小行星撞击对地球的上地幔对流的影响

本文分别基于数值结果和地质学模型,在假定地球的上地幔存在稳定Rayleigh-Bénard对流的基础上,模拟了直径为10 km（陨石坑直径约180 km,以Chicxulub为例）和直径为100 km（陨石坑直径约1000 km）的小行星撞击对地球的上地幔对流格局的影响.本文将直径10 km小行星的撞击效果等效为热异常,将直径100 km小行星的撞击效果等效为热异常和速度异常（主要指陨石坑底部的回弹）的叠加.计算结果表明,当小行星的直径在10 km左右时,撞击对上地幔对流的影响十分微弱,热扰动时间仅2—3 Ma;而当小行星的直径达到100 km时,撞击就会对上地幔对流产生强烈影响.这时,对流从扰动到新的稳态有一定模式可循（依次为：调整、多个对流环、调整、稳定）,扰动的持续时间受黏度和撞击点位置影响,同时稳定后地幔热柱会向着撞击点的方向产生一定的位移.     

利用Moho地形导纳法(MDDF)反演中国大陆岩石圈有效弹性厚度

本文用数值实验方法验证了,在Moho地形导纳法(MDDF)中使用先由重力数据反演的Moho面相对起伏数据,能较传统的重力地形导纳法获得更高的反演精度.之后作者应用Moho地形导纳法(MDDF)反演获得了精度较高的中国大陆区域岩石圈有效弹性厚度.结果显示:(1)中国地区岩石圈有效弹性厚度Te从东向西大体上呈阶梯状上升;(2)Te与岩石圈地震-热厚度、地表热流、上地幔顶部的地震波速度等数据密切相关;(3)在中国中东部, Te较低的区域以及Te的高低值转换带对应较强的地震活动性.但在西部,Te与地震活动性的相关性并不明显.     

地震前兆还是其他因素？——与“汶川大地震宽带地震仪短临异常及成因初探”作者商榷

本文仔细分析了我国宽带地震仪记录和论文“汶川大地震宽带地震仪短临异常及成因初探”提供的数据,探讨了5.12汶川8.0级强烈地震前后记录的“异常”现象,对该论文观点提出了质疑.有理由推测,该“短临异常”并非地震前兆,它最可能是在此期间在西太平洋的02号强台风“威马逊”激发的脉动异常.     

克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟

采用二维有限元数值模拟的方法研究了岩石圈的对流减薄过程,特别是克拉通岩石圈的对流减薄过程.模型的主要参数包括增厚岩石圈的宽度x、增厚倍数γ、以及与岩石圈组分变化导致的黏性和密度变化密切相关的黏性比(ηc)和浮力数(B)或等效密度变化(Δρtc).数值计算结果显示,地幔对流将逐渐减薄增厚的岩石圈部分,(1)当B=0和ηc=1时,即对一般地幔岩石圈,增厚岩石圈对流减薄的时间可表示为0.0073γ0.70x0.26.将数值结果应用于地球,意味着增厚到300 km的岩石圈,如宽度为300 km,对流移除增厚部分回到初始平衡厚度120 km大约需要225 Ma;如宽度为1500 km,移除增厚部分大约需要342 Ma.(2)当B和ηc较小,克拉通岩石圈对流减薄过程与一般加厚岩石圈的对流减薄过程类似,但减薄时间受克拉通组分浮力和黏性比的影响而显著增长,克拉通岩石圈对流减薄的时间可表示为0.0057ηc0.52Δρtc-0.21γ0.78ηc-0.36x0.04.因而,对300 km厚的克拉通岩石圈,如克拉通岩石圈的密度比周围地幔的密度低0.4%(即B=0.1),宽度1500 km,若克拉通岩石圈黏性因组分影响比普通地幔岩石圈大10倍,其被对流减薄到120 km大约需要1.18 Ga.(3)当B和ηc增大到一定量时(如B≥0.2且ηc＞10),克拉通岩石圈被移除的过程将发生变化,由于组分浮力的影响,对流主要不是将克拉通岩石圈带到软流圈地幔中,而主要是将较厚的岩石圈物质向两边推送.在此情况下,克拉通岩石圈能长时间(＞3 Ga)保持稳定.     

