金星非单调冷却热演化历史分析

金星表层年龄和构造活动特点表明其岩石层在最近的地质历史时期经历过广泛的更新.这种全球性的表层改造与其内部热演化历史进程密切相关.如果金星存在相变形成的上、下地幔,依据现今所了解的金星物理性质和参量化的热对流理论,并且考虑金星地幔相变边界层状态对对流的控制作用,我们计算了金星热演化历史.结果表明,金星的热演化历史是一种非单调的冷却过程,在这种非单调的热演化历史进程中,金星地幔会出现大体等周期的翻转.由于参数选取的不同,翻转时金星上、下地幔的温差随时间可能出现稳定变化、逐渐加强、逐渐减弱三种不同演化模式,目前尚不能确定实际金星热演化历史究竟是哪一种模式.金星地幔相变边界层的穿透对流可能是推动其表层岩石层全球性更新的关键,导致其表层火山活动和地表构造以大致500 Ma时间间隔更新和重造.     

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.     

20世纪地球科学的发展

20世纪地球科学经历了大陆漂移、海底扩张和岩石层板块大地构造的发展过程 ,通过研究的深化和认识的更新 ,使得许多孤立的地质现象进一步得到规律性的认识 .岩石层板块大地构造理论的基本内涵是活动论 ,查清地球的形成和演化历史 ,才能更深刻地认识它     

岩石层内与断裂后热释放有关的物理变化

我们根据岩石层的热状态来定义现代裂谷和古裂谷,现代裂谷是断裂后的岩石层尚未达到热平衡状态,而古裂谷是断裂后的岩石层已处于热稳定状态。将现代裂谷与古裂谷的物理特征进行对比,结果表明,它们的地貌、构造和岩浆特征方面虽有很多相同之处,但在地球物理特征方面却有一些明显的差异。在由现代裂谷转变为古裂谷时采用一个简单的岩石层热释放模型,我们可以看到,现代裂谷与古裂谷之间在岩石层的上地幔地震波速度和密度、表面热流、热结构与居里点深度、以及大地电磁性质方面的差异可以用宕石层冷却来解释。而单用冷却不能解释与断裂有关以及紧接断裂之后的复杂沉陷过程,也不能解释古裂谷内为什麽出现一些高速的壳层,以及地壳有时为什麽会加厚。假如考虑到岩石层的抗弯强度和与断裂有关的地壳的岩浆加厚,这些现象就可以得到解释。我们认为,许多现代裂谷下面的“上地幔异常”可能与断裂地壳岩浆加厚过程有关。     

青藏高原上地幔速度结构及其动力学性质

利用地震层析成像结果分析了中国西部地区的上地幔速度结构,发现青藏高原北部至东南边缘上地幔顶部速度普遍偏低;随着深度的增加,低速区主要分布在羌塘、松潘—甘孜和云南西部地区,而印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地均显示出较高的速度.上述速度分布与青藏高原及周边地区的岩石层结构和深部动力性质密切相关:其中羌塘地区的低速异常反映了青藏北部的地幔上涌和局部熔融,起因于印度大陆岩石层的向北俯冲;松潘—甘孜地区的低速异常与青藏东部的深层物质流动及四川盆地刚性岩石层的阻挡有关;而滇西地区的低速异常可能受到印缅块体向东俯冲作用的影响.以上三个区域构成青藏高原和周边地区的主要地幔异常区.相比之下,印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地的高速异常反映了大陆构造稳定地区的岩石层地幔特点.根据速度变化推测,地幔上涌和韧性变形并非贯穿整个青藏高原,而是主要集中在羌塘、松潘—甘孜和滇西地区,上述构造效应不仅导致岩石层厚度减薄且引发了火山和岩浆活动.     

西昆仑造山带构造-岩浆演化史

通过对西昆仑造山带 80年代以来陆续发表的 1 70余个岩浆岩、变质岩、构造岩、矿石同位素年龄数据进行统计与分析 ,同时结合野外实地考察及必要的同位素年龄补充测试 ,以及研究区的沉积、岩浆、变质作用和构造运动等特点 ,将西昆仑造山带的构造 岩浆演化划分为 5个阶段 :Ar3 Pt12 构造 岩浆活动阶段 (Ⅰ ) ;Pt22 构造 岩浆演化稳定阶段 (Ⅱ ) ;Pt13 P2 构造 岩浆活动阶段 (Ⅲ ) ;T1 T2 构造 岩浆演化稳定阶段(Ⅳ ) ;T3 Q构造 岩浆活动阶段 (V) .对每个阶段及其次级阶段 (期 )的岩浆活动形式及总程序、构造环境等特征进行了讨论     

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据,反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓,具有构造稳定地区的岩石层地幔特征;华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常,表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似,反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质;西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸,而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关,整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下,南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常,对应于海底扩张中心的地幔上涌区,表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失;台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关,揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征;南海东北部的洋－陆边界清晰,南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小,说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱;南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致,主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响;琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈,平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形;台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

