菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用及其对东亚构造运动的影响

根据菲律宾海的演化,指出菲律宾海板块的特点:以俯冲边界为主,易于产生形变.将理论结果与地球物理、地质以及GPS测量结果进行比较,发现菲律宾海板块内部及边界有明显形变.讨论了菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用,指出其相互作用有明显的分段性.在南海海槽一带有较强的挤压,在琉球海沟一带由于两板块耦合较弱及冲绳海槽的开裂,没有形成对东亚大陆的挤压;台湾附近两板块碰撞,对中国东南形成较强的挤压;在菲律宾群岛一带形成两板块间的复杂变形带,使两板块间的作用减弱.     

菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用及其对东亚构造运动的影响

根据菲律宾海的演化,指出菲律宾海板块的特点:以俯冲边界为主,易于产生形变.将理论结果与地球物理、地质以及GPS测量结果进行比较,发现菲律宾海板块内部及边界有明显形变.讨论了菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用,指出其相互作用有明显的分段性.在南海海槽一带有较强的挤压,在琉球海沟一带由于两板块耦合较弱及冲绳海槽的开裂,没有形成对东亚大陆的挤压;台湾附近两板块碰撞,对中国东南形成较强的挤压;在菲律宾群岛一带形成两板块间的复杂变形带,使两板块间的作用减弱.     

东南板块对中国大陆地震活动的影响

中国大陆地震活动受到周围板块运动的影响,通常主要考虑西南印度板块的碰撞与青藏高原的隆升的影响,实际上其他方向的板块也有影响,本文主要讨论东南部澳大利亚等板块活动对大陆地震活动的影响.     

全球板块运动及其对地球表面积变化的影响

利用几个典型全球板块相对运动模型的欧拉矢量,计算沿这些模型板块边界段的两两板块之间的相对运动速度,据此进一步计算一定时间尺度内这些板块边界段的面积变化. 并依据已有对相应各边界段性质-包括张性、压性及走滑性质的研究,设定组成各边界段的两个板块如何分别承担其面积变化的情况,得到各模型中每个板块的面积变化和全球表面积变化总量. 结果显示,在近100万年时间尺度内,地球南半球表面积增大、北半球表面积减小,地球总表面积变化为2.9万～3.6万km~2. 如果假设地球表面积的增量完全由体积膨胀引起,这将对应地球半径160～250 m的增加. 以NUVEL-1模型为例,全球14个板块中,非洲、 南美与南极三个板块的面积持续增大,其余11个板块的面积在逐步减小;不过,非洲、南美与南极这三个板块面积增大部分之和,能够完全抵消掉其余11板块面积之减小,而且使全球总体表面积增加. 本文进一步讨论了一些其他因素,例如俯冲带前进与后退等影响地球表面积变化的情况.     

三维板块几何形态对大陆深俯冲动力学的制约

大陆深俯冲及超高压变质作用是大陆动力学的重要研究内容,前人进行了系统的地质、地球物理观测以及数值模拟研究.然而,自然界中大陆板块的俯冲、碰撞及造山过程大部分具有明显的沿走向的差异性,这种典型的三维特征可能很大程度上依赖于会聚大陆板块的初始几何学和运动学特征.本文采用三维高分辨率的动力学数值模拟方法,建立了方形大陆板块和楔形大陆板块两种不同的俯冲-碰撞模型,并且俯冲大陆板块侧面与大洋俯冲带相邻.数值模拟结果揭示大洋板块可以持续地俯冲到地幔之中,而大陆板块俯冲到一定深度处,其前端的俯冲板块将发生断离,并进而造成残余的大陆板块俯冲角度的减小.方形大陆俯冲板块的断离深度约为150km,而楔形大陆俯冲板块的断离深度较大,约250~300km,这很大程度上取决于俯冲带中大洋板块的牵引力和大陆板块的负浮力之间的竞争关系.同时,无论方形还是楔形大陆板块俯冲模型中,板块断离后,侧向的大洋俯冲板块仍可以拖曳约60~70km宽的大陆边缘岩石圈持续向下俯冲,揭示了新西兰东部的洋-陆空间转换俯冲带的动力学机制.并且,数值模型与喜马拉雅造山带和秦岭—大别—苏鲁造山带进行了对比,进而对其高压-超高压岩石空间展布沿走向的差异性特征和机制提供了一定的启示.     

