中国岩石圈三维结构数据库地理信息系统设计

数据是地理信息系统的基础,数据库的建设是地理信息系统建设的关键,也是最重要的一步。按照ArcSDE GeoDatabase模型结构进行空间数据库建模,将数据库存放在数据库服务器端,用户通过空间数据库引擎ArcSDE访问数据库,便于实现数据共享和多用户并发操作。ArcObjects是ESRI公司开发的面向对象的地理数据模型和高度集成的软件组件库,是一套完全符合COM标准的大型软件架构。在服务器端以SQL Server 2000+ArcSDE8.1为空间数据库平台,客户端的管理系统通过ArcObjects+VB6来开发设计。     

基于GeoDatabase的中国岩石圈三维结构数据库设计

数据对于GIS是非常重要的,但目前在各领域的GIS应用中,普遍对数据的重视程度不够。“中国岩石圈三维结构数据库”是基于GIS（地理信息系统）平台下建立起标准、规范的空间数据库,是整个数据库系统稳定运行的基础。CASE工具是建立复杂地理数据库的最佳方法之．,本文依据面向对象的地理数据模型——GeoDatabase,讨论用CASE工具来建立基于GeoDatabase的中国岩石圈三维结构数据库的具体过程。     

中国岩石圈三维结构数据库元数据的设计与管理

中国岩石圈三雏结构数据库基于ArcGIS平台。为进行项目的空间数据规范化管理，通过时FGDC标准和ESRI规范的元素项作了适当取舍和简化。制定了项目的空间数据元数据标准，该标准和FGDC标准兼容；用ArcObjects编程实现了专用的元数据编辑器；编制项目专用XSL样式表。使用ArcGIS系统的同步程序及定制的元数据编辑器实现了空间数据的元数据管理。     

深部地球物理探测数据库总库与图形库管理系统建设

深部地球物理探测数据库包括7个专业子库,但由于7个子库均是独立存在,因此无法通过某一个子库了解整个深部地球物理探测数据库的汇总性信息,而且对某些简单信息的查询也必须进入子库才可以完成.建立"总库与图形库管理系统",就是以7个子库为数据对象,针对管理部门、科研机构和社会公众的不同需求,将数据库技术和GIS相结合,以文本和图形2种方式,实现对整个深部地球物理探测数据库的数据查询与汇总,并把包括7个子库在内的地球物理探测数据库集成为一个系统.     

中国岩石圈三维结构数据库数据可视化控件的设计与实现

中国岩石圈三维结构数据库和其他研究场合涉及大量数据可视化问题。研制数据可视化控件可以达到最大程度的重用，各种二维数据可视化控件用Visual Basic开发，用Windows API提高图形绘制能力。开发中从控件的显示界面、控件的属性、控件的事件和方法等方面进行规划和实现。对于各种地球物理数据可视化，除了涉及数据的控件专业属性、数据的传递和图形的具体绘制过程不同外，控件的其他部分是相同的，因此在开发不同的控件时可以重用大部分的代码和设计思想。     

中国岩石圈三维结构专项研究主要进展和成果

“中国岩石圈三维结构”专项研究取得诸多新发现和新成果:建成中国第一个“岩石圈三维结构数据库”;建立了中国岩石圈结构模型;深化了对中国东部岩石圈、软流圈性状、结构的认识,证明岩石圈与软流圈之间存在呈“层块结构”的过渡带,在东亚至西太平洋地区70～250km深度发现一巨型低速异常带;揭示中国东部岩石圈呈现明显的“上老下新”的年龄结构;初步建立了中国大陆岩石圈岩石学结构模型,把中国大陆及毗邻海域岩石圈划分为5种类型;提出中国岩石圈构造单元划分方案,把中国大陆及毗邻海域划分为2个岩石圈构造域和6个岩石圈块体;证实青藏高原存在巨型南北向构造;在地质上获得一些新发现和新认识。     

