基于WebGIS的中国岩石圈三维结构共享服务功能研究

本文以国土资源部中国岩石圈三维结构数据库专项计划为依托,利用ESRI公司的ArcIMS作为开发工具,建立了基于WebGIS数据共享平台。文中分析了当今的WebGIS设计思想,详细介绍了该平台的网络结构、系统数据组织、各专业空间数据的发布方式、共享服务功能的实现。通过整个数据共享平台的建立,总结了目前GIS技术和地学研究相互促进共同发展的方向。     

2018年1月23日阿拉斯加Mw7.9地震发震节面讨论

2018年1月23日美国阿拉斯加湾科迪亚克岛东南280 km发生M_W 7.9级走滑地震,地震震中位于太平洋板块.震源机制解显示地震破裂面是走向东西(左旋)或走向南北(右旋)的高倾角断层,美国地震调查局(USGS)和中国地震局(CEA)分别发布了走向东西和南北的破裂模型.随着同震GPS数据的发布、余震数据的积累和对区域地质构造的了解,提供了更多资料来约束发震面,我们通过建立全球横向非均匀并行椭球型地球弹性模型,计算此次阿拉斯加湾大地震产生的同震形变、库仑应力变化以讨论上述破裂模型的差别.初步计算结果表明:USGS模型计算的最大地表水平位移约为4.5 m,CEA模型计算的最大水平位移约为3 m, USGS模型计算结果和GPS观测吻合更好;采用最优破裂面投影,计算USGS模型和CEA模型引起的库仑应力变化,分别有92.3%和72.7%的余震落在库仑应力大于0.01 MPa区域;在地质构造上,USGS给出的阿拉斯加地震节面与海底断层走向一致,但余震分布呈现出共轭条带分布,指示了地震破裂过程的复杂性.从静态应力转移角度,本次地震引起了科迪亚克破裂段(Kodiak Segment)的库仑应力增加最大0.01 MPa,加速了未来地震发生的可能性.     

额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘电性结构研究

中国东北地区位于中亚造山带东段,夹持在西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间,是解决东亚大陆构造演化的关键区域,其中额尔古纳地块和兴安地块位于东北地区西部,是两个十分重要的地质构造单元.横过额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘的大地电磁测深剖面揭示了两块体结合带附近的深部电性结构,进而为该区构造演化提供新的电性依据.本文通过对剖面测点数据做标准化处理,并对二维偏离度、构造走向等进行计算与分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)算法对TE+TM模式的数据做了二维反演,获得了该剖面的地壳和上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元:额尔古纳地块东缘、碰撞拼合带和兴安地块西缘.研究结果表明,研究区上地壳基本呈高阻特征,可能为岩浆岩,代表其经历了多期次岩浆作用,而额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘中下地壳的高导体反映其地壳非刚性的特点,可能形成于后期伸展环境;拼合带中下地壳存在大范围高导体并与上地幔高导体相连,指示出地幔物质上升的通道,反映出地幔物质的上升作用可能是后期构造伸展的重要动力.     

阿坝—遂宁宽角地震剖面重建藏东缘龙门山地区地壳速度结构

龙门山断裂带位于青藏高原东缘,在中生代和晚新生代经历强烈的构造变形,急剧抬升,是研究青藏高原隆升和扩展动力学过程的重要窗口.本文利用起伏地形下的高精度成像方法,对"阿坝一龙门山一遂宁"宽角反射/折射地震数据重新处理,通过走时反演重建研究区地壳速度结构.剖面自西向东跨越松潘一甘孜块体、龙门山断裂带和四川盆地,不同块体速度结构表现了显著的差异.松潘甘孜块体地表复理石沉积层内有高速岩体侵入,低速层低界面起伏不平反映了该区的逆冲推覆构造.中下地壳速度横向上连续变化,平均速度较低(约6.26 km·s~(-1)).四川盆地沉积层西厚东薄,并在西侧出现与挤压和剥蚀作用相关的压扭形态.中下地壳西薄东厚,平均速度较高(约6.39 km.s~(-1)).龙门山断裂带是地壳速度和厚度的陡变带,Moho面自西向东抬升约13 km.在整个剖面上Moho面表现为韧性挠曲,中下地壳横向上连续变化,推测古扬子块体已到达松潘甘孜块体下方.松潘甘孜块体下方中下地壳韧性变形,并在底部拖曳着被断裂切割的脆性上地壳,应力在不同断裂上积累和释放,诱发大量地震.     

