支配大陆裂口的脉动大地构造学

在布莱克—巴哈马盆地的534号深海钻探计划(DSDP)场区,由海洋钻探国际阶段最进钻探的资料,得出扩张中心在北美大西洋边界裂口中漂移的一个确定的年代。测得布莱克山嘴异常的主要年代是卡洛夫期(约155百万年),该异常反映了扩张中心的漂移,而后者又标志着现代北大西洋的诞生。这比我们过去想的大约要年轻二千万年。这一结果的推论之一,就是使北大西洋裂口开始出现的这一扩张中心漂移,其时代可能与使墨西哥湾断裂终止所需的扩     

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 90mm·a-1)、慢速(全扩张速率20～50mm·a-1)和超慢速(全扩张速率20mm·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6.4km、7.2km和5.3km,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4.9～8.1km、4.6～8.7km和4.2～10.2km,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(10Ma)的洋壳比洋中脊(10Ma)的洋壳厚～0.3km,表明洋壳厚度与洋壳年龄有一定的正相关性.     

北半球压缩的空间大地测量技术检测

利用现代空间大地测量技术测出北半球活动板块边缘会聚、扩张和滑动速度．北半球板块间南北方向运动总体上呈现会聚类型，反映北半球在南北方向处于收缩状态；北大西洋中脊扩张速度明显小于南大西洋中脊；纬度为7.7,23.3,34.8,42.0和51.0的闭合环纬线长变化率分别为－20.0,－15.5,－3.5,－4.1和－5.8 mm/a，均为负值，表明北半球纬向运动在收缩．另外，利用板块欧拉运动定律得出北半球同纬度板块回路速度闭合差为负值，进一步验证了北半球压缩．      

十三、脊区的地震学详细研究

十三、脊区的地震学详细研究板块学说的一个重要特征和证据就是洋底扩张。洋脊地区多年来一直是科学家们努力探索研究的地区。当初提出板块学说和洋底扩张的主要依据是古地磁、地热和全球较大震级的地震活动分布，因此所能提供的信息和证据是有限的，讨论关于地球动力学的...     

智利三联点南部扩张洋脊俯冲区域岩石层热结构的数值模拟

智利三联点(CTJ)位于纳兹卡板块、南极洲板块与南美板块的交界处,由南极洲—纳兹卡板块之间的智利洋脊俯冲到智利海沟而形成.巴塔哥尼亚板片窗的发展是智利洋脊长期扩张俯冲的结果之一.随着纳兹卡板块的不断东向俯冲,纳兹卡板块范围逐渐变小,CTJ同时向北移动.本文采用数值模拟方法,建立了关于洋脊海沟碰撞的简单二维模型,来研究智利三联点南部扩张洋脊俯冲区域岩石层的热结构.模拟结果表明,洋脊的位置、板块相对汇聚速度及上覆大陆板块的存在均对俯冲区域海洋板块的温度结构有着很大影响,并且大陆板块下方海洋板块温度变化最大的位置距洋脊的水平距离与洋脊到板片窗范围的水平距离两者之间具有较好的一致性.同时,当存在两两板块间的相对汇聚时,洋脊右侧大陆板块下表面的温度升高,俯冲带内海洋板块温度接近于地幔温度.纳兹卡板块以7.8 cm·a~(-1)的速度急速俯冲于南美板块之下的过程中,同时伴随着智利洋脊的持续扩张俯冲,在智利三联点南部,南美板块之下纳兹卡板块的温度因而可以更快地达到地幔软流层的约1300℃温度,并最终消亡于地幔之中.     

南海西北次海盆的磁条带重追踪及洋中脊分段性

由于缺少有效钻孔资料,对于南海扩张的时间一直存在较大的疑问.在南海三大海盆中,西北次海盆面积最小、磁条带特征不明显,因此对其扩张年代的争议最大.最新采集的高密度(小于10 km测线间距)船测地磁资料清晰地显示了西北次海盆磁条带的存在.在OBS和多道地震资料的约束下,利用船测地磁资料,本文对西北次海盆的地壳年龄进行了重追踪.根据定量的比较,西北次海盆的主体扩张始于35.8 Ma(C16n,2n),在34.7 Ma(C15)时其西南部开始扩张,扩张最终同时终止于33.2 Ma(C13n),整体的全扩张速率在40~50 mm/a之间.这表明南海的扩张可能首先起源于西北次海盆,在其结束扩张后,东部次海盆才开始打开(约30 Ma).得益于数据精度和密度的提高,利用化极后的磁力异常以及反演的磁化强度可以对西北次海盆进行二级中脊段的划分.我们共划分出六个中脊段和一个明确的转换断层.中脊的分段性与OBS反演的地壳厚度的变化相一致.转换断层东侧,中脊主体分为四个中脊段,每个中脊段长度均在30 km左右.转换断层西侧,存在一个长约50 km的中脊段和一个不确切的中脊段.中脊段上磁化强度的变化幅值和中脊段长度在整体上成正比.每个中脊段中央的磁化强度弱于中脊段两端的磁化强度,这与扩张速率相近的大西洋中脊的磁化强度特征一致.     

