青藏高原东缘及四川盆地的壳幔导电性结构研究

自从2008年M_S8.0级汶川大地震发生以来,青藏高原东缘便成为地质与地球物理研究的热点区域.该区域的龙门山断裂带标志着青藏高原东缘与四川盆地的边界.汶川地震即发生于龙门山断裂带内的映秀-北川断裂上.该地区现有的研究工作多集中于青藏高原东缘及四川盆地的西部,对四川盆地东部构造情况的研究目前较少.在SinoProbe项目的资助下,完成了一条跨越青藏高原东缘及整个四川盆地的大地电磁测深剖面.该剖面自西北始于青藏高原内部的松潘-甘孜地块,向东南延伸穿过龙门山断裂带、四川盆地内部及四川盆地东部的华蓥山断裂,最终止于重庆东南的川东滑脱褶皱带附近.维性分析表明剖面数据整体二维性较好,通过二维反演得到了最终的电性结构模型.该模型表明,从电性结构上看,沿剖面可分为三个主要的电性结构单元,分别为:浅部高阻、中下地壳低阻的松潘-甘孜地块,浅部低阻、中下地壳相对高阻的四川盆地,以及华蓥山以东整体为高阻特征的扬子克拉通地块.龙门山断裂带在电性结构上表现为倾角较缓、北西倾向的逆冲低阻体,反映了青藏高原东缘相对四川盆地的推覆作用.其在地下向青藏高原内部延伸,深度约为20 km左右.在标志逆冲推覆滑脱面的低阻层下存在一电性梯度带,表征着低阻的青藏高原中下地壳与高阻的扬子地壳之间的电性转换.位于四川盆地东边界的华蓥山断裂在电性结构上表现为一倾向为南东向的低阻体插入高阻的扬子克拉通结晶基底,切割深度约为30 km左右.这一结构反映出华蓥山向西的推覆作用.在电性结构模型的基础上,进一步讨论了青藏高原东缘的壳内物质流、青藏块体与扬子块体的深部关系以及青藏高原东部的隆升机制等构造问题.     

地球内部壳幔介质地震各向异性与动力学响应

实际的地球介质十分复杂,远非当今人们所采用的理想模型可以概括,因为其属性和结构的变异是非均匀、非线性和各向异性的.在研究地球内部壳幔介质与结构、构造与属性差异、金属矿产资源和油、气、煤能源的勘查中,无论是区域构造格局、岩相和结构特征(如裂缝、破碎带、不同尺度的洞穴以及一些不规则几何体)均十分复杂.近年来基于成山、成盆、成矿、成岩和成灾研究的不断深化,对地下介质各向异性的研究受到广泛的关注.地震波动传播理论和介质与结构的物理属性研究结果表明:地震各向异性在成因上主要是由岩石、矿物和晶体的晶格优势取向、应力场异常变异和构造裂缝与深部物质运移造成的.为此,本文对14次地震各向异性会议的主体内涵进行分析,在此基础上,指出了在各向异性研究的发展进程中、特别是在应用中尚存在着的一些问题.在深化认识地球内部物质物理属性的基础上,探讨了S波分裂和偏振效应与地震各向异性与介质结构分区、构造活动,油气田勘探与岩相特征,裂隙与构造精细刻划和地震活动区(带)深部介质与构造环境的深层过程和动力学响应的关系.最后提出了地震各向异性在地球物理学发展中的作用和今后的任务.     

基于背景噪声的宁夏及邻区瑞利波层析成像*

使用了宁夏及邻区90个地震观测台站资料,反演得到了该区高分辨率的瑞利面波层析成像结果。选用2012年1月至2013年12月的垂直分量连续波形数据,通过对台站对间进行波形互相关和叠加运算,得到各台站对间的经验格林函数,使用CPS(Computer Programs in Seismology)软件测量得到了4005条瑞利面波群速度频散曲线。选取信噪比大于10的经验格林函数对频散曲线进行了筛选,提取了3182条台站对间的频散曲线,反演得到了研究区周期6~50s,分辨率达0.5°×0.5°的瑞利波群速度分布图像。银川盆地在6~26s为明显的低速异常,且盆地内部的低速异常呈现出不均匀的减弱趋势;关中盆地在6~22s为条状低速异常,呈现出东南部的速度略强于西北部的横向不均匀性;在30~50s呈现出在银川断陷盆地及其以南存在一自北东向西南走向的大区域低速异常区,且表现出山地与盆地之间的主要活动构造带存在明显的地貌界线,即六盘山附近的深大断裂是中国东西两大构造单元的分界线。反演结果与研究区地质构造特征、地层地貌具有较好的相关性,且和银川盆地与穿过盆地的人工地震剖面结果吻合,为该地区活动构造带的动力学和强震发震机理研究提供重要依据。     

