利用地热资料确定岩石圈厚度——以攀西地区为例

利用地热资料确定岩石圈厚度是70年代后期发展起来的一种新方法。与其它地球物理方法相比,它具有耗资少、方法简便、结果系统等优点,因而近年来国际上发展很快。我们在完成“六·五”国家攻关项目攀西裂谷地质-地球物理研究的同时,利用地热资料确定了攀西地区的岩石圈厚度,同样取得了很好的效果。     

青藏高原向东挤出与向北扩展——高原隆升深部过程之探讨

青藏高原下方的软弱物质在印度-欧亚大陆的汇聚挤压作用下,从增厚、抬升的高原中部向东部逃逸挤出.本文基于一条宽频地震密集台站剖面观测给出的青藏高原-秦岭构造转换带地壳和上地幔顶部结构断面,结合前人的地质和地球物理学研究成果,探讨了青藏高原物质向东的挤出,揭示秦岭作为一个可能的通道,将如何协调青藏高原物质的挤出,进而探讨上述地球动力学过程如何影响高原东缘的隆升和扩展,并对比了青藏高原东缘和北缘的地壳变形增厚机制以及地幔岩石圈行为模式之差异.研究结果揭示了,受区域大型断裂带控制的中下地壳软弱物质挤出和由软流圈地幔流触发的岩石圈底部拆沉导致的重力均衡,可能同时在青藏高原东缘下方发生,断裂和块体控制的壳内软弱物质挤出可能是青藏高原东缘边界带上大地震发生的一个重要深部孕震机制.上述两个机制的共同作用导致了青藏高原东缘与秦岭以及四川盆地构造转换带区域的高原隆升和扩展.青藏高原东缘物质挤出的深部过程与处于青藏高原北缘的青藏高原-阿拉善构造转换带区域的高原向北扩展之深部机制存在差异,而造成高原北缘与东缘差异隆升模式的根本动力学原因,可能是从青藏高原中东部(青藏高原内部)到高原北缘岩石圈性质的横向变化.     

岩石圈中部不连续面的成因及其动力学意义

地球物理和岩石地球化学研究揭示岩石圈地幔在物性和化学组成上极为不均一,保存了地球演化的大量记录.近20年来的地震学探测结果,指示大陆岩石圈中部广泛存在速度不连续面,大多表现为速度明显降低的梯度带,与各向异性和地幔浅部的高导层有较好的一致性,主要分布在60～120 km深度.但是,其成因目前尚未形成共识.在经典板块构造的框架内,基于已有的对岩石圈和岩石圈-软流圈边界的认识,我们追溯了岩石圈中部不连续面的地球物理探测历程及其主要结果,给出了地震学定义的岩石圈中部不连续面的矿物岩石学解释和大地电磁资料提供的电性约束信息.在梳理目前的主要解释模型后,重点介绍了岩石圈中部不连续面是"冻结的"大洋岩石圈-软流圈边界的观点,并进一步拓展为一种工作模型—动态演化的LAB模型,依此讨论了这一解释模型潜在的重要动力学意义.我们认为,对岩石圈中部不连续面开展多学科的综合研究,有可能为突破经典板块构造假说提供新的机会,中亚显生宙增生型岩石圈和华北板块岩石圈是研究这一问题极好的天然实验室.     

与青藏高原东北部地球动力学相关的深部构造问题

青藏高原东北部是探索青藏高原地球动力学的重点地区之一.自20世纪60年代以来实施的一系列深部地球物理探测和相关研究获得了该地区地壳上地幔结构的基本特征.深部地球物理探测揭示高原的地壳增厚,且具有低P波速度、低电阻率和高热流值的特点;体波走时层析成像、面波频散和远震体波接收函数反演共同显示中下地壳的低剪切波速度.回顾青藏高原东北部已有的深部地球物理研究成果,梳理出当前存在一些与地球动力学相关的问题.它们是:(1)中上地壳的低速-高导层;(2)高原地壳的增厚方式;(3)地壳和地幔各向异性;(4)下地壳通道流;(5)向南俯冲的欧亚大陆岩石圈.这些问题尚未达成一致的认识.不同的深部构造模型和观点使得对例如"下地壳通道流"和"俯冲的欧亚大陆岩石圈"有关议题争论持续不断.未能达成共识的重要原因之一可能是现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳和上地幔深处的细节.在国家和区域地震台网的基础上,正在实施的大规模流动地震台阵观测,以及重点地区开展高分辨的深部地球物理探测,将较大幅度地改善目标模型的分辨率和可靠性.这是增进青藏高原东北部深部结构和地球动力学知识的有效途径.     