中国岩石圈三维结构雏型

根据岩石圈的流变习性,可以将中国岩石圈分成3层,即:弹性上地壳、塑性下地壳和岩石圈地幔.它们的构造各不相同,并且各层间呈现复杂的关系.在新疆地区,上地壳推覆叠置形成以三山四盆为特点的盆山构造,驮伏在一系列东西走向的条带状背型构造与向型构造的下地壳之上.在强烈隆升中的西藏地区,它的周边是差异隆升,但它的腹部地区的弹性上地壳完整未遭破坏.这是因为它的腹部的下地壳和岩石圈地幔发生局部熔融,上地壳被局部熔融的下地壳和岩石圈地幔顶托,以液压的方式整体抬升.华北地区,则是软流圈上升破坏了岩石圈地幔,形成新生地幔与残留地幔并存的蘑菇云岩石圈地幔构造.并由于软流圈的上升,使地壳拉张减薄形成裂谷盆地.中国大陆下除了东北吉辽地区太平洋板块向大陆俯冲外,东部其他地区都没有发现太平洋板块俯冲的证据.中生代以来中国东部发生的岩石圈巨变不是太平洋板块向中国大陆的俯冲而造成的,而是软流圈物质上涌的结果.因此,中国大陆当今的构造动力,是西部由印度板块俯冲推挤和东部东亚-西太平洋软流圈上升构成的二元系统.这两个动力系统的分界是南北地震带.在南北地震带以西整体处在压缩环境中:南北地震带以东,则处在拉张环境中.正是由于应力场由压缩转变成拉张产生的剪应力造成了南北地震带.华北地区所以成为地震活动地区是因为它的岩石圈地幔已被强烈的改造成为蘑菇云构造.热流上升,弹性层急剧减薄,弹性极限下降所致.     

岩石圈三维结构与动力学数值模拟

通过基于专项所属各项目的探测数据和成果, 结合课题组已经积累的数据与建模基础, 以及本项目组特定需要进行岩石物性参数测试及相关的流变本构关系研究, 进而开发并集成大规模并行有限元数值模拟平台系统, 进行地球动力学过程的综合定量模拟分析。同时建立高性能并行可视化平台, 据此进行中国大陆深部地幔对流与岩石圈耦合关系的探测数据与数值模拟结果的并行可视化研究分析, 探讨回答中国部分典型构造区域的典型地球动力学过程的关键问题。     

基于WebGIS的中国岩石圈三维结构共享服务功能研究

本文以国土资源部中国岩石圈三维结构数据库专项计划为依托,利用ESRI公司的ArcIMS作为开发工具,建立了基于WebGIS数据共享平台。文中分析了当今的WebGIS设计思想,详细介绍了该平台的网络结构、系统数据组织、各专业空间数据的发布方式、共享服务功能的实现。通过整个数据共享平台的建立,总结了目前GIS技术和地学研究相互促进共同发展的方向。     

东海及邻近地区岩石圈三维结构研究

文中首先对两条剖面的岩石圈结构进行了论述。以两条剖面的岩石圈结构作为约束,采用小波分解、全磁纬变倾角化极和地热场反演岩石圈底界等项技术,获取了研究区沉积基底面、莫霍面和岩石圈底界面在三维空间的展布以及岩浆岩的分布。在此基础上论述了岩石圈各层的展布及岩石圈三维结构单元的划分,认为东海陆架盆地的东部凹陷带为寻找油气最有利的地区,冲绳海槽为弧后盆地,钓鱼岛岩浆岩带为中酸性岩浆岩带,吐嘎喇火山带为当今火山弧,琉球岛弧为欧亚板块裂离部分,琉球岛弧东部斜坡为古东海大陆架的陆坡,位于此陆坡上的凹陷为弧前盆地。     

