日本北海道火山监测与启示

引言。日本列岛受太平洋板块、北美板块、欧亚大陆板块以及菲律宾板块的相互作用影响,构造运动活跃,地震、火山等自然灾害频发。北海道是日本4个主要岛屿中最北的一个,太平洋板块沿着千岛海沟以约8cm/yr的速度俯冲至鄂霍次克板块之下。北海道共分布有51座火山,其中活动火山有20座[图1(a)],分别分布于日本东北弧的东部地区、弧-弧碰撞带的中部地区以及代表千岛岛弧西南端的西部地区,与日本海沟和千岛海沟平行的火山链从东部地区东西向穿过中部地区,然后在西部地区转向北向南。

三维大地电磁方法揭示的吉林龙岗板内单成因火山深部岩浆系统

板内火山作用是指在远离板块构造边界的大陆内部发生的火山活动,位于中国东北的龙岗火山是研究板内火山活动的天然实验区. 我们分别于2020年和2022年在吉林龙岗火山区及其周围区域连续开展大地电磁测量工作,获得了覆盖龙岗火山区的141个宽频带测点数据,通过三维反演获得了该区域地壳上地幔尺度精细的三维电性结构模型. 该模型揭示出龙岗火山区及其周边地区上地壳基本上为高阻体,代表着火山区岩浆早期活动时大面积喷发冷凝所产生的火山岩. 龙岗火山区下方存在着多条岩浆通道穿过莫霍面在上地幔尺度合并且向下继续延伸. 这些岩浆通道自下而上可能主导了近期火山喷发和地壳隆升以及小震活动. 该模型清晰的显示了一个大陆板内火山系统从地幔源到地表跨岩石圈的形成机制,结合岩石学和地球化学资料,推测龙岗火山区的岩浆系统可能直接从软流圈地幔快速上升至地壳内部减压熔融导致喷发作用. 这些结果不但可以为龙岗火山区喷发风险的预测提供深层地球物理依据,也能为理解板内火山形成机制提供启发.

基于震源机制分析中国东北地区现今构造动力学背景

通过收集1957—2022年以来日本东北至中国东北地区的不同深度的地震震源机制解,采用联合迭代应力反演的方法,计算俯冲带构造应力场及中国东北地区构造应力场状态。研究结果显示:日本海沟浅部区域不仅受到太平洋板块的俯冲挤压,也与北美板块的推挤作用有关;中国东北区域的深源地震与海沟俯冲带的长期作用存在密切的联系。长白山火山区的形成与俯冲带的逆冲存在巨大的联系,俯冲带的地震活动间接控制着东北亚火山区的形成与活动。辽宁营口地区主压应力轴分布于NEE-SWW方向,主张应力轴分布于NNW-SSE方向。结合火山区及周边浅源地震震源机制的结果,认为东北火山区现今构造应力场延续了东北区域应力的整体结构,主压应力轴呈NEE-SWW向,主张应力轴呈NNWSSE向。

长白山火山区几何形变的联合反演

应用长白山火山区的水准和GPS资料 ,采用Mogi源模型对火山区的压力源参数进行联合反演 ,并考虑天池火山南侧断层的影响 ,利用Okada的断层位错模型对长白山火山区近年来的主要活动区天池火山的地下岩浆的可能变化进行推测 ,得出以下结论 :长白山天池火山浅层目前为单一的压力源 ,位置仍在天池老火山口一带 ;近几年岩浆上涌活动比较明显 ;天池南侧的北西向隐伏断裂有一定的活动性。

配煤对水煤浆性质的影响

通过对石港、小屯、兖州、黄陵4种煤进行单煤制浆及不同比例2种煤的配煤制浆实验,研究配煤制浆对水煤浆的成浆性、流变性及稳定性的影响。单煤的成浆性研究表明:不同煤种成浆浓度有差异,氧碳比低的煤种成浆性较好,最大成浆浓度较高;水煤浆在一定浓度范围内具有剪切变稀的非牛顿流体特性,且浓度越高剪切变稀特性越明显。配煤制浆中,由于煤种间的相互作用效果不同,同一种煤与不同的煤分别相配,以及配比的不同,对水煤浆的流变性及稳定性影响不同;配煤制浆对浆体的成浆性影响具有明显的非线性特点,实验中配煤制浆的实际成浆浓度和线性加权平均得到的最大成浆浓度间最大相差1.82个百分点。稳定性试验表明,在正常的水煤浆浓度下,无论是单煤还是配煤制取的水煤浆,20天后析水率都比较合理,在15%以下。不同的煤种配煤制浆后对稳定性有不同的影响。

