海底地震观测技术探索与实践

天津市近海地震观测试验系统首次在井下将测震仪器和前兆仪器进行组合观测,可为海底地震观测技术的进一步发展积累经验,为海底地震监测和前兆观测积累大量的基础观测资料,具有良好的社会效益。     

海底地震监测网络发展现状

近年来随着地面与空间的遥测遥感通信技术,特别是随之衍生而来的海底光纤电缆技术的发展,海洋学者可以从海底回头向上观测整个海洋世界,对深入海底做近距离和全天候监测海洋信息变为可能。近年来许多国家正在逐步策划和建设以海啸减灾为目的,以海底电缆为主轴、海底地震监测为核心内容的海底观测网络。本文分别针对美国、加拿大、欧洲、日本以及中国多种典型海底观测网的主要观测技术进行分析,提出发展中国海底地震监测网络的建议。     

海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

洋壳、海水、大气间的相互作用——关于厄尼诺成因的探讨

本文通过海底火山和海底水热活动对海温影响实例,指出海水温度不仅受大气状态的影响,而且还受海洋地壳热力状态的影响。在对海温变化的研究中,除考虑海气间的相互作用外,洋壳对海温的影响也是不可忽视的。对全球气候有重大影响的厄尼诺事件可能是洋壳、海水、大气相互作用的结果。     

黄河三角洲北部海底刺穿初步研究

通过对地形、高分辨率浅地层剖面及钻孔等资料分析 ,发现现代黄河三角洲北部存在海底刺穿 .刺穿体分布在废弃三角洲叶瓣水下斜坡的中下部 ,由河口沙坝之下的前三角洲沉积的软弱层变形造成 .进一步研究表明其成因与密西西比河三角洲有很大差别 ,与海洋动力对海底侵蚀密切相关 ,刺穿发生在侵蚀量最大的部位 .软弱层及其刺穿体对海洋工程设施危害极大     

海底震后形变多基站联合估计模型

海底基准站坐标时序可用于海底震后形变监测,但受观测条件和观测成本所限,海底基准站定位精度相对较低,难以获取高时间分辨率海底基准站坐标时序.针对小样本、非连续海底观测时序分析问题,本文提出将站速度、震后形变参数作为多个邻近基准站的公共参数进行联合估计,并将N-E方向震后形变弛豫因子也作为公共参数;提出了求解站坐标、站速度等线性参数与震后形变非线性参数进行混合非线性估计的“一步法”.试验表明,相对单站估计模型,本文提出的多站联合估计模型可克服海底基准站坐标时序样本有限和精度受限等问题,且相对于站速率和震后形变参数分离估计的“两步法”,“一步法”更为严密,可获得更为有效的震后形变参数估计.     

长江流域碎屑锆石U-Pb年龄物源示踪研究进展

长江的演化对于了解现代亚洲地貌格局的演变,以及探讨河流发育对构造隆升和季风演化的响应均具有十分重要的意义。前人已采用多种方法厘定长江的演化历史,但对长江贯通时限等问题仍存在较大的争议。目前物源示踪是进行河流演化研究的重要方法之一,其关键在于选取的示踪剂能够有效地代表源区信息并能准确定年。锆石的封闭温度高,可十分稳定地记录源区信息,且在河流中广泛存在,采集样品方便,锆石U-Pb年代学分析方法成熟,因而广泛应用于长江流域物源示踪研究。但长江流域面积广泛,流经的地质单元岩性复杂,流域内热历史信息丰富,这导致单纯利用该方法进行物源示踪研究面临诸多亟待解决的问题。文中在国内外研究资料的基础上,基于从"源"到"汇"系统的研究思路,通过对比分析,指出基于碎屑锆石U-Pb年代学进行长江流域物源示踪研究的局限性以及需要注意的问题。     

1951～2002年中国东、西部地区地面气温变化对比

利用1951～2002年全国733个测站经过非均一性检验的月平均气温资料,在剔除50万以上人口大城市测站后,分析了52年来中国东、西部及青藏高原地区的气温变化趋势的一致性和差异性,并讨论了其可能原因.结果表明我国东、西部地区年、季平均气温变化有着较好的一致性;近52年来,我国东、西部和青藏高原地区年平均气温均呈升温趋势,年平均气温的增温速率东部为026℃/10a,西部018℃/10a,东部比西部高008℃/10a;季平均气温东部地区冬、春季的增暖趋势大于西部和青藏高原,而其夏、秋季的增暖趋势小于西部和青藏高原.我国东、西部地区年、季平均气温变化关系密切,说明其主要是受全球气候变化的影响而变化,但东部年平均气温的增暖总趋势大于西部,又说明地域差异在气温变化中也有重要作用.     

