大陆弹性岩石层有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面的动力影响

用岩石层－地幔力学、热学耦合模型,以俯冲带为例,研究大陆岩石层不同的有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面起伏的动力影响。数值结果显示大陆岩石层有效弹性厚度的作用象一低通滤波器,它抑制岩石层形变和大地水准面起伏的高频分量。随着有效弹性厚度的增加,岩石层的形变和大地水准面起伏不仅幅度减小,其形状变化也被平滑。模拟结果表明,在进行大陆岩石层动力学过程的研究中,只有充分考虑大陆弹性岩石层有效弹性厚度的动力     

岩石层流变学的研究现状及存在问题

岩石层的流变学是一门综合性的学科，它不仅包括高温高压岩力学实验，而且还包括岩石圈的地质构造，物质组成和温度场特性的研究，70年代以来岩石力学实验和地质热研究的成果推动了岩石层流变学的发展，目前，人们应用已有的实验结果建立了岩石层流变学的剖面，并以此为基础讨论了许多大地构造现象，但是，人们对流变机制的转换，水对岩石层流变性的影响等问题尚不清楚，因此，为了深入的了解岩石层流变性质在岩石层运动学和动力学中的应用，必须开展岩石层流变机制的理论和实验研究，以便建立流变性质的三维分布，本文主要分析了岩石层的流变性质随深度变化的研究结果及其在实际中的应用，讨论了确定岩石层粘度或流变强度的主要因素并对岩石层的流变学研究方向提供了一些看法。     

大陆岩石圈流变结构研究进展及存在问题

自20世纪60年代以来，大陆岩石圈流变学取得了较大的进展，理论和应用研究不断深入.理论上，人们不仅认识到在构造运动中岩石圈介质是流变体而非简单的刚体性和弹性体；并利用矿物和岩石的实验结果提出了岩石圈流变分层的概念，建立了一维流变模型；进而用流变的观点解释了一些具体构造现象，而且开始了三维流变结构的研究，提出了岩石圈流变结构的横向分块纵向分层的观点.应用上，人们已从把流变强度曲线简单地运用于运动学或动力学模型的阶段，进入了在三维空间中定量研究地球动力学问题的阶段.随着岩石圈流变学研究的深入及大陆岩石圈的复杂性，新的问题也不断涌现.     

海洋板块俯冲作用下上覆大陆岩石层减薄机制的动力学模拟

几乎所有大陆岩石层的减薄现象,可能都与海洋板块的俯冲作用相关,但是两者之间的内在联系迄今仍不十分明确,为此,我们设计了一系列包含洋-陆俯冲系统的二维数值模型,来探讨海洋板块的俯冲作用对上覆大陆岩石层变形行为的影响,尤其对大陆岩石层减薄效应的制约.模型结果表明,海洋板块俯冲过程中的地幔楔熔体对大陆岩石层地幔的热侵蚀以及由熔体上升所诱发的地幔局部对流的强烈扰动会导致上覆大陆岩石层的减薄效应.这种效应不仅表现在横向上的向陆内蔓延,还表现在垂向上的向浅部发展.且多类动力学参数都能制约大陆岩石层的减薄效应.具体地,随着汇聚速率和洋壳厚度的增加,上覆大陆岩石层在横向上的减薄范围越大,在垂向上的减薄程度也越深;而随着俯冲海洋板块年龄的增加,上覆大陆岩石层在横向上的减薄范围增大,但在垂向上的减薄程度会减小;随着上覆大陆岩石层厚度的增加,其横向减薄范围会减小,但在垂向上的减薄程度会加深.本文研究成果能为揭示华北克拉通减薄/破坏的动力学过程提供一定的理论参考依据.     

关于远震Pn波列的实验研究

借助地震模型实验,讨论了深部的低速层力学性质及高速层厚度对地震波水平传播的影响;指出由软弱的低速层和坚硬的高速薄层组成的下部岩石层结构,有利于地震能量沿水平方向传播,是解释远距离上出现强的 Pn 及高速续至波的很可能的结构模式;也阐述了这种解释同已有的关于大洋中脊及大陆裂谷区域内岩石层下部流变学分层的研究结果相一致.      

