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.     

用散射体波随机反演研究长白山火山区介质非均匀性

观测和研究表明,地球内部存在着不同程度的介质非均匀性,由地震波所揭示的介质非均匀尺度可达8个数量级。根据散射体与地震波长之间的大小关系,将地球内部介质非均匀性分为两类：即大尺度非均匀性（长波长非均匀性）和小尺度非均匀性（短波长非均匀性）。在当代地震学中,用确定性方法研究大尺度非均匀性已是众所共知的事情,目前技术方法也已比较成熟;对小尺度非均匀性的研究则是一个全新的研究领域,其理论探索和方法研究还处于起步阶段,本文重点对3D小尺度介质非均匀性进行了研究。     

随机介质中S波包络展宽的频率特性

用确定性地球模型很难对地震图中尾波给出合理解释,这一现象在区域地震记录中表现得尤为明显.震源与观测点之间随机分布的非均匀体引起弹性波的散射可能是造成尾波的主要原因之一.尺度不同的非均匀体所引起的地震波散射强度有所差异,通过研究散射波可获取地球内部非均匀结构的信息.     

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.     

长白山天池火山区三维地壳结构层析成像

利用长白山天池火山区三维空间深地震测观测系统所采集的反射P波走时资料,采用层析成像技术,重建了该区地壳界面构造形态和速度分析图像。界面成像结果表明：研究区地壳界面总体上显示了由北西向东南加深的趋势;马鞍山—三道白河断裂和富尔河—红旗河断裂是本区两条主要的深部构造,尤其是马鞍山—三道白河断裂,北北东向穿越天池火山口,其两侧的地壳界面存在明显的错断,预示了该处地壳厚度陡变或深大断裂带的存在,速度成像结果显示在10km深度,明显的P波低速异常分布在天池周围;15km深度上它表现为一个近南北向的P波低速异常条带,其延展尺度南北向为80~90km,东西向30~40km;随着深度的增加,P波低速异常分布在天池西侧,其尺度有明显的缩小,分布范围更加集中,而且低速扰动幅度更大。这种P波速度异常的变化图像在一定程度上反映了天池火山口下方壳内岩浆系统的空间分状况。     

腾冲全新世火山区P波和S波速度及其比值

９个发生于观测台网区域上地壳内的地震,用Ｐ波到时定位,从ＴＰ～Ｔs－Ｐ图得出高Ｖ Ｐ／Ｖs值,显示了低速Ｓ波存在的信息。在资料有限情况下,假设震中距不变,反演震源 深度,发震时,ＶＰ和Ｖs,得出ＶＰ＝５．９０ｋｍ／ｓ,Ｖｓ＝３．０４ｋｍ／ｓ,ＶＰ／Ｖｓ＝２．９４。Ｖｐ比区域的同深度平均Ｐ波速度６．０ｋｍ／ｓ低１．７％,Ｖs 比按弹介质的Ｓ波速度＝Ｖｐ／１．７３２低１２．４％。这种低速结果符合富含液性物质     

长白山火山区地壳S波速度结构的背景噪声成像

利用探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids的60个流动台与固定地震台2010年7月至2014年12月的垂向连续波形数据,采用地震背景噪声成像方法获得了研究区6~40 s周期的瑞雷波相速度分布,并通过相速度频散反演得到了研究区下方0~50 km的三维S波速度结构.结果表明：研究区下方地壳S波速度结构存在明显的横向和纵向不均匀性,浅部速度结构与浅表地质构造单元有较好的对应,深部速度结构较好地反映了区域火山活动及深部热物质作用的结构特征;在长白山火山下方9~30 km深度范围内存在明显低速区并有向下延伸的趋势,推测可能为长白山火山地壳岩浆囊;在龙岗火山下方12~30 km深度范围内发现较弱的低速区,可能代表火山喷发后的残留物,而在镜泊湖火山下方没有明显的低速异常,说明镜泊湖火山地壳内可能不存在部分熔融的岩浆物质.

     

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．     

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     

长白山天池火山溃湖洪水最大流量的初步估算及影响分析

长白山天池火山是目前最具潜在喷发危险的活火山。依据长白山天池火山的最新监测研究成果,结合地形地貌、水文流域特点及天池火山历史喷发类型,重点分析了长白山天池火山未来喷发时发生溃湖洪水的危险性。利用相关的水动力学公式,建立了溃口规模和洪水湿周、流量和流速的内在关系。详细分析溃湖洪峰在下游二道白河镇、白山水电站、红石水电站等关键位置的最大流量及流速。结果表明,若天池火山湖水溃泄一半即10亿m3时,距火山口50km处的二道白河镇瞬时洪水流速达84 904m3/s,该镇将全部被淹没。下游的白山水库、丰满水库将分别受到流量23 560m3/s和1 505m3/s洪水的冲击,水库安全受到严重威胁。     

长白山天池火山灾害预警基础数据库的初步建立

本文主要介绍了建立长白山天池火山灾害预警基础数据库的必要性及运用Mapinfo软件为平台建立的基础数据库的结构及功能。     

长白山天池火山监测与火山活动状态的初步分析

对长白山天池火山监测站连续 4年的监测资料 ,包括测震 (含野外测震子台 )、形变 (含GPS和水准 )及水化等进行了认真的分析整理。同时将各手段所获资料与历年的资料进行了对比 ,对长白山天池火山目前的活动状态做出了初步判断。结果表明 :长白山天池火山目前正处于活跃状态 ,而且其活动性具逐年增强的趋势 ,主要表现为最近 1年来的火山地震频次和能量明显地增强     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

