中国东北远离海沟陆内弧后扩张形成新生代火山的深部地球动力学背景

板块俯冲时海沟位置存在不变、前进和后撤 3种情况 ,后撤俯冲可能造成弧后扩张 .层析成像等资料显示 :太平洋板块低角度俯冲到欧亚板块之下后没有穿透 670km相变界面 ,而是平卧于该界面之上 .这种平卧过程可能始于 2 8Ma前 .地球动力学计算表明 :俯冲板片前缘触及上下地幔相变界面而受阻平卧时 ,有利于形成后撤俯冲和弧后扩张 .中国东北火山形成很可能属于这种后撤俯冲、远离海沟陆内弧后引张、地幔热物质上涌、减压熔融的情况 .

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示:无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下(无论是挤压还是引张力作用),应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下:华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.

青藏高原及邻区现今地应变率场的计算及其结果的地球动力学意义

许多研究人员利用GPS测量的速度资料计算了地应变率场,但其结果差异较大.本文将地质统计学中的Kriging方法引入到GPS观测的速度场研究中,通过Kriging插值得到青藏高原及邻区均匀网格节点上的速度值,然后运用有限单元中形函数(Lagrange插值函数)的求导方法,计算每个网格单元积分点处的地应变率分量,从而获得青藏高原及邻区的地应变率场的分布.计算结果显示,青藏高原主体处在南北向受挤压、东西向被拉张的应变状态之中,但高原东部地区则正好相反,即南北向拉张、东西向出现挤压.青藏高原及邻区主应变率的方位与震源机制解中P轴、T轴的方向基本一致;最大主压应变率的高值区分布在喜马拉雅主边界冲断带及附近地区,高原内部出现主张应变率大于压应变率的现象,且高原内部处在拉张应变状态.面膨胀率结果也表明,喜马拉雅山及附近地区为面收缩区,而高原内部其他地区主要为膨胀区;最大剪应变率分布清晰地显示出青藏高原周边的主要断裂带轮廓.文中的应变率计算结果预示青藏高原及周边地区现今的地应变与较长期的地质活动之间有一定的继承关系.

板片深部俯冲动力学研究的新进展

高精度的层析成像结果显示了全球范围内形态各异的俯冲板片,这充分表明地球动力学过程的复杂性.本文简单回顾了影响板片俯冲的主要因素和对俯冲板片有关的,如对地震、火山、弧后变形等地球物理现象的各种合理解释.讨论中国东北新生代火山的地球动力学背景可能是不同于一般俯冲带火山的成因.

南海中央海盆热结构及其地球动力学意义

依据南海中央海盆大地热流观测值及地壳结构资料 ,利用地热学方法计算了海盆及周缘壳内温度和热流分布 ,并得出壳幔热结构配分比例 .计算结果表明 ,中央海盆洋壳层内垂向热流变化不大 ,但垂向温度变化较大 ,这是地幔上涌所致 .海盆内成片分布的地热区 ,则是局部地区地幔上涌 ,导致多期次、多方向海底扩张的反映 .海盆区地幔热流在地表实测大地热流中所占比例高于 80 %,地壳下部热流在地壳总热流中所占比例小于 2 0 %.由此推测 ,中央海盆洋壳层 3厚度过薄 ,可能是后期热事件减缓了上地幔的冷却过程 ,而初始地壳熔融程度较低 。

地震前兆检验的地球动力学问题 对地震预测问题争论的评述(之三)

地震前兆的效能检验问题既是地震预测研究中的一个基本问题,也是近年来围绕地震预测问题的一个争论焦点。传统的地震预测研究中关于地震前兆机理的一个基本假定,即地震前兆来自地震孕育过程中应力场的某种变化,与传统的地震前兆检验方案,即针对“异常”信息统计与地震之间的“对应”情况,并进行统计显著性检验,存在一个内在的逻辑矛盾。地震前兆的检验不是一个简单的统计问题,而是一个地球动力学问题,不考虑地球动力学的地震前兆检验是没有意义的,由此得到的检验结果则可能对相关研究造成误导。

基于观测应力场的大华北地区动力学机制探讨

采用伪三维有限元方法, 利用观测应力场应力取向和应力状态作为主要约束, 对华北地区的构造应力场进行了数值模拟. 结果显示, 华北地区应力场主要受到来自太平洋板块和青藏高原挤压作用的控制. 太平洋板块的北西西向的挤压作用对这一地区, 尤其是华北平原地区构造应力场的影响更大. 同时, 上涌地幔沿盆地边缘法线方向的引张, 对这一地区的应力场的形成也起到一定的作用.

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算(英文)

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团(DFMP)或二氟甲基硫酸基团(DFMS)的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B(PTP1B)的相互作用模式,并通过1ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area(MM/GBSA)方法计算了其结合自由能.计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致;通过基于主方程的自由能计算方法,获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息,这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性,进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.