青藏高原GPS位移绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转成因的数值模拟

GPS测量结果表明青藏高原水平位移场在其东部绕喜马拉雅东构造结呈顺时针转动, 其地球动力学成因难以在二维模型中模拟. 由于青藏高原地壳巨厚、下地壳温度高, 岩石层流变性质可能会呈现脆性的上地壳、柔性的下地壳和黏滞系数较大的岩石圈上地幔, 在岩石圈下又存在黏滞系数较低的软流层的复杂分层流变结构. 在上述研究成果的基础上, 利用三维球坐标系下的Maxwell体有限元模型模拟了青藏高原在印度板块推挤下的变形. 模拟结果显示, 柔软下地壳的存在使整个青藏高原在印度板块的推挤下表现为整体抬升, 高原南缘和喜马拉雅东构造结抬升迅速, 而由于周边地块下地壳相对较硬而封闭、仅高原东南部存在高温柔软的通道, 青藏高原软的下地壳的存在还使得高原整体隆起达到一定高度后, 下地壳和软流层的物质向东、东南流动, 并拖曳上地壳作类似运动, 形成绕喜马拉雅东构造结的顺时针转动.     

本期专题简介

正青藏高原被称为地球的"第三极",对全球变化具有敏感响应和重要影响,是研究地球多圈层相互作用的天然实验室,是保证国家环境安全、生态安全的天然屏障。资源环境的基础资料是深刻理解青藏高原在全球变化、地表圈层作用和作为生态安全屏障功能的根本基础。通过在青藏高原部分基础资料     

亚洲中部地区地幔上部密度非均匀性研究

自80年代初国际岩石圈研究计划执行以来,地球科学研究重点开始从海洋转向大陆.90年代起乃至今后相当一段时间大陆动力学研究将成为地球科学最活跃的研究领域之一,从各种地球物理观测结果显示:地幔上部介质在横向、纵向上都存在着非均匀性,显然,密度是最基     

生物地球物理学的产生与研究进展

地球庞大的生物群落广泛地参与了岩石圈浅层、水圈和大气圈的物理和化学性质的改造过程. 认识生物圈及其与其他各圈层相互作用, 具有重要的地球系统科学意义.近年来, 随着生物地球科学的发展, 地球物理学方法和技术开始被应用于地质微生物改造作用、地球物理场对生物的影响等研究, 从而产生了生物地球物理学这一新的分支交叉学科. 本文评述了生物地球物理学的产生和一些最新研究进展, 旨在促进生物地球科学的发展与深化.     

我国东部几个上地幔流变学参数推导初试

近年来,在超镁铁质包体的矿物学、岩石学和地球化学深入研究的基础上,通过对变形构造特征及固态流动机制的实验研究综合出了推导上地幔动力学条件新的方法。这对深入探讨岩石圈板块的驱动机制及上地幔对流具有重要意义,也是对由单纯地球物理方法获得的深部信息的重要补充和印证。     

略论青藏高原的地壳构造和地壳演化

根据近年来我国地质工作者在青藏高原的地质调查和中法地质及地球物理工作者在喜马拉雅地区合作研究所取得的科学成果,使我们有可能对青藏高原的地壳结构及其演化作出新的认识和解释。一、高原的构造格架新的资料进一步说明,青藏高原是由欧亚古陆和冈瓦纳古陆分割出来的一些不同性质的构造块体汇聚、拼合而成的一个构造集合体,四周被几个刚性地块所环绕,形成一个相对封闭的构造系统。高原总的构造格局以几条近东西向的构造条块和大型断裂带相间列为特征,中部撒开,两端收敛,西端紧缩,形成“帕米尔构造结”;东部向南急转,形成南北向的“三江褶皱     

