地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展,诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义.在重力分异过程中,随着地球质量不断向地心集中,地球自转动能也不断向地核集中,从而产生圈层分化和差异旋转.地核相对地壳、地幔高速旋转,具有巨大动能,旋转阻力不断将其转化为热能,在核幔边界聚积起来,为液核对流和热幔柱提供足够的能量.核幔边界是产生热幔柱的位置.阐明了地幔柱构造与板块构造的关系.地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制,对了解地球深部动力学机制有重大意义.     

国内外深部地质研究现状一瞥

目前,人类对地球的研究,已进入到地球的深部,研究领域已是整个大陆地壳和上地幔了.研究地球深部地质,最初是用地震来研究地球结构.根据速度资料,对地球内部进行垂向分层.其后,进一步研究了地壳和上     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展，诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义。在重力分异过程中，随着地球质量不断向地心集中，地球自转动能也不断向地核集中，从而产生圈层分化和差异旋转。地核相对地壳、地幔高速旋转，具有巨大动能，旋转阻力不断将其转化为热能，在核幔边界聚积起来，为液核对流和热幔柱提供足够的能量。核幔边界是产生热幔柱的位置。阐明了地幔柱构造与板块构造的关系。地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制，对了解地球深部动力学机制有重大意义。     

基于深地震测深的深部动力学研究方法和应用

深地震测深是探测壳幔岩石圈精细速度结构、探讨岩石圈变形和演化过程的一种有效方法,在青藏高原隆升、克拉通裂解等大陆动力学研究中已发挥了重要的作用。然而,地震测深方法与深部动力学研究的结合尚处于现象描述为主的状态。因此,本文对前人利用深地震测深资料进行深部动力学研究的相关方法进行了回顾与总结:宽角反射/折射地震震相特征具有明显的动力学响应,是进行动力学研究的基础;通过速度结构对比可以确定不同地壳速度结构模型所对应的构造单元及其演化过程,地壳厚度和泊松比等参数可以用于地壳变形模式的讨论,壳内高速和低速异常体反映了不同动力学过程对地壳的改造;人工地震S波资料与Pn波速度可以用于壳幔各向异性的研究,为动力学演化过程研究提供独立的观测证据;运用现代构造解析方法可以构建不同的地壳结构—动力型式,进而通过壳幔结构的解构恢复岩石圈演化过程;此外,地震测深资料可以约束地壳成分结构,为动力学数值模拟提供岩石流变参数等资料。本文对于充分挖掘深地震测深资料在动力学研究中的应用价值至关重要,对于加强地震测深同其他学科的交叉研究也具有重要意义。     

基于深地震测深的深部动力学研究方法和应用

深地震测深是探测壳幔岩石圈精细速度结构、探讨岩石圈变形和演化过程的一种有效方法,在青藏高原隆升、克拉通裂解等大陆动力学研究中已发挥了重要的作用。然而,地震测深方法与深部动力学研究的结合尚处于现象描述为主的状态。因此,本文对前人利用深地震测深资料进行深部动力学研究的相关方法进行了回顾与总结:宽角反射/折射地震震相特征具有明显的动力学响应,是进行动力学研究的基础;通过速度结构对比可以确定不同地壳速度结构模型所对应的构造单元及其演化过程,地壳厚度和泊松比等参数可以用于地壳变形模式的讨论,壳内高速和低速异常体反映了不同动力学过程对地壳的改造;人工地震S波资料与Pn波速度可以用于壳幔各向异性的研究,为动力学演化过程研究提供独立的观测证据;运用现代构造解析方法可以构建不同的地壳结构—动力型式,进而通过壳幔结构的解构恢复岩石圈演化过程;此外,地震测深资料可以约束地壳成分结构,为动力学数值模拟提供岩石流变参数等资料。本文对于充分挖掘深地震测深资料在动力学研究中的应用价值至关重要,对于加强地震测深同其他学科的交叉研究也具有重要意义。     

中国地球深部结构和深层动力过程与主体发展方向

地球深部结构、构造与大陆动力学研究在地球科学领域中占有重要地位。地球深既是资源、能源形成和演化的场所,又是地震灾害的策源地。它涉及了当今众多相邻学科的发展与成就,故对地球本体的认识在不断深化,特别是地球深部物质与能量的交换的深层动力过程。本文在阐述我国20世纪,主要是20世纪下半叶以来地球深部结构与构造研究主体成就的基础上,依据当今该领域在全球范围内的发展趋势,探讨了21世纪初、中吉的发展导向,并提出了某些战略重点。基于这样的前提,文中着重讨论了以下6个问题：①地球深部结构与大型动力学研究的意义、主题与目标;②地球物理深部地震探测揭示的地壳和上地幔的复杂性;③岩石圈内的大型滑脱构造和地震“孕育”的深部环境;④地球内部地震波传播速度分布与各向异性;⑤地球深部结构、构造与大陆动力学;⑥21世纪初,中叶地球深部与大陆动力学研究的发展战略重点。     

