瑞典南部的岩石圈结构——芬诺罗拉计划的结果

芬诺罗拉(FENNOLORA)计划—1979年的芬诺斯堪的亚长测线地震计划,它的主要目的是确定在芬诺斯堪的亚地盾下方400多公里深度下的下部岩石圈和上地幔的结构。本研究中,瑞典南部各台站记录的三个爆炸点的资料被用来导出延伸600多公里的一个二维岩石圈结构模型。这三个爆炸点,一个在德国北部(剖面WN),两个在瑞典南部,相距300km(剖面BN和CS)。从北到南,这个剖面通过瑞芬构造(Svecofennides)、斯玛兰德-伐姆兰德(Smaland-Varmland)花岗岩带、不整合地覆盖在芬诺斯堪的亚地盾上的古生代岩石,经波罗的海(这里没有台站)进入德国北部的加里东构造区,在德国北部有一个爆炸点,但没有台站。这三个记录剖面图的解释是基于二维射线跟踪的方法,这种方法包括渐近射线理论综合地震图的计算。由于没有从德国的爆炸点到瑞典南部台站0～150km内的数据,因此,得不到这一地区详细的地壳结构图。测得地壳的厚度为32km。在大约50km深处,速度从8.00km/s迅速增大到8.35km/s,而下边是一个一直延伸到70km深度的低速带。对瑞典南部的相遇剖面BN和CS,情况完全不同,解释结果表明,地壳厚度与剖面北段相差大约12km。此段的莫霍面比较深,下地壳较厚,且有一个壳-幔过渡带,而不是速度的迅速增大。在这个相遇剖面的南段,有一个范围有限的地壳低速区。这一解释结果最重要的方面,是指出了瑞典南部两个爆炸点之间,地壳结构的变化出现在小于几十公里的、横向宽度有限的一个过渡区内。我们认为,模型的这个过渡区是一个主要的岩石圈边界,它与斯玛兰德-伐姆兰德花岗岩带与瑞芬构造的交接有关。     

芬诺斯堪的亚古陆的地壳演化——古地磁证据

芬诺斯堪的亚古陆从太古代到第三纪的古地磁极是依照和运用修改过的Bridar-Puff分类计算法得到的。应用这种新的“滤波”方法,可筛选出那些最好的、最可靠的作为分析用的磁极。采用这种滤波法应考虑下列情况:1.岩石单元的层位;2.岩石的年令;3.磁化组分的年代;4.古地磁方向的散布;5.天然     

地球动力学问题的数值模拟研究——以青藏高原现今隆升研究为例

以青藏高原地区为研究对象,考虑活动地块分区和主要断裂带,建立能反映地表起伏和分层结构的岩石圈三维粘弹性有限元模型。选取合适的模型参数、边界条件和加载条件进行计算,模拟了青藏高原地区的现今垂直隆升速率。研究表明,印度板块对欧亚板块的向北推挤作用是高原隆升的主要动力源。下地壳和岩石圈上地幔在印度板块的向北推挤下不断增厚,从而维持青藏高原地区现今的持续隆升状态。     

在东南芬诺斯堪的亚沿DSS部面进行地壳构造的对比

在取之横穿东南芬诺斯堪的亚地盾深地震测深剖面的资料的基础上,我们讨论了karelian和Svecofennian省的地壳构造的主要特征。这些资料显示出在古老的karelian地质区,地壳较薄(大约40km),平均速度较低(大约6.4km/s),且莫霍界面呈明显的不连续性,产生强反射。下地壳中的高速层,如果存在的话也很薄。在年轻的Svecofennian地质区,     

东南极冰盖Lambert冰川流域的物质平衡研究

Lambert冰川流域是南极冰盖最大的冰流系统, 因而在整个南极冰盖的物质平衡中占有非常重要的地位. 近年来穿越该冰川流域的路线考察所获得的现场观测资料和浅冰芯研究结果显示, 该冰川东、西两侧的积累速率分布和近期变化有明显差异: 东侧积累速率较高且近几十年来呈增加趋势, 西侧积累速率较低且过去几十年为明显减小. 冰体运动速度测量和冰流通量计算表明, 该冰川东侧运动速度较快, 冰流量也较大, 说明该冰川冰量补给主要来源于东侧区域. 计算出的考察断面上游物质积累总量大于流出的冰通量约13%, 意味着该流域目前处于物质正平衡状态, 如果保持目前气候状态, 冰盖将会增厚.     

