关于岩石圈有效弹性厚度的地质理解

简要回顾了岩石圈均衡理论的发展及岩石圈区域均衡和挠曲理论在岩石圈动力学研究中起的作用,阐述岩石圈有效弹性厚度(Te)的概念和特征。强调Te的研究是地质学和地球物理学的紧密结合,即通过岩石圈挠曲理论和区域均衡原理,对地形和重力资料进行谱分析计算,来获取岩石圈的物理性质信息。计算的Te(和相应的挠曲刚度)是岩石圈等效的强度,与爆破地震、地震层析成像和大地电磁测深等方法观测到的岩石圈和地壳厚度不同,它们之间只有通过岩石圈的屈服刚度包络面(YSE)才能比较。大洋和大陆岩石圈YSE的理论计算,表明Te值显著小于地震学的地壳和岩石圈厚度。尤其对于大陆岩石圈,地壳厚度、热年龄和应变率均可显著影响岩石圈的强度。本文还以滇西为实例介绍了对相干值曲线计算的新认识和当前岩石圈Te研究的最新趋势。     

塔里木盆地岩石圈热-流变学结构和新生代热体制

塔里木盆地是我国特大型沉积盆地,也是“西气东输”工程的重要战略基地。利用盆地区大量的地温及岩石热物性参数并结合地热学知识分析了塔里木盆地的现代地温场、热演化和岩石圈热-流变学结构,并进一步讨论了地热场和岩石圈性质对成盆、成烃和成藏的意义。研究结果表明塔里木盆地现今平均大地热流为45mW/m2,平均地温梯度为18~20℃/km;整体上具有低温冷盆的特征。地温场的展布具有明显的横向差异,不同构造单元的地温场特征相差较大:坳陷部位具有较低的地温,隆起区具有较高的地热特征。热演化模拟表明盆地自成盆以来经历了从震旦纪—奥陶纪高热流(“热”盆)、志留纪—晚古生代热衰减(“热”盆向“冷”盆过渡)、中生代稳定的热演化(低热流“冷”盆阶段)、新生代岩石圈挠曲热演化等阶段。“热”岩石圈厚度为205~230km,有效弹性厚度(Te)达66±7km,脆-韧性转换深度为25~28km,岩石圈总强度为1.6×1013~7.8×1013N/m。盆地区的岩石圈表现为地温低、强度高的刚性块体,具有整体变形特征。受印度-欧亚大陆碰撞的远程效应影响,塔里木盆地作为刚性块体进行应力传递,盆地周边产生强烈变形,表现山脉的急剧隆升和盆地边缘的快速挠曲沉降。这一动力学过程造成地层内部流体趋于流向山前隆起带,并对油气成藏和分布具有重要的控制作用。     

渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构与热-流变学演化

文章主要利用中—新生代热史、地壳分层结构以及流变学参数,模拟计算渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构和热-流变结构演化特征。结果表明,盆地由三叠纪—侏罗纪时期的"冷幔热壳"型岩石圈热结构转变为白垩纪至今的"热幔冷壳"型岩石圈热结构。从济阳坳陷岩石圈热-流变结构演化特征来看,中生代早期上地壳上部、中地壳上部及上地幔顶部表现为厚的脆性层;早白垩世初期中地壳上部及上地幔顶部的脆性层完全转变为韧性层;晚白垩世开始,中地壳上部出现薄层的脆性层;古近纪早期中地壳上部脆性层变薄变浅;现今则除了发育上地壳上部、中地壳上部脆性层外,上地幔顶部开始在浅部发育薄的脆性层。中—新生代岩石圈总强度演化表明在早白垩世晚期和古近纪早期经历了两期减弱,中生代早期岩石圈总强度远大于中侏罗世之后的岩石圈总强度。岩石圈热-流变结构和强度演化与华北克拉通破坏过程中岩石圈厚度的变化具有良好的对应关系,从侧面反映太平洋板块俯冲和回撤导致华北克拉通东部破坏的地球动力学过程。因此,岩石圈热-流变结构可以为盆地形成、大陆边缘和造山带等的动力学演化过程研究提供科学依据。     

大陆岩石圈流变动力学研究进展

综述了近年来宏观尺度上大陆岩石圈在流变结构、运动学和动力学研究方面的进展 ,简要介绍了INDEPTH ,KTB等科学工程的最新成果。固体地球科学的发展趋势表明 :查明岩石圈的物质组成和岩石圈的热结构是建立岩石圈流变结构模型的基础 ,高分辨率地球物理方法、大陆科学深钻和岩石学探针是研究岩石圈流变结构的重要途径 ;大地测量是研究岩石圈运动学的主要手段 ;定量计算岩石圈的流变学参数和模拟动力学演化过程是动力学研究的基本内容。     