柴达木盆地东缘和祁连造山带中段地震面波层析成像

作为藏北宽频地震国际合作INDEPTH-IV项目后续工作的一部分,项目组于2010年9月—2011年8月期间在柴达木盆地东缘和祁连造山带中段,大致沿北东方向部署了25个宽频地震观测台。通过对记录的地震事件面波和台站间环境噪音互相关格林函数频散曲线的提取和面波层析成像的研究发现,研究区地壳和上地幔顶部的横波速度结构由柴达木盆地东缘向阿拉善地体西南缘发生了非常明显的横向变化。介于二者之间的祁连造山带存在明显的中下地壳低速异常。地壳厚度大致由柴达木盆地东缘的62km向北东至阿拉善地体西南缘迅速减薄至大约38km。     

上地幔高导层与内生金属矿产及油气藏的关系

依据大地电磁测深所发现的上地幔高导层顶面深度可以给出大陆岩石圈-软流圈界面(LAB)的空间发育特征,为认识岩石圈结构及壳幔相互作用等提供重要信息.本文在1996年编制的中国大陆上地幔高导层顶面深度图的基础上,补充了1995—2010年大地电磁测深结果和大地热流数据,以1°×1°网度编制了新的中国大陆上地幔高导层顶面深度图.我国上地幔高导层顶面深度变化很大,具有南北分带,东西分块的特征,呈东浅、西深、北浅、南深的格局,从最浅的50~60km到最深的230km,平均深度为100~120km.据上地幔高导层顶面分布形态,全国共可划分出27个隆起区.通过与中国已知内生金属矿产和油气田的分布对比,发现我国大陆80%以上中生代内生金属矿床分布在上地幔高导层隆起带或其梯度带上方.中国大陆东部含油气盆地主体对应上地幔隆起区,油气田多位于隆起区上方或其边部的过渡带上;西部主体位于幔坳区,主要油气田对应盆地中心的幔坳向周边幔隆过渡的梯度带上;中部表现为仅盆地腹地对应幔坳,盆地周边对应规模较大的上地幔隆起带,主要油气田位于隆起带.总的来看内生金属矿床一般分布在上地幔隆起区靠近造山带一侧,而油气田一般分布在上地幔隆起区靠近盆地一侧.软流圈的不断上隆,造成岩石圈减薄、拉张,张性断裂的出现成为地球深部物质和热量向地壳上部运移的有利通道,为内生金属矿产的形成提供了成矿物质和能量保障,也为含油气盆地带来了生烃催化剂、热能和无机成因的石油与天然气.地球深部超临界流体的存在对上地幔高导层的形成、成矿物质运移可能发挥了重要作用.     

青藏高原东南缘的地壳结构与动力学模式研究综述

青藏高原东南缘的川滇地区壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题之一,多年来一直受到各国地球科学家的高度关注.青藏高原演变的"下地壳流模型"模拟得到的地表速度和变形场与GPS观测具有很好的一致性,该模型在当前国际地学界很流行,因而寻找下地壳流存在与否的证据,是深部地球物理学必须面对的一个科学问题.本文综合了川滇地区GPS观测、震源机制解和Pms相分裂的结果,旨在探讨川滇地区地壳演变模式的合理性;另外,从层析成像、接收函数反演和大地电磁测深结果分析,认为川滇地壳内存在大范围的低速层,但分布的几何形态较复杂.在云南地区,这一壳内低速区似乎被小江断裂和金沙江—红河断裂限制在特定的区域内.     

大陆岩石圈、地幔底部异常体与地幔对流相互作用的数值模拟

在地球表层存在着占地表面积约30%的具有低固有密度、高黏度的大陆岩石圈.由于其特殊的物理化学性质,大陆岩石圈通常不直接参与下方的地幔对流,但其与地幔对流格局有着重要的相互影响.大量研究显示,在中太平洋和非洲的下地幔底部,存在着两块占核幔边界（CMB）面积约20%的高密度热化学异常体（由于其剪切波速度较低,常称作低剪切波速度省（LSVPs））.LSVPs的演化既受地幔对流的影响,同时也影响地幔物质运动的格局和动力学过程.本文系统研究了存在大陆岩石圈,下地幔LSVPs的地幔对流模型.模拟结果显示：（1）当大陆体积较小时,其边缘常伴随着俯冲,大陆区域地幔常处于下涌状态,其上地幔温度较低,大陆岩石圈在水平方向处于压应力状态.随着大陆体积的增大,大陆边缘的俯冲逐渐减弱,大陆区域地幔由下涌转为上涌,其上地幔温度较高,大陆岩石圈水平方向处于拉应力状态.（2） 岩石圈与软流圈边界（LAB）在大陆下方较深,温度较低;在海洋区域较浅,温度较高.随着大陆体积的增大,陆洋之间LAB深度、温度的差异逐渐减小.（3）大陆区域地幔底部LSVPs物质的丰度与大陆的体积呈正相关.当大陆体积较小时,大陆下方的LSVPs丰度比海洋区域少.随着大陆体积的增大,大陆下方LSVPs的丰度逐渐增大.（4）海洋地区地表热流高,且随时间波动大,大陆地区地表热流低,随时间波动较小;LSVPs区域的核幔边界热流低.     