华北克拉通破坏机制与古元古代板块构造体系

在对华北克拉通岩石圈地幔性质发生变化的物理、化学过程和时空范围深入研究的基础上, 探寻其动力学作用, 需要对华北克拉通岩石圈及其周围的地幔状态和构造有整体的认识. 从地震学研究构建的华北克拉通地壳、上地幔速度结构出发, 分析研究了岩石圈厚度、壳-幔边界性质、上地幔结构和变形的构造特征和变化规律; 结合岩石地球化学研究结果, 提出了华北克拉通上地幔流动模型. 我们认为: 主要是太平洋板块俯冲使东亚大陆下方地幔流动呈现快速和不稳定的特点. 这一独特的区域地幔流动体系促进了华北克拉通上地幔中熔流体含量的增加和岩石圈软化, 导致了华北克拉通不同地区分别以拆沉和热侵蚀为主的不同方式被破坏. 同时, 根据华北克拉通地壳记录的东-西块体碰撞拼合、古洋壳消减以及古陆壳残留的证据, 揭示了地球在古元古代已经进入与现今相似的板块构造体系.     

横过西昆仑造山带与塔里木盆地结合带的深地震反射剖面

横过西昆仑造山带与塔里木盆地结合地带的深地震反射剖面,揭示出青藏高原西北缘山－盆结合地带地壳与上地幔顶部的精细结构,发现了青藏高原西北缘岩石圈向北俯冲,并与向南俯冲的塔里木岩石圈在西昆仑山下相碰撞的证据。这种大陆岩石圈相向俯冲碰撞图像,确定了西昆仑山与塔里木盆地岩石圈尺度的耦合关系,反映出陆内大陆－大陆的碰撞过程。     

辽东半岛煌斑岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其对中国东部岩石圈减薄开始时间的制约

中国东部在中生代期间发生了大规模的岩石圈减薄已是不被争论的事实, 但关于岩石圈减薄开始的时间, 目前还缺乏应有的资料. 辽东半岛位于华北克拉通的东部, 是研究中国东部中生代岩石圈减薄事件的重要地区之一. 本次工作对辽东铧子裕菱镁矿矿区侵入于早元古代辽河群大石桥组菱镁矿矿层中的煌斑岩脉岩群开展了SHRIMP锆石U-Pb定年和地球化学初步研究. 结果表明, 这些煌斑岩脉是在晚侏罗世(155±4 Ma)侵位的, 并具有钾质岩浆的地球化学特征. 目前初步认为, 中国东部岩石圈减薄发生在晚中生代, 且在130~120 Ma的早白垩世达到高潮. 考虑到富钾镁铁质岩浆活动是岩石圈开始减薄的标志, 因此, 本次年代学工作所发现的辽东地区晚侏罗世钾质煌斑岩脉岩群, 可能暗示岩石圈开始减薄发生在晚侏罗世.     

地球内部物质的运动与动力

地球物理学研究的主体内涵是地球内部物理学,而地球内部物理学研究的核心则是地球内部结构、物质的运动和力源及其响应.在研究和探索地球内部物质与能量交换的深层过程与力源机制的基础上提出:(1)地球内部各圈层结构和物质组成是研究物质运动、介质属性、结构和深层过程的基础;(2)大陆漂移、海底扩张和板块运动是地球内部岩石圈物质飘曳在软流圈上运动极为重要的地球科学事件,大陆溢流玄武岩的喷发和地幔热柱的上升体现了水平力系与垂直力系并存和其耦合响应;(3)强烈地震的发生、火山喷发、青藏高原的整体抬升、第二深度空间金属矿产资源、油气能源形成与聚集是地球内部物质与能量交换的产物;(4)地球内部物质运动的驱动力源是其物质力学属性研究与探索的核心问题之一,但有关一系列的假说却难以解释发生在地球上的诸多事件,唯地幔对流说取得了较多的共识,由于尚缺乏可靠的精确实测论据,故乃为一假说;(5)地球内部放射性元素蜕变和核-幔热动力边界层及其产生的热能可能是驱动地球内部物质运动最可能的能源.地球内部是否可能还存在像天体运动研究中最近提出的"暗物质"和"暗能量"呢?为此尚必须深化认识地球本体.     