鄂尔多斯块体及其周缘上地幔各向异性分析研究

对布设在鄂尔多斯块体及其周缘的固定宽频带地震台网90个台站记录作远震SKS波形资料偏振分析,采用最小切向能量法求得每个台站的SKS快波偏振方向和快慢波时差,获得块体及其周缘上地幔各向异性图像,并结合1999～2007年相对鄂尔多斯块体的GPS水平地壳运动速度场,分析块体及其周缘的各向异性特征和壳幔耦合特征并重新认识块体的运动及周缘断陷带的动力学成因.分析结果认为,块体内部以零分裂为主,表现为各向同性特征;块体周缘台站延迟时间则明显大于块体中部,表现出明显的各向异性特征;快波偏振方向与地质构造走向、水平速度场方向基本一致,表明壳幔之间存在耦合,而个别台站在方向上与周围台站存在差异,可能与早期的块体活动有关.SKS横波分裂结果和现今GPS地壳水平运动场解释了鄂尔多斯块体没有旋转运动,在西南缘六盘山一带存在分叉绕流运动,汾渭断陷带的形成和发展是由于上地幔塑性物质沿挤出方向水平运动和沿裂隙向上入侵、横向扩张的综合演化结果.

海南岛现今三维地壳运动与断裂活动性研究

海南岛曾发生1605年琼山7.5级大震,现今小震多分布在东北缘的南北向地震条带及九所—陵水断裂中东段,马鞍岭—雷虎岭火山群具有潜在喷发危险.新构造运动包括垂直与水平运动.本文采用2009—2014年多期GNSS观测资料及1970s、1990s、2013年精密水准资料揭示现今地壳运动特征及断裂活动性,结果表明水平运动以SEE向为主,与华南地块运动一致;南北向小震条带附近以左旋拉张为主,基线变化表明运动具间歇性.岛北部垂直运动在1970s表现为以海口—屯昌为界的东升西降,以王五—文教断裂为界的南北两侧分段性差异运动.1970s—1990s年环岛水准资料揭示相对秀英港水准基点,点位以上升运动为主,且西南相对东北上升,地壳以继承性运动为主.其中琼北垂直运动与1970s相反.1990s—2013年资料揭示点位运动趋势与上一时段相反,主要为文昌—琼海—万宁一带上升和其他测点的相对下沉.由形变及地球物理等研究结果推测东北缘小震由铺前—博鳌断裂活动引起.马袅—铺前断裂以北盘下降为主;九所—陵水断裂东段活动大于西段.地震、形变等资料表明现今火山活动平静.

Mogi模型在长白山天池火山区的应用

文中首先介绍了Mogi模型的阻尼最小二乘反演,得出应用形变资料联合反演压力源参数的公式,再指出用等效源半径反演时不同初始值对反演结果的影响,说明选择合适的初始值可以方便地得到可靠的反演结果。然后用此方法反演长白山天池火山区压力源的大小和位置参数。采用垂直和水平位移的联合反演,数据为2002—2005年共4期的水准和GPS观测资料,最后结合其它观测资料,分析近年来岩浆可能的活动特征。结果显示岩浆的位置在发生变化,体积增量逐年减小,表明火山岩浆在2002—2005年的活动逐年减弱。

腾冲火山区地表垂直形变分析

对腾冲火山区 1998～ 2 0 0 0年的 3期垂直形变资料进行了分析 ,进而利用相关资料得出与计算有关的参数 ,再用多元Mogi模型反演了岩浆房的位置和大小 ,所得出的结果与地震层析反演结果基本相似。分析反演结果 ,认为火山区可能存在多个岩浆房 。