北日德兰挪威-丹麦盆地折射剖面的地震模拟

挪威-丹麦盆地的沉积结构和其下伏的前寒武纪基底的地震速度可用日德兰(Jutland)北部(EUGENO—S计划,剖面3)的一个200km长的深折射地震剖面的二维射线追踪解释来模拟。提出的模型既与来自测井和上部沉积层浅层反射地震解释的十分详细的地质信息相吻合。也与来自剖面上三个炮点的观测走时相吻合。模型显示出剖面南部盆地厚约7km;在北部,近于芬诺斯堪的亚边界带减薄到1.5—2km;在中部,模型厚度约10km。上部沉积层(第四纪,第三纪和上白垩纪单元)的P波速度为1.9—3.0km/s,在最深的古生代地质单元,可达到5.5 km/s。前寒武纪基底的速度为5.9一6.5 km/s。而在llkm深处有一个清晰的基底反射层(速度比6.0/6.4km/s).     

微粒对多晶冰及冰川流变行为的影响——(Ⅰ)基于位错的弛豫模型

为量化冰及冰川在流变过程中位错密度随流变应力的变化,发展了一个基于位错的非线性弛豫模型.模型的计算表明：在冰的指数蠕变阶段,滞弹性试验所形成的应力/应变滞后环的宽度与面积随流变应力的增加呈线性增加,位错密度随流变应力的增加呈平方增加;在冰的线性蠕变阶段,滞弹性试验所形成的应力/应变滞后环的宽度、面积和位错密度保持不变.     

利用卫星重力资料反演地壳及岩石圈厚度

地球外部重力场由地球内部物质分布所决定,由于地宙与地幔、岩石圈与软流圈存在着较大的特性差异,利用重力资料可以确定莫霍面和岩石圈底面深度,基于上述结论,利用ＯＳＵ９１全球重力位模型数据进行了反演,计算结果表明,地壳和岩石圈厚度与地形相关,大陆地壳,岩石圈较厚,海洋则相反。     

青藏高原的隆升过程与地球动力学模型研究进展

综合对比、分析了现有青藏高原隆升过程和地球动力学模型相关成果，认为：（1）高原岩石圈以多圈层为特征，其内部层圈相互作用复杂，从而导致隆升过程和机制的复杂性以及构造演化的阶段性，高原的隆升是多种机制联合作用的产物，具有多阶段、非均一、不等速的特征；（2）现有地球动力学模式多力求用一种动力学体制对高原整体构造格架和成因演化进行解释，然而，高原的隆升过程、状态和动力学机制具有非线性、非周期性和无序性等特征，其隆升作用存在非线性效应；（3）以数值模拟为手段，开展物理与数学的定量模拟研究，建立组合动力学模型，是青藏高原隆升过程和地球动力学研究中有待深化的重要课题。     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

辽宁南部的大地热流及岩石圈热结构

本文论述了辽南地区地温分布和热流分布的特征。在热流值、岩石导热率及放射性生热率等数据基础上计算出深部温度。经分析岩石圈热结构后发现,辽东块隆区和下辽河断陷盆地间地温场存在明显的横向不均匀性。并求得下辽河盆地岩石圈深度74km,辽东区岩石圈深度约127km,两者之间的过渡区约深88km。最后,在分析了海城地震发生的原因后提出“热—水—震”的观点。     