青藏高原地球物理研究中几个重要问题之我见

青藏高原的地球物理研究是深化认识高原本体和东亚壳、幔结构、隆升机制和大陆动力学响应的基础,故为中、外地球科学家们所瞩目。主要讨论以下3个方面问题,即问题的提出与背景;当今青藏高原地球物理研究中的核心科学问题;当前地球物理学要做些什么。研究结果表明,第一,在青藏高原地球物理研究中只有在清晰思路指导下取得高分辨率的数据才能反演,并刻画其壳、幔的精细结构;第二,青藏高原壳、幔结构存在分区特征,特别是地壳低速层、力学作用、深部物质运移、多要素约束下的物理-数学模拟及陆-陆碰撞动力学响应进行量化研究;第三,当今在青藏高原地球物理研究的核心问题是地球内部物质和能量的交换、圈层耦合及其深层动力过程。中国地球科学家们应当清晰地认识到,青藏高原地球物理研究乃是中国地球科学家摘取“桂冠”的一个契机,必须走自主创新之路,建立起具有中国地质科学特色的理论和模型。     

Crust1. 0地壳模型及其应用:以长江中下游成矿带为例

地壳是地球系统的重要组成部分,了解各圈层的结构及相互作用是研究地球物质深部交互过程的核心问题,如何探测地壳内部的物质组成和形态结构一直是地球系统科学的研究热点。随着海量地球探测数据的积累和挖掘,地球科学学家提出了不同细节层次的地壳模型,当前最为详细,分辨率最高的全球地壳模型是Crust1. 0地壳模型。本文首先详细介绍了Crust1. 0地壳模型沉积层厚度和壳幔密度差的数据来源和分布特征。然后,基于Crust1. 0地壳模型信息,对长江中下游成矿带及邻区的卫星重力数据进行沉积层校正后,采用变密度界面计算方法,获得的长江中下游地区的Moho界面深度分布。长江中下游成矿带的Moho面形态呈现为“V”字型幔隆带,通过分析矿床、岩体及深大断裂的分布规律与幔隆带形成的关系,进一步证实了长江中下游成矿带深部的地幔隆起是形成巨型矿床的根本原因。研究结果表明,Crust1. 0在研究区域地壳结构、成矿动力学深部背景等基础地学和地球系统科学研究中具有广泛的应用前景。     

胶东金矿集中区岩石圈结构与深部成矿作用

利用胶东及其邻区1∶2 0万重力异常和1∶10万航磁异常探测资料, 结合地震各向异性研究成果, 解析其三维岩石圈结构.在此基础上, 综合深部结构和矿床地质特征, 探讨深部作用与成矿动力学, 深化矿床成因认识, 为科学找矿提供决策依据.研究表明, 壳幔结构的不均一性制约着成矿系统物质和能量的交换, 反映在其结构、构造和演化等多个方面.矿集区为地幔隆起带的坳陷区, 幔坳与幔隆接触部位成矿强度大, 幔隆区的局部隆起部位成矿强度小; 金矿床主要分布于花岗岩变薄部位与变质岩的接触带上; 印支中晚期郯庐断裂带深切上地幔, 通过壳-幔相互作用, 将含矿流体系统输运到更高的层位, 发生蚀变、矿化作用.艾山岩体所处构造部位的特殊性, 反映了它可能是壳幔岩浆对流侵位中心.      

Role of the Wide-angle OBS Seismic Exploration in the Research of Marine Sedimentary Basin

Marine sedimentary basin is an important tectonic unit in the earth, and the evolution of marine sedimentary basin involves a series of the coupling and evolution of geodynamic mechanism such as the crust-mantle, the lithosphere-asthenosphere, the strata-fluid deposition. Therefore, the study of marine sedimentary basin dynamics includes deep structure state of earth, material composition and regional tectonic evolution, and also internal structure, tectonic characteristics and pore fluid characteristics strata of the basin. Wide angle Ocean Bottom Seismometer (OBS) seismic exploration is a marine geophysical survey method originated and developed since 1980’s and 1990’s, which has the advantages of strong penetration capability, high seismic imaging precision and reception of both P-wave and S-wave, and playing an increasing significant role in the research of marine sedimentary basin at the aspect of regional tectonic evolution, internal structure and pore fluid development characteristics of strata in recent years. In the study of passive continental margin, the crustal structure acquired from wide angle OBS seismic data provides the direct evidence that divides the passive continental margins into magma-poor and magma-dominated ones, and the degree of thinning and spatial variation characteristics of crust provide constraints for dynamics simulations of tectonic evolution in marine sedimentary basin. In the study of the structure features of basin, wide angle OBS seismic exploration fills in gaps at the aspect of investigation depth and complex geological structure in conventional multi-channel seismic survey, and acquires overpressure distribution status of basin according to the velocity structure characteristics of strata, and then infer the basin sedimentation velocity and pore fluid characteristics. In the study of internal fluid system in marine sedimentary basin, it reveals the velocity structure of natural gas hydrate reservoir through the analysis and processing of wide angle OBS seismic data, and calculates the thickness of natural gas hydrate reservoir and the content of hydrate and free gas in pore based on the velocity variation. Of course, the future wide angle OBS seismic exploration in the aspect of dynamic evolution and mechanism research in marine sedimentary basin will play a more important role with the development of marine seismic exploration technology, the improvement of data processing and instrument parameters.     