阿尔金断裂南侧弧形地貌单元成因及其构造意义

巨型左旋走滑的阿尔金断裂是青藏高原的北部边界,在印度-欧亚板块碰撞过程中起重要的调节作用,控制着青藏高原东北部的构造演化,认识其活动演化对理解青藏高原的构造变形过程和机制具有重要意义。阿尔金断裂南侧存在一系列弧形地貌单元,知晓这些弧形带是原始弧形弯曲还是后期由于阿尔金断裂左旋走滑拖曳而形成的,对认识阿尔金断裂的构造演化具有重要意义。文中在前期阿尔金断裂南侧柴西英雄岭和柴北缘2条弧形带不同部位已开展的精细古地磁旋转变形研究的基础上,综合研究区和阿尔金断裂附近已有的古地磁旋转变形研究结果和弧形带几何形态学等其它地质证据,分析发现这2条弧形带的几何学特征是由其不同部位发生旋转变形所导致的,且旋转变形与该时段阿尔金断裂的快速左旋走滑活动密切相关。通过上述工作,更加全面地了解了阿尔金断裂新生代2阶段的走滑特征,进一步限定了阿尔金断裂早渐新世以来左旋滑移量,以柴西段为参照系滑移量至少约350～430km,以柴北缘段为参照系至少约380～460km,平均滑移速率至少约10. 6～13. 9mm/a。     

中国近海海平面变化特征分析

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表明,各主成分的空间分布特征与当地的海洋环流或洋流特征相对应.时频分析结果显示,中国近海海平面变化的显著周期主要为年周期信号.其次,黄海和东海还显示准2个月的非稳态信号,东海和南海具有较显著的半年周期信号,东海半年周期信号的能量不稳定.此外,在南海及台湾东部海域,首次发现存在较为显著的准540天周期信号,其动力学机制目前尚不明确.坎门和西沙验潮站资料的时频特征分析也验证了该信号的存在.最后本文给出了中国近海海平面在1993~2007年间的平均上升速率和其区域分布特征.     

Seismic anisotropy beneath the Chinese Mainland: Constraints from shear wave splitting analyses

We use earthquakes recorded by the China National Seismic Network from 2015 to 2019 and measure shear wave splitting parameters of SKS to study the anisotropic characteristics beneath the mainland of China. In general, the fast directions change from nearly E-W in western China (northwest China and Qinghai-Tibetan Plateau) to nearly N–S in central China (Ordos and Sichuan-Yunnan), and then turn to approximately E-W in eastern China (North and South China). The delay times of slow wave in eastern China are about 1.0–1.7 ​s, larger than those in central and western China (about 0.6–1.0 ​s). In addition, the fast directions in eastern China are highly consistent with the plate motion direction and horizontal GPS velocities with respect to Eurasia, indicating that the observed anisotropy is mainly from the asthenosphere which is strongly coupled to the overlying lithosphere. However, the fast directions in western China are mostly in accord with the strike of the surface structures (such as faults), possibly due to the directional arrangement of crystal lattices caused by shear deformation under tectonic activities.     

Fractal analysis applied to faults and earthquakes—A case study of China

The characteristics and correlation of faults and earthquakes are discussed based on fractal and statistical analysis of the earthquakes in the last 500 years and the active faults in China. It is found that fractal relationship exists between the frequency and the length of the active faults, and the fractal dimension is 1.70 in the continental region of China, and 1.40 in the northwest China. The fractal relationship also exists between the frequency and the scales of earthquakes during the last five centuries and the fractal dimension is 1.30 for the whole continental region of China and 1.08 for the northwest China. The differences of the fractal dimensions between the active faults and the earthquakes indicate that some of the active faults have not caused earthquakes during the last 500 years. The differences of fractal dimensions of the active faults and earthquakes between the northwest China and the whole continental region of China suggest that the frequency of strong earthquakes is greater in northwest China than that of the average level of China, because the number of longer active faults is larger in northwest China than that of the average in whole China. Thus, the fractal analysis is an effective method for studies of faults and earthquakes.     