地球内部结构的地震学研究

地球内部性质和结构是人们关注的基本问题之一.对地球内部有了清楚的认识.才可能了解和解释发生于地球表面的各种现象,对行星及太阳系的形成及演化提供更多证据.60年代随板块学说的建立,地学界研究的热点集中于岩石层,为了分析岩石层的形成、演化及运动的原因,必然要追踪到地球的深部.地球的内部研究应该包括三大方向:     

岩浆驱动破裂的形态研究

轴地壳岩浆房是活动扩张中心海洋地壳结构的一个重要组成部分，轴地壳岩浆房通过深部岩浆源的补充，内部岩浆的同化熔融、结晶分异等岩浆房过程，其中的岩浆会破裂上覆的岩石层形成岩浆破裂，并沿岩浆破裂继续向上迁移。本文建立了岩浆迁移的层流模型，从理论上对岩浆迁移问题进行了探讨，并将遗传算法引入到该问题中来，用遗传算法求解了描述岩浆驱动破裂传播的积分方程。如果假设岩浆破裂在远离破裂末梢处的权限宽度为1M，则靠近末梢，破裂的宽度逐渐加大，在末梢处宽度为2m左右。并根据文献对岩浆流体的一些观测参数计算得出，岩浆破裂权限宽度不会很大，一般在1m左右的量级。     

南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

造山带岩石层多向层架构造及其对新生代岩浆活动制约──以三江及邻区为例

综合滇川西部特提斯带现今地表构造格局、地壳和上地幔三维速度图像再解释,提出造山带各圈层间,上地壳、中下地壳、岩石层地幔、软流层地幔的构造是一种多向层架构造,上地壳与中下地壳间是一个区域性构造滑脱面．岩石层地幔是一个不易变形的刚性体,常保留老的构造框架．软流层表现为易变层,是变形启动区,反映 “新”构造．研究区陆内新生代岩浆活动的空间分布,主要受扬子地块西缘存在的近南北向－北北东向软流层上涌体及其热熔体上侵地壳底部所形成的壳幔混合层和区域性构造（包括断裂）交叉转折（转换）部位的制约．     

剥蚀及地幔作用下青藏高原隆升过程的数值模拟

修改了England和Mckenzie的黏性薄层流变模型中控制大陆形变的连续性方程,将剥蚀作用对高原隆升演化的影响直接引入该方程,并考虑下伏地幔小尺度对流对增厚岩石层的搬离作用对高原隆升演化后期的影响,用有限差分法直接模拟青藏高原隆升过程. 数值模拟结果所显示的高原隆升演化过程与实际观测资料吻合较好,揭示了高原隆升演化过程的非平稳和多阶段的特性;同时还表明上地幔小尺度对流对岩石层底部的搬离作用可能是最近8Ma以来高原快速隆升的主导机制.     

中国东部海域及邻区岩石层地幔的P波速度结构与构造分析

利用中国大陆东部及台湾地区、日本和琉球群岛的地震观测数据,通过体波地震层析技术反演了中国东部海域及其邻近地区的P波速度结构.以此为依据分析了不同地区的岩石层性质和深部动力学条件,探讨了中朝与扬子块体、扬子与华夏块体在海区的深部边界及其构造属性,揭示出菲律宾海板块与欧亚大陆的碰撞以及板片俯冲下沉、弧后扩张作用对中国东部海域岩石层结构的影响.结果表明,中国东部海域的岩石层地幔存在明显的横向非均匀性,它们与区域构造的形成演化有一定的联系.中国大陆东部的五莲－青岛断裂与朝鲜半岛西缘断裂、济州岛南缘断裂共同构成中朝和扬子块体的边界,江绍断裂向东延伸至朝鲜半岛南端成为分隔扬子和华夏块体的边界;东海陆架与冲绳海槽的岩石层结构差异明显,东海陆架具有中国东部地区的岩石层特征,属于欧亚大陆向海域的延伸;冲绳海槽的岩石层强烈减薄,为大陆向大洋过渡的区域;沿着日本－琉球－台湾俯冲带,菲律宾海板块俯冲下沉引起的地幔扰动对中国东部海域产生了较大的影响,欧亚大陆与菲律宾海板块之间的相互碰撞导致台湾地区岩石层明显增厚.     

爱琴海海域的三维结构和耦合俯冲-扩张过程的特性的约束

根据雅典观测台网各台站的P波走时残差通过层析成象技术来研究爱琴海区域岩石层的速度结构.所使用的资料包括地方震和远震记录,地幔岩石层的速度异常非常清晰,并且显示出一个标准的非均匀速度结构.本文给出的这些结果(已在别处作了更详尽地描述)与这一区域的其它地球物理场有关系. 预侧到的上地性速度非均匀性与爱琴海域的热资料和其它地球物理场之间有很密切的关系,特别是爱琴海的现代的活动扩张发生在火山孤后.那里地没岩石层的速度异常比观测到的‘正常’值低,这与弧后‘拉伸’的岩石层一致.这一区域还与南爱琴海在一个相对高的速度异常区之上出现的最强的布格和自由空间异常有关.     

