大陆岩石圈流变学研究的发展现状与前景

板块构造登陆导致大陆动力学的兴起,但大陆动力学迄今在理论上尚无长足发展,究其原因是大陆构造的复杂性,这一复杂性取决于大陆岩石圈复杂的流变学结构(纵向分层和横向不均一)。因此,大陆岩石圈流变学研究是大陆动力学的核心,并成为发展大陆动力学、完善板块构造理论的关键研究领域,同时对构造地质学学科发展具有推动作用,并在资源形成和地震机理方面具有实际意义。本文在阐述了岩石圈流变学的发展与现状的基础上,较详细分析了大陆流变学的核心内容:大陆岩石圈流变学结构特征,大陆物质的本构方程及大陆流变学特性对大陆变形与构造演化的影响。本文还总结了我国开展大陆流变学的基础和条件,对未来研究进行了展望:1)形成常态的多尺度-多手段-多学科-多部门的联合研究;2)缩小量子力学和岩石/矿物流变结构研究间的差距; 3)从全球尺度物质流动着手,构建以流变学为基础的大陆动力学模型。     

地幔转换带520 km地震不连续面及其成因

前人研究表明410 km和660 km地震不连续面分别由橄榄石向瓦兹利石相变和后尖晶石相变引起。但对520 km地震不连续面(简称D520)的研究相对较少,对其成因的解释还存在很大争议。橄榄石中瓦兹利石-林伍德石相变以及CaSiO₃钙钛矿的出溶反应被广泛认为是D520的相变成因。辉石相变为尖晶石+斯石英组合也曾被认为是D520的可能成因。1 400 ℃条件下对MgSiO₃辉石相变的实验研究,结合前人对橄榄石相变的研究成果,计算了方辉橄榄岩在1 400 ℃、18 GPa条件下因辉石-瓦兹利石+斯石英和瓦兹利石-林伍德石相变引起的密度增量和波速增量,发现俯冲方辉橄榄岩中辉石的相变对520 km深度的密度增量和波速增量有很大的贡献,有助于形成D520。此外,在探讨D520的成因时应综合考虑地幔转换带中温度,水以及矿物间Fe、Mg、Ca等主量元素分配等因素的影响。      

结晶岩中天然气异常的地震响应

通过对中国大陆科学钻探主孔地质及地震反射资料的综合研究,发现甲烷、二氧化碳与氦等气体异常与三分量地震反射带有关,在水平分量剖面上尤其明显．然而,在甲烷等气体异常存在的井段,结晶岩石的孔隙度仅为1％左右,难以说明产生地震响应的原由．主孔岩心地震波速测量结果表明,尽管结晶岩的孔隙度低,其中微裂隙含气会引起地震波速（尤其是S波速度）与饱水岩样相比明显降低,导致充气结晶岩石产生明显的地震响应．据此可以预测,如果中地壳部分岩石因水岩作用孔隙度提高并且充有天然气,中地壳顶部天然气会聚于孔隙度提高的结晶岩中的几率将大于地壳．由于这种会聚会引起低渗结晶岩石S波速度明显降低,地震方法将来可用于探测中地壳的天然气床．     

秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用

提供了秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用的地质、地球物理、地球化学证据,建立了下地壳拆沉作用的化学地球动力学模型.综合研究表明,大别-苏鲁地区的榴辉岩是最可能被拆沉的物质,现今秦岭-大别地区地壳较为亏损的Eu,Sr,Cr,Ni,Co,V和Ti含量要求被拆沉的榴辉岩质下地壳累计厚度为37～82km.秦岭-大别造山带现今众多地质、地球物理和地球化学特征可较好地用下地壳拆沉作用来解释.     

TTG岩石组合及其成因的实验模拟

对ＴＴＧ岩石组合及其时空分布特征,成因假说,部分熔融实验模拟进行了综述。ＴＴＧ岩石重稀土元素分馏模式和亏损重稀土元素的特征表明其源区为铁镁质地壳;部分熔融实验结果显示,ＴＴＧ岩石最可能的成因机制是角闪岩或榴辉岩在高压下通过较高程度的部分熔融形成的,其残留相为呈悬浮状的榴辉才块。     

