中国东部新生代火山岩研究回顾与展望

作为环太平洋火山带的重要组成部分,中国东部新生代火山岩研究历来受到重视。本文简要回顾了新生代火山岩的研究历史,总结了近年来在火山岩时空分布特征、玄武岩成因与西太平洋俯冲等方面的研究进展,对未来工作进行了展望。

西昆仑阿什库勒火山群地质特征和活动分期

阿什库勒火山群作为青藏高原内最新期的北部昆仑火山群的典型代表,长期以来一直受到国内外地学界的广泛关注。我们通过对阿什库勒盆地火山区的野外地质地貌考察,研究了阿什库勒盆地内第四纪火山活动历史,完成了阿什库勒火山群重要火山锥体的1∶2000火山机构图。同时,对系统采集于不同火山机构和部位的20个火山岩样品进行了系列Ar-Ar同位素年代测试分析,获得了翔实的研究区不同火山岩石单元的绝对年龄数据。结合野外地质地貌考察结果,讨论了阿什库勒盆地的火山活动的第四纪时期活动历史,并将主要活动时期进一步划分为早更新世早期、早更新世中期、中更新世早期、中更新世晚期、晚更新世期和全新世期六期,取得了与前人有关该研究区火山活动历史和活动期次类似的划分方案,并补充了新的年代学证据。研究成果弥补了藏北高原西部由于恶劣工作环境而造成的第四纪火山学研究的不足。

大兴安岭-太行山重力梯度带以西的第四纪火山活动

大兴安岭—太行山重力梯度带以西的第四纪火山活动自北往南贯穿兴蒙造山带和华北克拉通2个大地构造单元,可以分为北、中、南三部分,展现规模不等的火山群:北部诺敏河火山群和绰尔河—哈拉哈河火山群,中部阿巴嘎火山群和达里诺尔火山群,南部大同火山群和乌兰哈达火山群。这些火山群主要由单成因火山组成,少则几十座,多则200余座,如阿巴嘎火山群向北延入蒙古达里干加,构成亚洲东部面积最大的新生代火山区。因此,大兴安岭—太行山重力梯度带以西的第四纪火山成为探讨大陆内部火山活动构造背景与成因机制的重要场所,也是获取大兴安岭—太行山重力梯度带东西两侧和兴蒙造山带与华北克拉通2个大地构造单元岩石圈差异演化信息的重要窗口。本文介绍了这些火山的分布、构造背景和成因机制。

芦山地震强地面运动频谱特征及致灾相关性分析

以芦山地震震中距100km内20个台站的60条原始强震记录为依据,采用零交法计算台站处三方向卓越周期,采用线性加速法计算台站处阻尼比为0.05的三方向反应谱,考察反应谱峰值周期、卓越周期和放大系数在各台站位置处的分布以及在断裂上、下盘的均值。通过研究发现：芦山地震动卓越周期、反应谱峰值周期和放大系数在各台站不同方向上的分量不同;各台站处反应谱的计算表明地震动具有上盘效应以及上盘衰减迅速的特征;地震动卓越周期在芦山地震震中100km的上、下盘上差别不大,其中上盘EW和UD向卓越周期均值略小于下盘,而上盘NS向均值略大于下盘,断裂两盘UD向卓越周期总体小于水平向,断裂两盘三方向卓越周期变化范围为0.013~0.275s;计算得到的放大系数表明80%台站NS向放大系数大于EW向,因此NS向放大系数较大可能是芦山地震诱发崩滑地质灾害的主要因素。

汶川地震形成位移场的空间分布

采用Yoshimitsu Okada及Steketee的断裂位错模型和汶川地震现有成果,通过坐标转换和合成矢量的方法将断裂位错模型用于映秀—北川断裂、灌县—安县断裂和北川—青川断裂组成的断裂系统的错动研究中,理论上计算龙门山近断裂地区的水平位移场(包括沿走向和垂直走向方向)和垂直位移场从震源到地表的分布.模型参数源于现有的研究成果和野外实地考察,计算得到的地表位移场与先前研究成果,包括GPS实测数据,具有的近似性表明了模型的正确性.但GPS只能测定地表水平和垂直变形,对于地下变形情况及其分布却无法描述;目前对于地下变形的研究主要基于对大量仪器记录的地震资料进行反演或通过野外观测进行推测;但是反演多集中于空间较大范围,这样虽可阐述断裂运动引起的大范围位移趋势,而对于震源附近空间介质位移的描述却略显粗糙;同时,野外观测误差较大.本文通过理论模型计算汶川地震中近断裂区域(距断裂50km)内的位移及分布.由计算发现在近断裂区域内垂直位移场和垂直走向方向位移场变化趋势一样,幅值都是从震源到地表逐渐减小;沿断裂走向方向的水平位移场从震源到地表逐渐变大,同时计算还表明位移场的变化在断裂上盘比下盘剧烈,余震分布主要集中于断裂上盘,这说明余震分布和位移剧烈程度存在某种相关性.

