大陆岩石圈流变结构研究进展及存在问题

自20世纪60年代以来,大陆岩石圈流变学取得了较大的进展,理论和应用研究不断深入.理论上,人们不仅认识到在构造运动中岩石圈介质是流变体而非简单的刚体性和弹性体;并利用矿物和岩石的实验结果提出了岩石圈流变分层的概念,建立了一维流变模型;进而用流变的观点解释了一些具体构造现象,而且开始了三维流变结构的研究,提出了岩石圈流变结构的横向分块纵向分层的观点.应用上,人们已从把流变强度曲线简单地运用于运动学或动力学模型的阶段,进入了在三维空间中定量研究地球动力学问题的阶段.随着岩石圈流变学研究的深入及大陆岩石圈的复杂性,新的问题也不断涌现.     

大陆岩石圈流变研究进展与高温高压流变实验现状

大陆岩石圈类似于“三明治”的多层流变结构已经被广泛接受,并用于大陆动力学研究的各方面．然而近年来地震资料和高温高压流变实验结果表明,大陆岩石圈流变可能不是单一模式,流变结构具有多样性,而下地壳流变特性是其中最复杂的层次,这不仅受下地壳成分和结构本身的非均匀控制,而且与其含水程度相关．高温高压流变实验已经积累了大量的数据,但基性岩流变实验目前仍然处于数据积累阶段,缺乏系统性,特别是缺少含水基性岩的流变实验结果,因此,加强干的和含水的基性岩流变实验研究是深入认识下地壳岩石流变必不可少的手段和方法之一．     

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.     

中国大陆邻区的地震活动和中国大陆地震的关系

研究了３个方面的问题，一是中国大陆周边４个地震带地震活跃期与中国大陆地震活跃期的准同步性和它们目前的活动水平；二是欧亚地震带西部与中国大陆的地震活动呈出现明显的超前或滞后性；三是中国大陆邻区６个地震区的强震与中国大陆活跃期的开始或与中国大陆强震的对应关系。     

中国大陆及邻区地震活动周期及显著性检验

本文针对中国大陆及邻区和中国大陆地区的不同起始震级的地震资料的不同时间段、 不同数据预处理的地震应变能(贝尼奥夫应变)进行小波分析, 研究不同区域的地震活动周期谱及其显著性水平(即置信度), 结果表明: ① 在中国大陆及邻区的地震活动周期谱中, 23年左右周期的置信度超过95%; 45年和90年左右周期的置信度为90%左右。 ② 中国大陆地区存在明显的25年左右周期, 置信度超过95%, 而其它周期并不明显。 ③ 无论是中国大陆地区还是中国大陆及邻区, 同一个周期的置信度随计算资料的起始震级减小而降低。 特别是中国大陆地区和大陆及邻区都存在置信度超过95%的23～25年周期对于地震的活跃与平静预测具有现实意义。 而中国大陆及邻区地震活动的数十年或百年尺度的周期在地震趋势估计中是不应该被忽视的因素。     

中国大陆西部及邻区强震活动特征的初步研究

主要分析中国大陆与周边板块边界,尤其是西部"大三角"地区强震活动特点及其相互关系。研究结果表明,西部"大三角"内与中国大陆的强震活动之间存在相互关系,同时具有持续稳定的关系,并对这种"互动关系"的可能机制和我国大陆未来地震活动的发展趋势进行了探讨。     

中国大陆西部及邻区各地震活动区地震活动关系研究

利用相关函数分析方法对1900年以来缅甸转换构造区、滇西南旋转构造域和兴都库什中深源地震区的7．0级以上地震与中国大陆西部及邻区的其它各地震活动区7．0级以上地震的相互关系进行研究。结果表明：缅甸转换构造区、滇西南旋转构造域和兴都库什中深源地震区的地震活动与其它各地震活动区的地震活动在时间和空间上存在一定的对应关系。这一结果对中国大陆西部及邻区强震的预报有一定的意义。     

中国及邻区卫星岩石圈磁场与近10年地震活动性

利用NGDC—720全球卫星岩石圈磁场模型给出的球谐系数,计算得到中国及邻区的岩石圈磁场分布;并与该地区活动块体及近10年(2003—2012年)M_S5.0以上地震活动性进行对比,发现岩石圈磁场同活动块体分布及地震活动性存在较为密切的对应关系。该相关性有望在未来地震研究和监测中发挥作用。     

中国及邻区卫星岩石圈磁场与近10年地震活动性

利用NGDC-720全球卫星岩石圈磁场模型给出的球谐系数,计算得到中国及邻区的岩石圈磁场分布;并与该地区活动块体及近10年（2003-2012年）MS 5．0以上地震活动性进行对比,发现岩石圈磁场同活动块体分布及地震活动性存在较为密切的对应关系。该相关性有望在未来地震研究和监测中发挥作用。     

中国东部海区岩石层结构的区域综合地球物理研究

结合新一轮编图工作的开展,中国东部海区重、磁平面图件在拼入新资料同时,也包含了邻区朝鲜半岛,台湾岛,日本海,菲律宾海等地区的资料.本文在此基础上综合分析研究区重、磁异常特征,利用重、磁资料反演莫霍面、居里面,进而求取了热岩石层底界面,对重、磁数据进行了突出断裂带信息的处理,确定了13条重要断裂带的展布,将研究区划分为8个块体和4个结合带,它们具有"东西成带、南北分块"的特征,是"2条锋线"作用的产物.研究表明,江—绍断裂带向东延伸进入海区,虽然受东海陆架西缘断裂带的切割,但仍继续往东延伸,可能延至朝鲜半岛南端与济州岛南缘断裂带相接;在朝鲜半岛西缘地球物理场存在NNW—NW的明显界线,可解释为断裂带,称之黄海东缘断裂带,中国大陆东部的五莲—青岛断裂带与黄海东缘断裂带和济州岛南缘断裂带共同构成中朝和扬子块体的边界.     

