OBS广角地震探测中二次反射Pg震相特征及在地壳结构成像中的作用

在海底地震仪(OBS,Ocean Bottom Seismometer)广角地震探测中,经常可以见到能量很强、连续性很好的多次波震相,但对于如何确定这些多次波的属性以及怎样充分利用它们来约束地下的结构特征,至今还缺乏详细的研究.本文利用南海北部已获取的OBS探测数据,对与地壳折射Pg震相近乎平行并紧随其后的二次反射Pg震相进行了系统分析研究,发现在实测OBS地震记录剖面上,二次反射Pg震相具有连续、清晰、可追踪偏移距较远(约60km以上)等特点,其地震波形和粒子运动轨迹与初至Pg震相相似,但二次反射Pg震相波形最大振幅值和粒子震动能量明显比初至Pg震相大.通过理论模型模拟以及对实测地震剖面三种不同反射层路径的走时计算,确定了二次反射Pg震相主要来自沉积层的反射.在此基础上,对二次反射Pg震相在地壳结构成像中的作用进行分析,发现加入二次反射Pg震相前后,由于反射震相的增加,沉积层界面的约束程度得到极大的提高;另外,通过对理论模型和实测剖面OBS2010地壳结构进行加入二次反射Pg震相前后的分辨率测试,结果发现加入二次反射Pg震相数据后,由于射线密度的增加,沉积层和上地壳结构的成像分辨率有显著改善.

长白山表层土壤中有机氯农药和多氯联苯的海拔高度分布特征

吉林省洁净地区长白山表层土壤中有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)总体上污染较轻,但高于一些其他地区。表层土壤的OCPs和PCBs表现出明显的随海拔高度增大的趋势,初步显示了高山冷凝捕集效应的影响。长白山旅游地区表层土壤受到轻微HCHs和DDTs的污染(平均值分别为12.4 ng/g和12.3 ng/g)。长白山附近较低海拔地区表层土壤中OCPs含量要略高一些,表明农业活动逐渐增大。HCHs和DDTs都未超过国家土壤环境质量标准的一级,但个别地点DDTs可能对鸟类和土壤生物具有一定的潜在生态风险。不排除在个别采样点有林丹和三氯杀螨醇被使用的可能性。长白山及附近地区表层土壤样品中∑7PCBs含量为7.3～31.9ng/g,平均17.2 ng/g。PCBs污染主要集中在海拔1450 m和1800 m处。7种PCBs异构体的含量依次为:PCB 28>PCB 52>PCB 180>PCB 138>PCB 101>PCB 153>PCB 118。

沈阳市细河周边农田土壤和大气中有机氯农药和多氯联苯初步研究

在2010年5月调查了沈阳市细河沿岸表层土壤中有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)的污染现状,评价土壤中OCPs残留的生态风险。沈阳细河沿岸表层土壤中HCHs浓度范围分别为2.32～15.90 ng/g,平均浓度为8.99ng/g。DDTs浓度范围分别为9.06～111.6 ng/g,平均浓度为37.08 ng/g。7种PCBs异构体总平均浓度为1.01ng/g,大部分采样点OCPs和PCBs未超过国家土壤环境质量标准,推断近期可能有林丹的使用但没有新的DDTs污染源输入,但个别地点土壤中的DDTs残留浓度对生态系统健康构成了潜在的威胁。大气蒸汽态HCHs浓度为18.97 ng/m3;DDTs浓度为42.27 ng/m3;PCBs浓度为20.59 ng/m3。研究表明大气长距离传输对该区域的OCPs污染也有较为明显的影响。初步运用逸度概念模型进行分析,发现HCHs和DDTs的逸出方向为从土壤向大气挥发。

台东纵谷断裂2013年10月31日花莲M_L6.7地震震源参数及其构造意义

2013年10月31日我国台湾东部地区的花莲县发生了一次ML6.7地震.该地震位于欧亚板块与菲律宾海板块强烈碰撞的缝合带上（图1a）,再加上其震中附近台东纵谷断裂的特殊构造属性,使得这一地震具有重要的研究价值.台湾气象站和USGS均给出了该地震的震源参数,Lee等（2014）也对该地震进行了震中定位.如图1b所示,不同机构和作者给出的震中位置具有明显差异.

