中国东、西部两类盆地岩石圈热-流变学结构

根据中国东部苏北盆地、渤海湾盆地济阳拗陷和西部塔里木盆地岩石圈热－流 变学结构研究结果,分析了两种类型盆地岩石圈热－流变学结构特征与构造演化的关系． 结果表明岩石圈热－流变学结构特征直接反映了岩石圈的地球动力学特性．在不同的地 球动力学环境下,盆地成因类型和构造演化差异性与岩石圈热－流变学结构所反映的地 球动力学特性的差异性密切相关．     

岩石圈流变性对拉张盆地构造热演化历史的影响

采用粘弹性动力学模型模拟研究了岩石圈流变性对拉张盆地构造热演化的影响. 模拟研究发现,盆地的构造热演化特征与盆、缘岩石圈强度对比相关,盆地岩石圈强度相对外缘岩石圈强度越弱,盆地沉降量越大,且在拉张结束与热沉降之间出现较大的基底抬升、热流持续高值;无论是初始岩石圈力学厚度、泊松比,还是下伏流体软流圈的负密度差,都是影响盆地构造热演化历史的因素;同时,拉张前断层的存在也是影响盆地基底形态的重要因素,其存在不仅会产生较大的基底落差,还会加深盆地中心的沉降.     

叠合盆地构造热演化模拟方法研究——以江汉盆地为例

基于地球动力学的构造-热演化方法是沉积盆地热史研究的重要方法之一.本文以江汉盆地宜随大剖面为例,采用平衡剖面方法对叠合盆地复杂、漫长的演化历史进行构造恢复,采用多期有限拉张-挤压应变速率法进行古热流反演,最后得到盆地的古地温场.由此,建立了构造恢复—盆地基底热流反演—岩石圈尺度温度结构—沉积盆地尺度温度结构的多期伸展、挤压模型的热模拟方法流程,实现了岩石圈尺度的热模拟与盆地尺度的热模拟相结合.     

大陆岩石圈流变学研究进展

大陆岩石圈流变学是固体地球科学领域的基本问题，也是理解大陆变形的动力学过程和构造演化史的关键.本文对近年来大陆岩石圈流变学的研究进展进行了综述.重点讨论大陆岩石圈流变学的纵向分层和横向分块特性及流变学与地震活动性、壳－幔解耦及下地壳流动变形的地球动力学意义和中国大陆地区岩石圈流变学研究状况.最后，对大陆岩石圈流变学研究存在的问题和未来的研究方向做了一定的探讨和展望.     

裂谷盆地构造-热演化模拟中几个问题的讨论

裂谷盆地的构造-热演化模拟是在岩石圈尺度计算裂谷盆地形成演化过程中的热历史和沉降史.拉张模型实现了构造和热的完美结合,在描述裂谷盆地沉降和热流演化方面取得了很大的成功.本文使用二维运动学模型,通过有限元方法,在拉格朗日坐标系下进行拉张背景下的构造热演化模拟,探讨了拉张模型中初始地壳、岩石圈厚度、软流圈对流、模型上边界对构造热演化的影响,以及载水和载沉积物两种情况下盆地侧翼抬升的差异.     

南海北部陆缘珠江口盆地岩石圈热结构

沉积盆地岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.由于海洋勘探难度大、勘探程度低,相对于大陆地区,边缘海盆地比较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文在收集整理珠江口盆地及邻区大地热流数据的基础上,补充收录了自2003年以来发表的新数据,绘制了研究区最新版的大地热流等值线图;基于中美合作双船地震剖面揭示的深部地壳结构计算了研究区的壳-幔热流、深部温度以及"热"岩石圈厚度.研究表明,珠江口盆地地壳热流介于18.7~28.6 mW·m^-2,地幔热流介于36.9~91.4 mW·m^-2,壳幔热流比值0.23~0.75;由陆架、陆坡至中央海盆,在地壳热流逐渐减小的情况下地表热流逐渐递增,说明地表热流分布主要受深部热作用控制;盆地"热"岩石圈厚度介于34.0~87.2 km,平均65.5 km,反映出显著拉张减薄的特征.     

鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围:21.2~24.5mW·m-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比(Qc/Qm)介于1.51~1.84之间,为"热壳冷幔".与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明:鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.     

