洋中脊动力学研究现状

对最近几年洋中脊动力学研究之进展给予综述.研究包括:(1)脊轴处中央U 形(?)谷的成因:(2)洋脊下地幔对流、熔融和熔体迁移之格局;(3)洋脊处上升流的流动结构与洋脊分节的关系;(4)岩石层对洋脊分节的影响:(5)洋中脊断裂带与热应力之关系等五个方面.对上述五问题之地质、地球物理或地球化学背景仅作简要说明.主要介绍洋中脊动力学之理论研究状况,即着重介绍几年来所提出的解析的、数值的以及物理实验的各种模型之基本思路及主要结论.     

西南印度洋脊中段Indomed-Gallieni洋中脊岩浆-构造动力模式

利用西南印度洋脊中段Indomed-Gallieni洋段49—51°E区段全覆盖高分辨率多波束水深地形资料,应用构造地貌学分析方法,结合区域地形及其他地球物理等资料,在分段分析49—51°E区段岩浆-构造动力学模式的基础上,进一步探讨了约10 Ma以来Indomed-Gallieni洋段的演化史.28、29洋段目前岩浆供应不足,在轴部不对称深断层的控制之下不对称扩张,属于超慢速扩张洋脊较常见的演化方式.轴部火山建造主要向北翼增生,发育与火山脊相关的火山地貌;南翼构造拉张作用强烈,地貌上可观察到大量断块,拆离断层可能大量存在.而27洋段水深浅、火山密集、轴部缺失裂谷,超慢速扩张下却具有较高的岩浆通量.Indomed-Gallieni洋段地形高地建造于一次岩浆增强事件,但应该不是因为Crozet热点的影响.27洋段为目前仍受该岩浆增强事件影响的唯一区段,但其强度和规模也在逐渐减小;包括28、29洋段在内的Indomed-Gallieni段其他部分,已重新恢复到岩浆供应不足的正常超慢速扩张洋脊演化模式.28、29洋段和27洋段岩浆供应均存在岩浆通量由多至少的周期,周期内岩浆供应较多时期轴部建脊,减少时期轴部火山建造裂离.但27洋段由于仍受岩浆增强事件的影响,与28、29洋段表现形式不同,主要表现为火山建造裂离方式、岩浆供应周期长短以及构造活动强烈程度的不同.     

用海底地震仪在大洋中脊地区记录远震

尽管由海底地震仪（ＯＢＳ）记录的现存远震资料并不多，但是用这些资料分析在各种背景噪声条件下地震检测的阈值却已足够了，对于震级５．７～６＾＋，震中距大于１００°的地震，其长周期Ｐ波，Ｓ波及面波已由海底地震台站系统地记录到，记录到甚大地震的勒夫波和瑞利波，在１５～７０ｓ的周期内这些波具有高相干性，１５～３５ｓ范围内的高相干性是５．５～６＾＋级地震的典型情况，另一方面，短周期体波（１Ｈｚ）仅在北大西洋气     

20 Ma以来Mohns洋中脊的非对称扩张速率与地壳结构

超慢速扩张的Mohns洋中脊共轭两侧的地球物理场与地壳结构具有显著的非对称性.利用我国第五次北极科学考察采集的水深、重力与磁力数据,结合历史资料,我们计算了14条垂直Mohns洋中脊剖面的扩张速率、剩余水深、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.对洋中脊共轭两侧以上计算结果的进一步对比发现,Mohns洋中脊两侧整体(下文均指同一地质时刻各剖面的平均值)的非对称性呈现明显的两段性:20~10.5 Ma,相比Mohns洋中脊东侧,西侧的扩张速率更慢、地壳更厚、非均衡地形更低; 10.5~0 Ma,扩张速率、地壳厚度和非均衡地形的非对称的极性与20~10.5 Ma期间完全相反.后一阶段,整体扩张速率在西侧更快、剩余水深更浅,但是对应更薄的地壳和更高的非均衡地形.我们推断前者为冰岛沿Kolbeinsey洋中脊的作用增厚了Mohns洋中脊西侧地壳并使得洋中脊向西侧跳动,而后一阶段反映了岩浆供给减少后西侧集中的构造活动导致的更多的拉伸与隆升.沿各剖面上,10.5~0 Ma期间构造活动集中的洋中脊西侧均具有薄地壳和高非均衡地形,但构造拉伸的增加并不总是对应增快的扩张速率.岩浆在浅部更多地向东侧的分配以及洋中脊向西侧的跳动可能使得东西两侧具有相近的扩张速率.

