长白山天池火山区的地震活动特征分析

2002年6月以来,长白山天池火山区的地震活动明显增强。利用长白山火山中心站的观测资料对长白山天池火山地震的活动特征进行了研究。火山地震的频谱分析和时频分析结果表明,自1999年以来发生的火山地震主要为构造型火山地震。对这些火山地震进行了尾波Q值分析并与四川地区的Q值进行了对比,结果表明长白山火山区尾波Q值偏低,说明这一地区构造活动水平相对较强     

长白山天池火山地震活动机理研究

对1999年以来长白山火山观测站记录到的火山地震活动进行了研究,发现在西北太平洋5.0级以上中深源地震发生前后,均有火山地震活动发生变化。我们统计发现有以下三种情况:第一种是深源地震发生后火山地震随之增强;第二种是火山震群活动结束后发生中深源地震;第三种是深源地震前后火山地震活动频繁,在火山地震活动较少时发生中深源地震。本文通过对近年来长白山火山地震活动与西北太平洋俯冲板块的中、深源地震关系以及火山玄武岩地幔性质和长白山地热活动等资料并参考前人研究成果,建立了长白山地幔柱模型,对长白山火山地震活动机制进行了初步探讨。     

长白山天池火山区的谐频事件

通过对长白山天池火山地区2002、2003和2005年夏季3期流动地震观测资料的频谱分析,发现火山口附近存在一种在频率域中形态比较特殊的地震事件,其频谱由1组等间隔的谱峰构成,峰值振幅随频率缓慢变化,形态与时间域中的谐波信号相似,我们把这种地震事件称为谐频事件。在3个夏季的流动观测中,共发现38个谐频事件,且这些事件大多与震群活动有关。分析表明,谐频地震频谱中的谐波现象与震源有关,可能是岩石破裂过程中,在特殊激发条件下,裂缝壁和裂缝内部岩浆或热液的压力扰动相互作用产生的。我们认为近年来长白山天池地震活动的突然增加和谐频事件的出现与深部岩浆的侵入活动有关     

Mogi模型在长白山天池火山区的应用

文中首先介绍了Mogi模型的阻尼最小二乘反演,得出应用形变资料联合反演压力源参数的公式,再指出用等效源半径反演时不同初始值对反演结果的影响,说明选择合适的初始值可以方便地得到可靠的反演结果。然后用此方法反演长白山天池火山区压力源的大小和位置参数。采用垂直和水平位移的联合反演,数据为2002—2005年共4期的水准和GPS观测资料,最后结合其它观测资料,分析近年来岩浆可能的活动特征。结果显示岩浆的位置在发生变化,体积增量逐年减小,表明火山岩浆在2002—2005年的活动逐年减弱     

用地震走时反演计算长白山天池火山区二维地壳泊松比

尝试应用一种同时获得地壳二维速度结构和界面形态的地震走时反演算法, 通过分别反演P波和S波速度结构, 计算深地震测深剖面的泊松比分布的方法, 并对长白山天池火山区测深剖面（L1）进行处理解释. 计算表明, 该方法克服了传统基于正演计算方法的诸多缺陷, 是计算测深剖面泊松比分布的行之有效的方法, 特别是在对火山岩浆系统及地壳断裂带研究中具有重要意义. 研究结果显示, 天池火山口下的地壳低速体内有一宽约30 km、 高约12 km的高泊松比异常区, 其泊松比值高于周围介质8％左右, 应为高温熔融岩石介质, 即岩浆囊. 在其上方直至上地壳顶部有一高泊松比条带, 代表了热物质上移的通道. 在其下部高泊松比区域, 局部深达莫霍面形成了地幔热物质底侵的可能通道. 三维台阵观测的层析成像和大地电磁测深研究结果均与上述结论相印证.     