海洋板块俯冲作用下上覆大陆岩石层减薄机制的动力学模拟

几乎所有大陆岩石层的减薄现象,可能都与海洋板块的俯冲作用相关,但是两者之间的内在联系迄今仍不十分明确,为此,我们设计了一系列包含洋-陆俯冲系统的二维数值模型,来探讨海洋板块的俯冲作用对上覆大陆岩石层变形行为的影响,尤其对大陆岩石层减薄效应的制约.模型结果表明,海洋板块俯冲过程中的地幔楔熔体对大陆岩石层地幔的热侵蚀以及由熔体上升所诱发的地幔局部对流的强烈扰动会导致上覆大陆岩石层的减薄效应.这种效应不仅表现在横向上的向陆内蔓延,还表现在垂向上的向浅部发展.且多类动力学参数都能制约大陆岩石层的减薄效应.具体地,随着汇聚速率和洋壳厚度的增加,上覆大陆岩石层在横向上的减薄范围越大,在垂向上的减薄程度也越深;而随着俯冲海洋板块年龄的增加,上覆大陆岩石层在横向上的减薄范围增大,但在垂向上的减薄程度会减小;随着上覆大陆岩石层厚度的增加,其横向减薄范围会减小,但在垂向上的减薄程度会加深.本文研究成果能为揭示华北克拉通减薄/破坏的动力学过程提供一定的理论参考依据.

     

海山的倾斜俯冲对上覆板块变形的影响

伴随洋壳的俯冲,驼伏其上的海山会导致上覆板块的强烈变形.为解释该构造变形特征,本文运用物理模拟实验的方法,着重分析海山的斜向俯冲对上覆板块变形的影响,并将模拟结果与正向俯冲过程进行对比.实验结果显示:海山开始进入俯冲,前缘楔体的增生会被阻止,同时楔体被抬升并出现脱顶构造,未被海山破坏的楔体会出现后冲断层的激活,后冲断层轴平行于海山的俯冲方向.海山进一步俯冲,突起项部发育一系列张扭性质的微断裂和走滑性质的共轭断裂,尾随突起之后的楔体由于重力会产生正断层系统.比起正向俯冲,斜向俯冲过程中所产生的后逆冲体、海山两侧的叠瓦状逆冲推覆构造都出现不对称分布,断裂和微断裂束的走向不规则散开,后冲断层的轴向及海山俯冲过后在楔体上产生的凹槽的轨迹都不断斜向迁移,且凹槽两侧的地势不一致等.最后利用文中的物理模拟结果,很好的解释了马尼拉海沟中段俯冲构造的构造特征,同时对其他俯冲大陆边缘的构造解释具有指导意义.     

中国周边板块的相互作用及其对中国应力场的影响——(Ⅱ)印度板块的影响

本文利用地震资料并结合地质资料,讨论了印度板块与欧亚板块在中国周边的相互作用及其对中国应力场的影响,指出两板块在喜马拉雅山前断裂地区碰撞,碰撞边界向西延续到35°N,74°E附近,其主要挤压方向为NNE,并形成SE方向的物质流动.帕米尔地区有强烈的构造运动,并存在俯冲带形态的构造.在26.5°N,97°E附近,板块边界的走向发生突变,并形成东倾的缅甸山弧俯冲带,但印度板块挤压造成的主压应力方向为NNE向.在安达曼—尼科巴—苏门答腊—爪哇岛弧,印度板块俯冲于欧亚板块之下,在中国南海一带形成NNW向或近Ns向的主压应力.     

中国周边板块的相互作用及其对中国应力场的影响——（Ⅱ）印度板块的影响

本文利用地震资料并结合地质资料,讨论了印度板块与欧亚板块在中国周边的相互作用及其对中国应力场的影响,指出两板块在喜马拉雅山前断裂地区碰撞,碰撞边界向西延续到35°N,74°E附近,其主要挤压方向为NNE,并形成SE方向的物质流动.帕米尔地区有强烈的构造运动,并存在俯冲带形态的构造.在26.5°N,97°E附近,板块边界的走向发生突变,并形成东倾的缅甸山弧俯冲带,但印度板块挤压造成的主压应力方向为NNE向.在安达曼—尼科巴—苏门答腊—爪哇岛弧,印度板块俯冲于欧亚板块之下,在中国南海一带形成NNW向或近Ns向的主压应力.     