板块运动驱动力的大小

以全部岩石圈板块处于动力学平衡为条件,可估计贡献给板块运动的各种驱动力的绝对大小。本文采用的方法是,先从已知参数估计出洋脊推力和下插板块拉力,然后解所有板块这些力的转矩的平衡方程。洋脊的推力是根据洋底年龄、海洋板块的深度和厚度,以及横向密度变化来估计,而下插板块的拉力是根据下行板块和周围地幔的密度差、下插板块的厚度和长度来估计。目前,计算的结果表明下插板块的拉力大约比洋脊推力大五倍;然而,具有短而浅的下插板块,但洋脊长的北美和南美板块似乎是由洋脊推力驱动。作用在太平洋板块上的下插板块拉力超过全部下插板块拉力的40％,作用在太平洋板块上的洋脊推力在所有板块中是最大的,地幔曳力与下插板块拉力和洋脊推力的和之间的高相关性使估计绝对纯驱动力变得困难。然而,下插板块阻力对抵消板块驱动力的贡献比地幔曳力的贡献似乎更大。根据应力估计,发现高应力集中在下行板块的前沿。     

ITRF97下空间对地观测站速度矢量显示的全球构造运动

利用ITRF97的站速度矢量研究现代地壳运动特征，发现ITRF97站速度矢量与NUVEL-1A板块运动模型有很好的一致性. 它们共同显示，北半球以北大西洋为轴向北东、北西向裂开，欧亚大陆向北东、东、南东运动; 北美大陆向北西、西、南西运动, 但南半球板块运动状态截然不同, 南美、非洲、印-澳三板块各自的本体运动几乎全部指向北东-北北东, 三者之间以南大西洋脊和印度洋脊为界, 而且运动矢量逐次加大, 呈现南半球整体运动与洋脊张裂运动的叠加所造成的“落后式”拉张关系, 北半球和南半球之间速度矢量场的差异十分明显, 显示其间运动场不协调带, 此带内地质调查早已确定存在一组斜列式断续延伸的剪切破裂带. 沿此南/北半球之间的运动不协调带及其内部的大断裂带自1999年8月至2001年1月连续发生8次M≥7.8地震, 而环太平洋俯冲带内地震活动则明显降低, 充分显示了南/北半球之间的运动不协调带在全球板块运动中所显示的全球尺度的独立地位. 验算结果初步揭示了南/北半球之间的相对错动关系.     

南大西洋洋中脊板块构造运动过程:古地磁的约束

海底磁异常的形态与洋中脊两侧板块的微运动或变形密切相关.因此,这方面的研究可为确定板块运动的演化历史、小尺度的动力学过程以及洋中脊分段的机制等提供重要约束.本文对南大西洋一段洋中脊(31°S—34.5°S)两侧的磁异常的偏度进行了系统研究.结果表明研究区域内扩张方向并不总是垂直于洋中脊走向,并且研究区域不同剖面的扩张方向也不一致,具体表现为从北向南,平均扩张方向逐渐增加,依次为33.6°±5.3°、62.8°±13.0°以及94.3°±8.0°.这表明洋中脊的倾斜扩张机制具有复杂性,初步解释应该与转换断层的剪切应力增加有关.深部辉长岩层倾斜和扩张速率不对称性对海底磁异常偏度的影响值得深入研究.另外,由北向南确定的欧拉极向东移动,表明洋中脊两侧的板块在6.5 Ma期间存在剧烈形变.     

南海海槽西部俯冲带日向滩地区俯冲九州—帕劳洋脊的成像

为了研究九州—帕劳洋脊(KPR)俯冲部分与同震破裂扩展、地震活动性和浅部甚低频地震的关系,对南海海槽西部俯冲带日向滩地区进行了三维地震层析成像。结合岸上和近海记录的主动源和被动源地震数据,成像了从该海槽轴附近到海岸地区的深部板块。我们的结果表明,俯冲的九州—帕劳洋脊为西北—东南向的低速带,向下扩展到约30km的深度。在这个深度,我们认为俯冲的九州—帕劳洋脊与板块分离,成为上覆大陆板块的底座。由于过去大地震的同震滑动地区没有延伸到俯冲的九州—帕劳洋脊,我们认为九州—帕劳洋脊可能阻碍了破裂的扩展。俯冲的九州—帕劳洋脊的内部在很宽的深度上分布有活跃的板内地震活动。浅部甚低频地震在俯冲的九州—帕劳洋脊上部连续发生,而在俯冲的九州—帕劳洋脊的东北部却是间歇地出现。因此,俯冲的九州—帕劳洋脊看来是这个地区同震破裂扩展和地震现象的一个重要因素。     