渭河盆地岩石圈热结构与地热田热源机理

岩石圈热结构是盆地现今地温场研究的重要延伸和扩展,是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要窗口,更是地热田热源机理研究的核心问题.本次工作,在系统分析渭河盆地现今地温场和水动力系统基础上,编制了渭河盆地大地热流分布等值线图;通过实测生热率等热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算了研究区岩石圈热结构,并分析了渭河盆地岩石圈热结构特征和地热田热源机理.结果表明,渭河盆地现今大地热流值分布范围为62.5~80.2mW·m-2,平均为70.8±4.8mW·m-2,西部明显高于东部,西安坳陷最高,咸礼凸起次之;渭河断裂并不是控热断裂,其沟通作用引起的水热循环一定程度上影响了浅部热量再分配,对渭河盆地地温场并没有起到明显的控制作用.西安坳陷—咸礼凸起地壳热流介于32.2~37.5mW·m-2之间,平均为34.6mW·m-2;地幔热流分布范围为33.8~38.9mW·m-2,平均为36.0mW·m-2;地壳热流和地幔热流的总体变化趋势一致,西安坳陷高于咸礼凸起,分析认为西安坳陷沉积层厚度大于后者,且沉积层放射性生热率更大,是造成西安坳陷地壳热流高于咸礼凸起的原因,而西安坳陷相比咸礼凸起更高的地幔热流,表明西安坳陷深部活动性强于咸礼凸起.西安坳陷和咸礼凸起地壳/地幔热流比值相近,介于0.93~1.01之间,平均为0.96,"热"岩石圈厚度约为95~101km.渭河盆地岩石圈热结构特征与鄂尔多斯盆地在很大程度上具有相似性,暗示着二者具备相似的深部稳定性,这与渤海湾盆地为代表的中国东部中—新生代主动裂谷盆地岩石圈热结构特征截然不同,表明渭河盆地为被动伸展裂陷.从鄂尔多斯盆地、渭河盆地、山西裂谷到华北盆地,"热"岩石圈厚度的有序变化表明太平洋板块俯冲引起的地幔对流对华北地块深部动力学行为的影响主要发生在太行山以东,而太行山以西的鄂尔多斯盆地和渭河盆地则影响甚微,这种空间差异影响从侧面暗示着华北克拉通破坏过程的有序性.综合分析渭河盆地地质—地球物理资料认为,岩石圈表层伸展破裂、深部重力均衡调整进而引起软流圈被动上涌,其产生的相对高地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加作用,共同构成了渭河盆地中—低温地热田的热源机理.     

早二叠世-中三叠世四川盆地热演化及其动力学机制

四川盆地位于扬子板块西缘,是我国重要的含油气盆地之一.早二叠世-中三叠世是盆地发育及热演化的重要时期,其间经历了区域岩石圈拉张和峨眉山玄武岩活动两个重要构造热事件.本文采用地球动力学模型,分别模拟研究了区域岩石圈拉张和峨眉山玄武岩对盆地热演化的影响.研究结果表明,该时期岩石圈在拉张作用下温度场基本上处于增温状态,盆地基底热流也随时间整体呈增加趋势.但由于拉张系数较小,岩石圈的减薄量有限,受到的热扰动也不大.岩石圈拉张造成盆地基底热流升高约20%,最大基底古热流出现在早三叠世,约60～62mWm-2.地幔柱模型显示,地幔柱活动对岩石圈热状态具有很大的影响,其影响主要集中在地幔柱头上方（内带）,而四川盆地所处的外带及以外地区受到的影响很小.部分喷发到盆地地表的岩浆对盆地烃源岩热演化会有剧烈的影响,但影响时间和范围均有限.因此,早二叠世-中三叠世四川盆地热演化主要受区域岩石圈拉张控制,并在川西南局部地区又叠加了峨眉山玄武岩的热效应.     

岩石圈流变学研究进展

岩石圈流变学的目标是研究岩石圈物质的变形、流动及其机制。７０年代以来高温高压岩石力学实验和地热研究的丰硕成果,推动了该分支学科的进展。Ｒａｎａｌｉ等（１９８７）建立了７种岩石圈流变学剖面,并论述了岩石圈的流变学分层特性。此后,一些学者对不同地区的岩石圈做了研究,获得了类似的结果,建立了岩石圈流变学分层理论。运用这一理论,能解释地球科学许多分支学科所研究的不同尺度的构造现象。因为岩石圈的结构分层和流变性质,控制了大陆构造的形成演化,尤其是大陆构造变形。最新研究表明,一系列深成构造作用,如下地壳韧性剪切、造山带演化晚期或造山期后重力塌陷和莫霍面松驰等,与下地壳软化和塑性流动密切相关,而中上地壳（或汇聚带上地幔最上部）脆性域控制了地震震源的分布     

