核幔边界动力学——地球自转十年尺度波动

总结了地球核幔边界动力学有关研究的新进展,如核幔边界的特性、核幔边界的地形起伏、核幔边界附近地幔对流格局和地球外核顶部的流场等。从地核—地幔之间的耦合出发,讨论了地球自转十年尺度的波动问题,简述了核幔之间电磁耦合、粘滞耦合和地形耦合对十年尺度波动影响的基本理论。提出在该项研究中应以综合分析为基础,开展多学科的联合、交叉研究的途径以深化对地球自转十年尺度波动机理的认识。     

断层粘滑摩擦增温的理论分析及其对TL,ESR测龄的意义

采用断层位错模式,考虑了具有一定宽度的断层在其粘滑过程中,断层摩擦应力和滑动速度随粘滑过程的变化情况,由此计算了粘滑所产生的摩擦增温,并将结果与不考虑摩擦应力变化、不考虑滑动速度变化或忽略断层宽度时的情况作了比较。结果表明:断层滑动时,摩擦应力和滑动速度随时间的改变及断层的宽度将对断层摩擦增温产生较大影响。由于岩石中孔隙和孔隙流体的存在,摩擦应力在断层粘滑过程中有较大变化。取断层滑动速度为Brune 震源时间函数形式,考虑摩擦应力的变化及一定的断层宽度,计算得到的摩擦增温值较以往的计算结果偏小。这个结论对测定断层活动年代的热释光(TL)和电子自旋共振(ESR) 法具有一定的理论指导意义     

Dynamic subduction process of local plate revealed by Ibaraki earthquake sequence of 1982 in Japan

IntroductionIt has been brought forward in the plate tectonic theory that the global lithosphere consists of a number of active blocks floating above the asthenosphere since 1960s. And from then on, the kinematics and dynamics of lithosphere have been the frontal subjects in the contemporary geoscientific study. The Pacific Plate is the biggest one covering one fourth of the earth surface. Situated in the Eurasia Plate, our country is affected directly by the compression from the Pacific Pl…     

综合近震及远震波形反演2006文安地震（Mw5.1）的震源机制解

2006年7月4日,在距离北京100 km左右的文安地区,发生了Mw=5.1级地震,引起了北京地区的强烈震感.为了更好的认识区域构造,我们利用近震及远震波形反演的方法得到了此次文安地震的震源机制.选择了北京数字地震台网的9个地震台,震中距小于600 km,台站的方位角覆盖较好.为了更好地利用信号相对较弱的P波信号,对于一个地震记录,本文分别截取出P波和面波两个部分,分别给予不同的权重进行反演,结合格点搜索的方法,得到了与记录P波及面波三分量对应较好的地震的方位角、倾角和滑移角.同时考虑到北京西北地区地壳较厚,本文在利用F-K方法计算近震理论波形的时候,对不同的方位角,采用了不同的地壳速度模型.随后结合远震信号中的直达P、pP、sP波形得到了分辨率较高的地震震源深度.反演结果表明,此次文安地震是一个较为典型的走滑型地震,方位角为210°,倾角80°,滑移角-150°,地震的深度为14～15 km,地震的震级为(Mw-5.1).反演结果与断层的几何分布、余震分布及北京地区北北东向应力场有很好的一致性.     

大地水准面异常和非洲下地幔异常体的结构

根据南部非洲CMB上存在一尖锐边界S波低速异常体(超级地幔柱)的最新研究成果,利用地震层析成像及重力场理论,对该异常体的结构进行了探讨。通过建立模型,计算了该模型S波低速异常体所对应的密度异常产生的区域大地水准面异常,并将其和观测大地水准面异常进行对比。通过调整模型的几何构架、物理参数和力学平衡效应(流体静力学平衡及对流动力学效应所引起的核幔边界地形的起伏),寻找能够符合实际观测大地水准面异常的模型参数,最终得到非洲底部异常体的结构。单一的异常体模型计算结果表明,只有在选取低S波速度高密度异常时,模型预测大地水准面异常才能较好地吻合实际观测(EGM96)分布,由此可以推断,该异常体可能是高密度、低S波速的化学成分不同的异常体。但是当考虑全部地幔地震层析成像的数据,将其引入模型大地水准面异常的预测并且尝试一系列模型之后发现如果用简单叠加地幔地震层析成像数据和模型异常体对大地水准面的影响来预测该地区大地水准面异常,无法获得与观测大地水准面相吻合的结果。因而考虑更为复杂的动力学模型将是很有必要的。     

