南阿拉斯加地壳及上地幔结构成像研究

通过反演562891个纵波和156321个横波走时数据,第一次同时获得了阿拉斯加地区地壳及上地幔的纵波与横波速度以及泊松比图像,为更好地认识阿拉斯加地区的深部地震结构、太平洋板块与亚库塔特板块的俯冲几何形态提供了科学依据.成像结果表明P波和S波速度图像与泊松比结构具有很好的一致性,强的高速度和低泊松比异常沿着阿拉斯加俯冲带延伸至200 km深度,该高速度和低泊松比异常体与俯冲带的地震空间分布吻合,因此,我们认为该高速体为俯冲的太平洋板块和亚库塔特板块.从地震空间分布发现,大部分大地震（M>6.5）发生在高速度与低速度异常交界处,可能反映了俯冲板块之间强耦合作用.在俯冲带的地幔楔显示出广泛的低速度和高泊松比异常,并且这些异常与岛弧火山的位置相对应,这与大洋板块俯冲所形成的岩浆入侵作用有关.研究结果表明在南阿拉斯加俯冲带,俯冲板块的俯冲角度从兰格尔块体下方的平坦变成在布里斯托尔湾下方的陡峭,这与亚库塔特板块俯冲在兰格尔块体下方和太平洋板块俯冲在布里斯托尔湾下方有关.在基奈半岛和科迪亚克岛连接处的上地幔位置存在强烈的低速与高泊松比异常体,使该处的大洋俯冲板块变薄.这一现象可能与亚库塔特板块和太平洋板块相互碰撞作用以及软流圈强烈的上升流入侵有关.     

台湾南部～菲律宾地区的地震分布、应力状态及板块的相互作用

利用ＩＳＣ地震资料研究了台湾南部～菲律宾群岛的地震空间分布和ｍ＿ｂ≥５．０的机制解，讨论了俯冲带的形态和地壳及俯冲带上的应力状态，并结合地质和地球物理的研究结果，认为南海次板块的东部边界是由台湾西南俯冲带、马尼拉俯冲带、内格罗斯俯冲带、哥达巴都俯冲带组成，菲律宾海板块的西部边界由东吕宋海槽俯冲带、菲律宾海俯冲带组成。菲律宾群岛是一个形变过渡带，由于该过渡带的存在，南海次板块俯冲于菲律宾群岛之下，菲律宾海板块对南部的影响很弱     

俯冲带几何特征的研究

在板块的汇聚边界上 ,若一板块向另一板块俯冲下插 ,所形成的俯冲边界 (海沟 ,造山带 )的形态与俯冲板块、被俯冲板块的性质有很大关系。文中主要通过平板俯冲模型来计算模拟全球范围内一些大的俯冲边界 ,并对俯冲角等问题作了一些讨论。近来的研究表明 ,岩石圈板块存在普遍的西向漂移。由文中计算得到的太平洋东岸的板块初始俯冲角小于目前观测到的贝尼奥夫带倾角 ;而太平洋西岸的情况则恰好相反 ,初始俯冲角大于目前观测到的贝尼奥夫带倾角。这直接反映了岩石圈板块的西向漂移 ;对地幔而言 ,则是地幔相对于地壳的东向流动     

全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果还可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制。     

全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论*

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动的图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制,对于该区域两者的相关性则需进一步深入研究。     

马尼拉俯冲带热结构数值模拟与地震意义

研究马尼拉俯冲带地震分布的成因机制,根据马尼拉俯冲带最新的莫霍面深度和地壳厚度等地质与地球物理资料,选取3条典型剖面,模拟俯冲带热结构。结果表明:1俯冲带热结构主要受俯冲角度、俯冲速度和俯冲板块本身地质条件等因素影响;2 BB′剖面和CC′剖面属于热俯冲;3当洋壳俯冲至软流圈边界时,俯冲板块温度迅速升高,容易形成地震活动。BB′剖面的俯冲角度和俯冲速度比CC′剖面小,使得BB′剖面发生地震的深度更浅。俯冲洋壳底部温度比顶部低,地震活动也持续到更大的深度。     