有限元等数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况,主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构．已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础,国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出,数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具．并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．     

沉积盆地构造热演化研究进展：回顾与展望

构造热演化模拟是研究沉积盆地的重要手段之一，其模型依赖于沉积盆地的成因机制.裂谷盆地构造热演化的定量模型在描述盆地沉降和热流演化方面取得了极大的成功，实现了构造和热的完美结合.而前陆盆地的定量模型更多关注的是构造沉降，在构造与热的结合方面尚不够完善.关于克拉通盆地目前还没有很成熟的定量模型，构造热演化研究程度远远低于裂谷盆地和前陆盆地.随着我国陆域海相沉积盆地油气勘探的突破，对海相沉积盆地热体制的研究迫在眉睫.而我国陆域海相沉积盆地，如塔里木和四川盆地，演化历史长且复杂，是古生代海相克拉通与中、新生代前陆盆地组成的叠合盆地.现有的关于沉积盆地构造热演化的单一模式难以适应复杂的构造—热历史.对我国陆域海相大型沉积盆地进行深入全面的动力学分析，发展叠合盆地的构造—热演化模型，建立相应的构造热演化模式及模拟方法技术，将是一项具有开拓意义并极具挑战性的工作.     

大陆科学钻探的现状及展望

１．大陆科学钻探是国际岩石圈动力学计划的重要组成部分，是当代地球科学的重大前沿之一，是一项划时代意义的地学高科技系统工程。大陆科学钻探不仅具有直接揭示地壳内部组成、结构、构造、流变学、流体作用、热历史，应力及应变机制以及重塑地壳与岩石圈动力学的重大理论意义，并且具有充分利用地下资源、减灾及保护环境的实际经济价值．２．大陆科学钻探在世界范围内实施３０年来已取得巨大进展，解决深部水资源、深部流体资源、深部地热资源、壳幔过渡、岩石圈动力学及变形、地球历史、生物圈及环境变化、地应力、地下强磁区、矿床成因以及盆地演化、碳氢化合物成因与迁移等科学问题已成为世界性地质目标。３．作为地质大国，面临地球科学新挑战以及２１世纪资源、减灾及环境的需求，填补中国大陆科学钻探的空白已成为当务之急。４．根据需用科学钻探解决的中国关键性深部地质问题，提出选址原则及十大选区（域），并对中国大陆科学钻探的战略目标提出切合国情的建议。     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5mW·m~(-2),壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139km/128~162km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

龙门山构造带深部动力学过程与地表地质过程的耦合关系

发生在地球浅层的2008年汶川地震驱动了龙门山及前陆地区的地表同震垂向位移.根据冲断带-前陆盆地弹性挠曲模型理论,在进行弹性挠曲模拟反演的基础上,结合对深部地球物理特征(泊松比、电性结构)的分析,发现龙门山前陆盆地现今岩石圈有效弹性厚度(T_e)具有自东向西逐渐减薄的趋势,自川中地区的30~40 km减至龙门山地区的10~20 km.在对晚三叠世以来前陆盆地各阶段盆地结构进行刻画的基础上,进行弹性挠曲模拟反演,推断龙门山前陆盆地的前渊地区(四川盆地西部)岩石圈的T_e值自晚三叠世以来具有逐渐减薄的趋势.这可能与松潘一甘孜地块下方广泛存在的软流圈热物质对四川盆地西部岩石圈下部的长期加热而导致的熔融有关,反映了地球深部动力学过程与地球表层盆地演化之间的耦合关系.     