长白山天池火山地震活动与西北太平洋俯冲带内中深源地震关系的研究

根据长白山火山活动的地球动力学背景,综合分析西北太平洋俯冲带俯冲作用所引起的中深源地震与长白山火山地震活动及温泉流体化学气体释放变化趋势的关系。认为在北纬35°以北,西北太平洋板块俯冲作用引起的地幔对流的扰动作用下,长白山火山活动从1999年至目前大体经历了3个阶段:1999年6月至2002年5月为扰动起始阶段,2002年6月至2004年为扰动增强阶段,2005年至目前为扰动衰减阶段。在分析了3个阶段内长白山火山地震活动及温泉气体释放特征的基础上,讨论了长白山天池火山目前的活动状态。从日本海至中国东北深源地震区地震活动期和平静期存在的韵律性活动过程出发,对长白山天池火山未来喷发的可能性进行了分析     

长白山天池火山区岩浆系统深部结构的深地震测深研究

利用三维深地震测深技术,研究了长白山天池火山的岩浆系统．结果表明,以低P波速度为主要特征的长白山天池火山岩浆系统在地壳范围内可分为3个深度层次：在9～15km深度,岩浆系统分布的主要特征是范围广、尺度大、近南北走向,是地壳内储存岩浆的主要位置;自15km深度以下直至下地壳,其分布横向尺度较小,显示出岩浆自上地幔侵入地壳的痕迹,这也意味着长白山天池火山的岩浆系统极有可能延伸到上地幔,或更深;在地壳浅部,深度小于8～9km范围内,岩浆的分布范围更小一些,集中在天池火山口稍偏北的南北方向上．如果说低Ｐ波速度与岩浆系统关联的话,那么它反映出这部分岩浆仍然处于较高温度状态．从这个意义上讲,长白山天池火山的岩浆系统至少不是残留的,或者说是处于活动状态．     

长白山天池火山区介质非均匀性

高频S波随着传播距离的增大其均方根(RMS)包络逐渐变宽,我们把这种现象称为S波包络展宽现象.S波传播路径上随机分布的非均匀体对S波的多次前向散射和绕射作用是导致S波包络展宽现象的主要原因,因此可用S波包络展宽现象来研究介质非均匀性.本文采用S波包络峰值延时来对S波包络展宽现象进行量化.S波包络峰值延时定义为S波初至与其均方根包络峰值最大值之间的时间差.本文选用长白山天池火山区的小震记录,运用S波包络峰值延时对长白山天池火山口地区的介质非均匀性进行了评价.结果发现长白山天池火山区呈现强烈的介质非均匀性,在0~2 km深度范围内介质非均匀性表现出南部强北部弱的空间分布特征;在2~5 km深度范围内介质非均匀性的空间分布特征与频率具有相关性;天池火山区介质非均匀性具有明显的多尺度特性;强弱非均匀性接触带,往往是地震频发地带.根据地震与非均匀体在空间分布的相对位置,我们认为火山区介质非均匀性可能反映了火山早期喷发堆积物介质结构的差异.     

长白山天池火山区S波包络展宽的特征

高频S波随着传播距离的增大其均方根(RMS)包络逐渐变宽,把这种现象称为S波的包络展宽现象。S波传播路径上随机分布的非均匀体对S波的多次前向散射和绕射作用是导致S波包络展宽现象的主要原因,因此可用S波的包络展宽现象来研究介质的非均匀性。采用S波包络峰值延时对S波包络展宽现象进行量化。S波包络峰值延时定义为S波初至与其RMS包络峰值最大值之间的时间差。文中对长白山天池火山区204个小震记录进行了S波包络展宽分析,研究发现长白山天池火山区小震S波包络展宽现象明显,S波包络峰值延时与震中距、频率呈正相关;运用统计学方法获取了长白山天池火山区不同频带下S波包络峰值延时与震中距之间的关系。研究结果对认识S波包络展宽的特征以及定量研究长白山天池火山区介质的非均匀性具有重要意义     