主动源海底地震仪记录数据的时间问题及原因分析

简要概括了国产主动源海底地震仪(OBS)数据处理中常见的时间异常现象,以OBS2020-1测线的实际处理为主并结合了OBS处理中对数据异常校正取得的部分进展为实例,通过检查数据记录格式、计算相邻数据文件间的时间差、对比不同处理方法所得剖面、分析初始时间和采样时间是否异常、使用数据重采样等手段,对OBS时间异常问题进行了分类处理和校正。分析显示,国产OBS在数据记录中普遍存在的时间问题大部分均能解决,通过本文提供的方法可以避免处理不当所导致的OBS地震剖面出现同相轴“断阶”、“倾斜”,甚至“缺失”等现象,确保了有效震相的完整性,有效解决了OBS数据时间异常问题,提高了数据的质量和利用率,为后续开展走时层析成像奠定了良好的基础,并为今后主动源OBS数据处理流程和方法提供了借鉴。

滑行波震相对珠江口地区壳内低速层的约束作用

深入研究珠江口地区海陆过渡带壳内低速层的结构和构造特征对于理解板内地震的发震机理、孕震构造及该区域的地壳结构具有重要的地质地球物理意义。利用2015年珠江口区域海陆地震联测L2-ME测线上的19个地震台站(包括陆上台站14台,海底地震仪5台)记录到的地震数据来探明该区域低速层的结构和构造特征。在常规震相的基础上,加入了大量的滑行波震相(Ph)进行结构模型计算,Ph震相的增加使得地壳内部10~20km范围内的射线覆盖密度有了显著提高,从而获得了L2-ME测线下方更为精确的地壳纵波速度结构模型。结果发现,模型中测线下方13~18km深度范围内稳定连续展布的壳内低速层被清晰成像,其内部速度稳定在5.7~6.0 km·s^–1之间,与上下层界面速度差分别为0.5km·s^–1、0.4km·s^–1,低速特征明显。该低速层厚度由陆侧的3.5km左右降至海侧的1km,呈现出向海侧逐渐减薄的趋势,低速层底界面起伏变化较大且具有与莫霍面相似的起伏特征。

广角地震速度结构反演中的不确定性分析

海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)广角地震探测是研究海洋深部精细壳幔结构的重要地球物理手段,其主要原理是利用广角折射/反射震相信息来反演地壳深部结构,从而为深入认识海底构造特征提供最为基础的地震学信息。文章基于地震层析成像结构反演的基本原理,针对OBS广角地震速度结构反演中可能存在的一些不确定性因素,用Tomo2D软件构建了不同的理论模型和数据体,对初始模型中沉积层的变化是如何影响整个地壳速度结构的反演结果、不同台站间距所构建的数据体对下地壳高速层分辨精度的控制影响以及不同数据体在分辨深部异常体的有效性等方面进行了分析研究,以此深入了解OBS广角地震速度结构反演中的不确定性因素。研究结果显示,地壳深部较厚(大于4km)的高速层能够被很好地反演出来,而较薄(小于2km)的高速层虽能够识别,但其形态规模恢复得较差;初始模型中沉积层速度结构的失真度影响着高速层的识别,沉积层失真度越大,对高速层的恢复越差;地壳内部存在低速层对反演高速层的规模有较为明显的影响,但低速层的厚度变化对其影响不大;对于文中10km台站间距的模型,能够识别的速度异常体规模在水平方向上最小约为5km,在纵向上最小约为3km,而20km和30km台站间距的模型最小能够识别的速度异常体规模为水平向10km、纵向3km。

日本九州俯冲带b值成像及其构造意义

日本九州俯冲带是菲律宾海板块与欧亚板块汇聚边界上一个独具特色的区域,也是研究俯冲带内板块构造作用的理想场所。为了解该俯冲带内的板间应力状态和相互作用,本研究利用震源深度大于20km的97251个地震事件,通过b值计算详细刻画了该俯冲板片上表面以及垂直海沟走向的剖面特征。结果发现,b值表现出明显的空间变化,整体上沿南海海槽和琉球海沟从东北往西南方向逐渐增大,同时在俯冲的九州-帕劳海脊上存在显著的低值区。从b值与应力的负相关性推断,进入俯冲带的海脊以及海脊东北侧的四国海盆洋壳与俯冲带上覆板片耦合作用较强;而在海脊西南侧,俯冲带内汇聚板片的耦合作用相对较弱。究其原因,本文认为九州-帕劳海脊两侧俯冲洋壳在形成时代和汇聚速率上的差异起着重要作用。对于九州-帕劳海脊来说,俯冲带浅部的低b值区主要是由于隆起的海脊增强了与上覆板块的耦合作用。随着俯冲深度的增加和俯冲板片倾角的急剧变陡,沿海脊可能发生了板片撕裂,从而释放了海脊与上覆板片间的挤压-剪切应力,使耦合程度大大减弱。