三维数值模拟研究俯冲区火山的时空活动性

俯冲板块的深部脱水使得上覆地幔含水, 从而降低含水地幔的熔点, 导致上覆地幔部分熔融。 部分熔融的地幔柱一旦喷发到地表就是俯冲带火山, 也形成新的地壳。 相对于周围的地幔来讲, 具有较小密度和黏度的部分熔融地幔的时空活动性就控制着俯冲带火山的时空分布特征。 本文主要回顾近年来运用三维热力学岩石力学模型数值模拟研究与板片脱水相关的俯冲带火山活动的时空分布特性。 结果表明, 部分熔融地幔的有效黏度和密度是影响俯冲板片之上的三维地幔柱横向分布特征的主要因素。 高黏度的部分熔融地幔(10²⁰~10²¹ Pa·s )易于形成近平行于海沟的、 长波长(70~100 km)的、 薄的波状地幔柱; 低黏度(10¹⁸~10¹⁹ Pa·s )的熔融地幔易于形成平行于海沟的, 短波长(30~50 km)的蘑菇状地幔柱和垂直于海沟的山脊状地幔柱。 当部分熔融地幔和周围地幔的密度相差小于50 kg/m³时, 在俯冲板片之上只能形成长波长低幅度(宽50~100 km, 高10~15 km)的地幔山丘。 岩浆产率随着时间的变化反映了火山活动的生命周期性。 板块俯冲速度会影响地幔柱形成的深度和范围大小。 高效率熔融提取会增加新地壳增长总量。 低的板块俯冲速度和低的熔融提取效率会增加上地壳(花岗岩质)和中地壳(英安岩质)化学成分的比例。 数值模拟结果可以很好地解释如日本东北、 新西兰、 南阿拉斯加俯冲区火山的横向分布特征。     

中国东北地区地震活动特征及其与日本海板块俯冲的关系

分析中国东北地区深震 (mb≥ 6 .0 )及浅震 (MS≥ 5 .0 )的成组性活动特征 ,研究了深震“强震组”与浅震“强震组”的时、空相关性。着重探讨了西太平洋板块与欧亚板块碰撞带的地震分布特征及其与西太平洋俯冲带形态的关系 ,并着重分析了西太平洋板块对欧亚板块地震活动的影响。结果表明 :西太平洋板块俯冲倾角小的地区 ,板块碰撞带地震活动强烈 ,板块俯冲对欧亚大陆的影响也较强 ,俯冲带处于较强的挤压应力状态 ;西太平洋板块俯冲倾角大的地区 ,板块碰撞带地震活动较弱 ,板块俯冲对欧亚大陆的影响也较弱 ,深部俯冲带引张应力增强。分析认为 ,未来 10年中国东北地区将进入浅震“强震组”活动时段 ,期间可能发生MS≥ 5 .0地震 6次左右 ,应加强东北地区的地震监测预报工作     

汤加地区地幔结构及俯冲演化的地球动力学研究

汤加的俯冲板块结构复杂,板块形态的起因和形成机制不是很清晰.为了探索其演化,我们借助于板块运动学、海底年龄和关键的大地构造特征,用地球动力学模型模拟了本区域40 Ma之后的俯冲历史.通过研究我们发现,沿着海沟的分布位置,不同的黏度、流体的吸力与浮力比特征控制着板块的力学强度,从而影响着板块的俯冲角度和形态.我们的模型显示在俯冲板块形成前,研究区表面西侧的黏度剖面形成的弱化带为水平低黏度区,它对俯冲的发生有一定的引导作用,高黏度的上覆板块的存在和俯冲导致的地幔流体的吸力降低了俯冲板块的倾角,15°S附近的俯冲板块的分离发生在16-8 Ma之间.最后我们通过匹配实际的构造特征,包括贝尼奥夫带和波速结构剖面,用所得的相关性最佳的模型对本区的地幔结构随时间演化提供探索.     

