西北地区上地幔物质流动及岩石层动力学

详细讨论了我国西北区域(80～95E，35～45N)均衡重力异常以及与之相应的地幔动力学问题．假定其区域均衡重力异常主要源于该区域岩石层变形和上地幔之中物质流动的结果．利用傅容珊等(1994 a，b)用区域均衡重力异常反演上地幔小尺度热对流的模型，计算了西北地区上地幔对流格局．结果表明，天山和昆仑山——阿尔金山系强烈地上升，与之相应地幔中的上升流动以及塔里木盆地下部地幔物质的汇聚流动，控制了这一区域岩石层动力学的主要格局．西北地区的几个大型盆地，如塔里木盆地、准葛尔盆地和吐鲁番盆地等对应了均衡重力异常的负异常中心，同时也对应于地幔中物质流动的汇聚中心，物质流动结果加上其上部岩石层横向挤压向下凹陷而形成压性盆地．天山、昆仑山及阿尔金山等新构造运动活跃的山区对应了地幔中物质上升及发散流动，这一作用使得这些地区的岩石层向上隆起维持其山系不断抬升．以此为基础，本文构成了该区域岩石层动力学的基本框架模型，并对这一框架以及影响这一力学框架构成的其它动力学因素，诸如印度板块向北俯冲、挤压运动、全地幔范围内物质流动以及均衡力等问题作了初步探讨．      

喜马拉雅地区的均衡重力异常与地震活动性

根据1950—1975年的地震资料,用地震迭加法绘制了喜马拉雅中、东部地区地震活动性图。并与该地区均衡重力异常进行定量比较。结果表明:在喜马拉雅地区地震活动性随均衡重力异常下降(上升)而增强(减弱),大的负均衡重力异常往往与高地震活动性有关。较强的地震活动通常出现在均衡重力异常水平梯度变化较大的地区,缅甸西北地区地震释放的能量为喜马拉雅中部地区的二倍,结合该地区大地构造,探讨了造成高地震活动性和均衡重力异常的可能原因。      

青藏高原-天山地区岩石层构造运动的地幔动力学机制

利用全球重力大地水准面异常、板块绝对运动及全球地震层析成像数据,计算了青藏高原-天山地区岩石层下部地幔大尺度对流格局以及此种尺度对流驱动下岩石层内应力场分布;同时,利用区域均衡重力异常数据反演青藏高原中、北部到天山地区上地幔小尺度对流模型．结果表明,大尺度的地幔物质运移过程可能驱动着中国大陆岩石层整体从西部以南北方向为主的运动转向东部地区以北东和南东方向的运动;而该区域上地幔小尺度上升流动支持了现代青藏高原和天山地区的抬升运动．提出和讨论了青藏高原隆升的“断离隆升-挤压隆升-对流隆升”三阶段模式,并探讨了大陆岩石层构造运动的地幔深部动力学背景．     

重力均衡与天山的构造运动

通过分析重力异常的特征，并结合地壳上地幔的物质结构，研究了天山地区的重力作用和结构力源，探讨了重力均衡补偿与现代构造运动的联系，对未来构造活动的趋势做出判断。一些迹象表明，除了板块之间的水平作用力以外，地幔热物质的上涌也是影响天山地区构造活动的原因之一。     

青藏高原均衡重力异常研究

根据重力异常图等有关资料，研究了青藏高均衡重力异常的分布特征与地质构造、地壳新构造运动产间的关系，结果表明：（１）高原内各块体的均衡状太民并不均一，而且异常幅值大小与地壳的相对隆起或沉程度相关；（２）高原均衡异常同强地震分布有较密切联系。     

均衡异常与现代构造应力场的初步研究-以东海及其东缘海为例l

从现代构造运动的实际出发，放弃了过去那种只认为因补偿过剩和补偿不足的均衡调整的观点，探讨了引起不均衡的构造应力，并视均衡异常为地球内部的一种负荷，由此可以计算得到地球内部的应力．研究结果表明:东海及其东缘海地区由均衡重力异常推求的垂向应力的变化比水平应力更为显著，在琉球海沟一带存在5 MPa垂向应力的增强，它明显地反映了板块俯冲的作用．在海沟西北侧的岛弧一带的应力状态则与之相反，约存在5 MPa的垂向应力减弱．东西两部分的水平应力在方向上有明显的不同，洋壳上的东西向应力x为负(压力为正)，而陆壳上则相反．这正表明了板块间相互挤压的作用．      

西藏与南亚地区大地水准面的场源及其动力效应初探

根据西藏与南亚地区重力大地水准面的分布，对其相应的场源作了分析．其中除分别来自地球表层的地质构造和深部的核幔起伏外，剩下的主要部分可能是由密度较小的地幔热柱所形成，地幔热柱中心位置处于东经８２°和纬度０°附近，这和该处的热流密度异常位置十分吻合．所反演的热柱有关参数：上顶深１００ｋｍ，下底深２８５０ｋｍ，半径１００ｋｍ，与周围地幔的密度差为３０ｋｇ／ｍ^３；另外，还讨论了在对流状态下该地幔热柱引起的动力效应，计算出对流速度和剪切力分别为４．８－４８ｃｍ／ａ和１１－１１０ＭＰａ，该力对我国岩石层应力场的构成和青藏高原的隆起有重要影响．     

