中国东部壳-幔、岩石圈-软流圈之间的相互作用带：特征及转换时限

中国东部中—新生代,下部岩石圈存在壳与幔、岩石圈与软流圈两个相互作用带,它们是重要的岩浆源区,在层圈相互作用中,热和物质的交换及其动力学过程是引起中、新生代岩石圈内部层圈间的厚度调整、岩石圈不均匀减薄以及区域构造-岩浆-成矿作用的重要机理。大陆内部的壳-幔作用有3种类型:地幔来源的底侵熔体与下地壳的作用;下地壳拆沉进入弱化(weakening)了的岩石圈地幔二者发生的作用以及陆-陆碰撞深俯冲带的壳-幔相互作用。它们形成的火山岩组合有一定的差别,但源区都含有地壳组分。岩石圈-软流圈的作用带也是重要的岩浆源区,源区是以软流圈地幔为主,基本不含地壳组分。东部岩石圈的减薄时间大体与出现大规模软流圈来源的玄武岩喷发的时间一致,也与上述两类层圈作用转换的时间一致,大约在100Ma以后。     

青藏高原地壳与上地幔成层速度结构与深部层间物质的运移轨迹

在印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压作用下,促使深部物质重新分异、调整和运移,并导致了地壳的短缩增厚,而且造成了高原的整体隆升和深部壳、幔物质的侧向流展。基于青藏高原腹地和周边地域地壳与上地幔的成层速度结构,特别是其特异层序的展布研究表明,青藏高原地壳巨厚,但岩石圈却相对较薄;地壳中于深20±5km处存在一低速层,层速度为5.7±0.1km/s,厚度为8±2km;上地幔软流圈顶部深度为110±10km;下地壳与上地幔盖层物质以地壳低速层为上滑移面,以岩石圈漂曳的上地幔软流圈顶面为下滑移面,在印度洋板块N-NNE向力源作用下在同步运移,即形成了青藏高原腹地和周边地域特异的大陆地球动力学环境。     

苏鲁地区地壳岩浆底侵的地球物理判识

底侵作用是研究壳幔物质交换与大陆增生演化的重要机制之一，但是对岩浆底侵作用的判识是十分困难的科学问题，中国大陆科学钻探先行项目在苏鲁地区积累的地震学，地热学及地电学资料表明，在苏鲁地区发生过与大陆裂谷同期的地幔岩浆底侵作用，发生了时段主要为始新世，它的发育与沿嘉山－晌水大陆裂谷带在时空上有密切联系，这里的壳幔过渡带厚度可达3km，推测为橄榄岩与基性麻粒岩互层。结合岩石学资料可以推算出由浆底侵作用造成大陆地壳增厚的平均速度约为0.1mm/a.     

岩浆底侵的热-流变学效应及对峨眉山大火成岩省的启示

岩浆底侵在大陆地壳的形成和演化过程中起着非常重要的作用。本文基于二维热传导方程模拟不同规模的地壳底侵产生的热-流变学效应,以及幔源岩浆温度和含水量对底侵厚度的影响;并以现有的岩石地球化学分析、深部地球物理探测结果为约束,模拟了峨眉山大火成岩省内带幔源岩浆底侵对应的地表热流随时间演化,探讨了形成幔源岩浆底侵的潜温和初始熔融的深度制约。结果显示:1)幔源岩浆底侵引起的热扰动的耗散时间取决于岩浆底侵的初始厚度。以幔源岩浆侵入温度为1300℃,20km厚的地壳底侵为例,热扰动完全耗散需经历约150Myr;而5km厚的地壳底侵,只需经历50Myr热扰动已基本耗散殆尽。2)在初始阶段,岩浆底侵会造成岩石圈强度的显著降低;随着热耗散的进行,岩石圈强度会逐渐恢复;在热扰动耗散殆尽之后,岩石圈强度反倒比底侵前的岩石圈强度更大。这表明岩浆底侵不但可以导致地壳增厚,还会最终导致岩石圈的强化。3)温度对地壳底侵厚度的影响比含水量的影响要大得多。将我们的模型应用于峨眉山大火成岩省,结果表明内带地壳底侵的热耗散需持续上百个百万年,岩浆潜温超过1500℃,初始熔融深度超过200km。     

