火山区地表形变及应力分布的有限元模拟——以长白山天池火山为例

地壳的非弹性变形以及岩浆与岩石变形的关系是近年构造物理研究的一个热点。文中主要研究火山区的地表形变以及应力场问题,设计了含有岩浆囊的上地壳有限元模型。该模型计算结果与Mogi模型的对比表明,有限元模型不仅可以实现Mogi模型的结果①,而且有很多优势:主要表现在地表对不同岩浆囊形状的响应;区域平面应力场和剖面应力场的体现以及应力场、位移随时间的变化趋势。利用该模型对比分析了岩浆囊半径差异以及岩浆囊深度差异导致的不同形变结果,认为在上地壳浅部,当岩浆囊半径小到一定程度(如0.5km),地表垂向位移的变化受岩浆囊压力变化的影响较小。同时,初步分析了区域最大应力场的分布与实测火山地震分布的关系,发现有较好的对应关系;模拟对比了只有构造应力场和带有岩浆上拱的构造应力场,发现后者导致了最大剪应力场的逐渐增大     

西太平洋俯冲带对中国东部构造的影响

本文在对西太平洋海沟—岛弧—弧后体系与中国东部中新生代构造进行对比的基础上,分析了大洋板块俯冲对大陆构造影响的几个不同阶段。始新世太平洋板块运动方向的改变影响了中国东部的应力场,使左旋剪切变为右旋。中新世前后海沟东撤之后,俯冲对华北的影响变小了。虽然诱发对流消亡了,过剩的重力势引起了地幔物质由洋向陆的侧向流动。蠕变流的数值模拟结果表明中国东部引张与挤压交替的格局是地幔侧向流动的结果。西北太平洋地区的地震旋回可能与这样一种流动的周期性有关。     

卫星遥感技术在火山监测中的应用

作为一门新兴技术，卫星遥感已被有效地应用于火山活动监测、通过SAR(合成孔径雷达)和InSAR(合成孔径雷达干涉成像)资料可以监测火山地表形变、使用热辐射数据以及将遥感与其它技术相结合能够研究火山区的热活动和火山喷发物。在我国的火山监测中，广泛地应用卫星遥感技术是非常必要的。     

百年来中国大陆强震活动的微动态分期及其空间分布

分析了近百年来中国大陆强震的时间与空间分布。强震活动具有在时间上的起伏特征与空间上集中分布于主体地区的特征。综合考虑时间、空间的分布特征的动态变化 ,进一步阐明了微动态期划分的意义 ,并且与活动 -平静期进行了对比。中国及其邻区大陆强震的个体行为具有丛集性。近百年来存在一种大约 13a的阶段 ,反映了大范围的地震能量积累的起伏发展过程。与时间轴上的相对高潮期相对应 ,各期存在 1个地震活动主体地区与另 1个次活动区 ,2个大震活动区的相对位置往往分别处于青藏高原的两侧。相当部分的强震孕育是在原有孕震区继续进行的 ,而多数强震的孕育是在原有区域外进行的。活跃期与平静期的划分对理解时间分布的不均匀性是有意义的 ,然而活动期的长短不一 ,强度不同 ,活动期内也有起伏。从强震活动的孕育过程看 ,微动态期的划分更有利于对强震空间分布的预测     

板内应力快速积累的一种机制

要解释在很短的时间尺度内强震活动主体地区的大范围迁移现象 ,必须考虑整个岩石圈的分层流变结构和应力积累的时间过程。文中分析了应力在岩石圈中的传播情况 ,论证了板块边界对大陆内部的动态作用形式 ,推导出了在常速度边界条件下 ,双层黏弹性模型的解析解。证明在板块边界连续动态作用条件下 ,由于岩石圈的分层流变性和应力在不同流变性介质中的传播特征 ,在黏弹性模型黏滞性较大层中应力的积累时间可以大大缩短 ,从而可以较合理地解释一些短期的地质现象     

