利用ML振幅研究地壳横波Q值Ⅱ:Q横向变化特征

利用中国地震年报(1984～2004年)测定M_L所用的54000余条区域地震最大振幅数据,采用二维层析成像方法反演中国大陆地壳介质品质因子Q₀结构.反演结果表明,中国大陆地壳介质品质因子Q₀平均为370,Q₀横向变化量可达±200.在整个研究区解的分辨率能够达到3°×3°,大部分地区能够达到2°×2°.Q₀的变化显示出与地质构造分区相关的特征：低衰减 (高Q₀值) 异常区主要分布在塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯高原及华南地区,鄂尔多斯高原北部Q₀值最高;高衰减异常区(低Q₀值)主要分布在青藏高原以东的川滇地区、华北平原、渤海湾,最低Q₀值在渤海湾地区,天山、祁连山和汾渭地堑Q₀也呈较低异常变化.总体看来,构造上稳定的克拉通地台的介质品质因子Q₀较高,而构造上活动的地区往往Q₀较低,显现出区域的衰减变化特征与地壳结构和区域构造之间的密切关系.     

中国大陆及邻近地区Lg尾波的Q值分布

10个中国数字地震台网(CDSN)台站和5个全球地震台网(GSN)台站所记录的785个浅源地震的宽带垂直分量, 被用来研究中国大陆及邻近地区L_g尾波的衰减特性. 首先运用叠加谱比法对各记录进行处理, 得到与各路径相对应的椭圆内L_g尾波的Q₀ (1 Hz处的Q值)和频率相关因子η的平均值. 进一步应用反投影技术, 得到L_g尾波的Q₀值和η值的成像图及其误差分布. 结果表明, 在所研究的范围内, Q₀在200~500的范围内变化. 最低的Q₀发生在滇藏地区; 最高的Q₀发生在西伯利亚地台的南端. η值的变化范围在0.3~0.8之间. 对于所研究的大部分地区, η值呈现出与Q₀值的反向变化关系.     

中国不同类型断裂带的地幔脱气与深部地质构造特征

以氦同位素为主, 辅以CO₂/³He和CH₄/³He及⁴⁰Ar/³⁶Ar等指标, 结合地质构造等资料, 对中国大陆不同类型断裂带的地幔脱气及其深部地质构造特征进行了综合示踪研究. 据此识别并划分出4种具代表性的断裂带: (1) 伸展性构造环境中的岩石圈断裂, 地壳厚度小, 具低CH₄/³He-高R值和低CO₂/³He值-高R值体系, 以幔源流体为主, 地幔脱气作用最强, 以郯庐断裂带为代表; (2) 强烈挤压构造环境中的岩石圈断裂或俯冲带, 如班公湖-怒江断裂带, 地壳巨厚, R/Ra值为0.43~1.13, 幔源氦约占总氦的5%~14%, 地幔脱气作用较弱; (3) 造山带山前(盆缘)深断裂带, R值为10^-7量级, CH₄/3He值为10⁹~10¹⁰, CO₂/3He值为10⁶~10⁸, 具微弱的地幔脱气作用; (4)造山带内壳层断裂带, 如窑街F19等断裂带, 具有高CH₄/3He值-低R值(10^-8)和高CO₂/³He值-低R值体系, 无明显的地幔脱气作用. 研究表明: 大型深断裂带是地幔脱气的主要构造通道; 控制地幔脱气强度的主要因素为断裂深度、构造环境性质和地壳厚度; 地幔脱气作用强度可反映断裂带的深度及其深部构造状态, 而气体地球化学示踪则可成为其研究的新的途径; 地球深部热流体上侵活动可能是深大断裂带形成演化的动力源之一; 山前断裂带是深部构造活动方式和壳幔结构转换的部位, 对于认识造山带和盆地的形成机理有重要科学意义.     

海南三亚地区S4指数与C/N、ROTI的比较分析

本文通过利用海南三亚站（1834°N, 10962°E）GPS闪烁/TEC接收机2004年8月到2005年7月间观测数据，在对三亚地区闪烁初步统计分析的基础上，比较分析了观测数据中S₄（幅度闪烁指数）和C/N（载噪比），S₄和ROTI（TEC变化率标准差）的关系，同时对2004年11月7日的闪烁事件进行了具体的分析. 通过比较分析得出：（1）三亚地区全年的闪烁强度具有明显的半年变化，在春秋季出现全年闪烁强度的最大值；（2）S₄与C/N具有很好的负相关性；（3）ROTI可以作为由小尺度不规则结构引起闪烁出现的指示剂.     