中国周边板块的相互作用及其对中国应力场的影响——（Ⅱ）印度板块的影响

本文利用地震资料并结合地质资料,讨论了印度板块与欧亚板块在中国周边的相互作用及其对中国应力场的影响,指出两板块在喜马拉雅山前断裂地区碰撞,碰撞边界向西延续到35°N,74°E附近,其主要挤压方向为NNE,并形成SE方向的物质流动.帕米尔地区有强烈的构造运动,并存在俯冲带形态的构造.在26.5°N,97°E附近,板块边界的走向发生突变,并形成东倾的缅甸山弧俯冲带,但印度板块挤压造成的主压应力方向为NNE向.在安达曼-尼科巴-苏门答腊-爪哇岛弧,印度板块俯冲于欧亚板块之下,在中国南海一带形成NNW向或近Ns向的主压应力.     

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘的地壳速度结构特征

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘（张家口—中蒙边界）的深地震测深剖面长600 km,跨越华北板块、内蒙造山带和西伯利亚板块.沿测线采用8个1.5t的爆炸震源激发地震波,使用300套数字地震仪接收,取得了高质量的地震资料.通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、上地壳底面的反射波（P2）、中地壳内的反射波（P3）、中地壳底面的反射波（P4）、下地壳内的反射波（P5,仅在镶黄旗—苏尼特右旗下方出现）和莫霍面的反射波（Pm）等6个震相.采用地震动力学射线方法（seis88）得到的地壳速度结构表明：（1）在华北板块与内蒙造山带之间,内蒙造山带与西伯利亚板块之间,上地壳中存在明显的高速度局部变化,在地表发育大量的古生代花岗岩体、超基性岩体.（2）在中下地壳华北板块南缘的地震波速度大,为6.3~6.7 km/s,西伯利亚板块北缘的速度小,为6.1~6.7 km/s,且界面比较平缓.原因是在内蒙造山带内地壳的缩短和隆升造山引起了中下地壳界面的剧烈起伏,不同海陆块的拼合和物质交换导致了不同区域速度的不均匀性.（3）莫霍面在赤峰断裂带（F2）以南和索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F4）以北较为平缓,平均深度为40~42 km.在F2—F4之间呈双莫霍面,莫霍面1明显上隆,深度为33.5 km,层速度为6.6~6.7 km/s.莫霍面2明显下凹,在西拉木伦河断裂带（F3）下方,最深达到47 km,速度达到最大为6.8~6.9 km/s,这可能是由壳幔物质混合引起的.依据莫霍面的特点,本文认为双莫霍面以南为华北板块北缘,以北为西伯利亚板块南缘,拼合位置在赤峰断裂带（F2）与索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F4）之间的区域.     

Evolution of the deformation and stress patterns of the East Asia continent under multi-driving force

Introduction Seismological observation and all kinds of ways of geodesy measurement imply that there is significant correlation between crustal movement and seismic activity (MEI, 1993). Therefore, it is very important to get the materials of the continental crust deformation and the patterns of stress field for the studying of the mechanism and prediction of the continental strong earthquake. Data of the continental deformation and patterns of stress field can be mainly obtained by the follo…     

Westward younging disposition of Philippine ophiolites and its implication for arc evolution

Abstract   The different ophiolite complexes in the Philippine island arc system define a progressive younging direction westward. This resulted from the clockwise rotation of the Philippine island arc system during its north-westward translation in the Eocene resulting in its western boundary colliding with the Sundaland–Eurasian margin. As a consequence of this interaction, ophiolite complexes and mélanges accreted into the Philippine island arc system along its western side. A new ophiolite zonation with four belts is proposed that takes into consideration the observed spatial and temporal relationships of the exposed oceanic lithosphere slices. With progressive younging from east to west, Belt 1 corresponds to Late Cretaceous complete ophiolite complexes with associated metamorphic soles along the eastern Philippines, whereas Belt 2 includes Early to Late Cretaceous dismembered ultramafic-mafic complexes with mélanges exposed mainly west of eastern Philippines. Belt 3 is defined by Cretaceous through Eocene to Oligocene ophiolite complexes emplaced along the collision zone between the Philippine Mobile Belt and the Sundaland–Eurasian margin. Belt 4 corresponds to the ophiolite complexes emplaced along continental margins as exposed in the Palawan and Zamboanga–Sulu areas. This proposed zonation hints that the whole Philippine Mobile Belt, except for the strike-slip fault bounded Eocene Zambales ophiolite complex in Luzon, is underlain by Cretaceous proto-Philippine Sea Plate fragments. This is contrary to the previous models that consider only the eastern margin of the Philippines to contain proto-Philippine Sea Plate materials.     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.