大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异

板块俯冲是地球内部系统最为宏伟的地质过程,是实现地球表面-内部物质和能量交换、大陆地壳生长以及壳/幔相互作用的重要场所,广泛深刻地影响着地壳的增生与消亡、火山和地震活动、地球表层物质循环、矿产资源分布、大陆造山运动、大陆的聚合及裂解等与人类生活息息相关的地质过程,因此一直是固体地球科学研究所关注的热点.20世纪80年代中期关于大陆地壳能够俯冲进入地幔深度并大部分折返地表的发现,是俯冲带研究和板块构造理论的革命性进展.相较于俯冲洋壳,大陆地壳具有较冷、较干、较轻的特点,同时,俯冲陆壳与地幔相比具有更加不均一的性质和化学成分以及同位素组成,因此在局部而言会对上覆大陆岩石圈和大陆板块汇聚边界的结构、组成、变形和演化进程造成巨大影响.在大陆俯冲过程中,拆离的地壳碎块和岩片在俯冲隧道内受到构造剪切,促使其经历变质脱水和部分熔融,产生各种流体和熔体.这些熔/流体的产生和演化在俯冲带壳/幔相互作用过程中扮演着非常重要的角色,是俯冲过程中发生元素迁移、同位素分馏以及交代上覆地幔楔的不可或缺的介质.本文综合国际上近年来有关俯冲带研究的最新进展,总结了有关俯冲带流体和熔体的类型、存在条件、化学组成、熔体/流体-地幔相互作用的特点,同时对于与大陆俯冲带流体相关的特征性元素(Nb-Ta-V)迁移和最新的非传统稳定同位素(Li-Mg)研究进行了系统介绍,期望为中国读者较全面地认识板块俯冲过程中的熔/流体活动和元素迁移以及了解并运用Li和Mg同位素作为新兴的示踪手段提供一定帮助.     

双地震带的影响因素探讨

讨论了全球39个俯冲带内的双地震带层间距、应力类型与俯冲参数的相互关系,这些俯冲参数包括动力学参数(板块年龄、热参数、板片拉力)、运动学参数(俯冲板块速度、上覆板块运动速度、海沟迁移速度、弧后形变特征)、几何形态参数(浅俯冲角、深俯冲角、俯冲深度、长度)及上覆板块性质等.结果表明:(1)I型双地震带易形成于年龄较古老(...     

对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究:来自重力与震源分布数据的启示

日本俯冲带与IBM俯冲带位于太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块三者的交汇地带,是典型的"俯冲工厂"地区,具有重要的研究意义.本文利用震源分布资料与卫星重力数据对日本俯冲带与IBM俯冲带进行了研究.通过空间重力异常反映了俯冲带地区的区域构造形态,在此基础上基于艾利模式计算了均衡异常以反映地壳均衡特征.利用震源分布资料,分别从垂直俯冲带走向与沿俯冲带走向划定了横截剖面(cross-sections)进行了地震提取,讨论了俯冲带地区的Wadati-Benioff带形态特征,并借助于俯冲带地震等深线图直观描述了俯冲带的俯冲形态.在日本俯冲带与伊豆—小笠原俯冲带各选取了一条典型剖面进行了重力2.5D反演,研究了俯冲带地区的壳幔结构特征.研究结果表明,九州—帕劳海脊与IBM岛弧在均衡异常上存在差异,前者已逐渐趋向于地壳均衡.IBM的Wadati-Benioff带存在明显的南北差异,反映出伊豆—小笠原俯冲板片停留在了660km转换带中,而马里亚纳俯冲板片很可能垂直穿过了这一转换带,造成这种南北差异的原因与板块相对运动、岩石圈黏性和年龄差异以及俯冲板片的重力效应等因素有关.在IBM的中部和南部存在板片撕裂现象.日本俯冲带的俯冲洋壳密度随俯冲深度变化较小,洋幔存在一定程度的蛇纹岩化,地幔楔蛇纹岩化作用不典型,海沟处有一范围较小的含水畸变带;伊豆—小笠原俯冲带俯冲洋壳密度随深度增大而明显增大,洋幔蛇纹岩化程度较日本俯冲带低,地幔楔蛇纹岩化作用强烈,板块交汇处存在明显的蛇纹岩底辟.日本俯冲带与IBM俯冲带一线自北向南板片俯冲变陡,两侧板块耦合度降低,与俯冲带两侧的板块运动速率差异有关.     