依舒断裂带北段尾波Q值特征研究

研究表明,地震波穿过构造活动相对稳定地区时,能量衰减不明显且具有高Q值;而穿过构造活动地区时,能量会发生强烈衰减且具有低Q值。本文利用Sato模型对依舒断裂带北段萝北-通河地区15个数字化地震台站记录到的266条M_L≥2.0地震尾波Q_c值进行了分析和研究,发现黑龙江萝北、通河附近地区Q_c值具有明显的复杂性和差异性,且萝北地区Q_c值远低于通河地区Q_c值,其原因一方面与区域构造活动有关,另一方面与区域地壳构造复杂、地下介质破碎、区域应力不断变化有关。本文还讨论了萝北、通河附近地区Q值随着频率变化的关系及Q_0值空间分布特征,有效地分析了该区域介质状态的变化过程,对萝北地区地震活动性的研究和预测有指导意义。     

利用ML振幅研究地壳横波Q值I: 不同构造区的衰减特征

本文利用《中国地震年报》中测定震级M_L时所用的区域地震图中水平向的最大振幅及周期资料，研究了地壳内横波的衰减及介质品质因子Q₀特征. 结果表明，中国整个区域平均的Q₀值为367，以华南地台最高，为460，塔里木盆地为442，鄂尔多斯高原为419，华北地区最低，为294，其次是川滇地区为295. 由这个结果可知，Q₀与地质构造之间存在明显的相关特征，在构造上稳定的克拉通地台，如塔里木盆地、鄂尔多斯高原、华南地台等具有较高的Q₀值；而构造上活动的强烈剪切变形带和新生代扩张盆地，如川滇地区和华北断陷盆地往往是Q₀值低的地区，这和Pn速度分布特征也很相似，在Pn速度高的地区地壳Q₀值亦高，在Pn速度低的地区Q₀值亦低.     

基于地震学的天山地区地震动衰减关系研究

选取天山地区3 171条矩震级为3.5~4.5级测震记录,通过计算S波段速度傅里叶幅值谱,采用微遗传算法,反演得到5个区域地壳介质参数,即应力降Δσ为18.206 MPa,品质因子参数Q₀为444.20,η值为0.35,几何衰减参数R₁和R₂分别为74.30 km和106.59 km。根据地壳介质参数计算加速度傅氏谱,再配合随机相位谱,得到某一震级、震中距下地震动时程,提取其PGA,建立区域地震动峰值加速度衰减关系。研究结果显示,矩震级为5级和6级中远场地震动衰减关系与强震动记录符合较好,尤其是5级结果,在选取的5条经验值衰减关系中,其均值和标准差均为最小,结果最优;矩震级为7级的地震动衰减关系,远场结果高于大多数强震动记录。     

陕甘宁交界地区地壳S波Q值成像特征研究

利用陕甘宁交界地区测震台网记录到的2009—2018年4423个近震波形资料,采用衰减结构层析成像方法对该地区地壳Q_S值进行成像分析,获得了陕甘宁交界地区地壳衰减模型,分析讨论了Q_S值分布与活动断裂及强震活动等之间的关系。结果显示,陕甘宁交界地区地壳剪切波衰减横向变化显著,整体上,海原-六盘山构造带和西秦岭构造带地壳Q_S值相对偏低,鄂尔多斯盆地和陇中盆地地壳Q_S值相对较高。活动构造带和活动断裂交汇区呈现低Q_S值,结合前人研究成果,推断这与活动断裂带及交汇区地壳岩石较为破碎且富含流体有关。有历史地震记录以来,研究区6级以上地震大多分布在高、低Q_S值的过渡区,分析认为这与"硬"、"软"地壳介质交界处容易积累地震应变能有关。研究区域低Q_S值分布与低横波速度和低电阻率区的主要分布特征较为一致,但是与大地热流研究结果存在区域性差异。     

