青海喇家遗址极可能由地震导致的砂土液化泥流造成:“12·18”积石山地震的启示

形成于3900年前的青海省民和县喇家遗址,号称“东方庞贝”,是一处举世闻名的灾难遗址,但其成因争论由来已久、悬而未决。学者提出的多种“洪水成因”之说,已深入民众之心,但这次灾难事件真的和洪水有关么?2023年12月18日甘肃积石山县的6.2级地震的震中距喇家遗址仅16 km,不仅使喇家遗址博物馆损坏严重,而且触发的泥流在离遗址仅5 km处的民和县中川乡金田村和草滩村,造成了民房和村民被直接掩埋的灭顶之灾,可能是喇家灾难遗址形成过程的重现,成为对比研究喇家遗址成因的重要实证材料。通过对此次地震灾害的野外实地调查和综合研究,或许能解开喇家遗址成因之谜。积石山地震使黄土之下古河床砾石层中地下水沿地表破裂喷出上涌,进而造成黄土液化并顺冲沟快速往下游流动形成泥流,流经草滩村、金田村时泥流遇阻,漫出冲沟将部分房屋冲毁甚至导致村民被掩埋。特殊的地层结构及富集的地下水,在地震的触发之下造成砂土液化并形成泥流,是造成中川乡地震灾害的重要原因。现场调查表明,草滩村一家五口被掩埋的悲剧,并非典型的“砂涌”造成,更无“洪水”的痕迹,而是地震的次生泥流灾害所致。将今论古,结合喇家遗址的文化遗存保存状况及沉积物特征进一步推断,喇家遗址的形成可能与强降雨形成的山间洪流无关,更不是由所谓的“大洪水”造成的。3900年前的古地震及其造成的砂土液化和快速流动的泥流,极可能是造成喇家遗址瞬时灾难的主要成因。

广东硇洲岛火山地质与射气岩浆喷发

硇洲岛位于雷州半岛东部海域,该岛最具特征的火山喷发形式是发生在其东南部那晏湾的射气岩浆喷发,这也是揭开硇洲岛火山喷发历史、环境和过程的窗口。本文从硇洲岛火山地质、射气岩浆喷发基浪堆积物粒度分析、有机质稳定同位素分析、电子自旋共振(ESR)测年等方法入手,分析讨论火山活动历史和射气岩浆喷发特征并追溯其基浪堆积物原始沉积环境。研究结果表明,早更新世强烈的岩浆溢流完成了岛屿的初始建造,之后硇洲岛高出海平面以上停止接受沉积;中更新世发生了两幕中小规模的火山活动,分别为距今约588ka的射气岩浆喷发和距今448ka的岩浆溢流;晚更新世在存亮湾附近可能发生了弱爆炸式火山喷发,自此硇洲岛的火山活动结束。

雷琼火山区地质地貌及年代学特征

为了深入认识雷琼火山区,搜集了前人在雷琼地区所做的相关研究,对本区的火山地质地貌及年代学特征进行概述。资料显示,雷琼地区受到板块运动和地幔柱活动的共同影响,被NW、NE和EW向三组断裂带控制,火山活动强烈。在雷州半岛EW向黄坡—界炮断裂带和海南岛北部EW向王武—文教断裂带中间形成了雷琼坳陷盆地,该盆地内存在大量的基性玄武岩喷发。雷琼地区火山活动呈现多期次、多旋回、迁移性的特点,存在爆发相、喷溢相和喷溢—沉积相3种火山作用方式,形成了熔岩台地、火山锥、玛珥湖、火山穹隆和熔岩隧道等火山地貌类型。雷琼地区岩浆活动始于渐新世晚期,在更新世最为广泛,之后火山活动衰落并在全新世结束。前人用K-Ar、Ar-Ar、热释光和^(14)C等多种测年方法得到的雷琼火山区的年代学数据,结果显示区内火山岩的年龄范围在34.78~0.01 Ma之间,并将火山活动分为6个阶段:渐新世-中新世、上新世、早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。

