MT约束的青藏高原东南缘上地幔热结构研究——以兰坪—贵阳剖面为例

青藏高原东南缘是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其深部结构有助于理解青藏高原的扩张机制.本文利用穿过青藏高原东南缘的一条起始于兰坪—思茅块体,穿过川滇菱形块体,终止于华南块体的长约750 km的大地电磁测深（MT）剖面的电阻率结构,基于上地幔矿物和熔融体温度与电导率的关系,获得了研究区上地幔温度结构与熔融百分比分布.结果表明,采用随深度变化的含水熔融上地幔矿物组分模型才能合理地获得整个上地幔温度;上地幔全岩含水量约4.69（40 km深度）~0.13 wt%（150 km深度）,矿物熔融百分比约0~1.4%之间,并在70 km深度附近出现了较明显的局部熔融带;上地幔温度位于400~1300℃之间,随深度加深而逐渐增加;70 km以浅的温度表现出相对强烈的横向变化,且川滇和兰坪—思茅块体的上地幔温度和矿物熔融百分比的深度平均值明显高于华南块体.

     

高温高压下角闪片麻岩的电导率研究

在1.0 GPa压力、343～962 K温度和0.1～106Hz频率的条件下,使用Solartron 1260阻抗-增益/相位分析仪对含角闪石的片麻岩从平行和垂直面理两个不同方向分别进行了电阻抗的测定,并且进一步分析了片麻岩的微观导电机制.高温高压实验结果表明:片麻岩的复阻抗对温度、频率表现出明显的依赖性.片麻岩的电导...     

地球深部电导率的实验室约束

矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。本文于实验室中研究了一些典型地壳和地幔矿物、岩石的电导率,并将实验结果与野外电磁结果进行了对比。研究结果表明,含水矿物的脱水和存储于名义无水矿物中的水会显著提高岩石的电导率。含水矿物的脱水可能是导致地壳出现高导层的主要原因,而地幔的高导层则可能是由名义无水矿物中赋存的水所引起。实验室矿物、岩石电导率模型与野外大地电磁结果的对比,为研究地球内部的热状态和水含量的分布提供了重要依据。     

四川威远—荣县工业开采区地壳电性结构研究

利用大地电磁测深方法(MT)探测了威远—荣县工业开采区的电性结构,并据此推断了穿过剖面的断层的位置和深部延伸状况,探讨了开采区地震活动性的控制因素.在探测中,在开采区的北部布设了2条长度约90 km的EW向展布以及1条穿越威远背斜的长度约100 km的NW-SE向展布的MT剖面.利用带地形的非线性共轭梯度法进行了反演,获得了这3条剖面的电阻率分布图.结果表明,开采区约5 km以浅区域的电阻率较低(10~30 Ωm),且存在着电阻率很低(< 5 Ωm)的多个孤立的局部区域.在5 km以深,西/西北部为高阻区,且由西向东、由北向南存在变薄的趋势,东/东南部为低阻区,电性结构比较均匀.电阻率图像还揭示了3条剖面经过的区域内的主要断层的形态和延伸状况,除长山镇断层的下端埋深可能超过了20 km外,其他断层向下延伸深度可能不超过5 km.断层可能不是开采区内地震活动的主控因素.

     

以形变观测为约束的芦山M_S7.0地震孕震机理数值模拟研究

本文以2013年4月20日芦山MS7.0地震前后在震中附近开展的形变观测研究结果为约束,利用震区天然地震成像、大地电磁测深、人工地震探测剖面、余震精确定位、震源破裂过程、地质考察、GPS观测、构造应力场等结果,建立了芦山地震震中及邻近地区的深浅部构造二维有限元数值模型,探讨了青藏高原向东挤出运动、区域地形特征、地壳内低速带和滑脱面、震区主要断裂带活动等可能因素对芦山地震孕育和破裂的控制作用.模拟结果显示,汶川地震后的青藏高原东部物质相对四川盆地运动速率增大是引发或加快芦山地震发生的主要动力学控制因素,龙门山断裂带西侧上中地壳内部低速带和滑脱面的存在是控制芦山地震震源位置的重要条件,其他因素则是控制龙门山断裂带长时间尺度区域构造活动的动力学因素;同时本文给出了主震破裂为复杂"y"型双破裂面的同震位移,模拟计算的地表垂直位移与观测结果一致,进一步支持了余震精确定位提出的主震为"y"型破裂面的推测.     

黑云斜长片麻岩电导率研究

在压力为1.0GPa、温度为400~1 073K条件下,用交流阻抗谱法研究了采自山东泰山的黑云斜长片麻岩平行及垂直面理方向的电导率。在实验温度范围内,黑云斜长片麻岩实验样品电导率的对数值为-6.0~0.5S/m,满足Arrhenius方程。电导率在平行面理方向比垂直面理方向高出约1个数量级。平行面理方向样品电导率分别在第3轮升、降温过程中的881~1 040K之间出现1个明显的电导率突变过程,这可能与黑云母的脱水有关。在低温段,垂直及平行面理方向样品的活化焓分别为0.43和0.49eV,在高温段则分别为3.40和1.53eV。将该实验电导率结果与华东地区大地电磁结果进行对比发现,在中下地壳范围内,该实验结果部分位于大地电磁结果范围内,说明黑云斜长片麻岩可能是组成这一地区中下地壳的候选岩石之一。     