面波波形反演中的模拟退火法

采用求解非线性全局优化问题的模拟退火法作为反演手段,对面波波形进行反演,研究青藏高原地壳上地幔速度结构。通过青藏高原的面波波形振幔显示出在周期为２０ｓ和４０ｓ时存在两个极小值,这可能是由地壳中存在低速层引起的。而波波形反演得到的速度民证实了青藏高原在２０ｋｍ深度左右普遍存在低速层;喜马拉雅山造山带在６０ｋｍ深度附近了在一低速层,壳内低速层是青藏高原变形及隆升过程最重要的动力学边界条件之一。     

陆壳的垂向增生

陆壳的垂向增生是幔源物质进入到下地壳和下地壳物质进入到地幔的双向过程 ,前者主要表现为壳下底侵作用 ,后者主要表现为岩石圈规模的拆沉作用 ,其中拆沉作用往往诱发了陆壳下大规模的底侵作用。下地壳部分熔融残余的超镁铁质岩沉入到岩石圈地幔的过程称为陆壳沉没作用 ,它可能是陆壳物质进入地幔的一种重要方式。     

壳幔过渡层及其大陆动力学意义

根据地震测量结果,造山带常见一个P波传播速度介于典型地壳和典型地幔之间的圈层,称为壳幔过渡层。这个圈层在地球物质科学领域常常被解释为壳幔混合层,形成机制不十分明确。提供了另一种选择,认为壳幔过渡层实际上可能是幔源岩浆底侵作用和地壳分异作用的产物,其密度随压力的逐渐变化是其波速特征的主要原因,是区域岩石圈重力不稳定的标志;也可能是软流圈物质岩石圈化的结果,是区域岩石圈逐渐冷却的象征。这个模型可以更好地解释造山带岩石圈拆沉作用、壳幔物质交换和岩浆活动,因而壳幔过渡层的查明具有重要的大陆动力学意义。     

拉萨地块西北部早白垩世岩浆岩地球化学特征及其对高原南部早期地壳生长的指示

青藏高原巨厚的地壳被认为是印度与欧亚大陆碰撞挤压和幔源镁铁质物质底侵共同作用的结果。青藏高原南部不仅广泛发育新生代侵入岩,同时也发育大量的中生代花岗质岩浆岩,特别是早白垩世时期岩浆作用最为发育。本次研究对拉萨地块西北部日松地区早白垩世花岗闪长岩及其细粒闪长质包体进行了岩石学、地球化学和年代学研究,结果表明,花岗闪长岩及其细粒闪长质包体具有相同的形成年龄(约106～105 Ma),它们可能为壳幔岩浆混合作用的产物。在上述研究的基础上,结合前人对拉萨地块西北部大量白垩纪中酸性岩浆岩的研究结果,运用简单的全岩微量元素比值(如(La/Yb)_N)推算地壳厚度,显示拉萨地块西北部从白垩纪早期到晚期地壳厚度有不断增加的趋势,并且指示在早白垩世很可能已经发生了明显增厚。结合区域构造演化特征,初步认为拉萨地块西北部在早白垩世时期地壳增厚方式以岩浆底侵为主,暗示青藏高原南部可能在早白垩世地壳已经开始生长,而晚白垩世地壳加厚则很可能是拉萨与羌塘地块陆-陆碰撞构造挤压的结果。     

壳幔混合层的物质过程及其动力学意义

以评述壳幔混合层的物质过程为主,对壳幔混合层的概念、研究现状、形成机制及作用过程等作了简要综述。底侵作用、拆沉作用和部分熔融作用是壳幔混合层的主要物质过程。底侵和拆沉构成壳幔物质循环,部分熔融则为其提供物质和条件,这三者相互作用,影响和制约着壳幔物质交换,在大陆地壳变形中起着极其重要的作用。最后分析了壳幔混合层的研究在岩石圈动力学中的意义     

壳-幔物质交换的岩浆岩石学研究

地质地球物理综合研究表明,岩石学地球化学意义上的壳幔边界与地球物理学确定的莫霍面并不等同,物质成分上的壳幔边界具有动态演化的特点,并具有两侧物质成分的双向交换。火成岩中的深源包体和出露的壳幔边界剖面研究揭示,岩浆底侵作用是地幔物质进入地壳的主要方式,并造成地壳垂向增生,而拆沉作用是地壳物质进入地幔的重要机制,上述两种过程的联合是大陆地壳内部地质演化的重要原因     