利用地球物理信息探讨西秦岭北缘断裂带和花岗岩磁性分带

本文利用地球物理场信息反映出地壳现代结构的特征和构造演化的观点,以重磁场为依据研究区域构造,划分出ＳＮ向断裂构造和西秦岭北缘ＥＷ向断裂构造呈立体交叉的格局,并以ＳＮ向断裂构造划分出具有构造差异的东、西秦岭,在西秦岭只有南、中两构造带,北秦岭构造带只在东秦岭,且是祁连东南延伸部分,并以电磁测深推断左行走滑张扭性渭河断裂作为祁连和北秦岭分界,以深地震测深反演的天水异常地幔或称壳幔混合带,探讨西秦岭北缘花岗岩类磁性南北分带的深部地质背景。     

Seismic Passive Earth Thrust on Retaining Walls with Cohesive Backfills Using Pseudo-Dynamic Approach

In this paper, the pseudo-dynamic approach is used to estimate seismic passive earth thrust on retaining walls with cohesive-frictional backfills. The time-dependent pseudo-dynamic approach considers the influence of dynamic parameters such as the velocity of primary and shear waves, the period of lateral shaking, and the phase and amplitude variations of horizontal and vertical earthquake accelerations with depth. The failure plane behind the wall is assumed to be planar. The analysis is based on the equilibrium of forces which act within the failure wedge. The obtained results show that the backfill cohesion increases both the seismic passive earth thrust and the failure plane inclination angle with the horizontal plane. It is also observed that both horizontal and vertical seismic accelerations have decreasing effect on seismic passive earth thrust as well as failure plane inclination angle. The results of present pseudo-dynamic analysis propose a lower solution for seismic passive earth thrust compared to earlier pseudo-static solution available in the literature.     

竖向稳定渗流条件下的地震主动土压力分析

基于库仑土压力理论的基本假定和拟动力法的分析思路,以无黏性填土的刚性挡土墙为研究对象,考虑填土中存在竖向稳定渗流的两种工况,推导了地震主动土压力和修正土压力系数的计算表达式。通过程序求解问题并进行参数讨论,分析结果表明,主动土压力随水平地震加速度的增大而明显增大,竖向地震加速度对土压力影响较小,可以忽略不计。墙土摩擦角较小时,土压力随填土摩擦角的增大而单调减小,但当墙土摩擦角增大后,土压力随填土摩擦角的增大出现先减小后增大的情况。渗流方向向下时,土压力随水力梯度的增大而减小;渗流方向向上时,变化规律则相反。与已有的理论方法对比,计算结果基本吻合,验证了该理论方法的正确性。     

Pseudo-dynamic approach of seismic active earth pressure behind retaining wall

Knowledge of seismic active earth pressure behind rigid retaining wall is very important in the design of retaining wall in earthquake prone region. Commonly used Mononobe-Okabe method considers pseudo-static approach, which gives the linear distribution of seismic earth pressure in an approximate way. In this paper, the pseudo-dynamic method is used to compute the distribution of seismic active earth pressure on a rigid retaining wall supporting cohesionless backfill in more realistic manner by considering time and phase difference within the backfill. Planar rupture surface is considered in the analysis. Effects of a wide range of parameters like wall friction angle, soil friction angle, shear wave velocity, primary wave velocity and horizontal and vertical seismic accelerations on seismic active earth pressure have been studied. Results are provided in tabular and graphical non-dimensional form with a comparison to pseudo-static method to highlight the realistic non-linearity of seismic active earth pressures distribution.     