中国东南部晚中生代-新生代玄武岩与壳幔作用

中国东南部的火山活动在早中生代时期仅有很小规模,晚中生代最早的、较大规模的岩浆活动始于中侏罗世早期,至早白垩世是火山岩浆活动的鼎盛期,在近100个Ma的时间内形成了大面积分布的晚中生代火山-侵入岩,而在新生代则以面积较小的玄武岩浆喷出活动为主,局限分布于沿海一带。以晚中生代湘南、赣南和闽西南的近EW向火山岩带和浙、闽沿海地区的近NNE向火山岩带,以及新生代近NNE向火山岩带为研究对象,对这些火山岩的地球化学特征对比研究,结合时空分布,讨论了它们的起源及其与壳幔相互作用的关系,以及它们形成的构造环境,其结果显示,EW向晚中生代火山岩带（180～170Ma）的西段玄武岩独立产出,且明显属碱性系列;而中段和东段玄武岩和流纹岩伴生,其中的玄武岩均为亚碱性系列的拉斑玄武岩。它们形成于板内拉张构造环境,是中国东南部特提斯构造域向太平洋构造域转换、晚中生代大规模岩浆作用的序幕。研究表明,该火山岩带自西向东表现出不同程度的壳幔相互作用,玄武岩在成岩过程中有少量陆壳组分加入。NNE向晚中生代火山岩带（130～90Ma）主要为流纹质岩石,安山岩和玄武岩很少。即使是双峰式火山岩也以酸性岩为主,玄武岩仅占全部火山岩体积的30％以下。其中的玄武岩主要属钙碱性系列,少数属拉斑系列。它们形成于火山弧构造环境,是中国东南部受太平洋构造域影响发生大规模火山岩浆作用的主旋律。其中玄武岩岩浆成分受到了较高程度的陆壳物质混染,同时代的中性火山岩是由底侵的玄武岩岩浆和陆壳物质来源的酸性岩浆发生岩浆混合作用而形成的,反映了强烈的壳幔相互作用。NNE向新生代火山岩带,分布在浙闽沿海,以碱性系列玄武岩为主,均含幔源包体,并受NNE向大陆边缘断裂构造的控制。它们形成于板内裂谷环境,是中国东南沿海由晚中生代火山弧构造环境转换为新生代板内裂谷环境的标志,起源于软流圈地幔,并有EMII岩石圈地幔的混合组分,但基本没有受到陆壳物质的混染。     

华北克拉通东部显生宙地幔演化

华北克拉通东部显生宙以来的地幔可以划分为3种类型:克拉通型地幔,大陆活动带型地幔和大陆裂谷型地幔。1 700 Ma—古生代末,地幔属于克拉通型:ε(Nd,t)值高于-5,为弱富集型;层圈相互作用以幔源的熔体和/或流体与古老的岩石圈地幔的作用为主,但规模较小,范围局部。100 Ma以前的中生代地幔属于“大陆活动带型”:ε(Nd,t)值低,在-5以下,为富集型;地幔中含有地壳的组分,层圈相互作用以下地壳与弱化的岩石圈地幔之间的作用为主;发生的时间为190~100 Ma,高峰期在130 Ma左右;发生的部位邻近莫霍面,导源的岩浆多为钙碱性系列,部位浅,活动范围广泛。100 Ma至新生代,地幔属于“大陆裂谷型”:为亏损型的软流圈地幔,ε(Nd,t)值高,几乎均为正值。层圈相互作用转变为软流圈岩石圈地幔之间的作用,转变的时间具有约40 Ma的过渡时期,前锋开始于100~109 Ma,导源的岩浆大致沿NWW和NEE向的大型断裂带分布。进一步证实了软流圈地幔上隆的不均匀性和主动性。     

俯冲带浅壳和上地幔地震水平向位移谱阻尼修正系数模型研究

考虑场地条件的影响,采用固定效应方法对日本K-NET和KiK-Net强震台网获取的6466条浅壳和上地幔地震记录的统计分析,建立水平向位移谱阻尼修正系数模型.该模型基于13个阻尼比和36个谱周期,使用随机效应模型分离出残差及其对应标准差,用来评估地震动参数对模型的影响.研究表明:以阻尼比对数值为自变量的简单二次函数可以...