软流圈气体压力和洋板自重驱动海底扩张

基于地幔软流圈不断产生高温气体的事实和气体压力随密度和温度而变的特性，提出：洋板（海洋岩石圈部分）随其下高温气体积聚增压而逐渐上隆，最后会从弯张应力最大的中部继裂并弹性回缩；熔岩随气体喷出楔入裂缝，使洋板保持拱隆状并使其下气本压力降，洋板因自重睛沉并产生巨大推力，使相邻大陆向两旁分离或将洋板边缘推入软流圈而熔融；楔入的熔岩形成新洋板和密闭条件使高能气体又重新积聚，旧洋板向两旁推移。这一过程的往复进     

中国大陆及邻区海域地壳上地幔各向异性研究

利用分别由Love波和Rayleigh波得到的S波速度结构的差值（VSH-VSV）对中国大陆及邻区海域（70°E～145°E，15°N～55°N）地壳上地幔中的偏振各向异性进行研究.初步研究结果表明，各向异性在空间分布上存在不均匀性：（1）在小于150 km的深度范围内，VSH>VSV的各向异性体占主导地位，反映出在地球的浅部岩石圈内的水平应力作用及软流圈顶部物质的水平向流动对各向异性的形成起主导作用.在大陆地区，各向异性的强度随深度有显著变化.上地壳和上地幔盖层中的各向异性普遍较弱，而在流变性较强的下地壳和软流圈存在较大范围的各向异性.这一现象说明下地壳在岩石圈变形中可能有解耦作用.（2）在大于200 km深度的软流圈下部主要表现为VSH<VSV的各向异性，说明地幔物质垂直运动相对占优势地位.（3）在中国大陆东部可以看出一个大致趋势：在构造比较稳定的地区，岩石圈中VSH>VSV的各向异性比较显著，而软流圈中VSH<VSV的各向异性较弱；在构造活动比较强烈的地区，软流圈中VSH<VSV的各向异性占主导地位.（4）印度板块低角度向青藏高原下俯冲影响了中国大陆西部地区各向异性的特征.印度板块向北运动水平挤压中国西部大陆，使得物质定向重结晶，从而在岩石圈下部产生显著的VSH>VSV各向异性.     

西太平洋岩石圈—软流圈P波结构:海洋与大陆的比较

在这篇文辜中,我们阐述了在西太平洋岩石圈—软流圈P波速度结构,给出了大陆与海洋区域的差别和相似处,它是由海底地震仪的组合观测得到的。这些结构分别和大陆地盾和构造活动区域的速度结构做了比较。在北西西太平洋海盆砘壳下岩石圈具有分层P波     

阿尔金断裂西部邻区的上地幔各向异性研究

本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地"克拉通"较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂:它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近EW向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地"克拉通"岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动"热侵蚀"而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈"活化"不仅可以在垂直方向发生(如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀),也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数(η)控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg(η)成正比.流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素.全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90km,很好地验证了流变边界层的存在.研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小:由西部鄂尔多斯的约80km减少至渤海湾盆地的约20km.反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

离极力系合成值的计算

在张家祥提出的离散力系合成理论的基础上，深入研究了计算离极力系合成值的方法，建立了相对精确的数学模型。利用这一模型计算了不同余纬处的合成值，得到与地应力实测值相符合的理论值。计算结果表明，离散力系合成值是客观存在的，地形起伏是产生超常水平应力的原因。     

东亚大陆伸展和裂谷作用与动力学

大陆岩石圈的伸展作用是块体分裂，大陆解体和漂移过程中必需的第一步，而伸展作用的模式则取决于驱动力系和大陆岩石圈的反响。所以不同类型裂谷的形成与地球深部地壳与地幔结构，深层过程及其力学机制密切相关。这是回答控制大陆生长与为什么会开裂的关键所在。本文在研究了系列裂谷构造的基点上，阐述了大陆裂谷的特点，地壳与地幔构造背景和地球物理场特征。论述了裂谷形成和其分类，讨论了我国攀西裂谷和莱茵地堑的深层过程。由     

基于sP前驱震相叠加研究南美中部地区岩石圈-软流圈边界形态

岩石圈-软流圈边界(lithosphere-asthenosphere boundary)是上地幔内具有负速度梯度的地震波速度界面.对俯冲带区域LAB开展地震学探测有助于进一步认识岩石圈和软流圈的相互作用以及与板块俯冲有关的地球动力学过程.本文收集了2006-2012年发生于南美中部地区4个深源地震的垂向宽频带波形资料,利用线性倾斜叠加处理得到了相对走时-慢度域的灰度图,并成功提取了sP在LAB底反射的前驱震相S_(LAB)P.基于改进的一维速度模型IASP91-SA计算得出了6个S_(LAB)P震相反射点的水平分布,并划分为西部(Ⅰ)和东部(Ⅱ)分区:分区工内LAB深度位于60~63 km,平均深度为61 km,起伏为3 km;分区Ⅱ内LAB深度位于78~82 km,平均深度为80 km,起伏为4 km.研究结果显示南美中部地区LAB深度自西向东呈变大的趋势,这可能反映了大陆岩石圈受改造程度的差异.我们推测在靠近海沟的地区,软流圈内部分熔融程度较高且熔体较为富集,对大陆岩石圈的侵蚀作用较强;在远离海沟的地区,软流圈内部分熔融程度降低且熔体分布减少,对大陆岩石圈的侵蚀作用减弱.     

