利用S波接收函数研究华南块体的岩石圈结构

本文基于跨越华夏块体至四川盆地西部的130个线性流动地震台站及其附近90个固定台网台站的观测资料,采用S波接收函数波动方程叠后偏移方法,开展了华南大陆岩石圈结构研究.成像结果显示,研究区岩石圈结构复杂,不同构造单元之间差异显著,构造边界带附近小尺度变化强烈.150 km以上的厚岩石圈主要位于四川盆地,不足100 km的薄岩石圈主要分布于川东褶皱带和华夏块体.雪峰山下方岩石圈厚度显著增加,且以雪峰山为界岩石圈结构和性质存在着显著的东西差异.结合其它地球物理观测得到的地壳-上地幔结构信息,我们提出：（1）四川盆地还保留着厚而冷的克拉通岩石圈根,且岩石圈地幔具有结构分层特征;（2）雪峰山可能是扬子克拉通与华夏块体在西南部的边界;（3）雪峰山以东区域可能经历了岩石圈的减薄和改造,且华南岩石圈的减薄与华北相似,都主体发生在东部地区,造成现今南北重力梯度带两侧强烈的结构差异.研究结果为认识华南大陆的构造演化及其深部动力学提供了地震学约束.     

东大别构造带地震地磁监测试验区岩石圈磁场特征分析

本文利用东大别构造带地震地磁监测试验区的地磁三分量观测数据,建立了试验区的岩石圈磁场模型,并将其与2005.0年代该区域的岩石圈磁场进行对比分析,研究试验区岩石圈磁场的时空变化特征.结果显示试验区内岩石圈磁场的分布从河南商城、安徽金寨、霍山至六安之间围绕梅山-龙河口、青山-晓天等断裂存在异常变化.     

地幔对流拖曳力影响青藏高原东北缘地壳运动格局的数值模拟研究

基于近期关于青藏高原东北缘岩石圈速度、流变结构和地壳形变的观测和研究结果,建立了青藏高原东北部岩石圈三维有限元模型,并考虑了地幔对流拖曳力、高原重力势能、块体间相互作用等外部和内部条件对青藏高原东北缘岩石圈现今运动格局的控制作用.将地表运动速率的数值模拟结果与观测结果进行比较,结果表明:活动地块相互作用和高原地形蓄积的重力势能对高原内部向高原边缘逐渐变小的地壳运动特征具有控制作用,而以往关注不多的地幔对流拖曳力对青藏高原内部的地壳运动方向具有明显的控制作用;此外,基于岩石圈水平运动速率与下伏地幔对流速度差异、地震波各向异性观测提出的不同地块垂直连贯变形差异等观点,提出模型范围不同地块岩石圈底部地幔拖曳力作用强度存在差异的设想,并引入了地幔拖曳力强度因子并进行数值模拟,得到的地表形变速率模拟结果与GPS观测结果更为一致,模拟结果进一步支持了地震波各向异性观测提出的观点,即不同地块的壳幔耦合程度存在显著差异.     

利用大地测量和地热资料联合确定黑水—泉州地学断面东段岩石圈热及强度结构

黑水泉州地学断面因其所处的特殊地理位置和所受复杂地球动力学机制的影响,而备受地学界的关注.但要弄清控制岩石圈动力机制的重要影响因素之一——热动力,还需对岩石圈的热结构有更细致的研究.地热学研究作为一种独立的地球物理学方法,在地球内部结构及地球动力学研究中发挥着越来越重要的作用.根据地热资料来研究地球深部热结构是一种最为直接有效的方法,但是,我国地热资料的相对匮乏严重阻碍了地热研究的进展.本文将引入地形、重力等大地测量观测资料作为约束条件,基于岩石圈均衡原理,综合地热和重力学方法联合确定黑水泉州地学断面东段岩石圈热结构,弥补了传统地热研究方法的不足.基于黑水泉州地学断面岩石圈二维温度分布结果,本文计算了该岩石圈的强度分布,并对其岩石圈的热结构和流变结构特征展开了分析和讨论.     