腾冲火山区地震事件(LP,VT,VE)的识别研究

利用腾冲流动数字台网资料，用多种方法对腾冲火山区的地震事件进行识别研究，认为腾冲火山区记录到的地震事件按波形主要分为两类：P波最大振幅明显大于S波及Lg波最大振幅的事件；P波最大振幅小于S波及Lg波最大振幅的事件。其中P波最大振幅明显大于S波及Lg波最大振幅的事件是火山地震的可能性较大。根据多个事件频谱随时间变化扫描图中的频谱特征，认为目前这个地区未记录到长周期事件；但流动台网记录到几组振幅较小，频率较高，振动持续时间双腾冲地震事件的持续时间（一般为6－7s)明显长，达20余秒的颤动事件，波形与Tremor事件曲型图有相似之外，这几个事件是否是Tremor事件，值得深入研究。     

长白山天池火山密码破译势在必行

长白山天池火山是中新世以来多次喷发并造成严重灾害的火山。通过十几年的火山地质及火山地震监测研究认为长白山天池火山近期不会马上喷发，但它是一座具有潜在喷发危险性的活动火山，并提出建立长白山火山观测站的重要意义，讨论了天地火山密码的破译需要调动各方面有利因素和有利条件。     

The magma evolution of Tianchi volcano, Changbaishan

The Changbaishan Tianchi volcano is composed of the basaltic rocks at the shield-forming stage, the trachyte and pantellerite at the cone-forming stage and modern eruption. Studies on their REE, incompatible elements and Sr, Nd, Pb isotopes suggest that rocks at different stages have a common magma genesis and close evolution relationship with differentiation crystallization playing the key role. The co-eruption of basaltic trachyandesite magma and pantellerite magma indicates that there exist both crustal magma chamber and mantle magma reservoir beneath the Tianchi volcano. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 49672109).     

长白山天池火山区的震群活动研究

2002和2003年夏季流动地震观测揭示,天池火山口附近存在大量的微震活动和一系列震群活动.地震定位结果表明地震主要发生在火山口附近,以震群形式发生的地震全部集中在天池火山口西南部,东北部地震密集区没有观测到震群活动.在夏季以外的其他季节,天池火山区只有一个固定地震台站（CBS）用于地震监测.利用CBS台不同时间的观测纪录,通过波形相关分析发现其他季节的主要震群活动仍然集中在天池西南部.震群的高精度相对定位揭示震源位置沿北西－南东向分布,倾向西南,倾角约80°. 2003年7月13日的震群发生期间,地震震源位置出现从深到浅的迁移现象,同时震源深度较大的地震在不同台站的地震波初动方向几乎全部向上,表明震源具有明显的膨胀分量.考虑到长白山天池火山2002年以来出现明显的地表形变、地球化学异常和谐频地震等现象,我们认为震群活动可能与5 km深度附近存在岩浆热液活动和岩浆增压有关.     

长白山天池火山区介质速度非均匀性谱结构

观测和研究表明,非均匀介质RMS (Root Mean Square)速度微扰动ε, 特征尺度相关距离a以及幂指数κ的空间分布特征可描述介质非均匀性特征.本文选用长白山天池火山区的小震记录,运用S波包络展宽法对长白山天池火山区地壳浅部介质速度非均匀性谱结构进行了研究.结果发现长白山天池火山区地壳浅部介质呈现强烈的介质非均匀性,且其具有明显的频率特性.在2~4 Hz及4~8 Hz频带范围内,小尺度弱非均匀性介质基本上分布在天池火山口的东南角和西北角,大尺度强非均匀性介质基本上分布在天池火山口的西南角和东北角,这一特征在0~2 km和2~5 km深度范围内均体现;在8~16 Hz频带内,0~2 km深度范围内弱非均匀性介质分布在火山口西部,而2~5 km深度范围内弱非均匀性介质基本上分布在火山口周围区域;在16~30 Hz频带内,0~2 km深度范围小尺度弱非均匀性介质分布在火山口的东北角及西南角,而2~5 km深度范围内小尺度弱非均匀性介质集中分布在火山口的东南角,西北角有少量分布.     