“松科二井”邻域岩石圈精细结构特征及动力学环境——深地震反射剖面的揭示

为揭示"松科二井"邻域岩石圈精细结构特征,布设了一条过井近南北向的深地震反射剖面,采用多尺度药量结合的激发技术,长排列、重点段加密接收高次覆盖的采集方式,通过高保真、高保幅的处理流程获得高分辨率、高信噪比的叠前时间偏移剖面.结果显示:T4反射轴之下沉积岩层状反射与火成岩杂乱反射相间,有两处疑似上古生界地层,分别位于松科二井下方(双程走时,Two way travel time,TWT,3.5～4s)和任民—永安断隆下方(CDP,3500～4500,TWT,3～4s);中下地壳可观察到近平行的北倾反射,中和断陷下方存在上下关联的透镜状强反射,整体轮廓呈蘑菇云状,解释其为岩石圈伸展构造中发育的深部热流底辟体;北部莫霍面呈近水平连续强反射,南部徐家围子断陷区域莫霍面反射较弱,同时剖面上存在3种明显的岩石圈上地幔反射,包括倾斜地幔反射、近水平地幔反射和超深地幔反射,推断其分别为早期俯冲遗迹、早期增厚地壳底界面以及现今岩石圈底界面.本文利用过松科二井地震剖面的最新成果,揭示出古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋三大构造域先后作用下,保留在松嫩地块岩石圈内的结构特征,为探讨松辽盆地形成原因、构造背景及动力学因素提供新视野.     

中国西部典型盆山结合带:西秦岭-临夏盆地深地震反射剖面沿线岩浆岩岩石地球化学测试数据集

西秦岭造山带位于青藏高原的东北缘,其岩石圈结构与变化记录着高原向东北发展演化的深部过程信息。西秦岭造山带也是中国资源开发的远景区,特别是随着全球石油的紧缺,我国石油地质界加快了新区勘探,西秦岭造山带与其两侧盆地被列为中国油气勘探评价值得重视和重新认识的战略选区之一。在野外观测的基础上,对跨越西秦岭和位于南祁连的临夏盆地的深地震反射剖面沿线的重要地质体进行了系统采样,开展了锆石U-Pb地质年代学、全岩元素和同位素（Sr和Nd）组成的测试工作。西秦岭—临夏盆地深地震反射剖面沿线重要岩浆岩岩石地球化学测试数据集中共包含3个数据表,分别为合作北部西秦岭造山带和临夏盆地内岩浆岩的锆石LC-MC-ICP-MS定年数据（共计7个测试样品、145个测试点,测试精度为（2σ）均为2%）、合作北部西秦岭造山带和临夏盆地内岩浆岩的主量元素和微量元素特征（共计33个测试样品,每个样品有69个测试项,含量大于10×10^-6的元素的测试精度为5%,而小于10×10^-6的元素精度为10%）、合作北部西秦岭造山带和临夏盆地内岩浆岩的Sr和Nd同位素特征（共计27个测试样品,Sr和Nd同位素的测试精度分别为±0.000010（n=18）,和±0.000011（n=18））。这些数据为厘定不同岩浆岩的形成年代和地球化学性质,从而更好地解译地震反射剖面揭示的深部地质构造所代表的构造意义。     

喜马拉雅造山带西部拉昂错蛇绿岩带区域地壳深部结构及其可能构造归属研究

前人研究表明喜马拉雅造山带西部出露的拉昂错蛇绿混杂岩为新特提斯洋壳岩石圈的一部分,代表了新特提斯洋的关闭及其随后大洋岩石圈物质的仰冲.鉴于拉昂错蛇绿岩的构造演化历史尚不明确,前期对于拉昂错蛇绿岩带构造归属的研究主要基于岩石学研究和地表地质调查等,缺少精细的深部地壳结构进行运动学指示,因此证明拉昂错蛇绿混杂岩体的构造归属并非易事.本次研究中,我们对前期获得的一条南北向延伸穿过雅鲁藏布江缝合带和喜马拉雅造山带西部拉昂错蛇绿岩体的112 km长的深反射地震剖面进行了构造解释.高分辨率的深反射地震剖面清晰地显示了喜马拉雅山脉西部造山带内发育良好的地壳双冲构造几何结构,该地壳尺度双冲构造将印度俯冲地壳物质从底部运移到上部.同时,地震剖面还显示拉昂错蛇绿岩体和雅鲁藏布江蛇绿岩体在上地壳深处呈倾向相反但底部相通的结构构造.结合前人的岩石学/地球化学/地表地质研究成果,我们认为拉昂错蛇绿岩体为雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩体的一部分.印度俯冲前缘的双冲构造折返将深部物质带到地表过程的同时,还将部分雅鲁藏布江蛇绿混杂岩携带至南侧距主缝合带位置大约20 km的拉昂错蛇绿岩区域.     