华北克拉通岩石圈三维密度结构

显生宙以来华北克拉通岩石圈遭到破坏,这一现象的科学问题已受到世界地学家广泛关注.本文首先将地震层析成像反演得到的P波速度扰动转化为密度扰动,以此作为初始密度模型,然后利用布格重力异常反演得到了华北克拉通岩石圈高分辨三维密度结构.为了避开大型稀疏矩阵求逆计算,提高计算效率,我们将代数重构技术用于密度反演解算.反演结果表明:华北克拉通岩石圈密度在横向和纵向上均存在明显的不均匀性,密度分布形态与地表构造格局有很好的相关性;研究区地壳整体表现为低密度异常,地壳以下岩石圈部分则以高密度异常为主;鄂尔多斯块体地壳范围内以低密度异常为主,80~120 km深度上为呈南北两端集中分布的高密度异常,并分别与秦岭造山带和阴山造山带的高密度异常分布相连,这暗示了鄂尔多斯块体可能受到了来自其南北两端造山带深部动力学过程的影响;80~120 km深度上,华北克拉通东部地区呈现出显著的南北向非均匀的高密度异常,这表明遭到破坏后该地区上地幔物质分布具有强烈的南北向非均匀性.     

南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

利用Moho地形导纳法(MDDF)反演中国大陆岩石圈有效弹性厚度

本文用数值实验方法验证了,在Moho地形导纳法(MDDF)中使用先由重力数据反演的Moho面相对起伏数据,能较传统的重力地形导纳法获得更高的反演精度.之后作者应用Moho地形导纳法(MDDF)反演获得了精度较高的中国大陆区域岩石圈有效弹性厚度.结果显示:(1)中国地区岩石圈有效弹性厚度Te从东向西大体上呈阶梯状上升;(2)Te与岩石圈地震-热厚度、地表热流、上地幔顶部的地震波速度等数据密切相关;(3)在中国中东部, Te较低的区域以及Te的高低值转换带对应较强的地震活动性.但在西部,Te与地震活动性的相关性并不明显.     

3-D velocity structure of P wave in the upper mantle beneath southwestern China and its adjacent areas

IntroductionSouthwestern China and its adjacent areas studied in the paper is the range of 10(N-36(N, 70(E-110(E, which includes southwestern areas of China (Sichuan, Xizang, Yunnan, Guizhou, Guangxi Provinces, southwestern Shaanxi Province and so on), India, Myanmar, Thailand, Vietnam, Laos and Cambodia countries and oceanic areas of Bay of Bengal and Beibu Gulf. The collision and extrusion of India plate and Eurasia plate makes the geological tectonic complex in this area (Figure 1…     

中国大陆及邻近地区上地幔顶部Sn波速度层析成像

利用《中国地震年报》中43646条Sn射线的走时资料,采用层析成像方法反演了中国大陆地区上地幔顶部的Sn波速度结构. 主要结果是：①全国平均Sn速度为4.55km/s,速度变化量从-0.14km/s到+0.15km/s. ②整体上中国Sn速度分布是东低西高,塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番—哈密盆地以及柴达木盆地东端、四川盆地及其南部地区等是明显的高Sn速度区,鄂尔多斯地台和台湾海峡也是Sn速度较高地区,整个华北盆地、渤海湾东部、山西北部和郯庐断裂带,Sn速度都比较低. 另外,长江中下游地区、青藏高原北部和南北地震带地区,Sn速度也较低. ③ Sn速度变化分布和构造活动、地壳厚度以及大地热流变化有关,分别求得了速度与地壳厚度和大地热流的线性回归方程. ④ Sn速度变化和Pn速度变化的区域分布总体上是吻合的.     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度—欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘—六盘山断裂带—鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著：1）上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原—六盘山逆冲走滑断裂;2）全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3）青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.

     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（VP为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（VP为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（VP为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（VP＞7.0 km/s）.VP＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构

综合重力观测资料和地震波走时资料反演了青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构,并对该区岩石圈结构及动力学特征进行了讨论.首先利用收集到的P波近震和远震走时数据进行地震层析成像,得到研究区岩石圈三维P波速度结构.然后利用速度-密度经验关系式,将速度扰动转化为密度扰动建立研究区三维初始密度模型.最后利用分离的布格重力异常反演得到了岩石圈三维密度结构.反演结果表明:青藏高原东北缘地壳密度结构特征有利于地震孕育发生和地壳物质侧向流动;地壳内,密度异常等值线走向与地表断裂走向基本一致,进入地幔后,密度异常等值线走向发生了顺时针旋转,这表明青藏高原东北缘地壳和地幔具有不同的构造运动模式,暗示该区可能发生了壳幔解耦;80~100 km深度上,P波速度异常较密度异常明显偏低,推测该区可能发生了部分熔融或者岩石含水量的增加;印度板块俯冲和周围坚硬块体阻挡联合作用,使得青藏高原东北缘形成了强大的区域构造应力场,并导致深部软流圈热物质上涌,为该区壳幔解耦、部分熔融和P波速度降低创造了条件.