岩石圈流变结构研究进展

岩石圈流变学研究,近年来国外已取得较大进展。国内学者在岩石圈热结构、强度剖面和盆地流变学演化、构造流变计等方面取得了丰富的成果。岩石圈流变性取决于岩石圈的地热状态、物质组成和结构,并量化为岩石圈总强度。不同构造区的地热状态可由地表热流值获得,岩石圈的物质组成和热力学结构可由地球物理资料获得,在此基础上可得出岩石圈流变性在区域上的变化。岩石圈流变性的空间变化产生了构造上的软弱带,成为极易变形区域。岩石圈流变性及岩石圈总强度反映的岩石圈热力学性质在盆地的形成过程中也起了重要作用,它决定了岩石圈的变形位置、盆地的几何形状及格局。构造流变计用来研究不同尺度地质体的流变结构和地质体的流变学演化,具有很好的发展前景。     

南海高分辨率岩石圈有效弹性厚度及其影响因素分析

南海构造环境复杂,海盆内海山规模不一,为了探究南海岩石圈强度的影响因素及其与海山演化的联系,本文利用Parker-Oldenburg法计算得到地壳密度分布并结合基于小波变换的导纳法计算南海岩石圈有效弹性厚度(简称T_e),提高了计算结果的准确度和分辨率。南海大洋岩石圈T_e整体较小,分布在0～16 km范围内。南海T_e与居里点深度和热流点相关性高,说明岩石圈强度受温度结构影响强烈,海山T_e值与海山加载时岩石圈年龄未表现出相关性,表明岩浆活动等热异常会削弱岩石圈强度。     

南黄海盆地地层生热率及岩石圈热结构

岩石圈热结构的研究不仅可以了解岩石圈深部动力学演化机制,也是含油气区油气资源评价的重要组成部分.由于南黄海盆地生热率数据的匮乏,阻碍了岩石圈热结构的研究进展.本文通过GR（伽马值）-A（岩石生热率）的经验关系,计算了南黄海盆地沉积地层的生热率;在大地热流、地层生热率、南北向贯穿盆地的二维多道地震剖面及OBS2013地壳速度结构剖面的约束下,建立了南黄海盆地地壳生热模型,计算了盆地的岩石圈热结构.岩石圈热结构计算结果表明：（1）南黄海盆地北部坳陷、中部隆起及南部坳陷3个次级单元的平均莫霍面温度依次为602.2±15.25℃、592.7±2.56℃、650.6±20.24℃;（2）平均热岩石圈厚度依次为99.7±2.20 km、101.7±0.51 km、88.2±2.49 km;(3)壳幔热流比分别为0.76±0.02、0.88±0.01、0.71±0.15,具有“冷壳热幔”的特征.研究结果表明,南黄海盆地现今具有与全球新生代拉张构造区相似的较高热流,处于构造活动区向构造稳定区转换的过渡阶段.此外,现今南黄海盆地3个次级单元展现的不同岩石圈热结构特征,可能与印支期至早燕山期扬子块体与华北...     

大陆岩石圈有效弹性厚度研究及其动力学意义

介绍了大陆岩石圈有效弹性厚度（Te）的概念及研究状况，并对其动力学意义作了探讨。大陆岩石圈有效弹性厚度不仅受板块热结构（热年龄）的控制，同样也受壳幔边界性质（拆离或耦合）、力学地壳厚度及其与地幔厚度比等因素控制，Te反映了地形、板块边力及岩石圈结构之间的动态平衡。     

南华北盆地群岩石圈热-流变结构

结合南华北盆地群现代地温场资料和深部地震测深资料及岩石热物性参数,对南华北盆地群的热结构进行了研究。结果表明：南华北盆地群平均热流值为53.7 mW/m2,地幔热流为30～34 mW/m2,莫霍面温度为500～550℃,热岩石圈厚度为110～130 km。在此基础上,进行了岩石圈流变模拟,探讨了研究区的岩石圈流变特征及其地球动力学意义。南华北盆地群岩石圈强度为（7.6~23.3）×1012 N/m,具有显著的 “三明治”结构。上地壳表现为脆性变形,中、下地壳为韧性的流动变形。这一分层变形机制决定了南华北盆地群的成盆演化动力学过程。     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

济阳坳陷济阳运动的动力学成因试析

济阳运动是济阳坳陷新生代发展演化过程中一次极为重要的构造变动，具有区域性、块断性和阶段性的特点。济阳运动的形成是深部岩石圈动力学过程在近地表构造的反映。在沙四段沉积末期随岩石圈之下的热异常逐渐加大，岩石圈热结构发生变化，有效弹性厚度逐渐降低，模拟结果认为降低幅度可达8km，岩石圈的变形机制由弹性变形向塑性蠕变转变，这一转变导致的盆地地形变化响应可能是济阳运动形成的重要动力学因素。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987113000613

The effective elastic thickness （Te） represents the thickness of the elastic layer or the flexural rigidity of the lithosphere, the equivalent of which can be calculated from the spectral analysis of gravity and topographic data. Studies of Te have profound influence on intracontinental deformation, and coupling of the tectonic blocks. In this paper, we use the multitaper spectral estimation method to calculate the coherence between Bouguer gravity and topography data, and to obtain the Te map of South China. Through the process of correction, we discuss the relationships of Te versus heat flow, and Te versus seismicity. The results show that Te distribution of South China is affected by three factors：the original age, which controls the basic feature;the Mesozoic evolution, which affects the Te distribution;and the neotectonic movement, which shaped the final distribution. The crust age has a positive correlation with the first-order Te distribution;thus the Yangtze Craton has a relatively higher Te （about 50 km） whereas the Te in Cathaysia block is only 10e20 km. By analysis and comparison among the tectonic models of South China, the Te distribution can be well explained using the flat-subduction model. As is typical with neotectonics, the region with a higher heat flow is related with a lower Te. The seismicity does not have a clear relationship with Te, but the strong seismicity could cause a low Te. Seismogenic layer （Ts） has a similar trend as Te in the craton, whereas in other areas the relationship is complex.     

