洋中脊动力学研究现状

对最近几年洋中脊动力学研究之进展给予综述.研究包括:(1)脊轴处中央U 形(?)谷的成因:(2)洋脊下地幔对流、熔融和熔体迁移之格局;(3)洋脊处上升流的流动结构与洋脊分节的关系;(4)岩石层对洋脊分节的影响:(5)洋中脊断裂带与热应力之关系等五个方面.对上述五问题之地质、地球物理或地球化学背景仅作简要说明.主要介绍洋中脊动力学之理论研究状况,即着重介绍几年来所提出的解析的、数值的以及物理实验的各种模型之基本思路及主要结论.     

东太平洋北部洋中脊上地壳精细结构地震探测

海洋多道反射地震成像是研究大洋岩石圈结构、岩浆系统和热液活动等信息的重要手段.受限于缆长、水深和采集方式等因素, 水听器拖缆接收到的用于速度建模的壳内折射震相通常仅出现在较远偏移距, 同时仅利用走时信息反演获得的速度模型只含有长波长的结构信息, 严重制约了速度模型分辨率与地震成像效果.本文在传统初至波走时层析成像方法的基础上, 加入地震波场的向下延拓、全波形反演和逆时偏移成像, 发展了一套能显著提高洋中脊浅部结构分辨率的地震数据处理、建模与成像流程, 并成功应用到东太平洋北部洋中脊五条垂直于洋脊轴的代表测线中.速度模型显示上地壳2A和2B层分别表现为高和低速度梯度特征, 上地壳速度结构呈现不连续的低速异常特征, 且与断裂或热液活动信号具有较好的空间对应关系.同时, 地震成像也显示了2A/2B层存在明显的非均质性, 表明上地壳结构受到岩浆-构造-热液作用的共同影响.本研究不仅为建立快速扩张洋中脊三维岩浆-构造-热液地质模型提供了支撑, 同时为这套流程在其他研究区的应用提供了方法基础.

     

洋中脊构造及地震调查现状

介绍了洋中脊的全球分布和构造特征,对全球主要的、不同扩张速率的洋中脊进行了分类和列表描述;对洋中脊的构造特征,如地形特征、地壳厚度与扩张速率的关系及扩张轴下的岩浆房的特征、洋中脊与地幔柱的相互作用进行了阐述。回顾了海底地震仪在洋中脊构造调查中的应用及取得的主要成果。简要介绍了我国将用海底地震仪开展洋中脊构造调查的技术路线。     

高分辨折射和浅层反射地震方法在活断层探测中的联合应用

浅层反射地震方法是城市活断层探测常用的技术,但在基岩埋深比较浅的地区,往往只能识别出基岩顶面的反射波,而仅根据反射地震剖面上单个同相轴的变化很难准确判定断层是否存在.浅层地层的错断往往会引起速度的横向变化,利用高分辨折射地震方法采集的数据,应用层析成像方法获得的速度剖面,能够反映地下速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅层断层存在的可能性.在四川某地,将这两种方法同时应用于活断层浅层地震勘探中.结果表明,两种方法联合应用可在一定程度上弥补浅层反射地震勘探方法在基岩埋深较浅地区的不足.     

浅层地震反射和折射层析成像在海州—韩山断裂探测中的联合应用

海州—韩山断裂是连云港地区一条重要断裂,属于海泗断裂带的西边界断裂。断裂隐伏于较浅的覆盖层之下且控制了基岩岩性分界。浅层地震反射法作为断层探测的首选方法,对海州—韩山断裂进行探测时仅能识别出基岩顶面反射波,难以实现对断裂的准确判别。而折射层析成像法适用于速度横向差异大的区域,可获取断层两盘岩性速度差异信息,进而判定断层位置,弥补反射法的不足。本文在跨海州—韩山断裂同一位置上联合应用浅层地震反射和折射层析成像两种探测方法,进行了钻孔联合剖面探测和合成地震记录验证。研究表明,浅层地震反射和折射层析成像两种方法联合探测海州—韩山断裂,较单一方法可对断层实现更精准的定位,获取更丰富的断层信息,为类似地质条件下的断层探测提供了思路。     