中国西北大陆碰撞带的深部特征及其动力学意义

以中国大陆西北地区地震层析成像的结果为基础，通过分析大陆块体内部岩石层和软流层的深部形态，提出西部造山带与相邻块体之间几种可能的碰撞类型：天山与塔里木之间存在地块的嵌入拼合、俯冲、岩石层拆离下沉以及层间插入等多种构造样式；青藏高原与北部地质单元之间存在十分清晰的深部边界，反映出上地幔物质向北扩展的痕迹；推测青藏高原的岩石层在向北运动的过程中由于受到塔里木刚性块体的阻滞发生弯曲甚至折断，但是祁连山以北较浅的软流层相当于一个开放边界，使高原的上地幔物质得以进一步向北迁移.大陆碰撞不仅造成中国西部造山带岩石层结构的变动，而且导致软流层中一部分熔融的岩浆体沿着碰撞边界上涌到岩石层底部，它们对青藏高原以及西部造山带的形成演化起到重要的作用.     

青藏高原隆升过程的三阶段模式

综合分析了前人对青藏高原岩石层构造和动力学研究的成果,提出印度板块和欧亚板块会聚、大陆碰撞及大陆形变的基本特征为青藏高原地壳的加厚和地壳缩短,地壳物质的横向流动;青藏高原隆升过程呈现出阶段性、多样性和复杂性;组成青藏高原的各块体可能有不同的主导隆升机制．认识到在板块构造理论所揭示的全球构造格局中,青藏高原不仅仅是印度板块和欧亚板块会聚、碰撞以及大陆形变的结果,它也是青藏高原大陆岩石层和下伏地幔物质运动的相互耦合、相互作用的结果．从地幔动力学的角度出发讨论了青藏高原隆升的断离险升－挤压隆升－对流隆升三阶段模式（ＢＣＣＭ）,结合数值模拟的结果分析了与此模式相对应的该区域岩石层构造、运动的地幔深部物质运移和动力学背景．     

中国大陆震源机制深度变化反映的地壳-地幔流变特征

大陆岩石层流变性质是一个重要而又没有完善解决的问题：既存在支持Moho面附近为强地幔-流动弱地壳模式的实验和观测事实，也存在支持流动弱地幔-强地壳模式的观测事实. 本文利用哈佛震源机制矩张量解及有关震源深度资料，对我国震源机制随深度的变化进行分析，发现虽然表浅地震震源机制主应力轴倾角接近水平或竖直，但中、下地壳和上地幔震源机制主应力轴倾角则多样化. 这与某些存在柔性下地壳软弱层地区具有孕震层下缘震源机制主应力轴也接近水平或竖直的特征明显不同. 它可能表明上述两种壳-幔流变模式在我国均存在，对我国岩石层流变性质还需要分区进行更细致的多方面研究.     

岩石圈流变强度与中国大陆构造运动关系的探讨

以GPS观测资料和地震学研究成果为约束，针对不同流变参数的中国大陆岩石圈模型，数值模拟了岩石粘度与中国大陆板块边界作用强度的关系，探讨了陆-陆碰撞对中国大陆分层岩石圈运动的驱动机制．给出了陆-陆碰撞驱动力、附加地形与山根浮力及热浮力对中国大陆构造运动的驱动特点．印度板块、太平洋板块和菲律宾板块对中国大陆驱动的边界作用强度之比约是4：1．25：1，所引起的水平主压应力主要集中在坚硬岩石层；而附加地形等垂直方向作用力在水平方向产生的最大主压应力则主要集中在软弱岩石层．这种垂直方向上的作用力在高原南部地区阻碍陆-陆碰撞向北的推挤运动，在高原东北部增加对其它块体的推挤作用。     

岩石层物理与动力学研究的进展

以当代国内外岩石层物理与动力学研究的主要成就和最新动向为背景,对该学科领域的发展方向、目标和问题进行了综合研究,突出地讨论了以下四个方面:(1)当代岩石层物理与动力学发展的主导趋势和总特点;(2)岩石层物理与动力学研究的现状和趋势;(3)中国岩石层与动力学研究在全球范围内的战略地位和在发展进程中的作用;(4)中国在岩石层物理和动力学发展中的方向,目标和问题.岩石层物理与动力学研究在地球科学发展中是十分关键的领域.21世纪将是地球科学的世纪,它必将会对人类生存,科技进步和社会经济发展作出重大贡献!