中国大陆强震区的形成及其动力学分析

根据强震能量密度分布图对中国大陆强震区进行分析 ,运用三维黏弹性有限元模拟研究在印度次大陆的长期推挤作用下中国及其邻区的黏弹性变形场与应力场。中国大陆强震区主要是在3方面的动力作用下形成的 :1)印度次大陆长距离的挤入使碰撞带 2犄角的变形不断延伸 ,形成两侧的变形梯度带 ,高原巨厚地壳为弹性应力能的集中创造了介质条件 ,处于较大深度和较高温度下的下地壳的蠕变使上部弹性层的应力集中。 2 )亚洲东部大尺度向E运移使印度板块向NNE的挤入在青藏高原北部转为NE向运动 ,同时也使两侧变形带由NNE转为NE向。 3)高原内部的不均匀挤出促进了高原东侧 3个弧形带的形成     

中国火山危险性等级与活动性分类

介绍了中国大陆全新世活动火山喷发危险性的评价与活动性分类。火山喷发危险性评价是进行火山活动性分类的基础,参照国外火山活动度水平与火山警报等级,根据火山动力背景特征与火山前兆异常特征确定了中国火山喷发危险性评价等级,它们是安全、注意、警惕、警报、危险、灾害、灾难等7级。根据火山活动的危险性,将中国火山的活动性分为4类:1)处于活动状态的火山——长白山天池火山,已经进入扰动期;2)有活动迹象的火山——腾冲火山,仍然处于平静状态,存在潜在的喷发危险;3)有潜在活动可能的火山,包括五大连池、镜泊湖与海口火山,各种地球物理、地球化学观察都处于背景值范围;4)活动性不明的火山     

全球火山活动分布特征

根据全球活动火山目录 ,分析研究了全球火山分布的特征 ,描述了各区的火山活动分布 ,总结了火山活动强度的时、空分布特征。全球火山活动可分为三大区 ,西太平洋火山活动区 ,主要与太平洋板块向北西西方向的俯冲活动有关 ;东太平洋火山活动区 ,主要与太平洋东面的小板块 (胡安德富卡板块、科科斯、纳斯卡板块 )向美洲板块的俯冲有关 ;大西洋火山活动区 ,与大西洋和非洲的裂开 ,以及地中海带的活动有关。不同火山区带具有各自的最大喷发等级与相应的复发周期。一条火山弧上活动强度的分布往往是不对称的 ,意味着火山弧在整体上有其动力学的控制机理。火山活动显示了随纬度成带状分布。在 - 10～ 0° ,10 2 0° ,30 4 0°,5 0 6 0°分布有高值带。火山喷发活动还与当地的重力势有关 ,重力势正异常可能与高的正压力有关 ,有利于产生特大喷发。火山活动与大角度的正面俯冲带的弧后火山活动最强 ,当板块运动方向与板块边缘走向成小角度相交时 ,缺少正面俯冲的动力 ,火山活动相对平静。     

中国大陆及邻区强震活动主体地区形成的数值模拟

在一定时期内,中国大陆及邻区强震活动发生在相对集中的地区,本文简称为主体地区;不同时期的主体地区在空间上有较大距离的转移与变换．本文在前人研究基础上,对主体地区的形成机制进行探讨,认为岩石圈韧性层的变形控制了强震活动主体地区的主要位置和形态,而周围板块边界作用是形成主体地区的主要驱动力．\r\n 以中国大陆及邻区韧性层为模拟对象,建立二维粘弹性有限元模型模拟韧性层的变形及应力场分布．考虑到板块边界活动在时空上的不均匀性,将板块边界分段,以不同板块边界段组合作为各时期强震活动主体地区形成的主要约束,模拟大陆内部韧性层应力集中区的形成．模拟结果显示了6种与实际强震活动主体地区有可比性的应力分布,说明在相应的板块边界段组合作用下,在韧性层可以形成与各主体地区的形态和方位基本一致的应力集中区．     

岩浆活动与构造应力的相互作用及其与火山活动状态的关系

本文考虑一个包含岩浆囊和火山隆起的三维黏弹性地壳有限元模型,通过数值模拟的方法揭示了岩浆活动与构造应力之间的相互作用.首先,在底部岩浆的持续补给作用下,总结了火山地表形变、应力大小和岩浆囊过剩压力在岩浆补给不同状态下的特征和表象;同时本文研究了构造应力场变化对火山岩浆囊应力的影响,发现10 MPa的板块应力作用能够引起岩浆囊内±1.2~1.6 MPa的压力变化,这个量级足以对岩浆囊形成扰动,从而引发各种火山活动.