     

洋中脊扩张速率对洋壳速度结构的约束

洋中脊速度结构是揭示大洋岩石圈演化过程的重要约束.为探讨不同扩张速率下洋中脊的洋壳速度结构特征,挑选了全球152处快速（全扩张速率> 90 mm·a^-1）、慢速（全扩张速率20~50 mm·a^-1）和超慢速（全扩张速率 < 20 mm·a^-1）扩张洋中脊和非洋中脊的洋壳1-D地震波速度结构剖面,通过筛选统计、求取平均值等方法对分类的洋壳1-D速度结构进行对比研究,获得了不同扩张速率下洋中脊洋壳速度结构差异以及洋中脊与非洋中脊洋壳速度结构差异的新认识：（1）快速、慢速和超慢速扩张洋中脊的平均正常洋壳厚度分别为6.4 km、7.2 km和5.3 km,其中洋壳层2的厚度基本相似,洋壳厚度差异主要源自洋壳层3;其洋壳厚度变化范围分别为4.9~8.1 km、4.6~8.7 km和4.2~10.2 km,随着洋中脊扩张速率减小,洋壳厚度的变化范围逐渐增大;（2）快速扩张洋中脊的洋壳速度大于慢速和超慢速,可能与快速扩张脊洋壳生成过程中深部高密度岩浆上涌比较充足有关;（3）非洋中脊（>10 Ma）的洋壳比洋中脊（< 10 Ma）的洋壳厚~0.3 km,表明洋壳厚度与洋壳年龄有一定的正相关性.

     

西南印度洋中脊49.5°E离轴地壳结构

超慢速扩张西南印度洋中脊岩浆的集中供给在空间维度上表现为岩浆扩张段（NVR）与相邻的非转换断层不连续带（NTD）地壳结构的差异,而在时间维度上表现为离轴与沿轴地壳结构的差异.为了进一步揭示岩浆集中供给的时空分布特征,本文选取西南印度洋中脊热液区2010年海底地震仪深部探测中平行于洋中脊距轴部偏北约10 km的离轴测线d0d10,使用射线追踪正演和反演的方法,得到了NVR和NTD北侧离轴区域的地壳及上地幔P波速度结构,并与轴部速度结构进行了对比分析.研究结果表明：（1）NTD北侧离轴区域的地壳厚度约5.2 km,其厚度明显大于轴部NTD下方地壳厚度（~3.2 km）,由此推测洋脊轴部NTD区域形成的地壳在不断减薄;（2）NVR北侧离轴区域的地壳厚度约7.0 km,其厚度亦大于轴部NVR地壳厚度（~5.8 km）,表明在洋中脊演化过程中洋脊轴区域的岩浆供给在不断减少,其活动性在不断减弱.     

西南印度洋中脊地质构造特征及其地球动力学意义

西南印度洋中脊（SWIR）增生的洋壳面积仅占印度洋的15%左右,但其具有比东南印度洋中脊和西北印度洋中脊更悠久而复杂的演化历史.基于已有的地质、地球物理和地球化学等资料,系统总结了SWIR的地质构造特征,并讨论了SWIR的演化过程、洋脊地幔的不均一性、洋脊周边海底高原成因等核心问题.SWIR地形中段高、东西两段低,空间重力异常基本与地形变化一致.按转换断层一级边界可将SWIR划分为20个一级段.SWIR的磁异常条带呈现两端渐进式分布和中段带状分布特征,对应洋脊的三期演化历史.SWIR的地幔源区极不均一,尤其是中新元古代造山带根部集中拆离的中段.源区地幔的不均一性与大陆裂解和洋脊演化过程密切相关.SWIR的东端与西北印度洋中脊和东南印度洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,西端与大西洋中脊和南美洲—南极洲洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,这与SWIR的渐近式扩张有关.SWIR周边海底高原普遍具有较大的地壳厚度,其成因除了陆壳基底之外,可能与热点火山作用、热点-洋脊相互作用或热点-三联点相互作用有关,目前尚未形成统一的认识.SWIR的形成演化及其作用域内的熔融异常（如海底高原）是冈瓦纳大陆裂解、残留岩石圈地幔、软流圈地幔和深部地幔热柱物质共同作用的结果.了解SWIR的演化过程对揭示冈瓦纳大陆的裂解过程和印度洋的演化具有重要意义.