中国西北及周边地区上地幔密度异常驱动小尺度对流

假设地震层析成像提供的地震波速异常对应于上地幔物质的密度异常分布,而该密度异常直接源于上地幔热对流相应的温度扰动. 在给定边界条件下,利用三维傅里叶变换,在波数域内求解控制流体行为的运动方程和连续性方程,得到上地幔小尺度对流流场. 利用密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学 物理模型,采用胥颐、刘福田等提供的地震层析成像数据计算得到了我国西北及周边地区上地幔对流模式. 结果表明,对流流场的顶部在岩石圈较薄的盆地区域呈现上升发散流动特征,如塔里木盆地、柴达木盆地、哈萨克斯坦块体及准噶尔盆地;岩石圈较厚的山脉则对应了会聚下降的流动特征,如天山山脉、昆仑山山脉和祁连山山脉. 同时,塔里木盆地处于拉张状态,驱动其上地幔物质南下向青藏高原北部西昆仑运动,以及北上向天山下部流动,这可能是天山隆升的原因之一.      

地球南北半球的非对称性

依据新的计算分析和空间观测数据,进一步论述了地球南北半球的非对称性. 全球热散失量的计算得出,南半球高出北半球33髎;南半球地幔热散失量是北半球的2倍. 比较南北半球S波速度分布,得出南半球的上地幔为低速、高温,北半球的上地幔为高速、低温. 计算地幔各层的质心位置发现,地球的质心偏于北半球. 计算地球经、纬圈长度的年变化率表明,南半球在扩张,北半球在收缩. 用空间大地测量数据的检测结果证实,南半球处于扩张状态,北半球处于压缩状态. 对地球的非对称性作了初步的动力学解释.     

东亚大陆形变应力场格局演化的数值模拟

用数值模拟方法研究了印度板块和欧亚板块碰撞后40 Ma以来青藏高原的挤压隆升、东亚大陆形变及应力场的演化过程.模型将东亚大陆限定在一梯形边界框架之中,大陆岩石层被视为由幂指数律控制的薄层,它上伏在粘滞性较低的软流层之上蠕变流动.模型设定印度板块以5 cm/a的恒定速度向北推进,并视其为青藏高原挤压隆升的主要驱动力.除此可活动边界之外,其余均被设为固定边界.数值模拟结果表明,模型预测的现代水平形变速度和GPS观测的格局吻合很好;数值模拟所确定的中国及邻区之区域构造应力场格局与用地震、地质观测所推断的东亚大陆现代构造应力场也能够吻合.这一结果意味着印度板块和欧亚板块的碰撞、挤压是构成现代中国大陆内部岩石层水平形变及应力场格局的主要驱动力.模型计算还表明,大陆水平形变及应力场格局受多种因素如岩石层的力学参数,特别是边界条件的制约.     

弹性岩石层、区域重力异常和上地幔小尺度对流

在小尺度地幔对流模型的基础上 ,建立了顾及岩石层与地幔耦合的地幔对流模型。考虑到岩石层对上地幔小尺度对流的弹性响应 ,将上地幔视为一均匀的等粘滞系数的牛顿粘滞流体 ,其对流能量来源于下地幔 ,用热流体动力学基本方程得到的上地幔对流在壳幔边界处的垂向应力作为弹性板弯曲方程的垂直加载 ,来耦合弹性岩石层和可流动地幔。推导了两者耦合下区域重力异常和上地幔小尺度对流的相关方程 ,用以反演上地幔小尺度对流流场模式和岩石层底部拖曳力场格局。对比了有、无弹性岩石层影响的模型之间的差异 ,并对模型应用范围 ,特别是板块边界水平构造力可能产生的影响 ,作了进一步探讨。     

青藏高原的地幔动力学研究

青藏高原的形成是印度板块与欧亚大陆碰撞、挤压的结果，但简单的碰撞模型及南西—北东向的挤压无法解释高原现今所有的构造。因此，其他地球动力学因素，尤其是地幔动力学过程逐渐引起人们的关注。简要回顾青藏高原隆升的地幔动力学机制研究历史；较详细地介绍了青藏高原下深部结构的地幔动力学含义；并重点评述在青藏高原隆升的地幔动力学机制研究领域所取得的主要结果。说明在全球构造格局中，青藏高原不仅仅是印度和欧亚大陆会聚、碰撞以及大陆形变的结果，它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的产物。