五大连池老黑山熔岩溢出过程和传输系统

五大连池老黑山火山曾在公元1720-1721年喷发,熔岩出露面积60.2km^(2)。老黑山具有我国境内最新喷溢的熔岩流区,使其成为研究单成因火山熔岩表壳类型、熔岩传输系统和熔岩流灾害的理想对象。老黑山火山喷发兼具爆炸性与溢流性,以溢流性为主。本文使用0.05~0.92m/pix无人机航拍数据和12.5m/pix卫星数据,在实地验证的基础上,制作了11000比例尺熔岩流分布过程图。我们将老黑山的6个熔岩流区界定为相应熔岩溢出口的产物,并区分出每个熔岩流区内部的亚区和岩流组。本文归纳出不同尺度熔岩流边界界定的2个标准:(1)熔岩流区的边界界定,需要以大尺度的地形凹陷和沟谷为线索,以熔岩趾分布和压盖关系辅助确定;(2)熔岩流区内部岩流组的界定,更多地依赖于熔岩表壳相组合分析,并辅以地形特征确定。通过对岩流表壳相的分析,本文总结出老黑山熔岩流主要由渣状岩流传输模式主导,同时具有结壳岩流传输和膨胀传输类型。根据老黑山不同岩流的分布和传输特征,我们提出了使用逐层、逐组估算岩流体积的方法。老黑山火山爆炸性碎屑物体积为70×10^(6)m^( 3),爆炸性喷发指数VEI=1~2;熔岩流体积为290×10^(6)m^( 3),溢流式喷发的等级(magnitude)为4.9。根据与Puu Oo 1983-84岩流特征进行对比,推测老黑山喷发烈度为弱-中等(intensity=4~8)。

淮南深地地磁总场连续观测与时变特征

深地实验室具有电磁干扰小的"超净"地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道(-848 m)和地表(+22 m)同步实施了地磁总场长期连续观测,对观测数据进行了功率谱、小波谱、地磁总场变化特征的分析及与附近的蒙城地磁台比对.研究结果表明:(1)地下无(或弱)磁干扰点位的地磁环境较优越,与蒙城地磁台相媲美,适用于地磁场变化的高精度、长期连续观测;(2)地下地磁观测可有效过滤地表上由工业与人类活动等的电磁干扰,其记录的地磁总场变化与蒙城地磁台具有较好的耦合性;(3)地下磁测可清晰记录地磁总场的平静变化、不同周期磁暴、地磁脉冲等丰富的时变信息,可为地球系统科学研究提供地磁学依据.

青藏高原东构造结林芝地热田浅部典型电性结构及热储关系

约40 Ma以来,受控于印度板块的俯冲及后期演化,青藏高原喜马拉雅山系东构造结成为了板块活动最强烈的地区之一;由于深部动力学过程中的浅表响应,该地区地热资源极为丰富。笔者等通过对两条音频大地电磁(AMT)测线进行数据处理与分析,查明了测点覆盖区域范围内二维电性结构及主要存在的深大断裂。依据电性结构推测研究区地下1 km深度范围内可分为4层,浅部低阻层为松散砂泥卵石层,下伏的中阻为砾卵石层,其下的低阻为砂岩、板岩、页岩强风化层,最底部的中高阻层推测为古元古界林芝岩群真巴岩组以片岩、花岗岩为主的地层。结合以往大地电磁测深及地震研究发现的地下10~20 km存在大规模近东西向展布且向上延伸熔融流变导致的低速高导体,推测可能是该地区深部热源所在。进一步通过对深部及浅部电阻率模型的综合对比研究,基于地热地质背景、电性结构特征,探讨了该地区的深部热源及热储关系。

基于热重力改正的接收函数与重力联合估计技术及福建地区的应用

接收函数与重力联合估计技术是获取台站下方地壳厚度和波速比参数的一种有效手段,重力数据的引入可改善传统接收函数H-κ叠加法在壳内多次波信号不清晰时估计不准的问题.在大地热流较高的地区,热重力扰动成为布格重力异常的不可忽略的重要组成部分,此时常规接收函数与重力联合估计技术并不适用.本文给出基于热重力改正的接收函数与重力联合估计技术,通过热重力改正削弱热异常对重力数据的影响,同时采用接收函数Ps震相与重力数据的联合约束算法,避免多次波不清晰而引入误差的问题,实现高热流背景地区地壳厚度和波速比的有效估计.模型测试验证了本文技术的有效性和稳健性,给出了启动热重力改正的阈值(-10 mGal).典型高热流背景的福建地区实际数据应用结果表明,福建地区地壳向沿海地区减薄(约28 km),闽西和闽东南地区泊松比偏高(>0.26),暗示其下方存在地壳减薄的同时伴随着幔源物质的底侵.