据地壳介质非均匀性判断郯庐断裂带鲁苏段未来大震位置

从大尺度和小尺度两方面研究郯庐断裂带苏鲁段地壳介质非均匀性。使用地震波数据,研究了郯庐断裂带苏鲁段地壳速度结构的非均匀性,单位虚波Q_mps的非均匀性,地壳介质泊松比的非均匀性,反映地壳介质小尺度非均匀性的分层κ值和y值。计算了1668年郯城8 1/2级地震震源区长度和沿断裂带的震源区边界,根据地震构造和地震活动性确定断裂的闭锁段,地震应力的积累单元和调整单元。对比1668年郯城8 1/2级地震的地壳介质状况,将各种非均匀性参数综合分析,结果表明,各种参数指向一致,未来大震的可能区域是33°-34.5°N,118°-118.8°E的北北东向区域,震级可达8级。     

慕士塔格夏季近地表大气CO2及H2O含量变化

对帕米尔高原慕士塔格地区海拔4500 m第四纪冰川作用区夏季近地表大气CO₂及H₂O的含量进行了连续两年的观测, 结果表明自6月底至8月中旬大气CO₂含量整体呈轻微的下降趋势, 下降幅度约5 μmol·mol^-1, 并且具有明显的日变化周期. 该区近地表大气CO₂日最高含量出现在当地时间2:30~5:30 am, 最低浓度发生于12:30~15:30 pm. 对比2002年与2003年的观测结果, 可以发现2002年夏季该区近地表大气CO₂日平均含量整体较2003年低5 μmol·mol^-1, 而且, 2002年CO₂含量日变化幅度更大. 考察大气H₂O与CO₂含量变化的关系, 发现二者有很好的负相关. 上述现象揭示慕士塔格第四纪冰川作用区近地表大气CO₂含量的变化不仅受植物光合作用的影响, 同时大气中H₂O的含量在控制CO₂含量方面起重要作用.     

云南地区S波非弹性衰减与M_L震级测定研究

选取云南地震台网记录的地震波形资料,通过基于遗传算法的Atkinson方法分别计算云南3个区域的介质品质因子Q_0值。根据云南地区地震波衰减的区域性差异,通过震级偏差统计分析了47个台站的单台M_L震级偏差情况。结果显示:云南属于低Q_0值地区,区域性差异明显。位于云南西部区域1的Q_0值相对较高,为251. 3;东部的区域3的Q_0值次之,为216. 9;中部的区域2的Q_0值最低,为102. 6。Q_0值越小的地区,S波衰减程度越大,单台震级偏小于台网平均震级的台站也就越多。同一地区的台站在测定相同区域内的地震时,虽然地震波非弹性衰减程度相近,但由于受到各台站场地不同增益作用的影响,其单台震级偏差情况有所不同。     

库尔勒-吉木萨尔剖面Q值结构及其动力学意义

介绍了二维横向非均匀介质Q值结构反演方法, 利用横跨天山造山带的库尔勒-吉木萨尔剖面人工地震宽角反射/折射资料实现了二维Q值结构反演, 获得了库尔 勒-吉木萨尔剖面岩石圈二维Q值结构. 结果表明, 库尔勒-吉木萨尔剖面的岩石圈二维Q值结构具纵向分层、横向分区的特点. 纵向上可分为上、中、下地壳, Q值分布有规律地递增; 横向上, 剖面大体可分为塔里木盆地北缘、天山造山带和准噶尔盆地南缘. 在塔里木盆地北缘, Q值由南向北逐渐增加, 意味着塔里木盆地在向天山造山带的深部俯冲; 天山造山带内部Q值在库米什附近发生跳跃, 形成台阶状系统差异; 准噶尔盆地南缘的Q值分布给出了准噶尔盆地向博格达山下俯冲的图像. 库尔勒-吉木萨尔剖面所揭示的塔里木盆地与准噶尔盆地向天山造山带的对冲与沙雅-布尔津剖面所揭示的塔里木盆地向天山造山带“层间插入与俯冲消减”、准噶尔盆地与天山造山带主要以走滑接触形成明显的差异, 为东西天山的分段提供了岩石圈尺度的动力学依据.     

