seismic activity. (2) The relation between the time-duration and the extent of temperature anomaly and that between these two parameters and the energy released by an earthquake have high credibility. (3) If the time period of 16.5 years between February 1960 and July 28, 1976, the occurrence time of the the great Tangshan earthquake, is divided into 18 time intervals according to 0.618^N, the earthquakes in this phase of seismic activity and temperature rises fall just into the same intervals. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 76–82, 1993.