蛇纹石脱水与大洋俯冲带中源地震(70~300km)的关系

蛇纹石脱水致裂作用是诱发大洋俯冲带中源地震(70~300km)的一种重要成因机制,它与中等深度双地震带的形成有很密切的关系。双地震带在冷俯冲带中是一种常见现象,它由上下相距20~40km的两个平行地震层组成。上地震层位于俯冲洋壳中,可能是洋壳蓝片岩脱水形成榴辉岩的系列脱水反应诱发了地震;下地震层位于大洋俯冲地幔中,可能是部分交代的地幔橄榄岩脱水控制着中源地震的分布。蛇纹岩在高温高压条件下的变形实验证实蛇纹石在脱水过程中引起岩石弱化和脆性破裂,这已经得到了对蛇纹石脱水过程中岩石物理性质和变形后样品的显微构造等理论研究上的支持。在蛇纹石脱水过程中,产生的流体与固体残留物分离,形成了大量的I型(张性)微裂隙,最终导致岩石破裂和形成断层。根据叶蛇纹石脱水反应相图,理论上在大洋俯冲带中蛇纹石脱水位置会出现双层结构,但只有平行于俯冲板块顶层等温线的一支才可能脱水诱发地震,并对应于双地震带的下地震层。下地震层所处的位置具有低的vp/vs值,暗示岩石圈大洋地幔顶层发生了部分交代。但它的交代机制尚不清楚,可能是海水通过洋底转换断层和/或沿着在外海沟隆起中形成的断层渗入大洋地幔顶层,并发生了洋壳和大洋地幔交代。双地震带在120~200km深度合一以后,冷俯冲带中所发生的中源地震可能与蛇纹石脱水有关,在热俯冲带中更可能与“湿”榴辉岩脱水有关。     

高压下斜长角闪岩部分熔融对v_p的影响

高温高压下岩石弹性波速原位测量是研究地壳结构和探讨地震波低速层形成机制的重要手段。前人通过高温高压岩石部分熔融条件下的弹性波速原位测量,证实了高温下岩石中发生的矿物脱水和部分熔融是地震波低速层的重要成因之一。然而,目前的研究多集中在高温高压     

西南日本火山区三维地震成像研究

利用日本气象厅(JMA)以及日本国立大学联合地震观测台网(JUNEC)记录到的3218个地震事件的231918条P波到时资料,反演求得西南日本160km深度范围内的三维P波速度结构。研究表明,在九州地区,俯冲的菲律宾海板块以高速为主要特征,该海洋板块在30～60km深度处的脱水使得弧前地幔楔顶端的橄榄石蛇纹岩化,在120km深度处的脱水使得地幔楔中的岩石局部熔融,融体上升引起该区的火山活动。在本州西部地区大山火山之下,低速异常显著,并伴随低频地震活动,说明该火山可能是个潜在的活火山,将来有喷发的可能性。     

金川硫化铜镍矿床成矿岩浆性质和源区特征讨论

通过对造岩矿物、岩石化学和铂族元素等信息的综合分析，认为金川岩体的母岩浆属拉斑玄武质苦橄岩浆，是地幔橄榄岩经３３％部分熔融的产物；硫、钕、锶、氧等同位素资料说明岩浆源区可能在上地幔低速层底部，属富集型地幔     

地幔中水的赋存状态的研究进展

地幔水不仅对地球物理场的性质有重要影响，而且对地球化学动力学，地幔横向不均一性、地幔对流、低速层、板块俯冲、相平衡、熔融行为、深部地质灾害以及成矿作用等都具有重要意义，因此，地幔水的研究早已引起人们的重视。为了探讨水在地幔过程中的作用，必须搞清楚水的赋存状态。研究表明，地幔中水的储存形式主要有三种：以ＯＨ形式储存的矿物中，以自由相形式存在以及溶解在熔体中，本文对地幔中水的赋存状态研究进展作了综述，     