     

Gakkel洋中脊基底隆起的非对称地壳结构

超慢速扩张的北冰洋Gakkel洋中脊具有六个沿扩张方向的线性基底隆起（本文编号为A-F）.这些线性基底隆起在中轴两侧的地球物理场和地壳结构呈现不同程度的非对称性.本文利用Gakkel洋中脊的地形、空间重力异常（FAA）和航空磁力数据,计算了它的扩张速率、剩余地幔布格重力异常（RMBA）、地壳厚度和非均衡地形.根据中轴两侧地形和地壳厚度的对称关系,我们将六个基底隆起分为对称型和非对称型两种类型.整体上,B、D和F区基底隆起在中轴两侧的地形和地壳厚度的非对称幅值（两侧差值的绝对值）较小,其中地形的非对称幅值分别为~157 m、~125 m、~208 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~1 km、~0.06 km、~0.3 km;而A、C和E区的非对称幅值较大,其中地形的非对称幅值分别为~510 m、~410 m、~673 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~2 km、~2.5 km、~1.1 km.我们因此推断B、D和F区具有相对对称的地壳结构,而A、C和E区具有非对称的地壳结构.根据A、C和E区中轴两侧非均衡地形的对称关系和非对称地形的补偿状态,推测A区的非对称性可能是由岩浆分配不均所导致;而C区和E区的非对称性可能是由构造断层作用使断层下盘向上抬升变薄所导致.我们进一步推测洋中脊走向的改变可能使得构造作用更易集中于基底隆起的一侧.

     

海洋地壳辉长岩层中晶体颗粒大小随深度分布的初步探讨

通过海洋地壳生成模型得到的典型快速扩张的太平洋中脊处海洋地壳内的热结构和速度场,推算出海洋地壳内的辉长岩层上、下组的成岩时间存在大于一个数量级的差异(成岩时间是指岩浆降温到某一指定温度时所经历的时间). 并试图用这个结果来解释在Oman蛇绿岩套辉长岩层野外实际观测得到的结论：海洋岩石圈底部的辉长岩的结晶颗粒大小的平均值要比浅部辉长岩结晶颗粒大小的平均值高出一个数量级.     

岩浆活动与构造应力的相互作用及其与火山活动状态的关系

本文考虑一个包含岩浆囊和火山隆起的三维黏弹性地壳有限元模型,通过数值模拟的方法揭示了岩浆活动与构造应力之间的相互作用.首先,在底部岩浆的持续补给作用下,总结了火山地表形变、应力大小和岩浆囊过剩压力在岩浆补给不同状态下的特征和表象;同时本文研究了构造应力场变化对火山岩浆囊应力的影响,发现10 MPa的板块应力作用能够引起岩浆囊内±1.2~1.6 MPa的压力变化,这个量级足以对岩浆囊形成扰动,从而引发各种火山活动.     

四川地区强震与发震构造几何结构特征关系的探讨

本文通过近些年来对四川活动断裂与强震关系的研究，初步总结了四川地区强震与发震构造几何结构特征的关系。作者认为：走滑断层的斜列状结构，断层的交叉，大断裂带的末端，断裂上的枢纽、弯曲、转折部位以及断裂带上的横向隆起、拗主其交替部位都可能是发震构造的结构特征，亦是强震易于发生的部位，这对地震危险区域潜在震源区的划分及其地基预报、地震区划和工程区地震安全性评价具有重要的意义。     