基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.

本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.

     

2021/2022年东亚大陆冬季前暖后冷的环流差异及其成因

2021/2022年冬季东亚大陆地区整体以偏冷为主,气温季节内变化显著,前冬(2021年12月1日—2022年1月26日)气温偏高,后冬(2022年1月28日—2月24日)气温偏低;气温变化的空间差异较大,呈现出显著的北暖南冷特征,尤其在冷时段,南部地区气温偏低幅度比北部地区大1℃左右.本文利用逐日中国观测站点资料和NCEP/NCAR、ERA5等再分析资料分析了2021/2022年冬季东亚大陆前暖后冷的可能原因,发现与冬季气候密切相关的西伯利亚高压、东亚冬季风、平流层极涡、高原高度场、西太平洋副热带高压、东亚高空西风急流、北半球平流层环状模(NAM)等大尺度环流系统均发生了显著的转折性变化,直接导致了东亚大陆冬季前暖后冷的季节变化,但乌拉尔山高压在冷暖时段的变化差异并不明显.另外,赤道中东太平洋冷海温和北大西洋暖海温在后冬的加强变化通过对大气环流的强迫影响,对2022/2021年后冬冷时段冷空气的加强和低温冷事件的发生起到了十分重要的作用.

     

Recent geodynamic evolution of convergent plate margins and the reconstruction of fossil plate boundaries

Summary The discovery of paleoplates buried in the upper mantle leads to an interpretation of the subduction as a discontinuous process running in cycles and shifting the place of its operation in or against the direction of ocean floor spreading. This mechanism explains the distribution of calc-alkaline volcanism of different age in fossil convergent plate boundaries. The establishment of regular spatial correlation of the aseismic gap in the Wadati-Benioff zones with the distribution of calc-alkaline volcanism enables to reconstruct fossil plate boundaries and to define allochtonous terranes in apparently homogeneous continental plates. The hampering effect of the ocean floor morphology and of the fragments of continental plates approaching the trench, which substantially influences the rates of subduction and the geodynamic history of active continental margins in different domains along the trench, allows us to understand the complicated geological development of continental wedges in fossil convergent plate margins. The establishment of the segmented nature of active subduction zones and the dramatic morphology of the lower limit of the active subducted slab along the trench help us to interpret extensive lateral gaps in volcanic chains overlying active as well as fossil subduction zones.     

Assessment of the cooling capacity of plate tectonics and flood volcanism in the evolution of Earth, Mars and Venus

Geophysical arguments against plate tectonics in a hotter Earth, based on buoyancy considerations, require an alternative means of cooling the planet from its original hot state to the present situation. Such an alternative could be extensive flood volcanism in a more stagnant-lid like setting. Starting from the notion that all heat output of the Earth is through its surface, we have constructed two parametric models to evaluate the cooling characteristics of these two mechanisms: plate tectonics and basalt extrusion/flood volcanism. Our model results show that for a steadily (exponentially) cooling Earth, plate tectonics is capable of removing all the required heat at a rate of operation comparable to or even lower than its current rate of operation, contrary to earlier speculations. The extrusion mechanism may have been an important cooling agent in the early Earth, but requires global eruption rates two orders of magnitude greater than those of known Phanerozoic flood basalt provinces. This may not be a problem, since geological observations indicate that flood volcanism was both stronger and more ubiquitous in the early Earth. Because of its smaller size, Mars is capable of cooling conductively through its lithosphere at significant rates, and as a result may have cooled without an additional cooling mechanism. Venus, on the other hand, has required the operation of an additional cooling agent for probably every cooling phase of its possibly episodic history, with rates of activity comparable to those of the Earth.     