近10 a中国对流层NO2的变化趋势、时空分布特征及其来源解析

利用卫星遥感资料, 分析了1997~2006年中国对流层NO₂的变化趋势和时空分布特征以及来源解析. 研究发现中国近10 a来对流层NO2垂直柱密度具有明显的增长趋势. 东部地区近10 a的NO₂垂直柱密度平均值(9.3×10¹⁵ molec/cm2)是西部地区(0.6×10¹⁵ molec/cm₂)的15倍, NO₂污染最严重的地区主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲以及四川盆地等人口聚居和工业发达的地区, 与人口的分布有密切的关系. 由于气象因素、人居和自然环境等因素的差异, 东部和西部地区对流层NO₂浓度季节变化具有明显不同的特征, 东部地区在冬季浓度最高, 而西部地区在夏季达到极大值. 还分析了几个典型的超大城市对流层NO₂垂直柱密度变化趋势, 上海以每年~20%的增长速率呈线性上升趋势, 增长率最高. 卫星遥感同地面实测资料的比较和验证表明, 大城市对流层NO₂垂直柱密度与近地面的NO₂浓度呈现一致的变化趋势, 且与机动车保有量的变化有显著的相关性, 表明剧烈的人为工业和经济活动对对流层NO₂的来源有重要的贡献.     

利用S波高频衰减对天山中东段地区地壳Q值成像

利用天山中东段地区25个数字地震台站记录到的2009~2014年底5076个近震波形资料以及新疆地震台网提供的观测报告,采用遗传算法对S波位移谱的高频衰减进行拟合,得到19140条衰减算子t~*数据。根据这些t*数据,反演得到该区地壳Q_s值分布。结果表明,天山中东段地区平均Q_0值为520,其Q_s值分布及其所揭示的衰减变化特征与研究区的地表构造明显相关。天山南北两侧的山区盆地交汇部位Q_s值较低,而高Q_s值较为集中地分布于天山造山带内部。1900年以来天山中东段地区6级以上强震大多位于低Q_s值区域,该区24个高热流点也大多位于上述天山南北两侧的低Q_s值区域,热流值与衰减值呈负相关;此外,研究区的速度结构与衰减结构也呈一定的正相关,反映了二维衰减结构特征与速度结构、二维密度结构的一致性。     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

西藏泽当英云闪长岩的地球化学和Sr-Nd同位素特征: 特提斯洋内俯冲的新证据

对雅鲁藏布江缝合带泽当段岛弧火成岩组合中英云闪长岩的分析表明, 该岩石具有与典型埃达克岩相似的特征: 高SiO₂(58%~63%), Al₂O₃(18.4%~22.4%), Sr(810×10^-6~940×10^-6), Sr/Y(77~106), 低HREE(Y=9×10^-6~11×10^-6, Yb＝1×10^-6~1.3×10^-6), 富集LREE, 并有微弱的Eu正异常. I_Sr(0.70421~0.70487)较低, 而¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0.512896~0.512929)和εNd(t)值(+6.7~+7.3)较高. 以上特征表明, 泽当英云闪长岩是由洋壳俯冲到一定深度后部分熔融而成, 熔融过程中可能卷入了少量大洋沉积物. 这套俯冲洋壳成因的埃达克岩的厘定, 指示中生代时特提斯洋开始发生洋内俯冲, 印证了前人所提出的洋内岛弧的存在.     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

白令海盆pCO2分布特征及其对北极碳汇的影响

利用中国首次北极科学考察期间所观测到的白令海及楚克奇海表层海水CO₂分压(pCO₂)的变化及其异常, 研究了白令海盆pCO₂的分布特征及与周围水文环流的相关关系. 结果表明, 与具有高生产力的白令海陆架区不同, 在白令海盆观测区内, 叶绿素整体水平较低, 生物作用不是pCO₂空间分布的主要调控因子, 而水文环流要素呈现出重要影响, 是典型的高营养盐低叶绿素(HNLC)海区. 研究表明, 白令陆坡流(Bering Slope Current; 后变性为阿纳德尔流, Anadyr Current)对白令海盆pCO₂空间分布也产生了重要影响. 从HNLC的白令海盆流过来的白令海亚北极水, 将补充西北冰洋夏季几乎耗尽的表层营养盐, 有利于浮游植物的生长, 增强对大气CO₂的吸收能力, 形成有机碳汇; 另一方面, 注入白令海的淡水来源的无机碳在白令海没有向深海输出, 多数会通过阿拉斯加沿岸流注入北冰洋, 形成一个重要的无机碳汇, 这两大碳汇都在北极对全球变化的响应中起着十分重要的反馈作用.