跨越断层地震动对结构地震反应的研究进展

地下管道、交通、电力系统等是重要的生命线工程,跨越断层的结构地震时具有较大的破坏风险,确保它们在地震时安全可靠的运行具有重要的意义。本文首先介绍了跨越断层地震动的基本特征,然后从跨越断层地震动模拟、跨越断层地震动对结构的影响以及振动台试验等几个方面进行论述,总结了跨越断层地震动对结构地震反应的研究现状和存在的问题。最后针对大跨空间结构需要研究的重点问题进行了展望。     

基于性能的框架结构抗震安全评估方法研究

阐述了基于性能的地震反应静力非线性分析方法(Pushover法)的原理及实施步骤;利用结构有限元分析软件ETABS分别采用地震反应谱法、底部剪力法、Pushover法和动力时程分析法对一10层钢筋砼框架结构进行了抗震评估分析。结果表明Pushover法在整体层面和构件层面都能对结构的抗震性能做出很好的评估,对与算例类似的中底层结构是一种可靠实用的建筑结构抗震安全评估方法。     

建筑结构中抗震分析模型的优化研究

大多数建筑结构由梁、柱、支撑、剪力墙、地基和楼板等主要结构组成。一般而言,楼板对建筑结构的抗震性能可以忽略不计,所以进行建筑结构分析的模型是无楼板的。因此,楼板被刚性隔板代替,以提高分析效率。本文提出的建筑结构抗震分析解析模型考虑了楼板抗弯刚度,该模型采用超级单元、刚性隔板和子结构技术来减少自由度。通过实例分析,验证了该模型在多层建筑结构抗震分析中的有效性和准确性。且此模型能够显著减少计算量,提高分析效率,振动周期和响应时间等分析结果的精度与精化模型的结果非常接近,说明该模型的提出是合理的。     

饱和地基中地下结构地震反应若干问题研究

简要综述笔者所在课题组近十年在饱和地基中地下结构抗震研究方面的主要成果,包括：（1）饱和两相介质中波动方程及波动特性的探究;（2）动力有限元计算的传输边界研发;（3）饱和地基中地下结构地震反应离心机模型试验研究;（4）饱和地基中地下结构地震响应的有限元分析;（5）饱和砂土地基中地下结构上浮机理研究等。这些成果以较为深入地研究饱和两相介质波动理论为基础,通过模型试验、数值仿真、机理探究等方法认知饱和地基中地下结构地震反应机理,对于完善饱和地基中地下结构抗震设计方法及提高抗震安全措施等均具有参考价值。     

基于Weibull分布地震信息熵对中国大陆西部强震活动状态的分析

在强震活动轮回和期幕划分等研究中, 强震事件的样本数量往往影响并限制了信度和结果外推, 特别是强震活动较弱时期对状态的判断将出现较大的不确定性。 强震孕育过程中的中小地震活动状态实际上反映了强震活动的规律性。 本文采用基于Weibull分布的中小地震信息熵对中国大陆西部的强震活动状态进行分析。 结果显示, 西部地区目前处在低熵值时段, 可能进入新一轮强震活跃期且主体活动区为青藏地块区。 在熵值扫描条件相同的情况下, Ⅰ级活动地块内不同Ⅱ级块体的信息熵值时序曲线相似性较大, 不同Ⅰ级构造块体内的Ⅱ级块体信息熵值时序曲线差别较大。 说明该方法基于统计物理分析, 能够反映区域构造特征并克服期幕划分样本数量不足的缺点。     

Research on the 3—D Seismic Structures in Qinghai—Xizang Plateau

Based on the recording data from the analogue and broadband digital seismic stations in and around Qinghai-Xizang (Tibet)Platean,the three dimensiomal 3-D) seismic velocity stroctures in Qinghai-Xizang Plateau were obtained by using the regional body wave tomography and surface wave tomography.The results from these two tomography methods have similar characteristics for P-and S-wave velocity structures in crust and upper mantle.They show that there are remarkahle low velocity zones in the upper crust of L hasa block in the southern Qinghai-Xizang Plateau and the lower crust and upper mantle of Qiangtang block in the northern Qinghai-Xizang Plateau.These phenomena may be related to the different steps of collision process in southern and northern Qinghai-Xizang Plateau.