从震前卫星热红外图像看中国现今构造应力场特征

震前卫星热红外探测现今地球热应力场, 既有水平应力热场, 也有垂直应力热场。热辐射能量的增强与应力增强有关。结合地震地表破裂带和地震等烈度线图的分析, 辅以GPS空间定位地形变测量、震源机制解和原地应力解除法,以及地球物理勘探资料, 可使对现今应力场的了解更加全面。以99?~104?E为界的过渡带包含中国大陆西部重庆荣昌双环、四川汶川椭圆。这种左右涡旋运动方式不同存在一个带内, 与深部构造差异和物质下曳运动有直接的关系。中国西部受印度板块和西北利亚板块SN向夹击, 来自西北利亚板块的作用力最南可到天山北麓。印度板块与太平洋板块相互扭动, 壳幔汁上涌差异反映在中国西部热旋扭椭圆为左旋扭动。印度板块与太平洋板块相互扭动, 中国东部地区出现伸展构造。NE、NNE向破裂发生右旋运动, 可称之新新华夏构造体系。壳幔汁上涌差异反映在东部热旋扭椭圆为右涡旋扭动。     

银川盆地构造发展——深地震反射剖面揭示浅部地质与深部构造的联系

横跨银川盆地北西西向的深地震反射剖面,清晰揭示了银川盆地边界断裂以及整个地壳的结构构造特征,这对研究具活动大陆裂谷性质的银川盆地浅-深构造关系具有重大的意义。贺兰山东麓山前断裂、黄河断裂作为银川盆地的西、东边界断裂,前者为一条缓倾斜、延伸至上、下地壳边界的犁式断裂,而后者则为一条切穿地壳并延伸进入上地幔的深大断裂。根据深地震反射剖面揭示的地壳结构特征,银川盆地浅部结构并非前人认为的"堑中堑"结构,而是表现为由一系列东倾犁式正断层控制的新生代断陷。略微下凹的Moho面几何形态以及厚2~3.2 km的层状强反射带为下地壳最显著的反射特征。Moho面深度与强反射带厚度变化趋势与银川盆地沉积厚度变化趋势几乎一致。本文认为,强反射带的成因可能是由源自地幔的基性岩浆以岩席状的形式底侵进入地壳底部造成的,而这部分形成强反射带的物质可能补偿了因银川盆地断陷而造成的地壳减薄,最终导致银川盆地之下Moho面并未像之前所认为的那样隆起。     

多级支挡结构地震主动土压力的极限分析

多级组合支挡结构形式在高边坡防护工程中得到了广泛采用,但现有研究却较少涉及这种支挡结构形式的地震土压力计算问题。应用拟静力法和塑性极限分析上限定理,并且基于强度折减技术,推导了重力式挡墙与两级锚杆挡墙组合支挡结构形式的地震主动土压力及其系数的上限解。该上限解考虑了水平和竖向地震系数、墙背倾角、坡面形式及多级支护方式、土体黏聚力、土体与墙背的黏附力等诸多因素。二级锚杆挡墙实例分析表明：静力条件下主动土压力计算值与现有相关方法的计算结果一致,土的抗剪强度折减系数、上挡墙锚杆轴力等参数,对下挡墙地震主动土压力影响显著。二级组合支挡结构地震主动土压力影响参数敏感性分析表明：水平地震系数以及重力式挡墙墙高和倾角的敏感性较大,上挡墙锚杆的轴力和倾角等参数的敏感性相对较小     

中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统

众多地震测深剖面的地质构造解析显示,大陆岩石圈存在既有显著差异又有密切联系的两套断裂系统,即以地壳表层脆性剪切带为主的浅层断裂系统和以切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带为主的深部断裂系统。根据地震测深速度结构特征,结合深部构造岩石地球化学的综合研究,将切割莫霍界面或壳幔过渡带的壳幔韧性剪切带划分为三类(俯冲带、缝合带和剪切带)五型(大陆岩石圈边缘海沟俯冲带、大陆岩石圈碰撞缝合带、挤压型壳幔韧性剪切带、伸展型壳幔韧性剪切带和走滑型壳幔韧性剪切带)。建立起中国大陆岩石圈构造变形由地壳表层向深部扩展以及由壳幔过渡带向地壳中上部扩展的岩石圈双向扩展模式。壳幔韧性剪切带既是无机成因天然气等深部流体的通道,又是地震活动区的发震构造之一,因此研究大陆岩石圈壳幔韧性剪切带具有重要学术价值和实际意义。     

Seismic active earth pressure on walls with bilinear backface using pseudo-dynamic approach

This paper presents a study on the seismic active earth pressure behind a rigid cantilever retaining wall with bilinear backface using pseudo-dynamic approach. The wall has sudden change in inclination along its depth and a planar failure surface has been considered behind the retaining wall. The effects of a wide range of parameters like soil friction angle, wall inclination, wall friction angle, amplification of vibration, variation of shear modulus, and horizontal and vertical seismic accelerations on the active earth pressure have been explored in the present study. Unlike the Mononobe-Okabe method, which incorporates pseudo-static analysis, the present analysis predicts a nonlinear variation of active earth pressure along the wall. The results have been compared with the existing values in the literature.