长白山天池火山地震记录波形分析

长白山天池火山地震观测以来，记到了许多微小地震，对此，引起了许多专家们的关注。本文通过几年来观测到的资料分类和比较研究，对长白山天池火山地震波形特征进行详细的剖析，把长白山地震波形分成两大类，从第一类波形中找出反射波特征。     

长白山天池火山近期形变场演化过程分析

对长白山天池火山区2002～2005年的4期水准测量数据、2000～2005年6期GPS测量数据以及1999年以来的定点地倾斜观测数据进行了系统处理分析,结果表明：（1）2000年9月～2002年6月期间,长白山天池火山地表变形很小,基本上处于较为稳定的状态. 1993～1998年的InSAR观测资料也未发现明显的地表变形;（2）2002～2003年,长白山天池火山出现了明显的地表形变异常变化,其水平形变表现为以天池火山口为中心的放射状膨胀运动,垂直形变则表现为近火山口的快速隆起,显示天池火山下部可能有岩浆压力增大变化;（3）长白山天池火山2003年以来的形变速率有逐年迅速衰减的变化特征,其最大水平运动速率已由2002～2003年期间的38.3mm/a衰减到2004～2005年的15.8mm/a,最大垂直形变速率则由2002～2003年的46.0mm/a 衰减到2004～2005年的5.0mm/a.     

长白山天池火山碎屑流灾害区划

在回顾总结了国外火山碎屑流灾害分析模型研究历史的基础上,本文选取了Flow3D模型对我国东北地区长白山天池火山未来大喷发可能产生的火山碎屑流进行了灾害区域划分。以长白山天池火山现代地形为依据,设定了11条未来爆炸式火山喷发时产生的火山碎屑流的可能流动线路。模拟结果表明,在喷发柱高度为10km的情况下,灾害区划最大半径为13.7km;在喷发柱高度为20km的情况下,灾害区划最大半径为35.4km;在喷发柱高度为30km的情况下,灾害区划最大半径为57.8km。在此基础上,得出了长白山天池火山未来发生中规模、大规模和超大规模火山喷发时火山碎屑流的覆盖范围,完成了我国第一幅长白山天池火山碎屑流灾害区划图。     

2002年8月20日长白山天池火山小震震群研究

2002年7～9月，采用15台宽频带流动地震仪在长白山天池火山区进行了近3个月的地震观测，记录到大量发生在天池火山附近的地震和多次小震群。对2002年8月20日的小震群进行了分析，结果表明这些地震发生在长白山天池内的西南部，震源深度距离天池水面一般小于4km深，震群的震中位置呈北西向线性分布。地震记录的频谱分析表明，该震群为典型的火山构造类型地震。在观测中发现HSZ和DZD台的地震记录低频成份丰富，这可能与台站附近的局部介质变化或低速的断层带有关。我们认为震群可能是由火山深部活动诱发的局部断裂活动所引起。     

长白山天池火山2002~2005年火山扰动机制研究

地震、形变、火山气体地球化学等观测结果表明2002~2005年长白山天池火山经历了1次扰动事件。长白山站地震台（CBS台）记录到了扰动事件前后连续稳定的宽频带地震观测资料。前人的观测研究结果认为长白山天池火山扰动期间的火山地震类型主要为构造型火山地震，伴随少量的谐频型地震。本文通过匹配滤波技术，对1999~2007年扰动事件前后CBS台单台三分量地震观测数据进行模板扫描，获得3763个清晰的火山地震事件，其中谐频（HS）事件125个，构造（VT）事件3618个，并发现长周期（LP）事件20个。进而将火山扰动期间火山地震事件分为3种类型：构造型事件、长周期事件和谐频型事件，并提出2002~2005年长白山天池火山扰动机制模型：深源地震-火山能量传递模型，即汪清深源地震能量释放和传递，引发长白山火山区岩石圈应力状态波动。地幔岩浆房受应力干扰后，岩浆通道打开，少量岩浆侵入地壳岩浆房。岩浆混合脱气导致地壳岩浆房升压，引起顶部岩石微破裂，产生构造型火山地震，气体和流体填充这些裂隙，从而产生LP和HS型火山地震事件。