马尼拉海沟俯冲带热结构的模拟研究

俯冲带热结构的数值模拟研究是对地表观测研究的重要补充,也是验证地球动力学模型的重要方法.本文沿马尼拉海沟俯冲带东火山链(EVC)和西火山链(WVC)各取一条剖面,依据地质、地球物理条件,进行了有限元热模拟计算.计算过程中,分析了摩擦和剪切热对俯冲带热结构的影响,模拟了EVC和WVC两条测线下俯冲带的热结构,并结合岩石学实验结果预测了俯冲板块发生脱水和部分熔融的位置.模拟结果表明,在100 km深度处,考虑摩擦和剪切热时,俯冲板块表面的温度约为865 ℃;而不考虑摩擦和剪切时,俯冲板块表面的温度仅为770 ℃,二者温差可达95 ℃.在相同深度处,考虑摩擦和剪切热时,在EVC和WVC测线下俯冲板块表面的温度分别为865 ℃和895 ℃,俯冲洋壳底部温度分别为560 ℃和605 ℃.俯冲板块表面少量矿物开始脱水的深度小于50 km,但大量脱水和部分熔融主要发生在深度100 km左右,这与地表观测的火山活动位置一致.     

俯冲带中的洋壳在中国东北上地幔底部分离的地震学证据

中国东北西太平洋俯冲带位于欧亚板块与西太平洋板块的交界部位,西太平洋板块的俯冲运动从日本海沟开始一直延伸到了中国东北地区.层析成像(Gudmundsson & Sambridge,1998;Huang & zhao,2006)结果表明,西太平洋板块和该区域'660'的相互作用,导致了该区域上地幔结构的复杂性.     

西太平洋俯冲带的研究及其动力学意义

讨论了西太平洋俯冲带的分布及特征、西太平洋Ｗａｄａｔｉ－Ｂｅｎｉｏｆｆ带的形态及俯冲带上的应力状态及太平洋板块、菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用；总结了地震层析成像结果；计算了俯冲板块在地幔中引起的Ｐ波速度异常，提出了俯冲板块与６６０ｋｍ间断面相互作用的４种可能；研究了俯冲板块物理性质的变化、俯冲板块产生的负浮力及其影响因素；提出需要开展俯冲带对东亚大陆构造运动和演化的影响、俯冲带相互关系及演化的研究．     

中国大陆板内地震发生的地质构造背景及构造类型的划分

本文首先着重讨论了中国大陆板内地震具有分带性和分区性的地质背景。在此基础上,考虑到板块边界运动的影响程度,提出中国板内地震的构造类型,可分为七种:(1)大陆板块碰撞影响型;(2)板块俯冲带牵动型;(3)板块边界走滑断层影响型;(4)断块区边界巨型断裂带型;(5)断块区内部的山脉和盆地交界型;(6)新生代地堑-裂谷型;(7)断块区内部岩石圈或地壳断裂型     

造山运动和板块相对运动:日本岛的实例

基于海洋板块与欧亚板块之间相衬运动(Engebretson等,1982)和地面地质的原阅,亚洲东缘日本附近、过去二亿五千万年的古地理已被重建.板块运动与造山运动之间的关系士口下: 钙碱岩桨活动与板块消减的存在有关.当板块的边界是一个转换断层时,那里就没有火山活动.收敛速度太慢,不能引起岩浆活动.RFT类型的三联点或脊状消减的运移会引起海槽附近弧前的火山活动,也会形成一个较宽的火山带. 低尸/T类型的区域变质带的隆起与碰撞期有关.相反,高尸/T类型蓝闪片岩带的隆起与它们不同期.后者似乎与一个RFT类型的三联点迁移后的年轻板块开始消减有关.因为一个大的增生复合体与此同时形成,而且常常可以观测到在这个隆起的变质带下年轻的增生复合体的逆冲现象,所以较老的增生复合体下方年轻的增生复合体,应是高尸/T类型变质带隆起的原因.于是,一个年轻板块的俯冲是引起这些造山事件的重要因素.高速的针向收敛也导致了一个可能沿着动力板块边界弧前分布、含有蓝闪石片岩碎屑的、蛇纹岩;昆杂岩带的形成.     