青藏高原岩石圈三维结构及高原隆升的液压机模型

青藏地区可以昆仑断裂和雅鲁藏布缝合线为界分为3个岩石圈地球物理特征各不相同的区域:青海高原、藏北高原和藏南高原。青海高原位于昆仑山脉以北,是重力高和重力低毗连出现的盆山结构。藏南高原位于雅鲁藏布江以南,是印度板块分布的地区,其上是印度板块的陆缘沉积。它的地壳结构是一个向南运动的逆冲推覆系统。INDEPTH反射剖面在藏南发现的主喜马拉雅逆冲断层(MHT)与宽角反射地震扇形剖面得到的T4震相反射面完全吻合。两种地震测深方法得到的结果之间不存在矛盾。T4震相在高喜马拉雅地区没有显示,MHT向南延伸到高喜马拉雅只是一个推论,因而MHT是否为印度板块的俯冲带仍有待于获取新的证据。在昆仑山脉以南到雅鲁藏布缝合带为藏北高原,是广泛发生局部熔融的强流变岩石圈。局部熔融地区呈漏斗状。在藏北广泛存在的深度为15～20km的上部地壳内的低速层是一个最富于流变性能的局部熔融层,它的埋藏深度平坦稳定,可能含大量水质流体。紧挨着上述上部壳内局部熔融层,在藏北岩石圈大范围出现分布不均匀的网状局部熔融。局部熔融体的底部从雅鲁藏布江地区的80km向北逐步加深到200km。漏斗的漏管处位于羌塘—可可西里。藏北局部熔融体的形成是由于印度板块向北运移,受到亚洲板块的阻挡,沿雅鲁藏布缝合带向青藏高原高角度俯冲,在弧后羌塘—可可西里地区产生高热流上升地幔所致。根据卫星重力异常、航空磁测、地震接收函数研究、地球化学资料以及地表地质均揭示,印度板块沿雅鲁藏布缝合带的俯冲仅发生在亚东—唐古拉一线以西的西藏西部。在亚东—唐古拉一线以东,印度板块与西藏块体间仅仅发生碰撞,但没有发生俯冲。高原的整体隆升是由液压效应所造成。青藏高原的隆升像一台液压机。印度板块对青藏俯冲过程中产生的各种应力,通过局部熔融体,传递到地壳深15～20km处的熔融层,在其下形成一个等压面。在这个等压面的驱使下,在低速层以上未被局部熔融的地壳的底部均匀受力,将它们同步向上抬升。高原隆升期后的跨塌,使上部地壳向四周流动。在青海高原,造成毗连阿尔金断裂的一系列由西南向北东方向推动的叠瓦构造。在雅鲁藏布江以南地区,形成一系列向南凸出的弧形逆冲断层。在昆仑山脉与雅鲁藏布缝合带之间,向东的流动便形成上部地壳的滑脱构造。虽然青藏高原的形成是由于印度板块的俯冲,但它的隆升机制不单纯是一个刚体力学问题,更重要的要考虑到流体的作用,简单的用以刚体假设为前提的板块学说去解释高原的隆升机制是青藏高原研究中的误区。西藏高原的深部是一个大热库,西藏热储的开发利用是一个重大的研究课题。     

中国大陆及邻区岩石圈地壳三维结构与动力学型式

通过中国大陆及邻区地震测深剖面的系统构造解析,建立起中国大陆岩石圈地壳厚度与速度结构模型。本文根据地壳厚度与速度结构模型、地壳变形结构样式、地壳地质结构与构造演化、地壳运动学与动力学等四方面标志,将中国大陆岩石圈地壳划分为3类6种地壳结构-动力学型式:克拉通型褶推式结构-挤压动力学型式、克拉通型地垒结构-拉伸动力学型式、增厚型高原扇形结构-碰撞楔入动力学型式、增厚型造山带楔状结构-俯冲楔入动力学型式、减薄型盆岭结构-块体伸展动力学型式和减薄型铲状结构-整体伸展动力学型式。笔者探讨了克拉通型地壳、增厚型地壳和减薄型地壳的基本特征、相互关系及其地质意义。     