青藏高原板内地震震源深度分布规律及其成因

青藏高原板内地震以浅源地震为主, 下地壳基本上没有地震, 地震震源多集中在15~40 km的深度范围, 主要在中地壳内, 呈似层状弥散分布.其中30~33 km深度是一个优势层, 与壳内分层有关.总体上青藏高原南、北部的震源面略呈相向倾斜特征.70~100 km深度区间出现了比较集中的震级较小的地震, 可能与壳幔过渡带的拆离作用有关.高原内部的正断层系与板内地震密切相关, 是板内浅源地震的主控构造.总之, 青藏高原地震震源沿着活动的上地壳脆性层与软弱层之间的脆-韧性过渡带分布.这些板内地震活动属于大陆动力学过程, 与板块碰撞和板块俯冲无关.初步认为青藏高原浅层到深层多震层的成因分别是韧性基底与脆性盖层、韧性下地壳与脆性上地壳、韧性下地壳与脆性上地幔的韧-脆性转换、拆离和解耦的产物.      

Lithospheric Evolution and Geodynamic Process of the Qinghai-Tibet Plateau:An Inspiration from the Yadong-Golmud-Ejin Geoscience Transect

The Tibet Geoscience Transect (Yadong-Golmud-Ejin) has revealed the basic structures, tectonic evolution and geodynamic process of the lithosphere of the Qinghai-Tibet plateau. The evidence of northward thrusting of the Indian plate beneath the Himalayans on the southern margin and to southward compression of the Alxa block on the northern margin has been found. They were the driving forces causing the plateau uplift. The plateau is a continent resulting from amalgamation of eight terranes. These tenanes are separated by sutures or large-scale faults, and different terranes have different lateral inhomogeneities and multi-layered lithospheric structures. At depths of about 20-30 km of the crust in the ulterior of the plateau there commonly exists a low-velocity layer. It is an uncoupled layer of the tectonic stress; above the layer, the upper crustal slices were thrust and overlapped each other and the rocks underwent brittle deformation, thus leading to shortening and thickening of the upper crust Belo     

青藏高原地壳上地幔形成与演化的地球物理研究

近年来,我国在青藏高原取得了大量地球物理资料,1980-1982年中法合作又在西藏得到丰富的深部地球物理资料.青藏高原是一个整体.它的构造活动可以分为南、北、中三个带.中部是整体隆升,且已达到均衡.南北两缘受到强烈挤压、叠覆,是差异隆升,但未达到均衡.它的构造作用形式,可以分为上、中、下三层.上层(上地壳)以叠覆为主,中层(下地壳)以挤压为主,下层(异常地幔)以隆升为主.在上下地壳之间有一壳内低速低阻层,是一个主要的滑曳面.它的地质历史发展可以分为两个阶段.印度板块与西藏板块未碰撞前,异常地幔使高原缓慢隆升.在碰撞后,地壳加厚,重力均衡使高原快速隆升.     

Deep Structure and Distribution of Earthquake in the Manzhouli-Suifenhe Geotransect Region

1.IntroductionTheManzhouli-SuifenheGeoscienceTransect(M-SGT)isinthenortheastChina,acrosstheprovincesofInnerMongoliaandHeilongiiang.Geologically,itissitllatedamongtheplatesofNorthChina,SiberiaandWesternPacific.ThewholeIengthoftheM-SGTisaboutl3Ookm,whichcrossesmanytectonicunits(Fig.l).ItisclearthatitstectonicsitUationisuniqueanditsgeologicstructUreiscomplex.Deepearthquakeshappenfrequentlya1ongthetransect.Therefore,itisarepresentativeprofileofnortheastChinaandtheNortheastAsia.TheM-S…     

喜马拉雅造山带的地壳上地幔结构——近震反射观测结果

2002-2005年完成了穿越喜马拉雅山的宽频地震探测,采用了沿剖面紧密排列的台站布置并获得了近震中的反射波资料,这对地壳和岩石圈内部速度界面的研究有重要意义.地震数据及研究结果表明,青藏高原的地震主要发生于上地壳范围内,高原莫霍面反射波的纵波PmP与横波SmS波至清晰可辨且有很强的能量,在跨越雅鲁藏布江时PmP和SmS均发生了错动,表现为北深南浅.在改则至鲁谷沿线所记录到的发生在拉萨地块的Fw21事件的地震数据中,拉萨地块内部的莫霍面反射波,尤其是SmS波至非常清晰连续,地壳纵波平均速度为Vp=6.3km/s,表明拉萨地块内部Moho面平坦、连续,不存在突起与错位.在此Moho面之前出现壳内较强反射界面,埋深45kin可能正是下地壳的顶界面.P208事件中PmP和SmS均清晰可见,然而在距震中450km及其以远地段存在两个清晰的震相PLt及SLt,并且其能量很强,可能是位于160km深处的岩石圈底界面的反映.根据对近震资料的分析研究,本文建立了该地区的地壳上地幔的结构模型.     

