金星的地幔对流、岩石圈演化和表面更新

金星在大小、轨道半径等方面与地球非常接近,但现今的观测显示金星在大气、表面温度、重力与地形特征等方面与地球非常不同.对固体金星而言,最显著特征是有火山活动但没有活动的板块构造运动、表面平均大约500±200 Ma的年龄显示金星发生过全球性表面快速更新、重力与地形强相关.本文在简要介绍已有工作的基础上,主要介绍我们基于这些观测特征开展的金星动力学研究,包括现今地幔的对流模式、相变对表面更新的影响、地壳厚度、岩石圈演化与表面更新等研究工作和取得的初步认识.     

Telecommunication interactions between microplates and basal mantle LLSVPs.SCIEI北大核心CSCD

基于海洋地质地球物理观测建立的板块构造理论意味着板块和浅部地幔共同演化,然而地幔底部尤其是大型横波低速异常区(LLSVP)与板块(尤其微板块)运动和演化之间是否存在关联仍有争议。一些研究认为LLSVP长期保持稳定,而另一些模型则认为它与各级板块存在相互作用。为此,本文通过总结前人成果,并基于近期发表的板块重建和地幔对流模型进行进一步分析,探讨微板块运动和LLSVP的演化关系。模拟结果表明,微板块与大板块类似,俯冲后通常会下沉至核幔边界。微幔块会推动地幔底部热的物质聚集并形成大的热化学结构。该热化学结构与层析成像揭示的LLSVP基本吻合。下地幔径向流速场和温度场的二阶结构与地表速度场散度的二阶结构随时间的移动轨迹相似,表明深浅部圈层的耦合演化,但是下地幔结构演化一般会滞后于浅表。在微幔块推挤之下,地幔柱优先沿着地幔底部热化学结构的边缘形成,且有时会被推至热化学结构的内部。地幔柱上升至浅部后,能够导致岩石圈弱化甚至裂解或板块边界跃迁,形成微板块。因此,地幔底部LLSVP不是稳定或静止的,而是与微板块动态协同演化,并通过地幔柱与浅表板块边界发生遥相关,从而控制微板块生成场所。     

地磁日变不同时段特征差异及对地磁日变改正的影响

海上工区地磁数据与远端台站地磁日变资料之间的相位差(即时差)和幅值差仍然是影响海洋磁力测网精度的难点。作者依据东海两侧的台站和3个更高纬度的欧洲台站,分析和统计了日变曲线日间、夜间以及强磁扰等期间的形态特征、相位差、幅值差等要素的数值差异。结果显示：在日间,台站间的相位差(时差)是不断变化的,导致午时左右有较大的幅值差;在夜间,台站间资料具有吻合的相位,幅值差多小于4 nT;在磁暴等强磁扰活动期间,台站间的相位一致,幅值差甚至小于平静日期间的幅值差,根据大洋实测资料,磁暴期间与平静日的测线交点差的绝对值小于3.2 nT。台站间地磁日变资料的相位差和幅值差的变化特征有助于海洋地磁资料的日变改正。     

金星的重力场与地壳厚度

利用Megellan号探测器确定的重力场和地形模型资料,进一步分析了金星重力场特征,并利用金星地幔对流模型建立了动力学模型的大地水准面地形比,即动力学模型导纳.然后利用该动力学模型导纳,基于2~40阶大地水准面是由与动力学过程相联系的岩石圈下密度异常产生的假定,在扣除重力场和地形的动力学影响的基础上,利用球面Parker公式反演了金星地壳的厚度.结果显示:金星重力场和地形受到金星地幔动力学过程的强烈影响;金星地壳也对地形产生显著影响;金星地壳厚度变化范围主要集中在28~70 km,Ishtar高原以及Aphrodite高原西部的Ovda和Thetis区域是金星地壳最厚的区域(大于50 km),该区的高地形主要与地壳均衡相关,这与其是古老陆地残留的推测一致.在Beta,Themis,Dione,Eistla,Bell和Lada区域地壳厚度较薄,且与地形无明显相关.特别是在Aphrodite高原东部的Atla和Imdr区域,地壳厚度与周围区域地壳厚度基本一致.这种特征与这些区域的高地形主要是由热柱的动力学过程引起的假定相一致.与包含动力学影响得到的金星地壳厚度相比,扣除动力学影响后得到的金星地壳厚度能更好地反映金星地壳的演化和内部动力学过程.     

卡罗琳板块及其附近地区的岩石圈有效弹性厚度

本文利用卡罗琳板块及其附近地区的自由空气重力异常和海水深度数据,结合滑动窗口导纳技术(MWAT),计算了该地区的岩石圈有效弹性厚度T_e.本文使用Multitaper(多窗谱)方法对功率谱密度进行估计,基于实际的海底地形,通过模拟计算得到了MWAT方法较真值的改正,MWAT方法计算的结果偏小20%左右.研究结果显示卡罗琳板块及其附近地区的T_e变化范围为1~34km.研究区域包括了海山、海底高原、俯冲带、扩张洋脊等多种构造,对它们的岩石圈强度的研究为认识西太平洋地区岩石圈的构造和演化提供了重要的依据.T_e与加载时的岩石圈年龄、地表热流相关.T_e与海底地壳年龄之间的关系显示T_e主要位于板块冷却模型的450℃的等温线深度以上.西太平洋的Magellan海山和Marcus-Wake Guyots(MWG)地区的T_e主要分布在加载形成时板块冷却模型的200℃的等温线深度附近,较低的等温线可能受太平洋超级地幔柱的影响.我们的研究结果也显示在研究区域内海洋地壳的热流与T_e之间存在一定的反相关性.