利用卫星重力资料反演地壳及岩石圈厚度

地球外部重力场由地球内部物质分布所决定,由于地宙与地幔、岩石圈与软流圈存在着较大的特性差异,利用重力资料可以确定莫霍面和岩石圈底面深度,基于上述结论,利用ＯＳＵ９１全球重力位模型数据进行了反演,计算结果表明,地壳和岩石圈厚度与地形相关,大陆地壳,岩石圈较厚,海洋则相反。     

基于横波分裂、GPS和断裂第四纪滑动速率数据研究中国大陆及邻区岩石圈/软流圈动力学特征

中国大陆及邻区位于欧亚大陆东南部,4个重要的板块强烈交互作用,东部受到太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲作用,西部受到印度板块的碰撞作用,形成了诸多俯冲带、造山带及数千千米的大陆离散变形带。因此,中国大陆及邻区是开展地球动力学研究的天然实验室。提高对岩石圈和软流圈变形特征的认识对理解中国大陆及邻区的动力学含义具有重要意义。本研究将通过联合地表变形场和地幔变形场来分析中国大陆及邻区的岩石圈壳幔耦合程度和软流圈的地幔流特征。本研究收集了位于中国大陆及邻区的宽频带固定和流动地震台(共1 800个台)记录的XKS(SKS,SKKS,PKS)波形资料,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析方法测量了每个台站的各向异性参数,即快波偏振方向和快、慢波时间延迟,并利用他人在区域内的993个宽频带地震台站得到的横波分裂参数,一起组成表征地幔变形场的数据集;并利用发表的约3 600个GPS和断裂第四纪滑动速率测量数据,采用连续样条函数方法求取了中国大陆及邻区的地表连续变形场(速度场和应变率场)。根据应变率分布和岩石圈构造特征,按照高应变率和厚岩石圈区域采取岩石圈变形模式分析,定量求取和确定每个测点的岩石圈变形类型(左旋简单剪切、右旋简单剪切和纯剪切变形),通过预测的横波分裂参数与实测参数的对比来确定岩石圈壳幔力学耦合程度。研究结果表明,大部分地区符合垂直连贯变形模式,属于壳幔耦合特征,如青藏高原、天山造山带、阿尔泰造山带、台湾造山带、琉球岛弧等构造单元,但在印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞带——喜马拉雅碰撞带、日本和稳定的四川盆地、塔里木盆地等区域,可能由于板块俯冲导致的复杂构造变形或一种古老的"化石"各向异性并不符合垂直连贯变形模式。在低应变率和薄岩石圈区域采用简单软流圈变形模式分析,假设各向异性是由于岩石圈底部和软流圈之间的运动速度差异引起的。基于预测的地幔流和地表速度场模拟的快波方向与XKS波分裂快波方向之间的比较,通过迭代反演确定了最佳地幔流。研究结果显示,长白山火山活动区将中国东部下面软流圈地幔流分成两部分,北部顺时针旋转的地幔流向东运动,指向东方的太平洋俯冲带,而南部顺时针旋转的地幔流自北向南由向南运动变化到向西南运动,指向西南的缅甸俯冲带和巽达俯冲带。长白山火山活动区下的热地幔上涌使得中国东部软流圈地幔流分成流动方向相反的两部分,北部的顺时针旋转的地幔流向东运动,而南部的顺时针旋转的地幔流自北向南,由向南运动到向西南运动。而在蒙古地区拟合的最佳软流圈地幔流为顺时针旋转的地幔涡流,其形成可能与太平洋板片俯冲、后撤/回转,以及巨厚岩石圈的西伯利亚克拉通的几何形态相关。东亚地区的太平洋板片、巽达板片和缅甸板片的俯冲作用和后撤/回转作用导致了中国大陆及邻区顺时针旋转的软流圈地幔流,使得与岩石圈底部产生了一个水平差异运动,在软流圈中产生一个与简单剪切一致的变形结构,进而形成了研究区所观测到的各向异性。     