秦岭造山带及邻区上地壳精细速度结构研究

秦岭造山带是华北板块和扬子板块南北两个大陆边缘长期演化的产物,各部分性质和时代不同,是一个复杂的构造混杂体。由于其所处位置的重要性,演化时间上的长期性、多旋回性,空间上的多样性、变异性,一直是地质和地球物理学研究的热点。为了沟通该区复杂的浅表地质现象与深部结构成像,获取更精细的上地壳结构成为厘定秦岭造山带不同块体之间接触关系,揭示其地球动力学演化过程的关键。本文对一条长450 km、南北向跨越鄂尔多斯地块南缘、渭河地堑、秦岭造山带、大巴山逆冲推覆带和四川盆地北缘的宽角反射与折射地震剖面采集的15个大炮数据进行了层析成像研究。本研究对690个初至走时拾取数据使用有限差分算法,采用变网格尺度及平滑参数的迭代策略,经20次迭代反演,走时均方根误差降至0.105 s,收敛良好。成像结果精细刻画了渭河地堑的低速沉积特征,系一个南深北浅的断陷盆地,最深处可达7 km,其发育主要受秦岭北缘断裂、乾县—富平断裂及渭河断裂控制。秦岭北缘断裂与安康—竹山断裂之间的秦岭造山带上地壳呈高速特征,横向变化剧烈,仅残余若干较浅的山间盆地。与南部四川盆地稳定沉积相比,大巴山逆冲推覆带下方沉积层速度结构不统一,反映了逆冲推覆作用的改造,但整体仍保留了3~6 km的沉积厚度。本文分析认为剖面中部的秦岭地区是古生代—早中生代南北板块汇聚的核心地带,之后造山带两翼的南、北陆缘分别于燕山期和新生代转入逆冲推覆和伸展两种迥异的构造环境,而现今研究区的上地壳构造格局是三次事件叠加的结果。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚并生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞以及碰撞如何使大陆变形的过程,是对全球关切的科学奥秘的探索。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。二十多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho面信息的技术瓶颈,揭露了陆-陆碰撞过程。本文在探测研究成果的基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂(而不是龙门山断裂)是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho面厚度薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,不仅沿雅鲁藏布江缝合带走向印度地壳俯冲行为存在东西变化,而且印度地壳向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,研究显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程中发生物质的回返与构造叠置,这导致印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射以及近于平的Moho面都反映出亚洲板块南缘处于伸展构造环境。     

祁连山中部地壳各向异性研究:来自远震接收函数的证据

青藏高原的隆升由印度-欧亚板块的碰撞而驱动,其生长演化,特别是从内到外的扩展机制仍尚存争议。祁连山地处青藏高原向东北扩展的前缘位置,其地壳结构与各向异性对于理解青藏高原向北扩展的生长机制具有重要意义。祁连山中部是青藏高原东北缘地壳遭受挤压强烈变形的区域,已有的研究已经揭示出地壳内部非耦合不均匀变形的几何行为,揭露其对应机制是亟待探索的前沿科学问题。此前该区域的各向异性研究大多基于面状台网数据,台站间距大,无法反映横跨祁连山地壳各向异性的精细变化。为此,本研究选用一条密集线性地震台阵,使用H-κ-c叠加方法,得到了横过祁连山中部的地壳厚度,泊松比以及地壳各向异性的横向变化。结果显示,在中祁连以及南祁连北部地壳厚度最大,平均泊松比最低,反映了地壳加厚过程中铁镁质下地壳的丢失以及长英质中上地壳的水平缩短。此外,偏长英质成分的泊松比值也不支持地壳流在该区域存在。在祁连山内部,地壳各向异性快波的偏振方向与地壳向外扩展方向一致,而与地幔各向异性快波方向近垂直,揭示了壳幔变形可能是解耦的。而在地壳较薄的南祁连和北祁连南部区域,快波方向与古缝合线的走向一致,说明早古生代的构造格局仍对现今的祁连山缩短隆升产生影响。