华北大地电磁测深阵列观测实验与岩石圈导电性快速成像模型

关于中国大陆岩石圈导电性结构研究越来越引起人们的重视,而目前研究大陆岩石圈导电性结构的主要方法是大地电磁测深（Magnetotelluric sounding）.为此,在国家项目"深部探测技术与实验研究（SinoProbe）"专项里开展了"大陆电磁参数标准网实验（SinoProbe-01）"研究,完成了华北1°×1°地理坐标网度的大地电磁测深"标准点"阵列（Array）观测.本文详细论述了华北SinoProbe-01项目1°×1°MT"标准点"阵列观测实验的概况,以及通过精细的MT数据处理和一维Niblett-Bostick变换快速成像,所获取的华北地区岩石圈导电性三维成像模型.在分析华北岩石圈导电性结构特征的基础上,从电性结构角度把华北与邻区岩石圈划分为胶辽、燕山、鲁西、太行—吕梁等低导电性（高电阻率）块体,内蒙古、阿拉善和祁连中等导电性块体和黄淮、鄂尔多斯、秦岭良导电性（低电阻率）块体,进一步从导电性的角度证实了华北克拉通是由多个块体集合而成的观点.     

多地球物理观测联合反演华南岩石圈温度和化学组分结构

华南块体位处中国大陆东南,对其深部结构的研究是深入认识中国东部构造及演化的基础.岩石圈的温度和化学组分结构是岩石圈结构研究的重要内容,对其的认识主要来自地球物理和地球化学两类研究.由于单一的地球物理或地球化学观测资料和方法存在其各自的局限性,需要开展综合多种地球物理资料,并结合地球化学、岩石学方法的岩石圈结构和性质的研...     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.     

基于卫星磁测数据的全球岩石圈磁场建模进展与展望

随着CHAMP卫星与Swarm卫星群等磁测数据的不断积累,开展高精度与高分辨率全球岩石圈磁场建模研究非常迫切.本文主要介绍了地磁测量卫星与全球岩石圈磁场建模的最新发展动态以及等效源方法的研究现状,并且总结了全球岩石圈磁场建模的重点、难点与发展趋势,着重对等效源方法在卫星磁测数据处理、岩石圈磁场建模与地质解释方面的应用前景进行了分析.     

大华北地区岩石圈磁场空间分布与地震地质特征

应用大华北地区最新流动地磁观测资料,对该地区2015.0年代岩石圈磁场空间分布及地震地质特征进行了分析与讨论。结果表明:大华北地区岩石圈磁场具备较强的局部异常特征,其空间分布形态与测区内主要板块具有一定程度的对应关系,而历史地震多发生于一些特殊的岩石圈磁场部位。     

中国东北地区北部上地幔各向异性及其动力学意义

中国东北地区广泛发育新生代板内火山,晚中生代以来岩石圈遭受过多期拉张作用.作为中国唯一的深震孕育区,中国东北地区受到太平洋板块的西向俯冲,使得其成为研究岩石圈变形、板块俯冲和板内火山成因及其相互作用关系的天然实验室.通过分析架设在中国东北地区北部的147个流动和固定台站的SKS波形数据,共计得到了377对各向异性参数和251个无效分裂结果.结果表明,中国东北地区东西两侧具有不同的各向异性分布:西部地区各向异性方向变化范围为N143-199°E,平均N169°E,与晚中生代岩石圈伸展方向一致;其各向异性延迟时间平均值约为0.8s,说明来自地幔的各向异性比较微弱,主要由残留在岩石圈中的古老变形所引起.同时,在松辽盆地和佳木斯地块部分区域,观测到延迟时间较小的各向异性(~0.4s),可能是由于岩石圈的拆沉和热地幔物质的上涌侵蚀了保留在岩石圈的古老形变所致.在研究区东部,NNW-SSE朝向的各向异性被观测到,并伴随较大的延迟时间(大于1.0s),可能与太平洋板块撕裂回撤而产生的地幔流动有关.此外,近W-E方向的各向异性只在佳木斯地块被观测到,而太平洋板块在地幔过渡带中的俯冲可能是其产生的主要成因.     

2011年日本MW9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_W9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_W9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10¹⁸ Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_W9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_W9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.     

中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构

依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示:弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1~2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.     

高分辨率卫星重力和激光测高数据的月球岩石圈有效弹性厚度估计的分析及应用

应用高分辨率GRAIL重力场模型和LOLA激光测高数据,利用两者间重力/地形导纳的统计关系反演月球岩石圈的结构特征是当前的重要手段.在研究区域物理性质各向同性的前提下,可将不同载荷模型引起的岩石圈挠曲量的球谐系数,表示成观测地形球谐系数的函数关系,结合非线性反演算法,可将不同参数的模型导纳谱与观测值进行最优拟合.结果表明导纳方法求解的高地地形平均月壳密度较接近高地地形的平均值2550 kg/m~3.载荷比有正有负,表明内部载荷与表面载荷可能同相也有可能反相,也反映了月球岩石圈较复杂的结构特征.在各向同性的前提下,少部分区域的拟合残差接近其期望值1,可反演出参数的最优解.大部分区域较难反演出最优值,表明月球岩石圈的物理性质大部分并不均一,在各向异性的前提下,在空间域内使用数值计算方法有望对大部分区域的弹性厚度进行最优估计.     