断裂滑动速度对强震发生周期的影响——以东昆仑活动断裂带库赛湖断裂分段和西大滩断裂分段为例

2001年11月14日东昆仑断裂带库赛湖段发生8.1级大地震.事实上,库赛湖断裂分段大震的复发周期会受到其他分段运动行为的影响,尤其是临近的西大滩断裂分段.本文采用速度和状态依赖摩擦本构控制的一维弹簧滑块模型(BK模型)研究断裂分段滑动速度对强震复发周期的影响.以东昆仑活动断裂带库赛湖断裂分段和西大滩断裂分段作为实例进行研究,研究中将两断裂分段视为通过弹簧相连的滑块系统,其中模型参数的选择是以现有东昆仑活动断裂带库赛湖和西大滩分段的地质研究成果、历史地震和古地震资料直接给出,部分参数也采用了数值计算的方法.研究预测了两分段不同滑动速度对强震复发周期、断裂滑动速度及错动位移在未来0.5～0.6万年中随时间变化的影响.研究发现:在断裂分段之间的相互影响下,各断裂分段滑动速度与各段的强震发生周期没有规律性的关系;两断裂分段组成的系统中,某断裂分段滑动速度放慢(加快)会使该断裂分段未来强震发生的震级增大(减小),而对另外断裂分段的强震发生震级没有规律性影响;两断裂分段组成的系统中,某断裂分段滑动速度加快(放慢)会使另外的断裂分段在强震发生时错动的速度加快(放慢);同时,两断裂分段组成的系统中,某一断裂分段滑动速度上的变化对另一断裂分段强震复发周期的影响只有在较长时间跨度上才能体现.

滇西南普洱强震群地区地壳形变的数值模拟

滇西南普洱一带地质构造复杂,中-强地震成群活动特征明显,地壳的形变特征与形变机制引起了地学界的广泛关注和深入研究。在参考、借鉴以往研究成果的基础上,本文构建了普洱一带包含活动断裂的二维板有限元模型,以GPS测量得到的块体年运动量作为模型区域的边界约束,模拟计算获得了普洱地区的构造形变空间分布,以NEE、NNW 2个方向、从数值模拟角度对普洱地区的水平形变特征和区域地壳垂直形变场进行了分析和探讨。结果表明:在青藏高原东南缘扩展、高原物质重力滑塌型南东向移动的动力学背景下,研究区内NEE向断裂的活动带动牵引NNW向断裂共轭运动,隆升性质的垂直形变场与60年的大区域水准测量结果相吻合,沿NNW向形变场的分布无规律,应是区域应力累积和震后调整双重作用的结果。沿NEE向形变场呈现了较明显的西部大于东部的分布图像,特别是西北部高值区对应了2014年景谷6.6级强震,最后对研究区的区域动力学问题进行了初步探讨。

云南普洱-宁洱地区变形及应力场的有限元模拟

为研究普洱-宁洱地区强震频发与构造应力场和变形场的相关性,以1997—2007年GPS数据计算得到的云南普洱-宁洱块体年运动量为边界约束,建立云南普洱-宁洱地区包含红河断层及澜沧江断层等10个断层的三维摩擦接触有限元模型,计算在GPS年运动速率约束下棋盘式构造格局的变形位移场、应变场及应力场分布,并将计算结果与GPS计算结果进行比较。通过计算发现:普洱-宁洱断层群会使澜沧江及红河断层包围区域变形及应力场更复杂,普洱-宁洱地区复杂变形及应力场可能是该地区中强地震频发的主要原因;镇远-普洱断层可能是影响普洱-宁洱地区变形及应力场的主要断层;普洱-宁洱地区走向共轭断层交汇处,存在较大变形及应力值;变形场与应力场会随断层走向变化而发生变化,在断层走向变化剧烈部位有较大值。