卫星重力资料揭示的新疆天山地区构造动力学状态

利用最新的地球重力场模型,计算了新疆及邻近地区的自由空气重力异常、大地水准面扰动异常、地壳和上地幔平均密度异常以及地幔对流引起的岩石层底界面粘滞应力场分布．根据计算结果,对新疆天山地区的构造动力学特征进行了分析和推断,认为天山处于地幔对流形成的挤压沉降环境中,在南北不对称的挤压应力作用下快速隆升,挤压应力场中心在天山以南．这种应力场特征有利于塔里木板块向天山之下俯冲的观点．天山南北两侧的准噶尔盆地南缘和塔里木盆地北缘,是地壳内质量缺失区,是由于南北两侧地壳向天山下挤压而弯曲造成的．中国天山东段的深部密度分布特征与中段和西段的不同,可能是地幔对流分布的东西向差异造成的．      

喜玛拉雅“东构造结”地区特异重力场的探讨

跨越中、印、缅三国交界的青藏高原东南的喜玛拉雅“东构造结”地区（92°E~97°E，26°N~30°N）一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文分析了卫星重力异常的特性，提出应用卫星重力异常作为近似空间重力异常，并作布格改正后，得到的布格重力异常具有与该地区地形高程呈镜像相关的特征，可用以研究深部地壳结构.据三条重力剖面计算得到该地区三个地壳深部结构剖面的结果，给出青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33~35 km；那加山山脉地区为40~45 km，显示出三者为三个不同的构造单元.同时给出布拉马普特拉构造单元为相对高密度的刚性物质构成，随着印度洋板块向北运移，在碰撞、挤压下，插入青藏高原东南缘一带.导致该地带的强烈构造运动，和频发大、小地震.最后提出了几点认识和建议.     

从克拉通破坏到板块动力模型的研究

华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及“板块动力模型”研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于“运动模型”阶段,而没有进入“动力模型”阶段.如果地幔密度异常是驱动地幔物质流动的成因,那么就有可能基于重力学方法以“板块动力模型”的形式建立地幔密度异常驱动模式;软流圈中可能存在着动力特性不同的区块,地幔密度正异常代表物质盈余、区块内的物质要向区块外移动,地幔密度负异常代表物质亏损、区块外的物质要向区块内移动.本项目采用重力和地震资料相结合研究地球的整体分层,根据重力大地水准面联合地震波速度结构反演求解地幔密度异常,再根据地球正常密度假说和板块运动重力学机制的观点并与现有“板块运动模型”相结合,分析地幔密度异常动力区块,初步建立“基于重力学机制的板块动力模型”;为最终建立多学科机制的“全球板块动力模型”,迈出重要一步.     

喜马拉雅“东构造结”地区的特异重力场与深部地壳结构

跨越中、印、缅三国交界的喜马拉雅“东构造结”地区（92°E～97°E，26°N～30°N）有一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为近似空间重力异常，经计算给出的布格重力异常，其特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.据此得到该区不同方位的3个地壳深部结构剖面.重力异常反演求得青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33～35 km；那加山山脉地区为40～45 km，即呈现出3个不同构造单元的展布.同时求得“东构造结"区由高密度的刚性物质构成，在印度洋板块的碰撞、挤压作用下呈向北运移，并插入青藏高原东缘.基于这样的构造格局和深层动力过程，导致了青藏高原东南缘和东北缘的强烈构造运动，大、小地震的频频发生和矿产资源的聚集.     

卫星重力场、地幔对流应力场与板块运动关系的探讨

本文采用GEM10C的前50阶系数,计算了全球自由空气重力异常和地幔对流产生的岩石层底部应力场.通过对全球重力异常、应力场的分析,着重讨论了板块运动与地幔对流间的关系.对各板块在地幔对流作用下受力的定性分析和定量计算表明,板块的运动主要由低阶应力场决定,板块底部多个地幔对流体（而不是一个以洋中脊为对流上涌中心的单个地幔对流）的共同作用,推动了现代板块的运动.     

地壳对不同波长地形在重力场中的响应

为有效发挥重力均衡在地质、地球物理和大地测量中的作用，本文进一步阐明重力位球函数的阶数与波长的关系．以及地形及其补偿与波长的关系．指出在研究短波长地形的重力效应时无需考虑补偿的影响，否则将会引起场效应的失真．模型的研究表明，在局部地区或测点上，利用高程资料作重力异常推估可以达到理想的结果．为检验均衡理论的适用性与局限性，文中列出高喜马拉雅一带的54块样品的岩石密度和岩性；为验证地形的重力效应，还计算出锥形山体时外部点的引力．     

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.     