CHAMP卫星时代全球岩石圈磁场模型的近似误差估计

岩石圈磁场模型的误差估计是地磁导航、定量地球物理与地质解释的重要基础.本文基于统计学观点,将由CHAMP卫星磁测数据构建的系列具有代表性的全球岩石圈磁场模型视为随机观测信号,对其在球谐域与空间域分别进行平均值与标准差的统计分析,得到CHAMP卫星时代全球岩石圈磁场模型的球谐域与空间域近似误差水平、误差分布特征、不同类型磁场分量之间的误差比例关系以及全球岩石圈磁场能量与误差水平随高度的衰减特征.本文所提的误差估计方法与结果,尽管存在一定的近似,但是可以为估计与了解岩石圈磁场模型在球谐域与空间域的误差水平与分布特征提供参考资料与定量依据.     

长周期大地电磁测深研究——青藏高原东部LMT响应函数及应用

长周期大地电磁(LMT)是基于常规MT理论发展起来的电磁测深技术,青藏高原东部岩石圈较厚、视电阻率较低,应用LMT方法能够弥补常规MT仪器对低频信号响应的不足,获得有用的深部信息。文中概述了LMT的数据采集、处理及反演解释,并介绍了将LMT应用于东喜马拉雅构造结及其周围地区完成的长周期观测剖面——下察隅—玉树LMT剖面的岩石圈结构探测实例。实际观测表明,在重叠频段内LMT结果与常规MT具有良好的一致性;LMT数据处理实现的阻抗和倾子估计,在深部信息上具有更高的分辨率。LMT剖面结果揭示了青藏高原东部普遍存在地下低阻体,为局部地区部分熔融和地下流体存在的可能性提供了依据。LMT测深较好地弥补了常规MT方法在巨厚岩石圈和遇到低阻体时探测深度的局限性。     

利用卫星探测研究地下结构

介绍了国外利用卫星上观测的电子流量和磁场资料进行地下结构探测研究的一些成果.研究表明,卫星上记录到的不同能量电子流量脉冲突变与地下结构、深大岩石圈断裂带有密切的对应关系.卫星磁场观测具有覆盖全球的优势,随着卫星磁场数据观测精度的提高,卫星磁测在全球磁变模型的建立、研究大陆内部结构、大陆和海洋边界带、地幔过渡带等方面的将发挥越来越重要的作用.卫星观测将成为全面、整体探测研究地球内部结构有效的手段之一.     

东太平洋Juan de Fuca板块的大地电磁研究

本研究做为电磁感应国际合作研究项目—EMSLAB计划的一部分,主要目的在于确定东太平洋年轻的海洋板块——Juan de Fuca板块及其周围地区岩石圈和软流圈的电性结构。 在对海底观测的大地电磁资料定性和定量分析的基础上,进行了二维数学模拟。在二维模型中,海洋地形和已知的表层构造被确定。通过改变模型的重要参数,评价响应函数和观测资料之间偏差的增加,检验模型的可靠性。结果表明,Juan de Fuca板块深部存在两个导电层,一个在40km,另一个在200km左右。这里岩石圈比其它较老板块的岩石圈薄     

有限元等数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况,主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构．已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础,国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出,数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具．并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．     

地震前后岩石圈磁场变化特征分析

本文以九江—瑞昌M_s5.7级地震和汶川M_s8.0级地震为研究对象,根据两个震区地震后观测所得地磁场三分量数据和“2005.0中国地磁图”项目所积累的地磁场三分量数据,建立了两个震区的岩石圈磁场模型.通过对比分析两个震区岩石圈磁场总强度、磁偏角、磁倾角三个独立分量地震前后的时空变化特征,初步探讨地震与岩石圈磁场变化关系,寻找有效震磁变化信息.结果表明：（1）两次震中均位于岩石圈磁场的磁偏角和磁倾角零值线附近;（2）震后震中百公里范围内岩石圈磁场分量均出现了不同程度的异常变化;（3）震中附近岩石圈磁场出现了明显的与地震相关的变化,该变化在两个震区表现出相近的规律性.