印度—澳大利亚板块应力场数值模拟及其动力学分析

印度—澳大利亚板块的边界类型和性质十分复杂。本文采用伪三维有限元方法,利用WSM2000观测应力场数据的应力取向和应力状态作为主要约束,建立了印度—澳大利亚板块岩石层三维模型,对印度—澳大利亚板块构造应力场进行了数值模拟,进而探讨印度—澳大利亚板块所受边界力对板块内部应力场的影响。结果显示,印度—澳大利亚板块的构造应力场主要受到两个因素的控制:①软流层静压推力;②来自碰撞带的阻力,包括喜马拉雅、巴布亚新几内亚、新西兰和印度—澳大利亚板块与欧亚板块的西北边界。而来自俯冲消减带的拉张作用力对板内应力场的作用相对较小。

岩石圈三维结构与动力学数值模拟

通过基于专项所属各项目的探测数据和成果,结合课题组已经积累的数据与建模基础,以及本项目组特定需要进行岩石物性参数测试及相关的流变本构关系研究,进而开发并集成大规模并行有限元数值模拟平台系统,进行地球动力学过程的综合定量模拟分析。同时建立高性能并行可视化平台,据此进行中国大陆深部地幔对流与岩石圈耦合关系的探测数据与数值模拟结果的并行可视化研究分析,探讨回答中国部分典型构造区域的典型地球动力学过程的关键问题。

冲绳板块应力场数值模拟及其动力学特征

冲绳板块位于菲律宾海板块向欧亚板块俯冲形成的西太平洋边缘活动带上,构造应力场图像及其动力学机制表现得相当复杂.采用伪三维有限元方法,以WSM2008观测应力场数据的应力取向和应力型两方面指标作为主要约束,对冲绳板块构造应力场进行了数值模拟.通过对计算结果的分析,对模型涉及的各种作用力作出了估计.在此基础上,对冲绳板块岩石层的状态,以及该地区的板块动力学特征进行了探讨,并得到了以下一些初步认识:①软流层静压推力控制着该地区构造应力场的基本形态;②冲绳海槽的演化过程,例如该地区的岩石层减薄与其下地幔流的上升等,也在很大程度上影响了该地区的板内应力场空间分布特征;③琉球俯冲带边界力的作用是分段的,不同区段作用力对板内应力场的影响有所不同.

中国大陆岩石圈厚度分布研究

利用不同物理性质所估计的岩石圈厚度可能具有不同的地球动力学意义。大陆岩石圈等效弹性厚度往往只与岩石圈内部的某些岩层相关，因此它可能不代表一般意义上的岩石圈厚度。地震学岩石圈厚度虽然有较高的精度，但依赖于人为地对岩石圈的定义；并且其具有的短时间尺度效应决定了它与长时间尺度的岩石圈概念不一致。热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此其厚度定义的标准是较合理的。地震-热学岩石圈厚度研究利用地震波速反演得到的温度数据按照热学岩石圈标准来对岩石圈厚度进行研究，具有地震学和热学岩石圈厚度两者的优点，是较合理的对岩石圈厚度的估计。中国大陆地震-热学岩石圈厚度分布有如下特点：（1）中国东部岩石圈较薄，厚度约100km，其中包括中国东北、中朝克拉通、扬子克拉通东部和华南造山带；（2）青藏高原和塔里木克拉通以南地区的厚度变化较大，厚度约在160-220km；（3）三大克拉通的岩石圈厚度有较大区别，扬子克拉通的核心最厚达约170km，塔里木克拉通的核心厚度约140km，中朝克拉通的厚度约100km；（4）昆仑秦岭造山带的岩石圈上地幔内部较复杂，可能有大面积的部分熔融；（5）整个大陆岩石圈厚度分布并没有显示出与地壳年龄的线性相关关系，却表现出了与大地构造格局的直接关系。受板块碰撞强烈影响的地区，岩石圈较厚；受大洋俯冲带影响较强的地区，岩石圈较薄。

中国三维固体地球可视化网站的规划与设计

建立固体地球结构可视化网站是当今全球地球科学研究的迫切要求．在国家自然科学基金委的资助下，中国三维固体地球结构网站紧跟国际潮流，应运而生．该网站利用三维可视化成像技术和计算技术，综合我国现有地球物理观测资料，为研究者提供了一个可方便获取数据和交互处理图像的平台．在技术上，该网站采用交互式开放结构，用户可以按自己的需要和研究目的，下载或上传数据，实时处理数据和显示图像结果，并对计算过程进行交互控制和引导，充分提高地学数据的利用效率．

马尼拉海沟俯冲带热结构的模拟研究

俯冲带热结构的数值模拟研究是对地表观测研究的重要补充,也是验证地球动力学模型的重要方法.本文沿马尼拉海沟俯冲带东火山链(EVC)和西火山链(WVC)各取一条剖面,依据地质、地球物理条件,进行了有限元热模拟计算.计算过程中,分析了摩擦和剪切热对俯冲带热结构的影响,模拟了EVC和WVC两条测线下俯冲带的热结构,并结合岩石学实验结果预测了俯冲板块发生脱水和部分熔融的位置.模拟结果表明,在100km深度处,考虑摩擦和剪切热时,俯冲板块表面的温度约为865℃;而不考虑摩擦和剪切时,俯冲板块表面的温度仅为770℃,二者温差可达95℃.在相同深度处,考虑摩擦和剪切热时,在EVC和WVC测线下俯冲板块表面的温度分别为865℃和895℃,俯冲洋壳底部温度分别为560℃和605℃.俯冲板块表面少量矿物开始脱水的深度小于50km,但大量脱水和部分熔融主要发生在深度100km左右,这与地表观测的火山活动位置一致.