上通流对大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式的潜在影响

本文以多孔介质中大尺度传热问题为基础,结合热平衡理论分析与数值计算,探讨了上通流对大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式的潜在影响.根据大陆岩石圈中孔隙波传热概念模型的初步理论分析结果,指出了采用理论分析和数值模拟相结合的方法在研究大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式时的重要性.理论分析方法可用来确定岩石圈尺度范围内大陆岩石圈的厚度和大陆地壳相关的边界条件,从而为地壳范围内数值模型的建立提供一些重要信息.数值模拟方法可以用来模拟地壳尺度范围内地壳的详细结构和复杂几何形状.如果地壳内的热分布是所考虑的主要因素,采用具有地壳尺度的合理数值模型可以有效减少计算机工作量.利用理论分析方法求出的岩石圈尺度范围内大陆岩石圈厚度与地幔传导热流之间关系的理论解,不仅可以用来验证模拟大陆岩石圈内传热问题所采用的数值方法, 而且可以用来初步研究大陆岩石圈内热分布的基本规律,为研究岩石圈地幔热事件中大陆岩石圈热减薄过程提供相应的边界条件.本文从理论分析的观点初步探讨了中国大陆不同构造背景下大陆岩石圈的热结构模式,其结果与从地球物理和地质资料中获得的大陆岩石圈热结构模式十分吻合.研究结果表明由大陆岩石圈中孔隙波传播所导致的上通流是影响大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式及大陆岩石圈地幔与地壳之间物质和能量交换的可能机制之一.     

六盘山地区地壳重力均衡与隆升机制研究

2014年8月跨越六盘山东麓断裂带,在长度约为200公里的剖面上展开了流动重力/GPS联合剖面观测.观测结果表明,测线东端的布格重力异常约为-190 m Gal(10~(-5)ms~(-2)),西端则为-250 m Gal左右.在假设地壳均一的前提下,基于Airy均衡模型,利用布格重力异常和GPS观测数据,分别计算了测线所在剖面的莫霍面深度与均衡面深度,发现六盘山地区处于正均衡异常状态.使用布格重力异常数据反演六盘山地区的地壳密度结构,并据此地壳分层结构,计算了六盘山地区均衡面与莫霍面深度,对比显示该区域亦处于均衡正异常状态.为了确定青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度和六盘山隆升机制,我们利用EMG2008自由空气异常和SRTM V18.1 DEM数据,使用自由空气重力异常导纳方法,研究了以六盘山地区为中心的青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度(Te)和加载机制,发现六盘山地区的Te为5 km,岩石圈加载主要来自于地表,占总加载的95%.最后,对比六盘山地区Airy均衡异常与弹性板均衡异常,发现六盘山东麓断层处地壳承载梯度值最大,表明该断裂带吸收了较多的应变能.     

基于MF6, EMM2010和CGRF2010模型的中国大陆地壳磁异常特征

利用地磁场全球模型MF6, EMM2010和基于地面观测数据建立的2010.0中国地磁参考场(CGRF2010)等3个模型分别计算了中国大陆地区岩石圈磁场, 发现3个模型各有其特点: 基于卫星数据建立的MF6模型分辨率有限, 其磁异常条带呈蠕虫状; EMM2010模型岩石圈磁场概貌与MF6模型相似但细节特征十分突出; CGRF2010模型可信度较高, 其分辨率东西部差异较大, 异常形态以团状为主． 通过分析3个模型得到的中国大陆地区岩石圈磁场垂直分量ΔZ的强度及其分布特征发现: ΔZ分量在准噶尔盆地、 塔里木盆地、 柴达木盆地及四川盆地等地区均为正值, 而在天山、 大巴山等地区为负值; ΔZ分量分布在华北岩石圈地块与华南岩石圈地块吻合程度较高; 在青藏高原南部、 西域岩石圈地块北部以及松辽岩石圈地块, 全球模型与CGRF2010模型存在显著差别．      