松辽盆地岩石圈减薄的深部动力学过程

松辽盆地作为东亚裂谷系的一部分,与华北克拉通一起经历了中生代岩石圈减薄的重大地质事件.对大陆岩石圈-软流圈状态和构造的整体认识,是研究大陆岩石圈减薄深部动力学过程的关键.在获得过松辽盆地的106个宽频和30个长周期大地电磁测深数据的基础上,完成测点数据二维偏离度、构造走向等计算与分析,进一步采用非线性共轭梯度算法,对TE和TM模式数据进行二维联合反演,获得了沿剖面的壳-幔电性结构,并依此构建了松辽盆地壳-幔结构模型.研究结果表明：（1）大兴安岭地区岩石圈厚度约为160 km,松辽盆地岩石圈厚度约为45 km,张广才岭岩石圈厚度在70~100 km之间,莫霍面与岩石圈底界面不呈镜像关系.软流圈整体表现为中、低阻异常,电阻率值在30 Ωm左右,其形态呈西倾约30°的蘑菇状异常,指示了软流圈物质上涌的形式,有别于软流圈垂直上涌的传统认识.（2）松辽盆地深部存在双层高导异常（电阻率小于5 Ωm）,上层为壳内高导层,呈"蛇"状分布,推断为岩浆底侵区,下层为幔内高导层,呈"哑铃"状,为软流圈上涌区.软流圈内存在两个"哑铃"状中、高阻异常,推断为拆沉的岩石圈地幔.具有冷的、高密度的下降物质流的堆积以及拆沉块体下插到两侧山岭是促使大兴安岭与张广才岭在中生代伸展环境中快速隆升重要原因;（3）松辽盆地经历了岩石圈减薄事件,与大兴安岭岩石圈厚度相比,松辽盆地岩石圈厚度减薄了近100 km,与东侧张广才岭相比减薄了70 km,而与中生代华北地台100 km的岩石圈厚度相比,减薄了近50 km,其经历了岩石圈伸展期、裂解期、拆沉期和增长期的动力学过程.     

塔里木盆地南部上地幔各向异性研究

塔里木南缘位于塔里木块体同青藏高原碰撞的前缘,是认识青藏高原同周围块体相互作用的重要位置.横波分裂方法可以获得岩石圈及软流圈地幔的介质各向异性特征,进而探讨岩石圈变形和地幔流动.本文利用横波分裂方法对中国科学院地质与地球物理研究所、北京大学和南方科技大学联合布设在塔里木盆地南部的8个宽频带流动地震台站记录的SKS和SKKS震相进行分析,获得了塔里木盆地南部上地幔各向异性参数.分析结果显示,研究区快波偏振方向总体比较一致呈近东西向,但存在盆地边缘到盆地内部变化,而慢波延迟时间分布在0.3~1.5 s,差异较大.综合前人对青藏高原北缘和阿尔金断裂周边的横波分裂研究结果,研究区内大部分地区地幔流动方向和绝对板块运动方向保持一致,推测青藏高原北缘同塔里木盆地接触带,青藏高原北缘软流圈南东东向流动对塔里木块体下方地幔流动造成扰动,随着深入到塔里木块体内部,干扰越来越弱;同时青藏高原北部软流圈物质可能对塔里木盆地岩石圈产生影响,随着地幔软流圈物质持续向北运动逐渐冷却,对盆地内部岩石圈的影响程度减弱.     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.5°的网格划分,反演得到了华北北部地区(111°E—120°E,37°N—42°N)深至400km的地壳上地幔三维P波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60—120km深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200—300km存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

利用面波方法研究欧亚大陆及周边海域岩石圈结构

根据欧亚大陆及周边海域114个数字地震台站12 000多个长周期波形记录,采用面波频散反演方法,对欧亚大陆及周边海域(20°W～160°E,20°S～80°N)的地壳上地幔进行了高分辨率三维S波速度成像。结果表明,欧亚大陆及其周边海域岩石圈厚度由40～60km(大陆裂谷带)增厚至190～220km(克拉通地区),岩石圈速度变化范围为4.30～4.80km/s。直到400km深度,各个板块和地块的横向差异才逐渐减小。克拉通板块及地块的岩石圈巨厚且具有高速特征,软流圈很薄或不存在;显生宙造山带、边缘海等区域岩石圈较薄且速度较低,软流圈发育。海洋板块的显著特征是VS在岩石圈内异常高,而软流圈速度又异常低,有十分尖锐的速度突变。     