现代板块运动驱动地幔块体置换度及地幔混合的研究

定义了描述地幔混合程度的新的统计学量度——地幔块体对流置换度和对流混合扩散度.地幔块体对流置换度等于至少被置换一次的块体数与地幔总块体数之比,对流混合扩散度等于示踪元初始体密度与示踪元终体密度之比.本研究假设地幔对流是稳定的,上地幔和下地幔的黏滞性存在差异,其驱动力为板块运动或地幔中密度异常分布.实验中地幔被划分为20736 个块体（5°×5°×300 km）,2376个示踪元被放置在地幔顶部100 km深度或底部100 km高度的5°×5°的网格点上.模型计算表明, 地幔块体对流置换度随运转时间变化.就全地幔而言,在系统运行四十亿年后,大多数模型对应的块体对流置换度均超过80%,而上地幔块体置换度则达到90%.这预示大多数的地幔块体将被来自其他位置的块体所取代.对于放置在地幔顶部或底部,浓缩于很小空间10°×10°(间距0.25°) 中的两组1681个示踪元而言,尽管其对流混合扩散度在开始有较大的差异,但是在运行一段时间之后,此两组对应的对流混合扩散度均趋于常数,示踪元比较均匀地分布于全地幔之中.由以上的结果可以推断,在经历了四十五亿年的演化过程后,由于对流的作用使地幔基本上已经均匀混合,地幔中不大可能存在尺度大于5°×5°×300 km的异常块体.     

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.     

基于HHT提取重力固体潮的地震前兆信息

Hilbert-Huang Transformation(HHT)是一种新的非线性信号处理方法(Huang,1998).通过HHT对信号进行经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD),能有效地把各种频率成分以本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)形式从中分离出来.再对IMF序列进行Hilbert变换,可得到包含时间、频率、振幅的三维离散时频谱.它提供了非常清晰的局部细节时频特征,适合于描述具非线性非平稳性变化特征的信号.     

前兆性地震平静研究

作为一种重要的强震前兆现象, 地震平静有可能提供关于地震位置、时间和大小的有用信息,在地震预测中将具有重要作用.为全面了解地震平静这一极具希望的前兆现象,本文将详细地阐述地震平静的定义、研究方法、存在规律、模型及其可能的物理机制,并对存在的问题与未来的发展提出初步的设想.     

地震层析成像之密度异常驱动地幔对流模型

地震层析成像展现了地球内部横向不均匀性，其描述的地幔结构正是地幔演化热动力学过程的现代表现。然而，如何利用这些最新的观测成果去研究地球特别是地幔的动力学过程是对地球动力学研究的挑战，建立了地幔密度异常（温度异常）直接驱动地幔对流的新方法，并利用现代地震层析成像模型计算了对应的地幔对流的格局，探讨了其和全球构造相关的地幔问题。结果表明，在单层地幔粘滞结构条件下，对流格局仍然以全地幔大尺度对流为主体；所发展的理论和方法可以适用于不同来源的地幔层析成像的数据，可以用于探讨不同边界条件和地幔参数对应的地幔对流模型，也可以用于使用大地水准面异常检验对流模型。     

利用地震层析成像研究地幔非对称结构

利用Su,Vasco,Hilst,Grand等提供的地震层析成像模型，根据实验室结果外推得到的地震波速度异常与密度异常之间的线性关系，将地幔进行分层，网络化处理，计算了地幔各层异常密度，密度异常质心和全地幔密度异常质位置。结果表明，地幔密度异常表现出的总体特征是：整体地幔密度异常为负值，上地幔异常大，中，下地幔密度异常较小；地幔整体和多数分层密度异常质心分布在北半球。这一结果反映，现今地幔热动力学演化呈现出南半球膨胀和北半球收缩的非对称基本格局。