上地幔低速高导层成因的探讨-水和熔体的作用

上地幔中广泛存在低速高导层,对这些低速高导层成因的研究可以帮助我们了解上地幔物质的组成、分布以及地幔动力学过程.目前,地球科学家把上地幔低速高导层的主要成因归结为水或熔体的作用.本文主要介绍了水和熔体在上地幔中的赋存状况、对地震波速的衰减作用以及对电导率的影响.最后本文评述了含水模型和含熔体模型,并对电导率研究进行了展望.     

Impedance spectroscopy analysis on electrical properties of serpentine at high pressure and high temperature

The electrical conductivity of serpentine is measured and the microscopic conductance mechanisms are investigated with impedance spectroscopy at 2.5–4.0 GPa and 220–780°C. The results show that the electrical conductivity is strongly dependent on the frequencies used, and that only arc I, which reflects grain interior conductance, occurs and dominates the whole conductance processes over 12-10⁵Hz at high pressure before dehydration. The arc II, which indicates the grain boundary process, begins to occur at the initial stage of dehydration. After dehydration, due to the presence of highly conductive networks of free water, the electrical conductivity is not dependent on frequencies any longer and the total electrical conductivity is dominated by process of ionic conductance of free water in interconnected networks. Dehydration of serpentine enhances pronouncedly the total electrical conductivity, through which highly conductive layers (HCL) may be formed in the earth’s interior.     

辉绿岩脆-韧性变形转化的高温高压实验研究

辉绿岩是下地壳重要组成岩石之一.加强辉绿岩的变形特征和脆—韧性转化的实验研究,对于进一步认识大陆(伸长构造)和洋脊形成、对流以及较深层次地震分布模式有着重要意义.Kronenbevg 等(1980)     

动态部分熔融作用及其地球物理意义

本文着重阐述了上地幔动态部分熔融动力学的几个基本问题:(1)初始熔融物的产生;(2)渗透和萃取;(3)运移和聚集;(4)研究方法、内容及其地球物理意义。笔者强调指出,在初始熔融阶段,两面角是控制上地幔熔融物的几何分布、渗透性和连通性能的关键参数,少量熔融物(2%~5%)不仅会使软流圈中地震波速下降、导电率增加,而且还引起上地幔非弹性衰减现象。     

地幔对流的数值模拟及其与表面观测的关系

本文从基本的热对流方程出发,并结合地幔对流特点,特别考虑到自重及非线性影响,探讨地幔对流及其与表面观测的关系,发展了相应的数值方法.结果表明,计算得到的长波大地水准面、地表地形、板块速度场水平散度与观测值符合程度较好.上、下地幔的非绝热温度异常与由地震层析得到的地震波速异常显示一定的相关性.地幔内部的流动呈现复杂形态,反映了高瑞利数对流的特征.     

流变介质中亚临界扩展前地震孕育过程的能量积累

本文用流变断裂力学研究了地震孕育过程.与弹性力学不同,它是一个不可逆的时空过程.由于介质的粘性,外力功的一部分花在粘性耗散上,只有弹性应变能是地震发生及震后过程可利用的能量.我们将弹性应变能从总能量中分离出来,并就标准线性体给出了简洁公式.以海城地震为例,计算了两个共线不等长断层在地震孕育过程中其周围区域的应力场和能量场的时空变化图象及应变能积累曲线.结果表明,应变能分布复杂,在时间和空间上都很不均匀,能量积累在孕震初期较快而在后期渐趋平缓.由此讨论了某些地震前兆,认为当能量增加速率较大时某些早期前兆可能出现,比如唐山地震10年前出现的某些异常可能就是这种早期前兆表现.     

鲜水河断裂带多断层相互作用的流变断裂力学分析

本文研究了流变介质内多断层的相互影响,通过对鲜水河断裂带的分析,对该断裂带提出一个不共线三断层的断裂力学模型.把介质考虑成流变的,用有限元法结合解析方法求解了流变断裂力学问题的应力、应变及能量场的时空变化.结果表明,多断层的力学场与单一断层的力学场相差甚远,在断层间形成了影响区.在影响区内应力集中,梯度大,分布复杂,应变能在影响区内形成较大范围集中.应变能等值线在孕震期间从影响区向外扩张,能量从外围流向断层区,流动在时空上都是不均匀的,孕育初期增加速率大,后期渐渐平缓.流向影响区的能量比其周围区域大,形成很大梯度.并讨论了地震前兆的某些特征.根据本文的结果,认为在道孚—乾宁—带发生地震的可能性较大.     

地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融问题的数值模拟

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一,同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融相关的问题.利用开源程序Ellipsis3D,基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和岩石流变本构关系,以及不同的熔融损耗关系,通过有限元数值方法模拟得到地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融程度的动态变化.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段,地幔柱自身熔融占主导,减压熔融为主因;地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段,岩石圈地幔开始熔融,地幔柱以减压熔融为主,岩石圈地幔以升温熔融为主;地幔柱的横向展平阶段,随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加,以升温熔融为主,地幔柱自身熔融程度减小.最后基于数值模拟结果及现场资料对峨嵋山大火成岩省地幔柱的发展演化以及峨眉山大火成岩省的形成进行了讨论.

     

2001年8.1级昆仑山大震破裂过程及对2008年汶川8.0级大震孕育发生影响的研究

本文用三维流变非连续变形(块体边界)与有限元(块体内)相结合(DDA+FEM)的方法,在青藏高原及其东侧四川盆地,鄂尔多斯块体地区三维构造块体相互制约的大环境中,考虑了龙门山断裂带东西两侧地势、地壳厚度和分层的明显变化,及断裂带东侧四川盆地及鄂尔多斯块体坚硬地壳阻挡的影响,通过用GPS资料做位移速率边界约束和震源机制约束,计算得到研究区的速度场和应力场与该地区GPS测量结果和震源机制分布结果基本相似.在此基础上,数值模拟2001年昆仑山大震的破裂过程;研究大震引起各构造块体边界断层应力状态变化特征,特别是对2008年汶川大震发震断层的影响.结果表明:(1)数值模拟昆仑山大震发震断层发生左旋走滑错动,最大水平错距约4.5 m,最大应力降约18 MPa.计算获得大震释放的主压应力场图像,最大剪应力变化等值线图,大震发震断层垂直面上位错等值线图及大震引起垂直位移变化三维图分别与大震的震源机制,地表破裂带同震位移分布,GPS同震位移图及地震波反演和GPS反演的结果总体上均比较相近.(2)计算获得的最大剪应力变化等值线图分布具有不对称特点,大震发震断层南侧变化梯度明显大于北侧.(3)模拟计算得到大震引起汶川大震发震断层库仑破裂应力增加约0.016 MPa(上地壳层).昆仑山大震破裂过程是在东昆仑断裂带其发震断层上发生的左旋走滑错动,引起东昆仑断裂带南侧巴彦喀拉块体进一步东扩和一定规模的变形,并受到该块体东侧四川盆地较硬地壳的阻挡,使得块体东边界断层中低倾角的汶川大震发震断层库仑破裂应力增大,应变能积累增强.可以认为这一破裂过程对汶川大震发震断层发生逆冲型失稳起了促进作用.     

地震波各向异性的研究进展

地壳和上地幔矿物的优势取向的改变是产生地震波速各向异性的主要原因。本文重点概述了在高温高压实验方面地震波各向异性的研究进展,总结了它的研究成果,并讨论了产生地震波各向异性的主要原因,阐述了地震波各向异性在地球动力学中的意义。