中国大陆应变应力场研究

根据1999～2009年网络工程GPS观测资料计算得到的应变率参数,研究了中国大陆地壳的应变应力场及其地壳现今的水平活动特征。结果表明,中国大陆地壳西部青藏亚板块的压应力主方向围绕藏南和阿萨姆构造结向北、东、南依次辐射撒开。新疆亚板块自西向东由近SN向变为NE向。中国大陆东部地壳的压应力主方向自北向南由NEE变为近EW向,再变为SEE向。中国大陆主压应力作用强度西部显著大于东部。中国大陆地壳西部强于东部,南部强于北部,现今西部地壳以挤压、走滑为主,东部地壳既有挤压、走滑,也有拉张。     

Fractal analysis applied to faults and earthquakes——A case study of China

Ｆｒａｃｔａｌａｎａｌｙｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｆａｕｌｔｓａｎｄｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ———ＡｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆＣｈｉｎａＪＩＡＮＷＡＮＧ（王建）ＸＩＡＯＨＵＡＺＨＵ（朱晓华）ＹＯＮＧＨＵＩＸＵ（徐永辉）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｇ...     

褶皱冲断带时空演化动力学过程的数值模拟

利用库仑临界锥角理论和沙箱物理模拟进行褶皱冲断带的研究时,通常忽略了楔形体介质的内聚力.岩石力学实验结果表明,岩石内聚力通常在几到几十兆帕范围内变化.楔形体介质强度的变化是否会影响褶皱冲断带的时空演化?针对这一问题,我们建立了岩石内聚力分别是10MPa、20MPa和50MPa的3个二维弹塑性有限元模型,模型包含了楔形体介质的弹塑性材料非线性和底部滑脱带的接触非线性.该模型考虑了不同介质强度、底部滑脱带摩擦、重力和边界构造加载的影响,更为符合实际.计算结果表明,岩石内聚力为10MPa时,楔形体内的断坡首先在楔形体近端产生,从近端依次向远端发展;岩石内聚力是20MPa时,断坡开始在楔形体近端产生,随后在远端也开始形成,最后由两端向中间汇聚;岩石内聚力是50MPa时,断坡先从楔形体远端形成,从远端向近端依次发展.我们还讨论了底部滑脱层倾角对褶皱冲断带演化的影响,结果表明较低的底部滑脱面倾角易产生由近端向远端演化的样式,中等滑脱面倾角易产生两端向中间演化的样式,较高滑脱面倾角易产生由远端向近端演化的样式.我们得到了三种不同的褶皱冲断带时空演化的模式,其结果可以用来解释青藏高原东北缘依次向北东方向发展的海原-六盘山断层、天景山断层、烟筒山断层系统的时空演化.     

Extreme climate events,migration for cultivation and policies:A case study in the early Qing Dynasty of China

Based on the historical records of the annual increase in the workforce (men older than 16 years of age), the annual new taxed cropland in the Shengjing area (Northeast China), the extreme climate events in North China, and related management policies in Northeast China during 1661―1680, a case study has been conducted to investigate the relationship between the extreme climate events in North China and the migration to Northeast China for cultivation. This study has found that the migration to Northeast China for cultivation from 1661 to 1680 was a response to the drought events that occurred in North China. The upsurge of migration, which occurred in 1665―1680, was a response to the drought period during 1664―1680 in North China while the fewer disasters period in Northeast China. There were three migratory peaks during the upsurge of migration, which corresponded to the three drought events. The peaks of migration, however, often lagged behind the drought events about 1―2 years. The encourag-ing-migration policy, which was adopted to encourage cultivation in Northeast China, did not produce much migration into the region in the early Qing Dynasty. It did, however, provide a policy background, which ensured more than 10000 migrants per year to Northeast China when North China suffered from drought/flood disasters. As a response to the highest peak of migration induced by the severe droughts in North China during 1664―1667, a prohibiting-migration policy restricted further migration to Northeast China was carried out in 1668. Although the prohibiting-migration policy could not entirely stop the migrants fleeing from famine in North China to Northeast China, the migrants and cultivation were significantly reduced under the policy. The frequent changes of the policy on the years when taxation started after the land was cultivated were also related to climate events. The extreme climate events in North China, migration to Northeast China for cultivation, and the related management poli-cies showed an impact-response chain, which reflected the interaction among extreme climate events, human behavior, and policies.