长白山天池火山区形变监测及火山活动状态分析

依据长白山天池火山区2002～2005年连续4期水准资料和GPS观测资料,分析了近年该地区的岩浆活动特征。结果显示:2002～2003年火山区垂直和水平形变变化明显,火山区GPS点位的活动性与绥阳基准站(距P00约350km)的差异性运动较大,火山区域性运动特征显著,表明在此期间火山区形变变化主要受岩浆活动的影响;2003年后水平和垂直形变变化速率逐渐减小,特别是2004～2005年,火山区GPS点位活动与绥阳点位的差异性运动变小,说明火山岩浆活动在逐渐减弱。

根据断层形变剖面资料分析泾阳口镇-关山断裂活动状况

首先分析泾阳地震台1986-2005年跨口镇-关山断层定点形变观测资料,指出形变剖面各点的运动特征：1995年前泾阳台N1A测线资料基本上呈线性变化,1995-1997年该测线形变资料呈现较大的波动性异常,1998年1月5日陕西泾阳发生4.8级地震,靠近断层的点位发生了阶跃式变化,之后各点位运动渐趋于平缓。其后结合断层位错模型引起的地表形变特征,分析得出该形变变化主要由地裂和断裂活动共同引起;不考虑地震引起的异常时段,分析1986-1994以及1999-2005形变年变化量,可看出变化趋势基本一致;最后利用1986-1994形变速率进行断层蠕滑段或地裂速率及深度反演。从反演结果可以看出,基准点N1比较稳定,3号点附近的地裂较浅,底部几十米,以垂直下滑为主,兼有张裂活动;5、6号点之间的断层活动深度在1 km左右。该断层上盘仍在下降。

渭河盆地现今三维地壳运动及断裂活动性研究

渭河盆地GPS(1990～2015年)水平运动速率为4.3～11.6mm/a,方向在107.8°E和110.5°E依次由西部的SEE转为中部的SE及东部的近E向。1980～2014年水准资料揭示,该地区垂向以继承性运动为主,速率-4.6～6.2mm/a。鄂尔多斯地块以3mm/a抬升,内部差异运动小于1mm/a;盆地相对其以5mm/a下沉,相对秦岭以4mm/a下沉。垂向运动在凹陷和凸起区表现为四象限特征,断块/断裂交接处差异运动大、地震多发,西、南部断裂活动大于东、北部。岐山-马召等断裂以差异运动为主,渭河断裂中段达5mm/a,其他断裂在3mm/a以内。

L曲线法在反演火山区压力源参数中的应用

利用形变资料反演火山区压力源参数时,Mogi模型线性化后的系数矩阵由于条件数较大,法矩阵求逆出现不稳定。对长白山火山区压力源参数的反演应用证明,利用L曲线法确定岭参数,可以方便快捷地解决矩阵奇异时求解的困难。

基于冰冻切片法的固液悬浮浆体稳定性分析

通过冰冻切片法对固液两相流浆体——水焦浆进行稳定性的测定,得到水焦浆不同高度及轴向的浓度分布,水焦浆沿高度方向有明显的分层,越接近浆体的底部,水焦浆的浓度越高。而且,对于同种石油焦-水的固液两相分散系,表观黏度越高,分散系的稳定性越好。分别采用冰冻切片法和常规的析水法、棒插法及倒置法对静置不同时间的同黏度的水焦浆进行稳定性测定。实验表明静置时间越长,水焦浆分散体系中固液两相的分离越明显,分散系的稳定性越差,而冰冻切片法最有效、最全面。

用GPS数据反演分析海原断裂带分段活动特征

首先应用1999-2007年的GPS观测资料分析海原断裂带的运动特征,看出期间该断裂带GPS站点运动速度由南向北逐渐衰减,在NWW和NE走向断层两盘的运动差异较为明显,断层的活动以走滑运动为主。然后依据地质、地球物理等资料给出反演参数初值,利用水平形变资料对断裂三段的走滑速率及断层下界深度进行反演。结果为从西到东断裂带各段走滑速率分别为8.25mm/a、5.49 mm/a和5.97 mm/a,断层底部深度依次为22.8 km;13.3 km;11.1 km。综合分析认为毛毛山-老虎山断裂运动速度明显高于海原断裂速度,在速度变化梯度较大的毛毛山断裂存在6级以上地震空区,推测具有发生强震的危险性。