南海海槽西部俯冲带日向滩地区俯冲九州-帕劳洋脊的成像

为了研究九州-帕劳洋脊（KPR）俯冲部分与同震破裂扩展、地震活动性和浅部甚低频地震的关系,对南海海槽西部俯冲带日向滩地区进行了三维地震层析成像。结合岸上和近海记录的主动源和被动源地震数据,成像了从该海槽轴附近到海岸地区的深部板块。我们的结果表明,俯冲的九州-帕劳洋脊为西北-东南向的低速带,向下扩展到约30km的深度。在这个深度,我们认为俯冲的九州-帕劳洋脊与板块分离,成为上覆大陆板块的底座。由于过去大地震的同震滑动地区没有延伸到俯冲的九州-帕劳洋脊,我们认为九州-帕劳洋脊可能阻碍了破裂的扩展。俯冲的九州-帕劳洋脊的内部在很宽的深度上分布有活跃的板内地震活动。浅部甚低频地震在俯冲的九州-帕劳洋脊上部连续发生,而在俯冲的九州-帕劳洋脊的东北部却是间歇地出现。因此,俯冲的九州-帕劳洋脊看来是这个地区同震破裂扩展和地震现象的一个重要因素。     

韦德尔海(Weddell Sea)西北部Jane盆地的热流

Jane盆地是一个边缘海盆地,紧邻韦德尔海西北部的South Orkney海底高原东部。在盆地所得的35个热流测量值分布于67.5±4.3和92.1±3.0mW/m~2之间。除去由侧倾更正值或盆地边缘的测得值,余下的28个热流值在75.0±8.0和84.6±9.1mW/m~2之间。对在海洋钻井计划中697号钻孔于Jane盆地钻到322m深度采出的岩心进行磁性地层学研究,可回算到4.5Ma前的沉积速率。从Rss Shackleton单道地震反射数据对Jane盆地的总沉积厚度作了估计,我们推算热流测值仅仅是沉积作用时的实际热流的86—89%。沉积层的热生成量为总热流提供了1.5—1.9mW/m~2。通过年代-热流对比校正热流值给出了Jane盆地的年龄为25到32Ma之间,这与由基底深度确定的年龄相似。Seot达海位于Jane盆地和South Orkney海底高原的北部,始于异常10(30 Ma)或更年轻些。我们推算的Jane盆地的年龄表明或许它的产生先于Scotia海早期的海底扩张。重要的板块运动的证据显示出南极大陆约于65 Ma前开始顺时针旋转而离开南美板块。这种运动也许引发TJane海岸东南部的沉降和作为弧后盆地的Jane盆地的张开。Jane海岸的沉降止于异常6A时(22 Ma),根据紧靠Jane海岸东部的南极板块上的证据,我们推断,Jane盆地先于scotia海张开,而产生Jane盆地的扩张中心已转移到了scotia海,又在那里产生了海底扩张。     

特提斯演化的关键动力学过程与驱动力

特提斯系统经历了漫长的演化历史,包含了多期次的威尔逊旋回,是研究板块构造与地球动力学的理想对象.特提斯演化的典型特征是一系列大陆块体从南方的冈瓦纳大陆裂解,而后向北漂移,最终与北方的劳亚大陆碰撞拼合.该过程中,多期次特提斯洋盆(原特提斯洋、古特提斯洋、新特提斯洋)的张开和关闭是核心要素.本文以大洋板块的生命周期为主线,将特提斯系统演化分解为大陆裂解、俯冲起始、洋脊俯冲、大陆碰撞等四个关键动力学过程,并系统分析了每个关键过程的控制因素和驱动力.(1)特提斯系统窄条形大陆地体的裂解可能受控于板块俯冲,尤其是俯冲板片的远端牵引作用;而块状印度大陆的裂解及印度洋的张开可能是地幔柱与远端俯冲板块共同作用的结果.(2)特提斯系统周期性的大陆地体碰撞拼合产生多期次的俯冲跃迁,是地体碰撞产生的反推力、洋脊推力及板下地幔流牵引力共同作用的结果,并且岩石圈的弱化是关键因素.(3)洋脊俯冲往往伴随着板片断离,该构造体制的转换可能需要地幔流牵引力的辅助,从而实现板块俯冲的延续性;而洋脊俯冲对上盘和下盘都会产生一定的动力学效应,其特征地质记录可用于反演洋脊俯冲历史.(4)青藏高原的巨大重力势能意味着持续至今的印...     

