“深地-深海-深空”是人类在21世纪对未知领域进行探索的新方向,向陆地、海洋和太空三大领域的纵深拓展是我们新的追求。作为《2023年度国际科技会议议题设置指南》中强调的全球科技治理焦点议题,“三深研究计划”不仅是科学史上前所未有的重大举措,更是我国国民经济和社会发展“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出的七大前沿领域之一。
我院深海深地探测与地质时域变化科研创新团队自2023年9月成立以来一直致力于“深地-深海”研究,以服务国家战略为导向,努力为提升对地球系统演变的深入理解与实现可持续发展方面做出积极贡献。近期,团队在负责人刘方斌博士的带领下,已在《Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources》(中科院2区,IF: 5.0)、《Lithosphere》(中科院4区,IF: 3.0)以及《Frontiers in Earth Science》(中科院3区,IF: 2.9)等国际高水平期刊发表了三项重要科研成果,齐鲁师范学院均为第一作者和通讯作者单位。
学术成果一:基于多手段低温热年代学方法厘清了整个青藏高原东南缘新生代期以来演化历史
青藏高原东南缘作为高原的前缘地区,具有高海拔、长波长、低起伏的特征,与其他边缘地区不同。明确该区新生代剥露历史是认识该区特殊地貌过程及其机制的关键。以前的热年代学研究主要集中在局部地区,缺乏对整个青藏高原东南缘的研究,这阻碍了我们对该地区地质过程、气候变化及剥露历史的认识。基于此,本团队综合低温热年代学、二维(QTQt和Glide)和三维(Pecube)数值模拟以及统计学(KDE)等方法,系统地探索了整个青藏高原东南缘地区新生代期间的剥露过程。研究认为,整个青藏高原东南缘新生代期间共发生了至少6次快速剥露事件,分别为~61-58 Ma,38-35 Ma,32-23 Ma,18-13 Ma,11-6 Ma以及4-3 Ma。其中,区域广泛剥露事件主要集中在中新世以后,并且证明了青藏高原向东南扩展是呈现多阶段、差异性剥露过程。相关成果发表在《Frontiers in Earth Science》等期刊,刘方斌博士为第一作者。


学术成果二:重建了泰山地貌景观的发育过程,限定了当今泰山形成时间
泰山位于鲁西地区,中生代-新生代期间,是一座受正断层控制的山体,响应于华北克拉通的大规模伸展和地壳变薄。然而,形成泰山地形的多次伸展事件的时限仍然不明确,这阻碍了对这座著名山脉景观演化的详细理解。基于此,本团队成员基于磷灰石(U-Th)/He定年以及热历史模拟方法,初步得出自晚中生代以来,泰山经历了4次演化过程。80 Ma以前,整个泰山造山带经历了缓慢的抬升。在80-60 Ma期间,包括泰山山前断裂、云步桥断裂和中天门断裂在内的断层系统从南到北同时发生了构造活动,导致各区块之间的差异性剥露。泰山山前断裂的强化活动控制了泰山造山运动的抬升,导致在大约55-50 Ma时下盘的快速出露。50-0 Ma泰山山前断裂持续活动至今,形成当今泰山。泰山正断层作用被解释为Izanagi-太平洋俯冲和/或回撤导致岩石圈持续变薄的构造反应,而印亚碰撞的远场效应对泰山的地貌演化以及东部华北克拉通的贡献相对较弱。相关结果以《Apatite (U-Th)/He Thermochronological Constraints on the Landscape Evolution Linked to the Normal Faulting in Taishan Mountain, Eastern China》为题发表在《Lithosphere》上。该研究结果对泰山的形成与演化过程提出了新的认识,刘方斌博士为该论文第一作者。

学术成果三:通过矩张量反演技术分析了两起山东矿山坍塌地震,揭示了地震震源类型和成因,为地震风险评估和矿山安全提供了科学支持
随着采矿深度和强度的增加,采矿诱发的地震频率和强度也在增加,这对矿山和周围环境的安全构成了重大威胁。识别地震震源类型对于了解其物理过程和进行风险评估至关重要。文章集中研究了山东省曲阜市(2020年7月13日,ML 3.2)和邹城市(2020年6月9日,ML 2.9)两起强烈的“矿山坍塌地震”。通过低频全波形反演计算出完整矩张量,发现曲阜事件主要为闭合裂隙成分,而邹城事件表现出剪切破裂特征。进一步研究表明,邹城事件因上覆负荷导致厚硬顶板断裂滑动。研究强调了矩张量反演技术在浅层地震源深度确定方面的挑战,强调了结果的鲁棒性和数据质量的重要性。本研究结果为地震风险评估提供了重要依据,并为矿山安全和应急救援提供了科学支持。该成果以《Source types of induced earthquakes in underground mines: Revealed by regional moment tensor inversion》发表在中科院2区期刊《Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources》上。该工作是和山东省地震局合作完成,我院刘方斌博士为通讯作者。

上述成果涵盖了深海深地研究的多个层面,展现了团队在深海深地研究领域的广度和深度,也彰显了我院的科研实力。
团队简介:
深海深地探测与地质时域变化科研创新团队于2023年9月成立,主要成员有刘方斌(团队负责人)、田瑞聪、孔凡彪以及杨乐英。团队主要致力于探究地球深部和海洋深处的地质过程与时域变化,涵盖深海沉积物与海底构造的探测、深地岩浆与地壳演化过程的解析、地震活动与地球动力学机制的研究,以及气候与构造相互作用的耦合关系。通过多学科交叉研究,团队致力于提升对地球系统演变的综合理解,推动深部地球物理探测技术和地质大数据分析方法的发展。

文章链接(#第一作者,*通讯作者)
1.Liu, F.#, Yang, F., Zheng, D., Ding, H., Li, C., and Jepson, G. Apatite (U-Th)/He Thermochronological Constraints on the Landscape Evolution Linked to the Normal Faulting in Taishan Mountain, Eastern China. Lithosphere, 2024,https://doi.org/10.2113/2023/lithosphere_2023_279.
2.Liu, F.#, Wang, M., Liu, H., Ni, R. The Cenozoic spatiotemporal exhumation of the SE Tibetan Plateau: Insight from the data mining and modeling of low-temperature thermochronology.Frontiers in Earth Science, 2023, 11, 1164733. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1164733.
3.Liu, C., Qu, J., Li, G., Li, B.,Liu, F.*, Zhang, Z., Li, Z. Source types of induced earthquakes in underground mines: Revealed by regional moment tensor inversion. Geomech. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, 2024, 10, 106. https://doi.org/10.1007/s40948-024-00811-8.
撰稿:刘方斌
图片:刘方斌
初审:高新月
复审:王敏
终审:秦拓