Plio-Quaternary paleostresses in the Atlantic passive margin of the Moroccan Meseta: Influence of the Central Rif escape tectonics related to Eurasian-African plate convergence

The Atlantic Moroccan Meseta margin is affected by far field recent tectonic stresses. The basement belongs to the variscan orogen and was deformed by hercynian folding and metamorphism followed by a post-Permian erosional stage, producing the flat paleorelief of the region. Tabular Mesozoic and Mio-Plio-Quaternary deposits locally cover the Meseta, which has undergone recent uplift, while north of Rabat the subsidence continues in the Gharb basin, constituting the foreland basin of the Rif Cordillera.The Plio-Quaternary sedimentary cover of the Moroccan Meseta, mainly formed by aeolian and marine terraces deposits, is affected by brittle deformations (joints and small-scale faults) that evidence that this region – considered up to date as stable – is affected by the far field stresses. Striated faults are recognized in the oldest Plio-Quaternary deposits and show strike-slip and normal kinematics, while joints affect up to the most recent sediments.Paleostress may be sorted into extensional, only affecting Rabat sector, and three main compressive groups deforming whole the region: (1) ENE–WSW to ESE–WNW compression; (2) NNW–SSE to NE–SW compression and (3) NNE–SSW compression. These stresses can be attributed mainly to the NW–SE oriented Eurasian-African plate convergence in the western Mediterranean and the escape toward the SW of the Rif Cordillera. Local paleostress deviations may be related to basement fault reactivation. These new results reveal the tectonic instability during Plio-Quaternary of the Moroccan Meseta margin in contrast to the standard passive margins, generally considered stable.     

松辽盆地东缘域地壳结构及其地质意义:深反射地震

松辽盆地东缘域位于松嫩—张广才岭微板块东部.自晚古生代以来该域经历了西拉木伦河缝合带闭合产生的北向挤压作用、蒙古—鄂霍茨克洋自西向东剪刀叉式闭合对其东侧东南侧产生的挤压作用以及西太平洋板块西向变向俯冲产生的挤压作用等区域构造应力场影响,从而产生了复杂的地壳变动.该东缘域的地壳结构与松辽盆地地壳是否具有相近的结构特点,这是至今未被研究的内容.在Songliao Drep研究中已经用深反射地震手段得到松辽盆地地壳结构的一组新认识.这些认识在其东缘域是否还成立,也需要用同样精度的手段予以研究.另外,莫霍界面的宏观特征与微观（内部）特征,从松辽盆地到其东缘域有什么样的变化,其形成机理是什么,也需要进一步研究.为了回答这些科学问题,从哈尔滨西至尚志市附近实施了一条东西向约150 km长的深反射地震剖面.通过研究发现东缘域与松辽盆地基底地壳具有明显的差别,即由松辽盆地地壳的三分性变到东缘域盆地外地壳的二分性,在剖面近东端得到近26 km深的莫霍界面深度,并用均衡理论分析莫霍界面形态特征的形成机理;上部地壳存在双向大型推覆断裂,推测其被推覆体主体是古亚洲洋沉积地层即C-P系海相地层.这些认识为中国东北地区探查晚古生代海相地层、研究东北亚地壳结构特征提供了理论依据.

     

松辽盆地东缘域地壳结构及其地质意义:深反射地震

松辽盆地东缘域位于松嫩—张广才岭微板块东部.自晚古生代以来该域经历了西拉木伦河缝合带闭合产生的北向挤压作用、蒙古—鄂霍茨克洋自西向东剪刀叉式闭合对其东侧东南侧产生的挤压作用以及西太平洋板块西向变向俯冲产生的挤压作用等区域构造应力场影响,从而产生了复杂的地壳变动.该东缘域的地壳结构与松辽盆地地壳是否具有相近的结构特点,这是至今未被研究的内容.在Songliao Drep研究中已经用深反射地震手段得到松辽盆地地壳结构的一组新认识.这些认识在其东缘域是否还成立,也需要用同样精度的手段予以研究.另外,莫霍界面的宏观特征与微观（内部）特征,从松辽盆地到其东缘域有什么样的变化,其形成机理是什么,也需要进一步研究.为了回答这些科学问题,从哈尔滨西至尚志市附近实施了一条东西向约150 km长的深反射地震剖面.通过研究发现东缘域与松辽盆地基底地壳具有明显的差别,即由松辽盆地地壳的三分性变到东缘域盆地外地壳的二分性,在剖面近东端得到近26 km深的莫霍界面深度,并用均衡理论分析莫霍界面形态特征的形成机理;上部地壳存在双向大型推覆断裂,推测其被推覆体主体是古亚洲洋沉积地层即C-P系海相地层.这些认识为中国东北地区探查晚古生代海相地层、研究东北亚地壳结构特征提供了理论依据.