青藏高原西缘上地幔构造特征--穿越西昆仑造山带的接收函数反演

塔里木岩石圈和青藏高原岩石圈汇聚于空喀山断裂一带,推测塔里木岩石圈在向南俯冲,而青藏高原岩石圈也在持续地向北推进;位于空喀山断裂带北侧的甜水海地体下方存在一深达200km的s波低速异常,描绘了由于多期的造山运动使得昆仑地体的深度发生了巨大的形变,形成软流层和地幔物质的通道,产生了局部范围的熔融;在塔里木盆地南缘的叶城下方,存在一条明显的深达上地幔的低速带。这条连接表层与深部的低速带被推测为塔里木南缘的隐伏深断裂。另外,地幔中尖晶石型向方镁石型结构转变的过渡层有可能出现在670～700km深度间。     

地球深部电导率的实验室约束

矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。本文于实验室中研究了一些典型地壳和地幔矿物、岩石的电导率,并将实验结果与野外电磁结果进行了对比。研究结果表明,含水矿物的脱水和存储于名义无水矿物中的水会显著提高岩石的电导率。含水矿物的脱水可能是导致地壳出现高导层的主要原因,而地幔的高导层则可能是由名义无水矿物中赋存的水所引起。实验室矿物、岩石电导率模型与野外大地电磁结果的对比,为研究地球内部的热状态和水含量的分布提供了重要依据。     

中国东部显生宙地幔演化的主要样式 :“蘑菇云”模型

从地幔类型、地球物理资料、岩石学研究成果 3方面讨论了中国东部显生宙地幔演化的主要样式 ,认为古老岩石圈地幔物质以亏损玄武质组分的橄榄岩为主 ,岩石密度低 ,具上浮性质 ,是克拉通稳定的主要原因 ,不可能发生因重力诱发的拆沉作用。白垩纪晚期—新生代地幔成分为饱满的二辉橄榄岩 ,地温高 ,明显有别于古老地幔。该热地幔物质呈“蘑菇云”状上涌 ,蘑菇云之间仍有古老地幔的残留体 ,二者多数呈陡边界接触 ,这是东部地幔演化的主要样式。与此同时岩石圈伸展导致岩石圈减薄。中生代中国东部绝大部分地区地温很高、地壳厚度大 ,但许多问题尚待研究。古老岩石圈地幔中的低速、低阻物质为流体和低熔程度的熔体 ,它们呈脉状、透镜状 ;新生代地幔中的该物质为含熔体的软流圈物质 ,它们呈多个蘑菇云状 ;中生代地幔中的低速物质可能为大量的玄武质熔体 ,呈蘑菇云平流层状。中生代壳幔相互作用明显 ,克拉通稳定时期及新生代时期层圈之间相互作用的活跃带位于岩石圈与软流圈之间。     

地球内部物理和演化的几个核心论题：Ⅱ地球动力体系

生成于岩石圈底部的“大陆根”与地幔羽的形成过程有关,其主要证据来自3－D地震成象和实验、数值模拟结果。地幔上涌和地幔下涌分别代表高温、低速带和低温、高速带。长波长的地幔构造与表层构造特征相关,地球内部边界层－热边界层或化学边界层将对全球动力体系产生直接或间接的效应。因此,深入研究这些边界层的结构、形态、热力学和物理化学特性,对解决地幔整体对流与成层对流体系中某些相冲突的问题具有关键意义。全球地震成象和深源地震资料表明,某些破碎的早期俯冲板片可能连续或间断性地下沉到核－幔边界处,并返回到起源于该边界层的地幔羽中。今后的任务不是重提地幔整体对流或是成层对流的问题．而是如何建立两者的统一模式。整体地幔对流体系在时间和空间演化过程中与成层对流、局部小规模对流或次生对流相伴生的理论、实验和数值模拟将是地球动力学研究的主要趋势。     