球层岩石层模型对表面荷载的响应

本文给出了在球层模型下,地球岩石层对表面荷载响应的解析解。计算了地球岩石层对圆盘形荷载和正弦型荷载的响应,及由此产生的重力异常。结果表明:1.岩石层弯曲不仅与其厚度有密切关系,而且与荷载尺度有关。当岩石层厚度与荷载尺度相比很小时,其弯曲与厚度关系不大,并呈现薄板效应。2.弹性模型岩石层在外加荷载下能承受数千巴的弯曲应力。3.弯曲应力在岩石层中的分布较为规则。由于大尺度荷载下岩石层出现薄板效应,传统的由弯曲刚度估算等效岩石层厚度的部分结果需要重新估价。     

塔里木盆地石炭-二叠纪异常热演化及其对深部构造-岩浆活动的指示

本文分析了塔里木盆地大量实测镜质体反射率(Ro)数据,显示盆地西北部石炭系与二叠系之间Ro值演化不连续,记录了石炭-二叠纪间发生的构造-热事件,是地层抬升剥蚀和高温热事件共同作用的结果.热史模拟得出盆地在石炭纪末地温梯度开始升高,至~300 Ma达到峰值,分布在4.8~5.6℃/100m之间,早二叠世迅速降低,随后进入缓慢稳定降低阶段.区域上高温热效应空间分布与塔里木大火成岩省的分布范围存在较好的相关性,但早于大规模玄武岩喷发的时间(290—288Ma),且后者热效应范围有限.因此推断这种高温异常是大规模的深部岩浆活动,即深部岩浆房相对长时间热烘烤的结果.该研究结果为塔里木盆地热演化机制及相关热效应提供了新的线索.     

岩石层,软流层和外围层（三）

5 外围层很明显,岩石层和软流层已经失去了它在现代地质学和地球化学文献中最初确切的地球物理含义。很难讨论OLB,CFB和MORB储层可能位置,因为现在预想它们与岩石层、软流层、上地幔和下地幔有联系。富集的、亏损的和较少亏损的岩浆很可能都起源于上地幔。甚至亏损上地幔的主张也需要热柱头或分层的CL在需要热点岩浆时局部补充软流层,或者用各种构造环境中的岩浆解释CL,热柱或下地幔。有一个时期曾经把大陆玄武岩的全部富集归因于地壳污染。那么在通过地壳之前,浅部地幔需要有一些玄武岩和富集方     

俯冲带火山下岩浆的形成、上升和存储的时间尺度

现在有足够的资料可用来尝试建立一个关于俯冲带火山下熔体的产生、迁移和存储的完整的模型。在喷发前的几十万年到少于一千年的时间里,都可以发生流体从俯冲的洋壳流到地幔楔中的现象。这支持了认为流体的加入是与部分熔融紧密相关的模型,但也有一些证据可以证明流体是降压熔融的结果。流体开始加入的时间可能与俯冲的速率(例如,水供应的速率)、俯冲的角度以及由此决定的地幔楔的热结构有关。相反,俯冲沉积物到俯冲带熔岩源区的贡献在喷发前大约35万年到4百万年的时候看来就发生了。沉积组分的部分熔融证据与短的流体迁移时间、斑晶平衡温度及其他观测结果的结合都指出,地幔楔在接近于俯冲板块边界上的地方具有相当高的温度。新的226Ra资料表明,在流体加入和火山喷发之间只有很短的时间。这就要求快速的熔体分凝、沿通道流动的岩浆上升过程以及在岩石层内最短的停滞时间。一般说来,在上升期间或者在岩浆房里,发生从玄武岩到安山岩的演化是快速的,这可以从一些有关地幔的地球物理资料来推断。矿物等时线资料表明,一些安山质岩浆后来停在了更浅的岩浆房中。它们可以在那里以几万年或更短些的时间尺度通过分异作用演化成英安质成分,通常都伴有同化作用。     

控制碰撞造山带热异常形成的主要因素及其地质作用分析

本文对剥蚀、逆冲断层剪切摩擦和放射性物质富集等因素对造山带热结构和热演化的影响进行了模拟计算以及定量分析,并对热异常与造山带内的若干地质现象之间的关系进行了讨论.在剪切生热模型的计算中考虑了逆冲断层的速度变化及其对热结构的影响,考察了断裂宽度与热结构之间的关系.计算中还考虑了两种热剪切计算模式,即:(1)瞬间推覆就位模式;(2)非瞬间推覆就位模式.从计算与讨论中得出如下认识:造山带后期的剥蚀使整个岩石层加热;剪切摩擦使壳内局部地区升温;放射性物质的富集主要使上部岩石层产生热异常.三者联合作用的结果使岩石层大幅度升温,从而形成造山带内部大范围的与其它地区不同的高温异常以及独特的地质特征.通过计算和讨论,文中认为:重熔型花岗岩和大量的构造岩是造山带内逆断层剪切作用的产物;与逆断层呈平行排列的拉张正断层是造山带在诸因素作用下升温,然后又经剥蚀,物质发生热收缩的结果.在造山带演化后期出现的这种拉张正断层代表造山带解体和向盆地转化的构造面貌.     

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!