联合多种资料确定华北岩石圈三维热-流变结构:对裂陷形成的意义

中生代以来,华北克拉通岩石圈发生了显著破坏和变形,变形的一个显著特征是广泛存在的拉张构造和华北东部的岩石圈减薄,而岩石圈的热-流变结构是控制这些动力过程的主要因素之一.文章基于地球物理学-岩石物理学方法,综合利用多种资料构建华北地区现今岩石圈三维热-流变结构模型,进而探讨其与拉张构造和裂陷形成的关系.结果表明,西部岩石圈较厚、莫霍面温度低(T_(Moho)600℃),岩石圈强度和幔-壳强度比(S_m/S_c1)均较高.西部窄裂陷的变形方式符合这种地幔强度为主导的局部集中变形.华北东部岩石圈表现为大范围减薄(岩石圈厚度80～110km),但其强度并未整体降低,在局部地区(如渤海湾盆地和河淮盆地)表现出较高的强度(10×10~(12)Pam).东部的大部分地区岩石圈表现为较高T_(Moho)(600～750℃)和低S_m/S_c(1),这与东部现今岩石圈大范围的分布式拉张构造不符.结合古地热及岩石学等研究结果,构建华北克拉通演化历史上的岩石圈热-流变结构,推断东部裂陷形成初期曾具有显著薄弱的岩石圈,其变形方式为以地壳强度为主导的区域性弥散拉张变形,并进而演化形成广泛的宽裂陷.但后期岩石圈冷却增生使强度明显增加,导致现今岩石圈的热-流变状态与经历的拉张构造演化过程的不一致.     

准噶尔盆地大地热流特征与岩石圈热结构

沉积盆地现今大地热流和岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.作者系统分析了准噶尔盆地2000年以来新增的102口钻孔的系统测井温度和400余口钻孔的试油温度资料,采用光学扫描法测试了15口钻孔共187块代表性岩石热导率,首次建立了准噶尔盆地岩石热导率柱,新增了11个高质量的(A类)大地热流数据,分析了准噶尔盆地大地热流分布特征,并揭示了其岩石圈热结构.研究表明,准噶尔盆地现今地温梯度介于 11.6~27.6℃/km,平均21.3±3.7℃/km,大地热流介于23.4~56.1 mW/m²,平均42.5±7.4 mW/m²,表现为低地温梯度、低大地热流的"冷"盆特征.准噶尔盆地大地热流与地温梯度分布规律基本一致,主要受控于基底的构造形态,东部隆起最高,陆梁隆起次之,乌伦古坳陷、中央坳陷和西部隆起较低,北天山山前坳陷最低.准噶尔盆地地壳热流介于18.8~26.0 mW/m²,地幔热流介于16.5~23.7 mW/m²,壳幔热流比值介于0.79~1.58,属于典型的"冷壳冷幔"型热结构.准噶尔盆地地幔热流值与莫霍面起伏一致,隆起区地幔热流高,坳陷区地幔热流低.     

第29届国际地震学和地球内部物理学大会概况

第29届国际地震学和地球内部物理学协会（IASPEI）大会于1997年8月18日至28日在希腊沙洛尼卡市举行,40多个国家和地区的800余位学者出席了大会．中国国家地震局、中国科学院、中国地质矿产部和大专院校31名地球科学工作者参加了大会．大会收到论文摘要约1500篇,共设46个专题．有关构造物理学共有464篇摘要（占会议全部摘要的32％）,主要课题有：大陆地壳和岩石图模型,俯冲带,地球的结构与演化,岩石圈构造、地球动力学过程和各向异性,深俯冲板片的结构和动力学,活动构造地区的地热、地震构造和地震活动性,大陆及海洋岩石圈的热状…     

利用地貌形态估算西秦岭-松潘构造结及邻区的下地壳黏滞系数

西秦岭-松潘构造结下地壳黏滞系数的定量化研究是理解青藏高原东缘及东北缘动力过程的基础。为进一步认识该区域岩石圈动力学的演化过程,建立下地壳流与不同时间尺度岩石圈变形特征的相互联系,文中以下地壳管道流模型为基础,利用地貌形态估算下地壳的黏滞系数,探讨深部岩石圈流变学过程如何作用于上地壳形变和构造地貌特征;同时结合GPS速度场分析现今的地壳形变,进一步研究区域弥散构造变形过程。结果表明:1)若尔盖-红原盆地北侧及东北侧下地壳的黏滞系数小于东侧及东南侧; 2)下地壳流具有向NE低黏滞系数区流动的趋势,较好地解释了该区域的造山运动过程、弧形等高线分布及"V"形展布断裂的发育; 3) GPS数据揭示的现今地表运动方向与黏滞系数反演的下地壳历史演化方向一致,说明下地壳与上地壳可能具有良好的耦合特征。研究结果最终为解释不同走向和性质的断裂系发育、造山带形成、宏观地貌发育特征以及深入探讨青藏高原东北缘岩石圈的流变学和隆升动力学提供了依据。     

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.