大容量气枪震源陆地反射地震探测技术

为了探索大容量气枪震源在探测区域结构以及在内陆水体进行水陆联测的可行性与有效性,2015年在安徽铜陵完成了长江航道走航激发、陆地接收反射波的“地学长江计划”铜陵段试验。本文从试验观测系统、共中心点分布、覆盖次数以及单炮数据属性等方面综合分析了大容量气枪震源陆地反射试验结果的影响因素。试验结果表明:① 大容量气枪震源在内陆水体激发能够用于地壳结构的探测;② 在水陆联测勘探中,根据目标层段合理设计反射角,能够有效地解决小炮检距反射角不足、大炮检距能量弱的问题;③ 在进行弯线数据采集时,需要对观测系统进行设计,以提高共中心面元的有效覆盖次数;④ 根据气枪震源容量的大小,进行最大、最小炮检距设计,是确保面元成像速度分析精度和面元炮检距属性分布合理的重要条件。      

西南印度洋中脊三维地震探测中炮点与海底地震仪的位置校正

在海上实施三维地震探测过程中,人工震源枪阵中心与船上GPS的距离及地震探测作业中的船行方向造成炮点实际位置与预设位置有一定偏差;自由落体投放的OBS由于海流的影响会偏离原定设计位置(投放点),因此,炮点与海底地震仪(OBS)的位置校正是三维地震结构研究中的基本环节.本文利用艏向信息校正了炮点位置;采用蒙特卡洛和最小二乘法方法对海底地震仪的位置进行了校正,并探讨了直达水波曲线特征.结果表明 OBS位置一般偏离设计点1 km左右,其误差范围在20 m以内,校正后的OBS记录剖面展示了真实的记录情况.该研究结果为下一步西南印度洋的三维层析成像研究提供了坚实数据基础,同时为今后南海的三维深部地壳结构探测提供经验与借鉴.     

深地震反射剖面探测技术发展现状

由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质...     

Gakkel洋中脊基底隆起的非对称地壳结构

超慢速扩张的北冰洋Gakkel洋中脊具有六个沿扩张方向的线性基底隆起（本文编号为A-F）.这些线性基底隆起在中轴两侧的地球物理场和地壳结构呈现不同程度的非对称性.本文利用Gakkel洋中脊的地形、空间重力异常（FAA）和航空磁力数据,计算了它的扩张速率、剩余地幔布格重力异常（RMBA）、地壳厚度和非均衡地形.根据中轴两侧地形和地壳厚度的对称关系,我们将六个基底隆起分为对称型和非对称型两种类型.整体上,B、D和F区基底隆起在中轴两侧的地形和地壳厚度的非对称幅值（两侧差值的绝对值）较小,其中地形的非对称幅值分别为~157 m、~125 m、~208 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~1 km、~0.06 km、~0.3 km;而A、C和E区的非对称幅值较大,其中地形的非对称幅值分别为~510 m、~410 m、~673 m,地壳厚度的非对称幅值分别为~2 km、~2.5 km、~1.1 km.我们因此推断B、D和F区具有相对对称的地壳结构,而A、C和E区具有非对称的地壳结构.根据A、C和E区中轴两侧非均衡地形的对称关系和非对称地形的补偿状态,推测A区的非对称性可能是由岩浆分配不均所导致;而C区和E区的非对称性可能是由构造断层作用使断层下盘向上抬升变薄所导致.我们进一步推测洋中脊走向的改变可能使得构造作用更易集中于基底隆起的一侧.