岩浆与构造作用对洋壳厚度的影响——以西北印度洋为例

洋中脊及邻区洋盆的洋壳厚度能很好地反映区域岩浆补给特征,对于研究洋中脊内部及周缘岩浆活动和构造演化过程具有很好的指示意义.西北印度洋中脊作为典型的慢速扩张洋中脊,其扩张过程与周缘构造活动具有很强的时空关系.本文利用剩余地幔布格重力异常反演了西北印度洋洋壳厚度,由此分析区域内洋壳厚度分布和岩浆补给特征.研究发现,西北印度洋洋壳平均厚度为7.8 km,受区域构造背景影响厚度变化较大.根据洋壳厚度的统计学分布特征,将区域内洋壳分为三种类型:薄洋壳(小于4.5 km)、正常洋壳(4.5~6.5 km)和厚洋壳(大于6.5 km),根据西北印度洋中脊周缘(~40 Ma内)洋壳厚度变化特征可将洋中脊划分为5段,发现洋中脊洋壳厚度受区域构造活动和地幔温度所控制,其中薄洋壳主要受转换断层影响造成区域洋壳厚度减薄,而厚洋壳主要受地幔温度和地幔柱作用影响,并在S4洋中脊段显示出较强的热点与洋中脊相互作用,同时微陆块的裂解和漂移也可能是导致洋壳厚度差异的原因之一.     

华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制.     

南半球减速膨胀的定量分析

利用空间大地测量技术的长期观测资料，得出南半球纬线圈纬线长变化率和全球活动板块边缘扩张与汇聚运动速率，并与3Ma平均地质地磁模型NUVEL1A的估算结果进行比较：(1)空间大地测量技术测得南半球纬线圈纬线变化率均为正值；(2)南半球测站的垂向运动除了赤道附近几个测站下沉，其余91髎的台站全上升；（3）南半球相邻板块的现今汇聚和扩张运动速率均比3Ma平均地质模型NUVEL1A估值小，而北半球相邻板块的汇聚和扩张运动速率没有系统性的变化. 这些实测结果反映了南半球纬线圈方向在减速伸展，南北方向在减速拉伸，即南半球在减速膨胀.     

西藏-日本剖面的岩石圈构造

利用长周期数字地震仪的面波记录,研究了西藏——日本剖面的岩石圈构造,在资料处理中采取了纯路径效应提取和反演连续速度模型的计算技术,分别得到了大陆边缘、华北和青藏高原的岩石圈速度分布.前二个地区上地幔的速度结构相似,不仅岩石层较薄,而且存在高低速度层的相间分布,表现出活动构造的特点;青藏高原具有稳定地台的上地幔构造,但其地壳部分却属活动构造.这三个大地基本单元在构造上的差异可以从地壳追寻到上地幔200km深处,反映出印度板块和太平洋板块的不同运动.据此推断华北、日本的地震活动在动力源上属于壳-幔性质,而青藏高原的地震属于壳内性质。      

合成地震目录的生成：应用于地震灾害及危险性的评估

引言北美板块与欧亚板块的边界为中大西洋海岭(图1),冰岛位于这个海岭的上部。从冰岛西南部到北部,两大板块的边界通过两个主破裂带向东偏移。这两个主破裂带为:南部低地的南地震带和北部的焦内斯破裂带。冰岛内所发生的最强地震位于     

板块构造对地热田位置的影响

在环太平洋地区,至今已勘探的许多地热田都沿着年轻的构造作用和火山活动区内的扩张洋脊和俯冲带分布。然而,初步分析指出,这些地热田并不是沿着板块边界的整个部分分布,而仅仅出现在某些部位,就汇聚带而言,这些部位是:(1)接近板块边界部分的末端,或(2)在把板块分为100—1000公里长的若干断块的横向带内。因此,地热田的位置似乎受板块几何学的影响,并且同俯冲着的板块相连结的侧向破裂相对应。     

全球Ms≥7￣3／4级地震的定向迁移

对全球尺度的６条大地震带内１９００～１９９０年中１８４次Ｍｓ≥７３／４级地震进行了沿地震带方向定向迁移的分析，获得了全球统一的地震定向迁移规律，总体是由西向东，迁移速度由７００ｋｍ／ａ变为１５０ｋｍ／ａ，此现象可以作多种暂态地球动力作用过程的推论，如以大西洋脊间歇式张裂引起上地幔软流物质自西向东运动，呈现纵波式的振荡传播；也可解释为非洲板块、阿拉伯板块和印度板块自西南向东北对欧亚地震带依次的推压引起向东的应变波的传播；太平洋脊两侧洋底板块向西北和东北两侧的斜向推压，可能是造成两侧地震带地震向北迁移的触发源。