中、东欧国家行星地球物理委员会近期研究趋势

从1991年开始该委员会成为对所有学术机构开放的区域性非政府组织.其主要任务是合作研究行星地球物理过程和现象.最重要的问题是在地球的磁层、电离层、大气层、水圈和岩石圈及其相互作用,太阳活动及其它因素的影响,我们行星的物理性质、形状和动力学方面的研究工作中加强协作.此外,规定要完善     

地球物理研究与古地球动力学

地质学家们常用的概念,诸如漂移着的岩石圈扳块、洋底扩张与俯冲、地幔对流以及现代地球动力学的其他一些问题,完全是根据地球物理研究,即地震、重力和磁力研究得出的.但是,当涉及我们这颗行星的地质历史时期板块的特性问题,亦即在解决古地球动力学问题时,地球物理学便退居次要地位,而最受欢迎的倒是地质的标志,即与这种或那种地球动力环境相对应的岩石组合.如     

板块构造启动的时间和机制

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动，主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致。板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(self organizing, far from equilibrium complex system, SOFFECS)，其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力(negative buoyancy)，同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流地幔的耗散作用(dissipation)。在太阳系内侧5个硅酸质行星中，板块构造仅发育于地球，这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式。目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的。所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海 (magma ocean) 阶段。行星固结后，静止盖层(stagnant lid)模式是行星冷却的共同途径，即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层，此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸。由于地球早期温度较高，通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈，即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成。这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间，因此地球早期即便有板块构造存在，其规模也比较零星。只有当地球冷却到一定程度，扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需     

青藏高原东部P波速度结构及其对高原隆升的启示

利用青藏高原东部的高密度流动台站数据和位于研究区范围内固定台站的同期数据,采用远震体波走时层析成像的方法,反演获得了青藏高原东部及其周边高分辨的壳幔P波速度异常结构,结果显示:研究区的速度异常主要集中在地壳及上地幔顶部.高原内部强烈变形的区域存在深达200 km左右的低速异常,而高原周边克拉通性质的块体下方存在深达200~300 km的高速异常,高、低速异常和构造块体有较好的对应关系.在400 km以下区域,速度异常的幅值和范围都很小,可认为其速度值与全球平均模型一致,不存在明显的高速俯冲物质和低速地幔上涌物质.青藏高原东部的隆升成因主要由浅部的低强度岩石圈变形所导致,由于同时受到印度板块推挤和周边刚性块体的制约,青藏高原下方低强度岩石圈的水平缩短吸收印度板块的推挤作用,垂直向伸展导致高原隆升.     

话说南极地质

地球科学家告诉我们,行星地球的结构就像一个鸡蛋,但比鸡蛋更圆些。我们脚下的岩石属于地壳,平均厚度30～40千米,而大洋底的地壳仅仅厚10千米。地壳下面是地幔,地幔的上层部分是固态的,与地壳一起统称为岩石圈。岩石圈大约厚100多千米,但与地球半径     

鄂尔多斯地块地壳上地幔速度结构及构造意义

基于鄂尔多斯地块及周缘地区稠密分布的地震台站所记录的远震波形资料,采用FMTOMO走时层析成像方法获得了深至400 km的高分辨率地壳上地幔P波速度结构,并分析和探讨了研究区的深部构造与火山、强震活动及克拉通破坏等相关的地球动力学问题.地壳上地幔速度结构横向变化和纵向差异的构造含义如下:鄂尔多斯地块下方正异常速度的巨厚岩石圈是鄂尔多斯地块缺乏克拉通大规模破坏的证据;大同火山群下方深至400km的柱状低速异常表明大同火山的岩浆作用起源于地幔过渡带,由太平洋板块俯冲作用引起熔融的玄武质岩浆上涌造成;鄂尔多斯地块与四川盆地之间呈东西向分布的上地幔低速异常带,可能是青藏高原东北缘软流圈流出的通道;鄂尔多斯周缘地区深至上地幔的低速异常分布表明,青藏高原北东向推挤和太平洋板块西向俯冲的共同作用,促使鄂尔多斯地块整体的抬升和周缘拉张断陷带的形成,为强震的孕育和发生提供了良好的应力环境,导致鄂尔多斯地块周缘地区地震频繁发生.