2008汶川Ms8.0地震发生的深层过程和动力学响应

汶川Ms8.0强烈地震发生在一条现今并不活动的龙门山构造带上,造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡.然而强烈震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动,即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配.为此对这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层过程进行了分析和探讨,初步研究表明:①在印度洋板块与欧亚板块陆—陆碰撞、挤压作用下,喜马拉雅造山带东构造结向NNE方向顶挤、楔入青藏高原东北缘,迫使高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地阻隔下,一部分物质则转而向东南侧向运移;②龙门山地带在地形上差达3500±500m左右,而地壳厚度在龙门山西北部为60±5km左右,四川盆地为40±2km左右,而龙门山地带与其东、西两侧相比则为地壳厚度变化幅度达15～20km的突变地域,即为应力作用的耦合地带;③中、下地壳和地幔盖层物质以地壳低速层、低阻层(深20～25km)为第一滑移面,以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部"刚性"物质阻隔下,深部壳、幔物质以高角度在龙门山构造带和四川盆地的耦合地带向上运移(或称逆冲),且在龙门山地表三条断裂构成的断裂系向下延伸到20km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压、震源介质破裂;在物质与能量的强烈交换下,应力得到释放,故形成了这次Ms8.0强烈地震.为此从深部初步揭示了这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层动力过程.     

地震前兆数据采集适配软件方案设计

为解决地震前兆非标准仪器的统一接入问题,本文对地震前兆台网设备异构性进行了分析,提出一套完整的地震前兆数据采集适配软件设计方案,并从采集、存储、传输3个主要软件模块描述了关键技术设计。     

杞麓湖泄水暗河淤塞的不良环境效应分析

杞麓湖岩溶盆地为一封闭的汇水径流型断陷湖盆,汇水面积内的地表地下水流入杞麓湖后,从岳家营落水洞灌入式补给高寨暗河系统,通过地下暗河岩溶管道径流至东部的华宁盆地后以暗河形式排泄。由于泥砂堵塞暗河岩溶管道,导致落水洞最大泄流量不断减小,削弱了杞麓湖的水资源调节功能,引发洪涝灾害;淤塞物及径流迟缓引起污染、污染水置换缓慢又加剧了暗河污染;为解决淹蓄矛盾修建的调蓄水隧道施工以来,岩溶渗漏使得隧道沿线地下水位下降,疏干了山区农村水源,导致地面沉降变形,间接引出一系列新的环境地质问题。     

分布式地震数据采集器的高精度时间同步系统研制

为了解决分布式地震数据采集系统的同步授时问题,本文研制了一套高精度时间同步授时系统。该系统在通信过程中周期性地发送同步授时秒脉冲,并通过授时秒脉冲传输实现实时传输延时测量及时间校正,从而实现多通道高精度同步授时。基于此设计原理,采用高速硬件可编程器件研制了同步授时系统,并通过测试证实该系统在2 km通信距离时同步授时精度优于200 ns,表明该同步授时系统稳定、可靠并具有一定实用性。     

远震剪切波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征

华南板块由扬子克拉通和华夏地块在新元古代碰撞拼合形成, 其西南部的缝合带位置存在强烈争议.本文基于一条南北向宽频带流动台阵天然地震数据, 利用SKS波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征的南北向变化.分裂测量结果显示, 26°N以南的右江盆地快波偏振方向为E-W或NEE-SWW方向, 分裂时差为0.5~2.5 s, 变化范围较大; 川东褶皱带存在较多空解, 快波偏振方向以近东西向为主, 分裂时差在0.5~1.5 s范围内变化; 在右江盆地北缘和川东褶皱带的过渡区域(约26°N附近)各向异性明显较弱.结合前人的上地幔速度成像结果, 我们认为川东褶皱带与右江盆地过渡带是扬子克拉通的南边界, 在其下方北侧的川东褶皱带巨厚的岩石圈向南转变成较薄的岩石圈, 陡变的岩石圈边界引起了软流圈上涌, 软流圈的垂向运动导致其水平方位各向异性较弱.

     

满都拉—卡楚加的长剖面地壳介质密度分布及深部结构特征探榷

通过对南起中国内蒙古满都拉、向北经蒙古国、直抵北端俄罗斯贝加尔湖北卡楚加全长1320km长重力剖面的布格重力异常数据进行处理和解析, 依其构建了沿剖面的二维地壳密度结构模型, 并详细分析了沿剖面的地壳底界面(Moho界面)展布的深部构造特征, 及剖面辖域内的5个次级局部构造单元的重力异常场、地壳密度结构、界面起伏及断裂构造分布的特征.期望此研究结果能为该剖面跨越的中亚造山带东部地区的地壳结构、各次级构造单元的界域与关联方面的进一步研究提供相关的重力场依据.

     

FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用

在进行地震数据采集器的幅频特性测试中,当标定信号频率稍高时(约为采集器采样率1/5以上),采集器输出的正弦波形发生畸变,无法人工读取正弦波峰值.为了解决该问题,本文提出了基于离散傅里叶变换(DFT)的积分恢复算法,将该方法与快速傅里叶变化(FFT)谱分析方法同时应用于一台高精度地震数据采集器的幅频特性测试数据处理.结果表明这两种算法均能标准化、高精度地完成采集器幅频特性标定数据的计算.其中基于DFT的积分恢复算法的计算程序操作简单,能够高效率地完成数据采集器的幅频特性检定工作;并且该方法还可以应用于地震数据采集器的线性度测试.     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600 km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖-怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖-怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

华北东部复杂的660 km相变界面

利用华北固定台网的宽频带地震远震记录波形资料,提取P波接收函数,通过偏移成像和共转换点叠加,得到华北地区东部地幔过渡带深度及厚度的图像.研究结果显示,地幔过渡带上界面(410 km间断面)深度起伏变化不大;在华北地区东部,存在较厚的地幔过渡带,地幔过渡带下界面(660 km间断面)在660 km深度附近出现两个不同的界面.造成地幔过渡带增厚并出现两个深度不同的界面的原因可能是存在橄榄岩以外的地幔物质相变,该物质相变拥有与橄榄岩向钙钛矿转变不同的克拉伯龙斜率,太平洋俯冲板块的低温造成两种不同的相变界面发生不同程度的改变.双重660 km间断面的范围存在向北西方向延伸的趋势并且向南至少延伸到30°N.本文的结果可为古西太平洋板块向华北俯冲前缘位置的研究提供约束.     

鄂尔多斯盆地北缘南北向剖面上地幔远震P波层析成像

为深入理解华北克拉通破坏机理,本研究通过鄂尔多斯盆地北缘南北向宽频带线性高密度流动地震台观测记录的远震波形数据,获得了1985条高质量到时资料,进而利用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)快速行进层析成像方法获得了华北克拉通西部鄂尔多斯盆地北缘深至300 km范围的P波速度模型.结果显示,鄂尔多斯盆地下方呈现出深至150~200 km的高波速异常,说明华北克拉通其西部岩石圈保存完好尚未遭到明显破坏.河套地堑下方存在向鄂尔多斯盆地下方延伸的明显低波速异常,其深度可达300 km深度,而阴山造山带下方上地幔存在深至100 km左右的弱高波速异常,说明鄂尔多斯盆地周边地区的岩石圈均遭到一定程度破坏并减薄,可能与新生代时期太平洋板块的俯冲引起深部热物质上涌等作用密切相关.这些研究结果说明,华北克拉通在构造演化过程中不同块体经历了不同的破坏演化历史,这对于认识克拉通破坏减薄机制具有重要意义.