利用卫星热红外遥感技术监测长白山天池火山活动性

介绍了卫星热红外遥感技术用于火山监测的国内外研究现状,阐述了热红外遥感技术的原理,分析了卫星热红外遥感技术用于火山活动性监测的可行性。以长白山天池火山为例,基于Landsat TM/ETM影像和ASTER影像反演获得了1999—2008年的温度场,并选取了其中的3种地面覆盖类型(森林植被、土壤和植被(矮草)以及裸露岩石),从而去除了地表环境因素的影响;从每种地面覆盖类型中扣除了当日天池气象站的平均气温,去除了气象因素的影响,得到了由火山热活动可能导致的温度热异常。结果显示,从1999—2005年,由火山活动导致的温度热异常伴随着扰动发生了明显的上升,自2005年以后逐渐下降,2006—2008年趋于稳定。这些结果与测震、GPS形变以及He同位素比值变化趋势保持了较好的一致性,表明卫星热红外遥感技术用于火山活动性监测的巨大潜力和优势,可以作为一种常规的监测手段尝试性地纳入日常的火山监测工作中     

Characteristics of S-wave Envelope Broadening in the Changbaishan Tianchi Volcano

High-frequency S-wave seismogram envelopes of microearthquakes broaden with increasing travel distance,a phenomenon known as S-wave envelope broadening. Multiple forward scattering and diffraction for the random inhomogeneities along the seismic ray path are the main causes of S-wave envelope broadening,so the phenomenon of S-wave envelope broadening is used to study the inhomogeneity of the medium. The peak delay time of an S-wave,which is defined as the time lag from the direct S-wave onset to the maximum amplitude arrival of its envelope,is accepted to quantify S-wave envelope broadening. 204 small earthquake records in Changbaishan Tianchi volcano were analyzed by the S-wave envelope broadening algorithm. The results show that S-wave envelope broadening in the Changbaishan Tianchi volcano is obvious,and that the peak delay time of S-wave has a positive correlation with the hypocenter distance and frequency of the S-wave. The relationships between the S-wave peak delay time and the hypocenter distance for different frequency bands were obtained using the statistics method. The results are beneficial to the understanding of the S-wave envelope broadening phenomena and the quantitative research on the inhomogeneities of the crust medium in the Changbaishan Tianchi volcano region.     

长白山天池火山造盾熔岩流流动速度的恢复与溢流性灾害讨论

天池火山东北侧造盾玄武岩可划分出8个流动单元,熔岩流的流动距离主要集中在30~50km,熔岩流宽度以5km左右为主。通过由野外调查获得的天池火山东北侧不同熔岩流单元的地表坡度、熔岩流厚度等,结合温度、密度与黏度等物理参数,按照熔岩流速度公式恢复的头道组和早白山组0.5m厚晶体含量5%的玄武岩熔岩流流速集中在0~1m/s之间。晶体含量为30%、厚度为0.5m的晚白山组和老房子小山组玄武岩熔岩流的流动速度集中在0~0.12m/s之间。厚度增大至2m左右,晶体含量不变的头道组和早白山组的玄武岩熔岩流流动速度可加快至11m/s。天池火山2m厚的碱性熔岩流在12h内达到或接近了它的最远距离,而各组内2m厚拉斑玄武岩熔岩流在20h内接近了最远距离。0.5m厚的熔岩流在10d内接近最大距离。50km是预计的熔岩流长度,在未来制定减灾措施时,可将此长度作为重要依据之一。天池火山熔岩流灾害主要表现为熔岩流动时对房屋建筑、农田、道路、林地、电站的毁坏,火灾及大量的人口伤亡     

长白山天池火山千年大喷发不同颜色浮岩的岩石化学特征

长白山天池火山大约 1 000年前的大喷发,形成了巨厚的火山碎屑流堆积层,其主要组成是浮岩与火山灰。以往的研究普遍认为其中的浮岩为灰白色,属流纹质。笔者在考察中发现了不少黑色及少量其它颜色的浮岩,系统地采集了各色样品作浮岩化学成分分析,结果表明,灰白色浮岩与黑色浮岩分别为流纹质和粗面质,灰色浮岩属于粗面质但靠近流纹质端元。它们都来源于地壳岩浆房,是岩浆房内不同分异演化阶段的产物,它们同时喷出说明岩浆房内具有分带性及不同性质岩浆的混合     

长白山天池火山天文峰黄色浮岩的岩相学与显微结构特征

在长白山天池火口天文峰内壁发育数十m厚的爆炸式喷发堆积物,颜色各异.其中1套规模较大的黄色中弱熔结的粗粒浮岩空降堆积,堆积物碎屑粒径大,气孔大量发育,含有大粒径粗面岩岩块.文中对采于该套黄色堆积物的样品进行了全岩成分和显微结构特征分析,并与“千年大喷发”的空降浮岩进行了对比.研究结果表明:1)黄色浮岩与千年喷发的浮岩一样,属于碱性流纹岩,比千年喷发的灰白色浮岩略偏基性,可能由同一岩浆演化而来;2)黄色浮岩呈泡沫状,由不同大小的气孔、气孔壁和少量斑晶组成,部分较大的圆形气孔沿斑晶周围发育,呈串珠状排列,流动特征明显,黄色浮岩的斑晶类型和气孔结构与千年喷发的灰白色浮岩类似;3)已有扫描电镜和X射线衍射分析结果显示黄色浮岩中的长石参数与其他浮岩明显不同,可能是独立火山喷发事件的产物.上述岩石学证据表明,该套黄色堆积物是火山爆炸式喷发作用形成的浮岩空降堆积.