深源地震机理的回顾:现状与问题

深源地震(deep earthquakes)对于研究地球内部结构及板块的运动、动力学机制等起着重要的作用。从和达清夫首次发现深源地震至今80多年的时间里深源地震得到了广泛关注,获得大批高质量的成果。但是,其成因机制至今仍然是未解之谜。目前,大家广泛接受以脱水脆裂为中源地震的成因机制,反裂隙断层为深源地震的成因机制。剪切失稳等机制也能对中源与深源地震的成因做出较好的解释,但仍需进一步的实验研究。中国东北珲春等地区位于环太平洋地震带上,也是中国唯一存在的深源地震带。对地表地质构造、矿物岩石物理学、深部探测和高温高压实验及数值模拟分析的综合研究是解决深源地震机制问题的有效途径。加强中国东北深源地震机理与西太平洋板块俯冲的研究,对进一步认识我国东部大地构造格局演化有着重要的深部背景意义。     

俯冲带的碳循环及其对地球深部动力学过程的启示

俯冲带的碳循环不仅在维持地球表层和地球深部之间的碳平衡方面起着关键的作用,而且还和许多重要的地球深部动
力学过程密切相关。热动力学数值模拟和高温高压实验的研究结果表明,俯冲大洋板片中的大多数碳酸盐能够在弧前和弧下深
度幸存下来,从而进入更深的地幔中。在地幔过渡带,因为板片滞留所带来的热松弛效应将使幸存下来的碳酸盐以熔体的形式释
放出去,其独特的物理化学性质使这些熔体构成了一种有效的交代组分。考虑到地幔过渡带的氧逸度特别低,那些进入未经交代
地幔中的碳酸盐熔体将变得不稳定而被还原成其他形式。不过在随后地幔对流上升的过程中,这些被还原的表壳碳又会因为氧
逸度在某些临界深度发生突变而氧化熔融,这也许可以解释地幔不同深度所存在的某些高导低速体和地震波各向异性等现象。
作为洋壳俯冲的后续过程,陆壳的深俯冲作用也可以将表壳碳带至地幔深处,例如超高压大理岩和碳酸盐化榴辉岩的广泛产出就
是最好的证明。超高压变质岩中金刚石的产出表明其构成了表壳碳在地幔深处的一种重要赋存形式,研究显示其形成过程和富
碳熔体、流体的活动密切相关。虽然前人针对俯冲带的碳循环已经取得了若干研究进展,然而仍有大量的科学问题亟待解决。最
后就一些关键性的问题进行了列举说明,并对未来的研究方向进行了展望。      

Poisson's ratio of eclogite: Implications for lower crustal delamination of orogens

Eclogite is essentially a bi-mineralogic high-grade metamorphic rock consisting of garnet and omphacite and is the product of high-to-ultrahigh pressure metamorphism of basaltic rocks due to the subduction of oceanic crust or the thickening/subduction of …     

西藏亚东淡色花岗岩Rb—Sr和Sm—Nd同位素研究——关于其年龄和源岩的证据

对西藏亚东淡色花岗岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素的详细研究表明,亚东淡色花岗岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成十分不均匀,其初始Sr值和ε-(Nd)(13 Ma)分别介于0.756～0.775和-11.6～-16.3。由于存在着显著的同位素变异,而难以获得其全岩Rb-Sr等时线年龄。但研究获得了12.9±0.95Ma矿物—全岩Rb-Sr等时线年龄,其锶初始值为0.7744±0.0008,该年龄可以与高喜马拉雅带其他淡色花岗岩的年龄对比。Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成显示亚东淡色花岗岩的源岩很可能是聂拉木群副变质岩。年龄统计分析表明,喜马拉雅淡色花岗岩是在地壳伸展和快速隆起背景下形成的,因此它的形成年龄是碰撞造山后地壳强烈活动和快速隆起的重要标志。     

纳米级超高压相金红石——大陆深俯冲深度的示踪

大陆深俯冲深度对于了解大陆碰撞造山带中超高压变质岩的折返动力学具有重要意义。文章重点综述了德国含金刚石片麻岩纳米级超高压相 α PbO2 型、斜锆石 (ZrO2 )型结构TiO2 以及金红石其它多形的超显微构造特征、形成的温度压力条件、相变机理以及动力学意义。中国大别—苏鲁超高压变质地区广泛发育金红石副矿物、金红石包裹体或针状金红石出溶体 ,它们为超高压纳米相α PbO2 型和斜锆石型结构TiO2 的存在提供了必要的物质前提。纳米新技术在地球科学中的应用 ,必将给地球科学的发展带来的契机。