用面波方法研究上扬子克拉通壳幔速度结构

本文研究采用单台法和双台法提取了穿越上扬子的基阶面波相速度和群速度频散;通过对提取的面波群速度和相速度频散进行联合反演,得到的1-D SV速度模型显示上扬子块体下地壳S波速度与典型克拉通区域相当,其上地幔顶部80~170 km深处存在高速的岩石圈盖层,较AK135模型要快2%~3%,其岩石圈厚度约为180 km.在上扬子地区,径向各向异性集中分布在300 km以浅的岩石圈与软流圈部分,其中岩石圈部分SH波比SV波波速要快2%~4%,软流圈部分SH波比SV波波速要快3%~5%;Rayleigh波相速度方位各向异性分析结果显示,上扬子块体周期为25~45 s（大致相当于30~70 km深度范围内）的Rayleigh波相速度存在1.8%~2.7%不等的方位各向异性,其快波方向介于147°~174°.我们认为上扬子块体径向各向异性集中分布在岩石圈、软流圈部分,且各向异性随深度变化, 其岩石圈部分各向异性为大陆克拉通化的遗迹,软流圈部分各向异性与现今板块运动相关.     

构造板块的厚度

板块构造的基本前提是形成于洋中脊的刚性岩石圈板块漂浮在更易变形的软流层之上。有关软流圈的确切性质至今仍然存在争议。力学模型预测出的是清晰、鲜明的岩石圈．软流圈边界（LAB）,但传统地震学得出的这一边界却是比较模糊的。     

中亚造山带东段软流圈分布特征——基于长周期大地电磁探测的结果

中亚造山带东段经历了古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋构造体制的多重作用,多期次的构造活动不仅改造了地形地貌、岩石圈结构,同时也改造了软流圈分布,因此对软流圈结构研究具有重要的科学意义.为了揭示复杂多重构造体系下软流圈的分布特征,完成了中亚造山带东段约1800km长大地电磁测深剖面,并对数据进行非线性共轭梯度反演,获得二维电性结构模型.研究发现:中亚造山带东段岩石圈内部存在多处低阻异常,地表多对应第四纪火山群或古缝合带,表明这些低阻异常与软流圈上侵有关.软流圈呈现高导特征,南部略薄,电阻率值为10～30Ωm,北部厚度较大,电阻率值为10～0.1Ωm,这种电性结构特征体现了中亚造山带东段软流圈南北两侧厚度、部分熔融程度的不均一性.而已有的层析成像结果显示中亚造山带软流圈东西向则呈现东厚西薄的特征.结合区域地质,提出软流圈与岩石圈一样在碰撞造山过程中厚度、部分熔融程度也会随之变化的动力学认识.中亚造山带东段软流圈主要经历了古亚洲洋构造体系、蒙古—鄂霍茨克构造体系和太平洋构造体系三阶段的构造事件影响,因此中亚造山带东段软流圈的南北向差异,推断为古亚洲洋闭合早于鄂霍茨克洋闭合的时限差异所致,东西向差异则主要受太平洋构造体系的影响.     

藏北羌塘地区新生代火山作用与岩石圈构造演化

自印度大陆与欧亚大陆碰撞以来, 藏北羌塘地块依次发育有碱性玄武岩系列、高钾钙碱性系列、钾玄岩系列和过碱性钾质-超钾质系列火山活动. 研究表明岩浆源区经历了由早期尖晶 石橄榄岩地幔向晚期石榴石橄榄岩富集地幔(EM2)的转变. 高钾钙碱性系列和钾玄岩系列安粗质岩石具有高Mg#值和极高的Cr, Ni, Co丰度, 指示岩浆可能来自于拉萨地块大陆岩石圈的俯冲作用. 藏北过碱性超钾质系列的La/Rb, Zr/Rb, K/La, K/Nb, Rb/Nb和Pb/La值小于岛弧火山岩, 大于和类似于洋岛玄武岩, 指示岩浆源区具有软流圈流体交代古俯冲地幔楔的属性. 而藏南超钾质火山岩和藏东超钾质煌斑岩的上述元素比值类似于和大于岛弧火山岩, 暗示源区地幔存在俯冲陆壳释放的流(熔)体的交代作用. 上述成因标志支持印度大陆岩石圈俯冲到高原中部, 欧亚岩石圈地幔向南俯冲到羌塘之下的结论. 文中进一步提出陆内俯冲与藏北、藏东区域大型走滑构造的脉动滑移效应导致高原腹地软流圈脉动上涌, 岩石圈脉动减薄产生钾质-超钾质岩浆脉动旋回的成因机制.     

大陆岩石圈的增厚及对流剥离对青藏高原隆升的影响

伴随着印度板块对欧亚板块南缘的碰撞,挤压,青藏高原地壳及下伏地幔岩石圈的厚度增加了１倍。增厚岩石圈热结构的变化可导致高原海拔下降约１５００ｍ。其对流剥离并被较热的软流圈物质替代可用以解释青藏高原自８百万年或３百万年前开始的快速隆升。大陆岩石圈的增厚及热结构变化和对流剥离可能是青藏高原自９百万年前开始的夷平－快速隆升过程的主导控制因素。