南海北部晚新生代岩浆活动的发育特征与构造意义

南海北部陆缘具有极其独特的岩浆活动特征,其岩浆活动在大陆张裂和破裂期间表现的较为薄弱,而在裂后期尤其是海底扩张停止之后的晚新生代时期却变得极为强烈。通过总结南海北部晚新生代玄武岩浆的岩石学、年代学、地球物理学等方面的研究成果,从发育规模、物质属性、构造模式以及通道特征等方面系统揭示了岩浆活动的发育特征及其隐含的构造意义。结果显示:(1)南海北部晚新生代玄武岩均显示洋岛玄武岩(OIB)的物质属性,且与世界典型热点火山OIB具有相似的同位素分布范围;(2)南海北部海底火山的侵入和喷出体积量与世界典型的大火成岩省具有可对比性;(3)岩石圈伸展过程中所形成的张性断裂可能为后期玄武岩浆的活动提供了良好的通道;(4)沉积地层中所发现的岩脉与岩墙复合体与海底火山活动应该具有相同的岩浆来源;(5)全球和区域地震层析成像结果均显示了一条清晰的深部低速通道,暗示了南海北部晚新生代玄武岩浆活动可能与深部地幔柱存在紧密联系。

OBS广角地震探测在海洋沉积盆地研究中的作用

海洋沉积盆地是地球系统中重要的构造单元之一,其形成演化涉及到壳—幔、岩石圈—软流圈以及沉积地层和沉积流体体系等一系列深浅部耦合作用和地球动力学机制的演变。海洋沉积盆地的研究既包括地球深部结构状态、物质组成和构造演化等区域构造方面,也包括盆地内部结构、构造特征以及沉积地层孔隙流体特征等盆地自身构造特征。海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)广角地震探测,以其深度上穿透能力强和能够同时获取P波和S波速度结构等方面的优势,近年来在海洋沉积盆地区域构造演化、内部结构与构造以及沉积地层孔隙流体发育特征等研究中发挥了越来越重要的作用。在张裂大陆边缘的研究中,OBS广角地震探测所获取的地壳结构模型为划分"火山型"和"非火山型"张裂陆缘提供了直接证据,地壳拉张减薄的程度和空间变化特征为海洋沉积盆地构造演化的动力学模拟提供了约束条件。在盆地内部结构和构造特征方面,OBS深地震探测对盆地内部的盐体构造、岩浆底辟构造等提供了有效成像,并获取了盆地内部超压状态的分布特征,弥补了常规多道地震在探测深度和复杂地质构造背景等方面的缺陷。在海洋沉积盆地内部流体体系的研究方面,OBS深地震探测揭示了天然气水合物储集区的速度结构,进而计算获取了储集区的厚度以及水合物和游离气体在孔隙中的含量。当然,随着OBS地震探测技术的发展、数据处理能力的提高以及仪器设备参数的改善等,未来OBS广角地震探测在海洋沉积盆地动力学演化过程和机制方面的研究中将继续发挥更大更广泛的作用。

珠江口外海域滨海断裂带沿构造走向的变化特征

珠江口外海域滨海断裂带是南海北部陆缘重要的控震和发震构造,其研究关系到区域防震抗震、地壳稳定性评价及对南海构造演化的认识.为探明滨海断裂带沿构造走向上的变化特征,对2015年珠江口海陆联测数据进行了处理,使用射线追踪、走时模拟等方法,获得了珠江口西侧的地壳纵波速度结构模型和滨海断裂带在珠江口地区的发育位置和构造形态等信息.结果显示,珠江口西侧滨海断裂带总体倾向SE,向下可能延伸至莫霍面;沉积层在断裂带陆侧较薄,在滨海断裂带处突然增厚;断裂带内地壳速度为5.3～6.7 km/s,相对两侧地壳表现出低速特征;莫霍面的埋深由断裂带陆侧的28.5 km抬升至其海侧的24.5 km;海陆两侧的地壳结构具有明显的非均一性.对比前人在珠江口东侧的研究成果,珠江口外滨海断裂带总体形态特征相似,但也表现出明显的差异,自东向西,断裂带内部的结构形态从简单变得复杂,逐渐发育明显的阶梯状断层;北界断裂从断距很大的陡崖式正断层逐渐转变为断距较小的低角度正断层,且北界断裂的位置向北错动了一段距离,断裂带内的低速异常则逐渐变弱.本研究不但可以加深对滨海断裂带浅、深部结构的认识,而且还能为研究南海北部陆缘的发震构造提供参考.

大洋板块俯冲动力学机制及对南海构造演化的控制作用

大洋俯冲带驱动地球板块运动,控制地球的水碳循环,很大程度影响边缘海的形成演化,是大地震与海啸的发源地.研究大洋俯冲动力学过程与机制,对发展国际前沿海洋科学与尖端技术、保护国家海洋权益及防灾减灾都具有重大意义.该项目对此开展了系统性研究,已取得3个方面的重大突破:提出了对大洋板块俯冲动力学的新认识、建立了俯冲诱导下的南海构造演化新模式、发展了俯冲带深部海底探测新技术与新方法,大大提升了我国在深海的探测能力与研究水平;改变了该项研究由欧美科学家主导的传统格局,开创了中国科学家共同领导国际深海科学技术研究的新时代;对推动我国深海地球科学发展、服务海洋强国战略具有里程碑式的意义.