     

三河-平谷8.0级大震区震源细结构的深地震反射探测研究

在1679年三河-平谷8.0级大震的震源区布置了两条总长140km，24次覆盖的近垂直深地震反射剖面，剖面穿过夏垫断裂及二十里长山断裂，结果表明，该区以双程走时7.0s(21km)左右和11.0-12.5s(33-37km)左右的两个强反射叠层把地壳分为上地壳，下地壳和壳幔过渡带；地壳结构在纵向上差异较大，浅部成层性较好，层组较多，结构复杂；上地壳总体呈反射“透明”性质，下部地壳表现为明显的反射性质；在横向上也具有明显的差异；深部断裂主要有夏垫断裂下方的地壳深断裂，断层面较陡，近下直立，该断裂可能为三河-平谷8.0级大地震的发震断裂；分别在两条剖面下地壳和上地壳下部存在局部强反射能量团，应为上地幔物质上涌冷却形成的岩墙或岩体；由于该处的岩浆活动造成了局部应力分布的差异。导致了地壳深断裂的形成，这可能是三河8.0级大震的深部构造背景。     

辽西兴城地区深反射地震剖面初步研究

为了分析和研究辽西兴城地区深部地下结构,深部探测与实验研究专项SinoProbe在辽西进行了深反射地震实验研究.本文报告了在辽西东部进行的一次二维近垂直深反射地震实验结果,测线西起葫芦岛市西老爷庙村,东至兴城市区外首山附近的郭家店,方向约为北偏西33°,剖面全长21.93 km.在共中心点叠加剖面发现了5个主要反射波组,分别出现在双程走时6 s,6.5 s,7.5 s,8 s,10.4 s左右.论文对主要反射波组地球物理特征进行了描述、分析,并结合邻区深部地震资料研究成果,得出三点认识：一是研究区域地壳可分为上、下两层结构,上地壳内无明显反射层位,下地壳呈现“凹陷”特征;二是观测到来自莫霍面反射信号（10.4 s TWT）,对应莫霍面深度约为30 km左右（速度按地壳平均速度6 km/s折算）,莫霍面西深东浅,东部较西部约抬升600 m;三是本区域莫霍面可能由一组横向速度、厚度不一致的多个薄层构成.     

利用地震反射法探测安宁河断裂带北段

通过在四川石棉城区内利用地震反射法探测其隐伏断裂的实例,阐述了在地形变化大、人口密集、环境干扰强的条件下浅层地震勘探方法的实施.本次勘探针对场地条件使用了小能量激发和小偏移距、小道间距、短排列接收、高覆盖次数的观测系统,获得的高信噪比时间剖面清晰地揭示了石棉城区内覆盖层的厚度和隐伏断裂的展布情况.探测结果表明:石棉城区内普遍存在一个明显且连续的反射界面,结合区域地质资料推测该界面是埋深约为15-60 m深浅不等的早更新世底界与上新世晚期顶界的第四系分界面. 4条地震反射时间剖面均揭示了安宁河断裂带北段所属的石棉断裂东支在石棉城区内为全新世隐伏活动断裂.      

洋中脊扩张速率对洋壳速度结构的约束

洋中脊速度结构是揭示大洋岩石圈演化过程的重要约束.为探讨不同扩张速率下洋中脊的洋壳速度结构特征,挑选了全球152处快速（全扩张速率> 90 mm·a^-1）、慢速（全扩张速率20~50 mm·a^-1）和超慢速（全扩张速率 < 20 mm·a^-1）扩张洋中脊和非洋中脊的洋壳1-D地震波速度结构剖面,通过筛选统计、求取平均值等方法对分类的洋壳1-D速度结构进行对比研究,获得了不同扩张速率下洋中脊洋壳速度结构差异以及洋中脊与非洋中脊洋壳速度结构差异的新认识：（1）快速、慢速和超慢速扩张洋中脊的平均正常洋壳厚度分别为6.4 km、7.2 km和5.3 km,其中洋壳层2的厚度基本相似,洋壳厚度差异主要源自洋壳层3;其洋壳厚度变化范围分别为4.9~8.1 km、4.6~8.7 km和4.2~10.2 km,随着洋中脊扩张速率减小,洋壳厚度的变化范围逐渐增大;（2）快速扩张洋中脊的洋壳速度大于慢速和超慢速,可能与快速扩张脊洋壳生成过程中深部高密度岩浆上涌比较充足有关;（3）非洋中脊（>10 Ma）的洋壳比洋中脊（< 10 Ma）的洋壳厚~0.3 km,表明洋壳厚度与洋壳年龄有一定的正相关性.