青藏高原东北缘岩石圈密度与磁化强度及动力学含义

利用横贯柴达木盆地南北的格尔木—花海子剖面岩石圈二维P波速度结构以及地震波速度与介质密度之间的关系,建立了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度的初始模型。依据重磁同源原理,在柴达木盆地重、磁异常的二重约束下完成了重磁联合反演,获得了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度分布。结果表明:柴达木盆地地壳厚度沿测线变化较大,平均厚度约60km。在柴达木盆地南缘地壳厚约50km,达布逊湖附近地壳最厚为63km左右,大柴旦附近地壳较薄,为50km左右。柴达木盆地的地壳纵向上可分为三层,即上地壳、中地壳与下地壳。位于盆地中部的中、下地壳分别发育大范围的壳内低密度体,并处于上地幔隆起的背景之上;横向上可将盆地分成南北两个部分,分界在达布逊湖附近。整个剖面结晶基底埋深变化也很大,在达布逊湖附近为12km,在昆仑山北缘基底几乎出露地表。结晶基底的展布形态与地壳底界,即莫霍面呈近似镜像对称。综合研究认为,柴达木盆地的岩石圈结构存在着明显的南北差异,其分界在达布逊湖的北面。在盆地南部,岩石圈介质横向变化较小,各层介质分布正常;在盆地的北侧,岩石圈结构特别在中、下地壳和上地幔顶部横向上发生了变化。壳内低密度体的存在意味着柴达木盆地具有较热的岩石圈和上地幔,加之基底界面与莫霍面的镜像对称分布,形成与准噶尔盆地和塔里木盆地的构造差异。多种地球物理参数所揭示的地壳上地幔结构及其横向变化特点为柴达木盆地构造演化及青藏高原北部边界的地球动力学研究提供了岩石圈尺度的地球物理证据。     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

Crustal Poisson’s ratio anomalies in the eastern part of North China and their origins

Seismic tomography can provide both fine P-wave and S-wave velocity structures of the crust and upper mantle.In addition,with proper computation,Poisson’s ratio images from the seismic velocities can be determined.However,it is unknown whether Poisson’s ratio images have any advantages when compared with the P-wave and S-wave velocity images.For the purposes of this study,high-resolution seismic tomography under the eastern part of North China region was used to determine detailed 3-D crustal P- and S-wave seismic velocities structure,as well as Poisson’s ratio images.Results of Poisson’s ratio imaging show high Poisson’s ratio(high-PR) anomalies located in the Hengshan-North Taihang-Zhangjiakou(H-NT-Z) region,demonstrating that Poisson’s ratio imaging can provide new geophysical constraints for regional tectonic evolution.The H-NT-Z region shows a prominent and continuous high-PR anomaly in the upper crust.Based on Poisson’s ratio images at different depths, we find that this high-PR anomaly is extending down to the middle crust with thickness up to about 26 km.According to rock physical property measurements and other geological data,this crustal Poisson’s ratio anomaly can be explained by Mesozoic partial melting of the upper mantle and basaltic magma underplating related to the lithospheric thinning of the North China craton.     

南北构造带天水、武都强震区地壳和上地幔顶部结构

利用两条相互垂直的高分辨地震折射/宽角反射剖面和相应的非纵观测的多个扇形剖面取得的人工地震资料, 研究天水和武都8级大震区的地壳和上地幔顶部结构和构造.二维剖面结果显示, 地壳沿垂向可分为上地壳和下地壳两大层.上地壳中部存在低速层, 层内介质速度比背景值低0.3~0.5km/s.莫霍面深度大约为46~48km.NE向的天水-武都剖面下地壳速度在横向上变化剧烈, NW向的成县-武山剖面, 在礼县以西, Moho面和C界面有被上涌物质改造过的迹象.三维速度成像显示, 在105°E附近, 从7至11km的深度范围内, 存在一条近NS向的断裂带, 在该带的两侧速度结构有明显的差异, 西侧为低速异常, 而东侧为高速异常, 这一近NS向的断裂带与二维剖面的下地壳深断裂在位置上很接近.该地区的几个8级大震均发生在105°E附近, 并且呈一近NS条带.