石墨-石英模型电导率的数值模拟研究及地球物理应用

地壳高导异常及各向异性成因是地学研究的热点之一,断裂带区域常呈现出高电导率特征,对于石墨富集的断裂带,石墨形态及分布对导电性的影响已经引起关注.本文利用有限元数值模拟方法,构建了石墨-石英三维模型,探讨了石墨含量、排列方式、孔隙度及温度对模型电导率的影响.结果表明,石墨连通前,温度的增加能使模型电导率显著增大,而在石墨连通后,石墨含量的增加、片状石墨沿导电方向的定向排列以及石墨直径与厚度比值的增大,均能导致模型电导率发生显著增加,孔隙度的增大则导致模型电导率减小.同时,这些参数的变化也会使模型电导率突变时的石墨含量阈值发生改变,当石墨排列方向改变时,这一阈值变化显著,对于石墨富集的一些断裂带区域,石墨定向排列可能是引起高导的一种成因.

     

斜长石、辉石混合模型的电导率有限元数值计算研究

以岩石实验中矿物的几何形态及空间分布为建模依据,以实验条件及单矿物电导率的测量结果为约束条件,用有限元数值方法模拟了不同微观结构的斜长石、辉石混合物在施加电压后电势及电流的分布情况,并计算了混合模型在不同温度条件下的电导率.研究结果显示,数值模型网格数及矿物颗粒数的选取对电导率计算结果的精度有较大影响,在体导电情况下,模型电导率因矿物比例含量和排列结构而异.当斜长石及辉石随机分布时,随着辉石含量的增加,混合模型电导率在不同温度下均有所增加,且温度越高,增加幅度越大,电导率的有限元模拟计算结果接近于有效介质渗透理论模型,且位于并、串联模型之间以及HS模型的上、下边界范围内;在斜长石及辉石含量一定的情况下,各矿物的排列分布对电导率计算结果也有一定的影响,当矿物颗粒大小接近且分布均匀时,模型中电势沿电流传导方向变化较为均匀,模拟计算得出的电导率相对较高,当矿物颗粒大小差别较大及分布不均匀时,电势分布受到一定的扰动,电导率计算结果也较低.将混合模型电导率有限元计算结果与辉长岩、辉绿岩及玄武岩实验测量结果进行比较,显示这3种岩石样品电导率与温度变化关系的斜率均与混合模型计算结果的斜率相接近,表明这些岩石在所选温度段导电机制与斜长石、辉石混合模型相似,用斜长石、辉石混合模型的电导率研究玄武岩、辉长岩及辉绿岩的导电性具有适用性.将混合模型有限元计算结果与玄武岩、辉长岩、辉绿岩覆盖区地壳大地电磁实测结果对比,发现大地电磁电导率结果位于混合模型计算结果范围内,用斜长石、辉石混合模型模拟玄武岩、辉长岩等岩石地壳具有一定的可行性.

     

西藏南部蛇绿岩套电导率研究

大地电磁(MT)资料显示,青藏高原地壳及地幔中普遍存在着高导层.作为大陆造山带中古洋盆岩石圈残片,蛇绿岩套的电导率测量可为了解古洋盆地区地壳及地幔的电性结构提供极其有用的信息.本研究中,我们在压力为1 GPa或3 GPa下,用交流阻抗谱法测量了采自西藏南部地区的蚀变辉长岩、玄武岩、角闪橄榄岩及方辉橄榄岩四个样品的阻抗谱,并进一步得出样品的电导率,不同样品电导率与温度之间的关系满足Arrhenius关系式.在实验温度范围内,蛇绿岩套电导率的对数logσ位于-6.0~-0.5 S/m之间,且随着温度的增高,不同样品电导率增大约4~5.5个量级.样品在未脱水的情况下,低温段的活化焓变化范围在0.4~0.6 eV之间,高温段的活化焓变化范围为1.7~2.6 eV之间.同时,我们研究了样品中结构水含量及铁含量对实验电导率的影响,验证了样品电导率与铁含量之间呈正比关系.当对样品结构水含量进行归一化后,相同温度下各样品的电导率随铁含量的增加而增大,而对样品铁含量归一化后,相同温度下各样品的电导率随样品中水含量的增加而增大.将实验电导率与藏南地区大地电磁结果进行了对比,发现本研究中各样品高温段实验电导率结果均落在大地电磁结果范围内.     

地幔对流拖曳力影响青藏高原东北缘地壳运动格局的数值模拟研究

基于近期关于青藏高原东北缘岩石圈速度、流变结构和地壳形变的观测和研究结果,建立了青藏高原东北部岩石圈三维有限元模型,并考虑了地幔对流拖曳力、高原重力势能、块体间相互作用等外部和内部条件对青藏高原东北缘岩石圈现今运动格局的控制作用.将地表运动速率的数值模拟结果与观测结果进行比较,结果表明:活动地块相互作用和高原地形蓄积的重力势能对高原内部向高原边缘逐渐变小的地壳运动特征具有控制作用,而以往关注不多的地幔对流拖曳力对青藏高原内部的地壳运动方向具有明显的控制作用;此外,基于岩石圈水平运动速率与下伏地幔对流速度差异、地震波各向异性观测提出的不同地块垂直连贯变形差异等观点,提出模型范围不同地块岩石圈底部地幔拖曳力作用强度存在差异的设想,并引入了地幔拖曳力强度因子并进行数值模拟,得到的地表形变速率模拟结果与GPS观测结果更为一致,模拟结果进一步支持了地震波各向异性观测提出的观点,即不同地块的壳幔耦合程度存在显著差异.