     

研究揭示地幔深处的温度控制洋中脊的火山活动

<正>2014年4月4日《Science》发表题为"洋中脊下深部温度变化的地球物理和地球化学证据"(Geophysical and geochemical evidence for deep temperature variations beneath midocean ridges)的文章指出,地震波数据显示地幔深处的温度控制洋中脊与洋底巨大山脉的海拔高度和火山活动。洋中脊是地幔对流上升形成的,是板块分离的部位,也是新地     

阿尔泰早古生代末期洋中脊俯冲：锆石Hf同位素组成突变的启示

从阿尔泰地区花岗岩、沉积岩及片麻岩中分选出来的岩浆成因锆石年龄介于280～2800Ma,记录了该区长期的岩浆活动历史.锆石的Hf同位素组成数据在420Ma左右出现剧烈的突变,显示～420Ma以前岩浆主要来自于古老物质和新生物质的混合,而在420Ma以后则以新生物质熔融为其主要生成方式.这可能暗示着幔源熔体的急剧加入导致该区岩石圈成分在约420Ma被彻底的改造.我们尝试用洋中脊俯冲来解释这一巨大变化,此构造模式不仅可以合理地解释这一时期形成的大量的来自于新生物质的花岗岩,成分复杂的基性岩以及埃达克-高镁安山岩-玻安岩-富铌玄武岩等岩石组合,而且可以解释同期的高温低压区域变质作用.     

大容量气枪震源陆地反射地震探测——以长江中下游铜陵地区为例

为了实验大容量气枪震源陆地水体流动激发反射地震探测效果,在长江中下游安徽省铜陵段,采用气枪船长江航道流动激发、沿江岸布设反射地震仪器接收的非纵弯线工作方式,得到了反映测线经过地区地壳深部结构和构造特征的反射地震数据。原始资料信噪比较低,但部分资料不同部位仍可辨认出来自地壳及莫霍面反射波组。就传播距离而言,地震波传播的水平距离最大可达21km,垂直深度可达30km以上。在数据处理中,根据原始资料特点,针对性采用了非纵弯线面元定义、三维层析静校正、叠前多域去噪及组合反褶积技术,最终得到的叠加时间剖面上具有丰富的壳内反射波组。结果显示,测线经过地区的地壳结构为双层结构,总厚度为30.0～36.0km。上地壳呈现隆坳相间的反射特征,下地壳存在多组叠层状弧型反射波组,莫霍面反射特征清晰,由2～3个反射同相轴组成,呈现SW端向NE段抬升的形态。剖面经过地区存在一个切穿下地壳和莫霍面的深部断裂,应该是长江深断裂的反映。研究结果充分说明,大容量气枪震源可应用于陆地流动水体地壳精细结构的深地震反射探测。     

台湾海峡深地震探测：HX9测线试验及初步成果

利用海上大容量气枪震源、陆上地震台站（包括流动台站和固定台站）和海底地震仪首次在台湾海峡地区开展了深地震探测试验。试验结果表明, “延平2号”科考船气枪枪阵信号最远传播距离达280km, 成功获得了数万道高质量的地震数据, 并且识别了不同类型的P波震相。HX9剖面一维地壳结构模型表明, 由2个速度间断面产生的Pc及PmP两组反射波和基底折射波(Pg）所反映的地壳结构构成了该区基本的地壳结构特征, 康拉德界面和莫霍界面的深度分别为16.0～17.5 、28.0～29.5km。