西北太平洋板块边缘俯冲特征:来自堪察加壳幔速度成像的约束

堪察加半岛位于太平洋板块的西北边缘处。太平洋板块沿堪察加海沟俯冲进入地幔,而在板块边缘处,其俯冲特征是否有不同?本研究从IRIS网站下载76个固定台站记录到的来自2239个近震事件和75个远震事件的77141条P波到时数据,利用近震-远震联合层析成像方法(TOMOG3D)获得堪察加地区壳幔内的三维P波速度结构。成像结果显示,研究区域下方上地幔内存在非常明显的高速异常块体,且与深源地震的空间分布高度一致。分析认为,该高速异常体为俯冲的西太平洋板块,俯冲角度和深度沿堪察加海沟由北向南均逐渐增加。地幔过渡带和下地幔顶部存在明显的高速异常块体,可能是因为堪察加半岛下方的太平洋俯冲板块在边缘或深部发生岩石圈熔融或拆沉现象,该高速异常块体即为拆沉的岩石圈。本文的成像结果中还可清晰地观察到2个板块窗口。堪察加地区浅部火山前线下方出现大范围的低速异常,可能是由于俯冲板块脱水或流经板块窗口的地幔流热物质导致。

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为:①研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;②据此圈定了3类深部地热远景区:基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区(徐水凹陷)和河间潜山地热远景区(饶阳凹陷),基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区(霸县凹陷),基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。

激发极化法在西刚果造山带尼阿里裂谷盆地铜多金属矿勘查中的应用

金属矿床通常品位较低,极少产生电阻率异常,但部分金属矿,尤其是金属硫化物矿床,会产生明显的极化率异常。利用已有露头和岩芯样本,对西刚果造山带尼阿里裂谷盆地铜多金属矿围岩、铜矿化岩石等进行极化率和电阻率测定,分析认为研究区铜矿石具有中阻高极化特征。利用在西刚果造山带尼阿里裂谷盆地进行的激化极化法中梯装置扫面工作,获得视极化率和视电阻率平面图,结合当地地质和钻探资料,对铜矿床成矿远景区进行推断解释。钻探结果显示,在Mankala区块T_5异常70—90 m深度发现了延伸长度400 m、宽度100 m的原生辉铜矿床,铜品位为3%—6%。

基于聚类的重复地震识别方法及应用

重复地震是指不同时期发生在断层同一位置的一组地震,表现为波形和震源机制上的高度相似.重复地震可用来探测断层深部形变、刻画断层行为、评估地震灾害.然而,重复地震的识别条件阈值设置尚没有统一的标准,常用的识别参数存在较大的主观性,会导致识别重复地震存在误差.为解决上述问题,本研究利用基于机器学习中的层次聚类算法构建了一个自动高效的重复地震识别方法.首先采用波形并行互相关技术计算地震波形之间的互相关系数,结合S-P到时差方法估算地震震源之间的距离,再利用层次聚类方法将地震聚类,获得重复地震.本文将该方法应用至甘孜—玉树断裂带和东昆仑断裂带地区的地震活动,识别重复地震并估算断层滑动速率.在甘孜—玉树断裂带附近共识别出6组重复地震组,它们均沿甘孜—玉树断裂带走向布展,平均断层滑动速率为7.4 mm/a.东昆仑断裂带附近共识别出3组重复地震组,平均断层滑动速率为6.9 mm/a.沿东昆仑断裂东段,断层滑动速率呈现出速率向东逐渐降低的趋势,显示该区域复杂的动力作用过程.这些结果与野外地质观测和GPS大地测量结果较为一致.基于实际数据测试和验证,结果表明本文发展的基于聚类的识别重复地震方法具有自动、高效、便捷的特性,为准确识别重复地震提供了重要的基础资料,为分析断层活动性提供了重要约束.