青藏高原东北缘基于W2度量的全波形成像

本研究收集青藏高原东北缘区域114个宽频带地震台站记录到的50个区域地震事件波形数据,采用基于二次Wasserstein(W2)度量的全波形成像方法,获得了10~100 s频带下该区域的高分辨率壳幔结构图像.结果显示,秦岭造山带中下地壳呈高速特征,表明高原内部弱物质未流入此处;而从松潘—甘孜地块跨过昆仑断裂至秦祁地块内的中下地壳呈现低S波速、正径向各向异性(V_(SH)>V_(SV))和高泊松比异常,暗示深部地壳物质存在水平流动.在秦祁地块中部,深部地壳高速特性及负径向各向异性(V_(SH)<V_(SV))和低泊松比异常表明地壳流在此处已终止.此外,龙日坝断裂在深部岩石圈表现为显著的结构异常分界线,其可能代表了扬子块体西向楔入青藏高原的最前缘.

基于逐元和轴对称谱元的混合方法及远震波场模拟

远震波形成像是研究地球内部结构和动力学过程的重要手段.然而,由于巨大的计算需求,当前在全球尺度(包含震源-台站)数值模拟高频(频率到2 Hz)地震波传播并不现实.谱元法是一种高有效性的数值模拟算法,具有高精度和网格剖分灵活的优点,并且已经成功应用于弹性波方程求解中.但缺点是求解远震问题时计算量和存储量较大.为了克服上述难题,本文发展了一种基于逐元并行谱元法与轴对称谱元法相结合的混合方法:即在全球尺度层状模型下使用具有快速计算效率的轴对称谱元法模拟远震背景波场,而在研究区域内使用逐元并行谱元法精确计算非均匀介质中远震波场传播.该方法减少了非均匀介质中远震波场模拟的计算量与存储量,并保持了逐元并行谱元法高精度、低存储量、易并行的优点.数值实验验证了该混合方法的可行性和精确性,并有望进一步应用于实际地震数据远震波形成像研究中.

地幔柱与岩石圈相互作用过程的数值模拟

地幔柱的研究是地球科学研究的热点之一.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈的相互作用过程.基于质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,通过有限元数值方法可以计算得到地幔柱与岩石圈相互作用的温度场、速度场和有效黏度等的时空图.本文的流变本构模型主要基于非牛顿流体的有效黏度模型,通过数值模拟计算分析了地幔柱与岩石圈相互作用过程,着重讨论了地壳流变结构对此过程的影响.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈的相互作用分为三个阶段:地幔柱上升期,时间持续到0.2 Ma,平均速度为2.75m·a-1,地幔柱顶部地形开始向上隆起;地幔柱与岩石圈纵向作用期,时间从0.2 Ma到0.26 Ma,地幔柱上升的平均速度为0.83m·a-1,地表地形隆升达到最大值;地幔柱与岩石圈横向作用期,0.26 Ma以后,岩石圈开始剪切变形,地幔柱水平运动速度为0.47m·a-1,当剪切变形达到一定程度,岩石圈底部开始出现拆沉作用.当下地壳流变强度比较小时,上地壳的流变结构控制着地幔柱顶部地表地形隆起程度,流变强度越大,隆升高度越小;而下地壳的流变结构控制着地幔柱两侧地表地形的下沉幅度,下地壳流变强度越小,下沉幅度越大.最后,讨论了数值模拟对峨眉山大火成岩省地幔柱发展演化的应用.

熔/流体迁移与2022年泸定Ms 6.8地震

2022年9月5日,鲜水河断裂带东南末端发生泸定Ms 6.8级地震,造成严重的人员伤亡和财产损失.为深入探究该地震构造背景和孕震机理,利用全波形反演方法获得了震源区及周边高精度地震波速度、径向各向异性和泊松比结构.研究表明,泸定地震发生在低波速异常区边缘,在其下方存在显著的低S波速、负径向各向异性(V_(SH)<V_(SV))和高泊松比异常区,此热-流变结构异常区的形成可能与深部地壳和上地幔流体(包括部分熔融)有关,这些熔/流体沿倾斜的Moho面和/或壳内断裂向上迁移,引起中上地壳孕震层的弱化和应力集中,进而导致地震发生,表明深部熔/流体迁移在泸定地震孕育和破裂过程中发挥着重要作用.