大陆俯冲带弹性板块厚度的变化

通过对欧洲、亚洲和美洲俯冲形成造山带地区的15个弹性岩石圈厚度可靠地估计后,我们认为大陆岩石圈的强度作为深度的函数与大洋岩石圈显著不同。大陆岩石圈的强度可比所预计的、具有相同热年代的大洋岩石圈的强度高得多或低得多,这取决于岩石圈的应力状态。我们认为这是两种效应相互作用的结果。对一亿年以上的大陆板块来说,大陆下面的热板块越厚,其弹塑性转变点就越深,并且由于大陆地壳的塑性蠕变激活能低,导致上部弹性岩石圈在很高的扭曲应力作用下大规模破裂。若年龄为10亿年的岩石圈弹性板块的厚度为100km,则热板块的厚度至少为250km。在高应力状态下弹性板块变薄的程度与下地壳中包含塑性带的简单屈服包络线的计算结果相一致,大陆物质的屈服强度低,表明有效弹性板块的     

芬诺斯坎迪亚地区岩石层的三维密度与热学综合模型

在芬诺斯坎迪亚地区及邻近地区建立了一个地壳及上地幔的三维地球物理模型。这个模型采用地震学结论、重力场和热流量数据进行组建。根据地震学数据得出的地层以及Ｐ波速度在这些地层中的分布,定出基本的初始地震模型。而速度、热产生和密度之间的关系的经验公式用来将地震模型变换成热学模型与密度模型。在变换过程中,压力与温度对物理性质的影响已经搞清楚并已加入计算。在解决地热和重力数据的反演问题时,使用速度、热产生和密     

引发1998年3月25日南极板块地震的原因是什么？根据区域应力和应变速率场所作的推断

本文研究了1998年南极板块地震发生背后可能的驱动力，我们首先确定了与相对板块运动调节有关的区域应变速率场，其次确定了与岩石圈重力位能差和南极冰盖消融作用有关的垂直向平均最小偏应力场，我们发现此次地震的机制与根据三板块汇合区内形变扩散带的运动模型推断的应变方向不一致，不能排除由冰消作用引起的应力扰动是此次地震的一个触发机制。     

华北岩石圈三维流变结构的一种初步模型

利用华北地区(105~124°E, 30~42°N)的地震P波速度资料和大地热流资料建立了华北岩石圈的三维波速分布及温度分布. 考虑了摩擦滑动、脆性破裂及蠕变三 种主要的流变机制在岩石圈中的作用. 计算了华北岩石圈流变强度及粘度的三维分布. 结果表明, 岩石圈的流变强度和粘度有着明显的分层特征. 在应变率为 的情况下, 上地壳上部为脆性区, 下部有可能是以蠕变为主的延性区; 中地壳可以是以脆性破裂为主的脆性区, 也可以是上层以脆性破裂为主而大部分是以蠕变为主的延性区; 而下地壳几乎均是以蠕变为主的延性区; 壳下岩石圈上部是以脆性破裂为主或以蠕变为主的高强度区. 同时可以看出, 流变强度在水平方向上有很大的不同, 与大地构造有着明显的联系. 讨论了岩石圈波速结构, 温度分布对流变结构的影响, 并对改进岩石圈流变结构的研究提出了建议.     

青藏高原挤压隆升过程的数值模拟

将大陆岩石层视为由幂指数律控制的一层薄层,它上伏在粘滞性较低的软流层之 上蠕变流动,其运动限制在与东亚大陆构造形态较相似的边界模型的梯形框架之中．设印度 板块以一恒定的速度向北推进,并被视为青藏高原挤压隆升的主要动力．用数值模拟的方法 研究了青藏高原的挤压隆升演化过程,并对数值模拟的隆升过程作了剥蚀修正．结果表明, 由挤压模型所产生的地形和现代青藏高原及其邻区的地形格局比较吻合．同时也表明,挤压 隆升过程受多种因素（如岩石层的力学特性、边界条件以及剥蚀作用）的制约,无论从空间还 是从时间上看,模拟所反映的高原隆升都是不均匀的演化过程．     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.