蛇纹石化方辉橄榄岩弹性波速实验研究及其在地幔楔中的应用

地幔楔是俯冲带系统的重要组成单元,在地球内部物质循环、壳幔相互作用过程中起着承上启下的关键作用。俯冲板片脱水可以引起上覆地幔楔中橄榄岩类的蛇纹石化,而蛇纹石的波速显著低于地幔橄榄岩,所以不同蛇纹石化程度的地幔楔表现出不同的低速特征。本研究首先利用天然叶蛇纹石热压合成纯的蛇纹岩样品,利用橄榄石和斜方辉石热压合成方辉橄榄岩样品,然后在高压下分别测量合成的方辉橄榄岩和蛇纹岩样品的纵波速度(V_P)和横波速度(V_S),结合Voigt-Reuss-Hill岩石物理模型计算得到不同蛇纹石含量的方辉橄榄岩的波速,最后结合地震波资料,估算出不同俯冲带地幔楔的蛇纹石化程度。研究表明,在地幔楔蛇纹石化程度和含水量的估算中,必须考虑斜方辉石蛇纹石化的影响。相比前人研究,方辉橄榄岩的蛇纹石化可能更接近于实际情况。     

高温高压下电导-温度曲线方法进行蛇纹石的脱水温度测量及其意义

在1．0～5．0GPa压力范围内，运用高温同时高压下电导测量方法确定了蛇纹石的脱水温度。实验结果表明，压力小于2.0GPa时叶蛇纹石的脱水温度随压力的增大呈微弱升高趋势，压力大于2．0GPa时其脱水温度随压力的增大明显降低，意味着较高压力下有利于脱水反应的发生，是俯冲带岩浆作用及地幔交代作用流体的重要来源。蛇纹石脱水后，由于自由水的存在导致其电导明显增加，可能是高导层产生的原因之一。     

南海复蘑菇状地幔低速柱结构及其地幔动力学

运用高分辨率天然地震面波层析成像和体波层析成像技术,研究东亚西太平洋地区及全球地幔三维速度结构时发现南海地区地幔存在深达2000km以上的巨型复蘑菇状地幔低速柱,结合地质、地球化学和地球物理相关标志,将复蘑菇状地幔低速柱称为南海复蘑菇状地幔柱。本文在论述南海复蘑菇状地幔柱的地质地球物理特征基础上,将地幔柱划分为柱头、柱体、柱尾、幔枝和热点等部分,建立起地幔柱三维几何结构模型,探讨了复蘑菇状地幔柱在南海海盆扩张过程中的主导作用以及欧亚板块、菲律宾海板块和印度洋板块相互作用对南海演化过程的影响。     

三峡库区巴东地震(Ms5.1)成因机制及次声波信号

2013年12月16日三峡库区巴东发生M_s5.1地震.根据eigen-6c2模型研究了巴东地区的8-638阶卫星重力异常, 结果表明: 该地区场源深度为10 km的地壳为局部重力低异常, 反映了该处物质密度较周围偏低, 形成低密度层.同时, 研究了该地区速度结构剖面, 结果表明: 巴东地区地壳5~9 km及10~15 km深处存在上下两个低速层, 上部低速层与水库渗水有关, 下部低速层与地幔热流体的上涌有关.低密度层和低速层的确定为韧性流变层的存在提供了证据.巴东地震是地壳深部能量的长期集聚与突发释放, 属构造地震.然而, 库水下渗引起的上部低速异常降低了断层活动的阈值, 震前库水载荷的变化对此次巴东地震的发生起到了触发作用.通过对比次声波和地震波, 我们得出次声波仪记录到的异常信号为本地次声波.      

INDEPTH-Ⅲ地震层析成像--藏北印度岩石圈俯冲断落的证据

德庆-龙尾错剖面层析速度结构剖面揭示了在高原地壳发生缩短与增厚后,高速的印度大陆地幔岩石圈分为两层以不同角度向北伸展到(美)塘盆地的中部(33°N～34°N之间).上层在拉萨地块岩石圈(速度为7.9～8.0 km/s)之下向北伸展过程中发生断裂,形成若T断块,并下沉;下层以较大角度向北俯冲下去,并在32°N之下进人软流圈;发现北部有一浅一深2条低速带,可能代表地幔内温度较高的热流体的流动通道,并产生强烈的各向异性.浅处低速带与深部低速带有联系;此低速带与东部Wittlinger发现的34.5°N深部的高温低速体没有直接联系,后者呈NV-SE走向.     