用形变资料分析腾冲火山区岩浆的活动特征

联合1998～2004年的五期水准测量资料以及2002～2004年的GPS观测成果，分析了腾冲火山区岩浆的活动特征。垂直形变资料显示，火山区南部发生较明显下降，这可能是由岩浆和水的流失及放气等原因引起；水平形变资料显示，以固东一腾冲断裂（F2）的西支为界，断层两盘分别向东、西两个方向运动，断层活动表现出明显的拉张特征；综合分析表明，岩浆可能沿断层从南部向北部运移，并在断层内重新聚集形成岩墙；垂直形变的多个极值区以及水平位移的不规则性表明，火山区岩浆体不很规则或有多个岩浆囊体存在；从形变量大小分析，岩浆的活动量远小于中等程度火山喷发的质量，表明火山近期喷发的危险性较小。

和静-新源6.6级地震前新疆地区地壳形变特征与地震活动分析

对新疆地区2009—2011年223个GPS区域站观测资料的分析结果表明,该地区水平运动速率分区性比较明显,以85°E、43°N为界,东西和南北不同区域的测站表现出不同的运动特征。GPS资料揭示的面膨胀率高值区分布在喀什和伊宁-阿克苏等地震多发地区。对2011.08—2012.25年期间29个GPS连续站坐标时间序列的去线性后站坐标变化分析表明,各观测站坐标变化量在2011.4年后整体上变大,2011.8年后多数观测站存在由小-增大-减小的过程。形变分析结果表明天山中部分界线附近存在明显的能量积累。位于准噶尔地块的XJKL和西昆仑地块的观测站坐标变化幅度较大。坐标变化反映整个新疆地区地壳活动的增强过程,是这个时间段地震多发的背景场,但具体到每个测站的坐标变化,对6.0级以下地震反映不很明显。

新疆地区现今地壳形变特征与地震活动分析

新疆地区GPS区域站1999—2007年、2009—2011年观测资料分析结果表明,该地区水平运动速率分区性明显;2011年6月以来该地区中强地震增强.该文在分析区域站水平运动速率特征的基础上,对2011年1月—2012年3月20个GPS连续观测站基线变化时间序列进行了分析.结果表明,各观测站坐标变化量在2011年4月后整体上变大,新疆地区地壳运动增强,但具体到不同的山区和盆地,基线变化趋势各异.其中,塔里木盆地和准噶尔盆地内部变形相对较小,主要变化发生在天山中南部,出现明显的南北向挤压缩短.

利用垂直形变资料分析龙岗火山的活动性

首先分析了龙岗火山区及其附近20多年来5条水准路线所反映的垂直形变背景场情况,发现相对于长春基准点,长白山区东部和北部地区主要表现为大面积下沉运动,而龙岗火山区则表现为相对上升运动;然后分析了龙岗火山区主要隆起区垂直形变场变化以及剪切和张裂变形率变化,所得结果均反映了长抚线发生了较明显的活动;最后运用改进的Mogi模型,采用L曲线法反演了主要隆起区可能的压力源参数。结果表明,龙岗火山区岩浆的位置在42.1°N,126.5°E附近,与深地震测深研究结果近似。相对于长白山天池火山,压力源等效半径变化较大,达到183m左右,源的深度在30km左右,相对较深。

应用形变和重力资料分析腾冲火山区岩浆的活动特征

文中对腾冲火山区1998—2004年水准及重力观测资料进行了分析,发现垂直形变量大多在±10mm之内,重力变化为几十μGal,火山锥体和断层附近点位活动异常较大,可综合应用多源mogi模型和断层模型解释,断层的活动可使相邻测点的形变方向相反;垂直形变和重力的逐年变化表明火山岩浆处于一种活动状态。将火山区点位各时间段的重力梯度展布在形变-重力关系解释图中,发现数据主要落在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ区,结合形变量对压力源等效体积的估算,初步认为火山区岩浆目前活动程度较低,暂没有喷发的危险。