论秦岭造山带及其立交桥式构造的流变学与动力学

当前受国内外地学界广泛关注的秦岭印支造山带，其前身是地球自转速度缓慢变化过程中派生的纬向剪切力和重力共同作用下，于惯性力最大的上地壳所产生的受东西向走滑正断层控制的盆\|山系,而不是洋壳俯冲形成的沟\|弧\|盆系；其造山机制是南秦岭断陷盆地上地壳底部刚硬的结晶基底，对北秦岭断隆山软弱的中地壳塑性层俯冲所造成的壳内冲叠造山带，而不是整个岩石圈对软流层俯冲导生的板块碰撞造山带；其动力是212 Ma前发生于加拿大安大略省直径100 km撞击坑的陨击事件，促使地球自转速度急剧变慢所派生的由南向北的强烈挤压作用，而不是地幔对流带动板块漂移碰撞；其超高压变质带是壳内俯冲动力作用所致，而不是陆壳俯冲到100 km以深温压环境的产物；其立交桥式构造，是异常地幔响应了地壳上部新产生的不同方向的中\|新生代断陷盆地引起的重力失衡作用的结果，而不是地幔柱主动隆升造成与原来东西向造山带的非耦合关系.     

地幔对流与岩石层板块的相互耦合及影响──（Ⅰ）球腔中的自由热对流

板块运动是地幔对流的主要证据之一．同时，作为地球动力系统中一个相对独立部分，板块自身的存在和运动对地幔内部物质的流动形态有巨大影响．地幔内部的流动由两部分组成：一是由内部非绝热温度差异造成的自由对流解；另一部分是由在地表运动的板块所激发．作为系列工作的第一部分，本文研究球腔中的自由热对流问题．得到了对地幔对流研究有实际意义的下边界为自由、上边界为刚性情况下的临界瑞利数值，不同的瑞利数时球腔内流场和温度场的分布形态等．     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

青藏高原重力场与壳幔结构分析

本文基于重力资料, 分析了青藏高原壳幔结构模型、 高原陆内形变动力学条件、 高原深部物质运动特征及动力学机制。 研究表明, 重力布格异常和自由空间异常除了分别反映大地水准面之下的“剩余”密度信息和大地水准面之上的“附加”密度信息之外, 还可以组合在一起反映壳幔结构的流变学信息。 在整体处于Airy 重力均衡状态下, 如果局部布格异常与空间异常同向减小, 则是弱地壳强地幔的反映; 如果布格异常减小空间异常增大, 则是强地壳弱地幔的反映。 笔者认为, 青藏高原南部多为强地壳弱地幔地段, 东部既有强地壳弱地幔地段, 也有下地壳柔性-上地幔脆性地段, 北部多为弱地壳强地幔地段。 高原南北两侧板块边界的挤压力对高原做功, 重力位能使高原物质向低位势转移, 产生流变变形, 导致南区和北区主要为挤压变形区, 东区主要为构造伸展-侧向挤出区。 由于壳幔结构的差异, 不同地区驱动变形所需位能大小不同。 相同位能条件下, 南部更易于隆升, 东部更易于流变伸展。     

中国及其邻区地球三维结构初始模型的建立

对人工地震测深及天然地震面波体波三维层折反演数据进行统一处理，建立了中国及其邻区地球三维结构初始模型．此模型图像表明，中国及其邻区地球各圈层横向变化明显．岩石圈及软流圈内速度分布主要反映这一区域自古生代以来板块及地块拼合模式．各主要板块或地块（塔里木、扬子、中朝、青藏、哈萨克斯坦、印度、印度支那）岩石圈增厚或有很深的地慢根，板块或地块间的造山带岩石圈减薄，软流圈速度降低。下地幔底部及核幔边界D″层出现高速异常，表明古太平洋及古特提斯洋俯冲板块因重力坍塌已进入地球深层，形成亚洲超级下降地幔柱。这一下降地幔柱引起地球表层物质向中亚、东亚地区集中，印度半岛、青藏高原、新疆、蒙古至贝加尔一带，成为全球岩石圈最大的汇聚场所．     

欧亚板块均衡大地水准面异常及其动力学特征

采用弹性挠曲模型,利用球谐函数方法计算了欧亚板块均衡大地水准面异常.均衡大地水准面异常消除了地形起伏、地壳物质补偿的影响,主要反映了地幔物质密度异常以及核幔边界起伏和热状态的不均匀分布特征,而这种物质密度和热状态的不均匀分布导致了地幔物质的流动.针对滤波后的均衡大地水准面异常分别计算了欧亚板块大尺度和中尺度的地幔对流,并进行了构造和地球动力学分析.结果表明,现今欧亚板块的地壳运动与地幔对流有着密切的联系.