论中国西部岩石圈三维结构及其对寻找油气资源的启示

利用卫星重力异常研究中国西部岩石圈构造，发现中国西部壳内存在规律、清晰的平行线状排列盆山构造。自北而南是：额尔齐斯盆地带、北准噶尔隆升带、天山北盆地带(或天北盆地带)、天山隆升带、淖毛湖一乌力吉盆地带、天山南盆地带(或天南盆地带)、库鲁克塔克一北山隆升带、阿尔金山一祁连山北盆地带(或塔南盆地带)、西昆仑一阿尔金一祁连山隆升带以及柴达木盆地带和藏南盆地带。壳内盆地带主要形成于印支一燕山期强烈的挤压褶皱带内。喜马拉雅期，在印度板块自南西向北东的俯冲作用下，使婆罗科努山一察布查尔山一阿拉沟山一额尔宾山一霍拉山等山系横向隆升，和天山山脉一起，将新疆地区分割成伊宁盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地，形成当今新疆地貌。研究表明，上述横向隆升山脉和其他北西一南东向新构造，在岩石圈地幔中均有相应的卫星重力异常，推测新构造运动的动力来自岩石圈地幔。对青藏高原的研究表明，青藏高原以雅鲁藏布江断裂、班公湖一怒江断裂、澜沧江和金沙江断裂等一系列相互平行的断层和其夹持的条形地块为特征，表层构造与壳内构造不符。这些条形构造和青藏高原地壳向东南的逃逸构造仅发生在上地壳。研究还表明印度板块俯冲到地幔仅发生在西藏西南部。在JJI西一藏东存在南北向的稳定地块，阻挡了印度板块向青藏高原俯冲的进程。从这项研究中得到启示，西部寻找油气资源应考虑：①不要局限于新生代盆地；②研究盆地的构造背景要考虑深部构造的控制；③基础研究对寻找油气资源能发挥重要的预测作用，可以为寻找古生代、中生代油气田提供线索，为部署工作提供参考。尤其应对天北盆地带、天南盆地带、塔南盆地带、柴达木盆地带，以及藏南盆地带的深部整体面貌及它们对地表构造的控制作系统的调查研究。     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

城市三维地质调查数据库

将城市地质调查中的基础地理、工程地质、地球物理、地球化学等数据综合起来进行一体化管理, 对城市规划、建设、环境综合评价、公众信息发布具有重要的意义.在通过分析城市地质调查数据的广泛性、多样性、多维性等特点的基础上, 对数据进行了分类整理, 提出了适合城市三维地质信息管理与服务系统建设的基于勘测点的数据结构模型, 这种结构具有简单、易维护、可以满足多层次查询需求等特点.在此基础上结合城市三维地质应用设计了C/S (Client/Server) 和B/S (Browse/Server) 混合的数据库体系结构, 达到了应用的要求.      

中国兴蒙—吉黑地区岩石圈结构基本特征

兴蒙—吉黑地区岩石圈由额尔古纳、兴安、松嫩和佳木斯4个古陆块及完达山中生代大陆边缘增生杂岩构成。Nd同位素模式年龄显示,佳木斯陆块时代最老,1500～2200Ma;额尔古纳陆块次之,1000～1600Ma;兴安和松嫩陆块具有相同的Nd模式年龄,500～1200Ma。地球化学示踪分析表明,该区古生代时表层地壳的Nd同位素模式年龄以中元古代为主,而中生代花岗岩的Nd同位素模式年龄主要为新元古代,表明该区深部地壳的年龄较表层地壳的年龄年轻,显示出该区地壳具有下新上老的年龄结构。Os同位素分析同时证明,该区岩石圈地幔也多表现为年轻性质。地震(Vp)速度结构显示,该区岩石圈结构在垂向上具有两个明显的特征:一是与传统意义上的地震岩石圈概念明显不同,该区岩石圈地幔的低速带没有稳定连续的顶界面,低速异常顶界面深浅不一,与高速异常体犬齿交错,某些构造单元之下的低速异常直达Moho,但底界面却十分稳定,深度为230～240km;二是“立交式”速度结构,表现为在地壳范围内,速度等值线总体呈北东向展布;岩石圈地幔的速度等值线呈北北西-近南北向展布;低速异常圈层的速度等值线为近东西向展布。     

中国大陆岩石圈岩石学结构、类型与不均一性

根据中国大陆的地质特征和现今地球物理特征,区分不同地区的岩石圈类型;依据岩石学方法、地球演化模型、地震波速与成分的关系等综合方法,建立了相应类型岩石圈的岩石学结构;根据岩石圈的动力学性质,划分出中国大陆克拉通、造山带、裂谷、边缘海洋壳和岛弧等5大岩石圈类型,首次构建出中国大陆岩石圈岩石学结构模型,展示了中国大陆岩石圈的不均一特征。