鄂霍次克微板块东部俯冲带区域地震b值及应力场特征

古登堡-里克特震级-频度关系式中的b值与剪切应力(或偏应力)大小被认为存在着负相关的关系,因此b值常被用作估算区域应力大小的指标.本文利用1970-2018年鄂霍次克微板块东部俯冲带区域的地震目录,使用最大似然法对该区域的b值进行空间扫描,得到了该区域沿海沟走向不同区域及不同深度的b值分布,进而调查与分析其应力状态及地球动力学特征.结果显示不同俯冲区域的b值分布具有4个共同特征:1)地壳范围内的高b值特征,表明其剪切应力较低;2)俯冲板片与上覆板块耦合强烈的区域b值较低,表明该位置剪切应力较高;3)弧前区域b值较高,表明其剪切应力较低;4)海沟东侧的太平洋板块与软流层接触的区域b值较高,表明该位置剪切应力较低.上述这些b值分布结果及其剪切应力分布,是能够与俯冲带的地球动力学结构与特征相关联的.我们也发现在水平方向上,在浅部区域(0~40km深度范围),勘察加地区的剪切应力相对于北日本地区和千岛地区更低;在更深的区域(40~80km深度范围),千岛地区弧前区域的剪切应力较低.由本文俯冲带区域力平衡估算得到的俯冲接触面上的剪应力大小能够解释鄂霍次克微板块东部俯冲带不同接触界面上的b值大小及其分布差异.本文得到的日本海沟附近区域平均b值在大地震前后的时间变化揭示了该区域震间、震前和震后的应力演化过程.     

菲律宾群岛深部速度结构成像与双向俯冲板片构造特征

菲律宾群岛受到欧亚板块、菲律宾海板块和印度-澳大利亚板块的碰撞作用,地质环境复杂,构造因素多样.尽管近几年来已经有了少数关于该区域层析成像的研究,但这些研究的区域主要集中在马尼拉海沟、吕宋岛及中菲律宾地区,而关于群岛周围其他海沟和南菲律宾地区的讨论相对较少.到目前为止,还没有同时获得过关于菲律宾群岛深部纵、横波速度结构的研究,本次研究通过反演155779条P波震相和59642条S波震相,同时获得了菲律宾群岛从地表至150 km深度的纵、横波速度结构.地震层析成像结果表明该地区的壳幔速度结构具有较强的不均一性,地壳内部存在着广泛的低速异常,而表征俯冲板块的高速异常则沿着群岛周边的海沟展布.南海块体在马尼拉海沟中段的俯冲角度和俯冲活动性比南段小;菲律宾海板块在东吕宋海槽南段微弱的俯冲作用很有可能同本哈姆海台的碰撞有关.菲律宾群岛大部分M_W>6.0的强震沿着各个板块的边界发生,体现出菲律宾海板块同欧亚板块之间的强耦合作用,群岛西侧的南海块体在马尼拉海沟16°N-20°N之间呈现出的弱耦合状态可能跟北吕宋地区的拉张应力环境有关,南海块体在16°N以南的地区同上覆块体之间的耦合作用较强;群岛东侧的菲律宾海板块在14°N以北的地区没有强震发生,它与菲律宾群岛之间的耦合程度从北向南逐渐增强,在12°N以南的地区要强于12°N以北的地区;此外苏禄海盆和菲律宾构造带之间也存在着强耦合关系.     

苏门答腊地区地壳的地磁影象

2004年12月26日苏门答腊特大地震和海啸地区周边的地磁影象揭示了该地区现时及历史的俯冲概况。准静态远场影象(图1a)清晰地显示出欧亚和印度澳大利亚板块之间的挤压边界。沿断层破裂带，磁化地壳厚度呈正东向和北东向显著增大。该岛弧与俯冲板块都是磁性的，