使用纵波和横波走时层析成像研究菲律宾海板块西边缘带和南海地区的深部结构

使用纵波震相及同台同源纵波和横波震相的走时资料及层析成像反演方法，分别给出了菲律宾海板块（PHP）和南海地区的纵波速度Vpf及同台同源的纵波和横波速度Vp和Vs结构．结果表明，（1）PHP与欧亚板块（EUAP）的俯冲接触关系随地段而异，在琉球海沟，PHP向EUAP之下俯冲深达400km；在台湾岛，EUAP先近陡直地俯冲到深度400km，然后折向PHP之下达到660km左右；在马尼拉海沟北段，俯冲板片几乎垂直达到660km附近；在菲律宾海沟，PHP向EUAP之下的俯冲深度超过660km．（2）南海地区之下是一个深达300～400km的宽阔低速区，并且大致在莺琼海盆与700km深处另一低速区曲折相通；在该宽阔低速区内部，有两个小而明显的低速区分别在海口火山和珠江口盆地下方．（3）对Vp和Vs及据其算出的容声速度Vb作分析发现，Vs和Vb的平均扰动量对深度的变化在一些深度范围内是反向的；年龄较大的太平洋板块俯冲体的Vs相对扰动量的平均值大于K的，而在较年轻的PHP俯冲体中则正好相反．

鲜水河断裂带强震相互作用的动力学模拟研究

以鲜水河断裂带为研究区,首先依据断裂带的地震活动特征,确定整个断裂带的应变积累速率;然后根据GPS观测资料给出的水平应变率和地质给出的鲜水河断裂带断层分段及其相应各段的滑动分布,确定断裂带分段的应力、应变积累速率和强震复发间隔.在此基础上,采用三维有限元模型定量研究断裂带上1893年以来M6.7级以上地震的相互作用及其对断裂带强震复发的影响.研究结果表明,鲜水河断裂带上强震的发生有利于后续地震的发生.强震之间的相互作用不仅影响了断裂带各分段的强震复发间隔,还影响了整个断裂带上的强震活动特征.

高温高压下角闪片麻岩的电导率研究

在1．0GPa压力、343～962K温度和0．1～10^6Hz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．片麻岩的电导率在平行和垂直面理两个方向表现出明显的各向异性，平行面理方向的电导率远大于垂直面理方向．二者的导电机制分别在～799K和～881K发生了变化，这一变化可能与角闪石的脱水相关．片麻岩中角闪石的脱水作用可使电导率增大．低温阶段，二者的激化焓分别为0．31eV和0．56eV，高温阶段分别高达2．24eV和4．21eV．实验室模型与大地电磁测深结果的对比表明，实验结果为地球内部高导层的形成提供可能的实验证据．

高温高压下麻粒岩电导率研究

麻粒岩是下地壳的重要组成物质,模拟其在下地壳温压条件下的电导率对于认识下地壳的电导率分布具有十分重要的意义.本文用交流法在1GPa下,373～1002K范围内研究了麻粒岩样品的复阻抗,并且对测量结果进行了阻抗谱分析.研究结果表明,复阻抗对频率具有依赖性,且随温度的升高,复阻抗的实部、虚部均变小.在实验给出的温度范围内,电导率结果符合Arrhenius关系式.当温度在373～663K范围内时,实验所获得的激化焓为0.31eV,表明样品的电导率由低能带杂质离子所控制;当温度在673～1002K范围内时,激化焓为0.67eV,此时可能为小极化子导电.将所得电导率结果与西南峨边—马边地区以及华北应县—商河地区的大地电磁结果进行了对比,发现在所模拟的下地壳温压范围内,实验室测得的电导率位于野外MT数据范围内.

塔里木盆地巴楚隆起区构造-热演化历史研究

巴楚隆起是塔里木盆地重要勘探地区之一,其构造-热演化史制约着该区烃的生成、运移及聚集.本文在恢复巴楚地区4条地震解释剖面沉积埋藏史的基础上,通过求解热传导方程,计算了它们的构造-热演化历史.计算过程中首先利用"回剥"法,确定莫霍面处的热流值,再利用地壳重力均衡原理,求得各时期的莫霍面埋深,最终确定盆地基底热流和地表热流.结果表明,该地区构造-热演化可以划分为7个阶段,其中三叠纪热演化阶段地温梯度及地表热流达到最高值,分别为32℃/km和73.6 mW/m^2,而现今地温梯度及地表热流值最低,分别为20℃/km和46.4 mW/m^2.计算得出的现今地表热流密度值略大于实测值,分析认为主要由于中新世以来,巴楚隆起区侧向热扩散加快了地表热流的衰减所致.最后在模拟基础上,探讨了生热率、热导率对盆地热演化的影响.