超级地幔树对全球构造的控制作用

全球横波低速异常体成像发现: Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱彷佛植根于地球外核顶部、生长在核幔边界(core mantle boundary, CMB)上的两株榕树,我们将其命名为超级地幔树(super mantle tree),以突出Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱连接地核与地壳的纽带特征,强调它们在地球演化过程中对全球构造的作用。地幔柱仅是超级地幔树的局部分支。我们定义超级地幔树为4层结构：① 植根于地球外核顶部;② 1600~2890 km为“树干”; ③ 110~1600 km为“树冠”;④ 110 km以上为“树枝”。“树枝”平面分布形态与全球板块轮廓大致相似,意味着板块构造可能起始于地球110 km处。推测地球深度1550~1600 km之间可能存在一个地球化学过渡层;Jason超级地幔树与Tuzo超级地幔树之间可能存在地球化学分隔面(简称地幔分隔面),地幔分隔面将地球划分为太平洋半球与大西洋半球;它的地面投影北端大致指向地磁北极,南端基本指向地磁南极。外核顶部脉动作用可能是地幔运动的动因,地核运动控制地幔运动。Tuzo超级地幔树逆时针旋转控制大西洋半球旋转形态,Tuzo超级地幔树的“细树干”伸向南大西洋, Tuzo超级地幔树“粗树干”伸向北大西洋,使得中大西洋脊减薄。Jason超级地幔树顺时针旋转控制太平洋半球旋转形态以及环太平洋地区地貌构造形态。青藏高原及邻区地质地球物理三维构造模型说明：向北运动的Tuzo超级地幔树“树枝”与向西运动的Jason超级地幔树“树枝”共同作用,形成青藏高原东构造结。     

中国及邻近陆海地区软流圈三维结构及其与岩石圈的相互作用

通过中国及邻近陆海地区天然地震面波层析成像三维Vs速度结构的系统地质构造解析,笔者论述了中国及邻近陆海地区软流圈三维结构特征,发现该区软流圈内既有高速块体,又有低速异常体,显示软流圈内存在纵向与横向上的不均匀性,研究软流圈内低速异常体三维几何结构表明,南海低速异常体呈复蘑菇状,结合地幔体波层析成像研究显示,南海地区存在巨型复蘑菇状地幔低速柱头。笔者还探讨了软流圈对岩石圈结构的影响及其相互作用问题。     

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。     

青藏高原中北部地壳低速-高导层是部分熔融层的岩石学证据被证实

正青藏高原具有巨厚的大陆地壳,是地球上最大、最高的新生代高原。目前有3种主要的机制被用于解释其地壳增厚过程和高海拔地形的形成:增厚地幔岩石圈的减薄、陆内俯冲和地壳流动(或通道流)。产生上述争论的主要原因是目前青藏高原深部地壳、岩石圈地幔热演化资料的缺少,以及地壳物理观测到青藏高原地壳15-50km深处的低速层和高导层的多解     

拉萨地体内低速异常成因的探讨--壳内局部熔融的地震层析证据

青藏高原南部天然地震体波的层析反演图像描绘出拉萨地体内在15～90km深度内低速异常的分布特征。在研究速度结构的基础上，根据熔融程度与纵波波速呈倒数衰减的特性，论证了拉萨地体中低速体的出现与壳内的局部熔融有关。壳内局部熔融则来源于板块俯冲、地壳增厚产生的热而非幔源侵入所造成。同时，也发现了在拉萨以东中下地壳低速体有向东发展的趋势。大面积部分熔融层分布的深度范围约在15～35km处。另外，据藏南地区的SKS波分裂时间延迟很小的特点，推测藏南地幔中可能不存在各向异性，也就是没有足够的热源使各向异性矿物的品格重新定位。这从另一方面佐证了部分熔融仅存在于地壳内而不是地幔中。     

高温高压下含水矿物脱水对斜长岩纵波速度的影响

在1GPa、室温至880℃条件下对斜长岩的纵波速度进行了测量，并对实验产物进行了鉴定分析，讨论了含水矿物脱水对岩石纵波速度的影响。实验结果表明，在680℃左右，由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石开始脱水，矿物脱水产生的流体及其所引起岩石结构的变化可使岩石纵波速度降低10％左右。这意味着通过矿物脱水这一机制可以形成壳内低速层。