Effective Elastic Thickness of Southeast Part of Arctic Ocean—Eurasia Continent—Pacific Ocean Geoscience Transect

The effective lithospheric elastic thickness of the continent is an important parameter for examination of the large-scale structure and analyses of the mechanism of isostatic compensation within the plate, and a parameter standing for the strength of the lithosphere.The Te values along Quanzhou-Heishui,the southeast section of the Arctic Ocean-Eurasian Continent-Pacific Ocean geoscience transect, are estimated by using the coherence technique developed by Forsyth.Studies of the feature of the coher-ence between gravity and topography suggest that at short wavelengths(6.6-100km)for each data box that is used to estimate Te,the plate is strong enough to support topographic loads and gravity and topog-raphy are uncorrelated.At long wavelengths where the plate is deflected by surface and subsurface loads are compensated by the flexure model.Sichuan land-stone with low heat-flow values has high Te values whereas in Ninghua,Datian,land-stone with high heat-flow values has low Te values,which reflects a correlation,low heat-flow values corresponding to high Te values and high heat-flow values corresponding to low Te values.Te values can be divided into two sections:northwest high section and southeast low sec-tion.There is roughly a positive correlation between crustal thickness and effective elastic thickness of the lithosphere.     

大陆岩石圈有效弹性厚度与有关地球物理参数的关系--以泉州-黑水地学断面为例

大陆岩石圈有效弹性厚度(Te)是反映岩石圈综合强度的参数,它反映了岩石圈的整体特征。分析岩石圈有效样性厚度与反映深部地质特征的有关地球物理参数之间的关系,对研究控制Te的因素、各因素之间的关系以及探索大陆构造与大陆动力学等具有重要意义。泉州一黑水地学断面Te与地壳厚度、热岩石圈厚度、均衡重力异常、磁性构造层底面深度、上地幔低速层顶界面深度、上地幔低阻层顶面深度之间的关系研究表明：Te与大地热流关系密切的“热”地球物理参数磁性构造层底面深度、热岩石圈厚度相关性好;与地壳厚度有一定的相关性;上地幔低速层顶界面深度和上地幔低阻层顶面深度与大陆岩石圈Te相关性均较差。     

华南陆块岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

华南陆块受多阶段超大陆聚合、裂解,碰撞、陆内造山,及伸展等作用影响,造成其深部结构和构造极其复杂。岩石圈有效弹性厚度(Te)是表征地质时间尺度上岩石圈力学强度的定量指标,可为深入认识岩石圈力学结构及演化提供有效约束。本文基于导纳和相关函数联合方法对地壳布格重力异常和地形数据进行计算,获得华南陆块Te的空间分布。Te高值(>20 km)区域主要分布于扬子地块的四川盆地周边区域,而Te低值(<20 km)区域集中于华夏地块和江南造山带区域。由于Te分布特征与地热场、地震关系密切。通过分析研究区Te与地热场(地表热流、居里面深度)、地震之间的关系,本文得到如下认识:(1)Te与地热场参数具有较好的相关性,但受浅部地壳被破坏,深部仍为克拉通地壳影响,导致龙门山断裂带和江南造山带区域的Te与地表热流或居里面深度之间的部分对应关系相反。(2)Te与地震关系复杂,Te较薄区域并不代表着地震频发区域,地震活动性与其所处的深部环境相关。龙门山断裂带强震频发的原因是受周边两块体中上地壳刚性地层长期相互作用,致使应力和能量积累较强;华夏地块区域地震较少是因为深部热物质上涌对华夏地块的壳幔进行强烈...     

Elastic thickness estimates at northeast passive margin of North America and its implications

Global estimates of the elastic thickness (Te) of the structure of passive continental margins show wide and varying results owing to the use of different methodologies. Earlier estimates of the elastic thickness of the North Atlantic passive continental margins that used flexural modelling yielded a Te value of ~20–100 km. Here, we compare these estimates with the Te value obtained using orthonormalized Hermite multitaper recovered isostatic coherence functions. We discuss how Te is correlated with heat flow distribution and depth of necking. The E–W segment in the southern study region comprising Nova Scotia and the Southern Grand Banks show low Te values, while the zones comprising the NE–SW zones, viz., Western Greenland, Labrador, Orphan Basin and the Northern Grand Bank show comparatively high Te values. As expected, Te broadly reflects the depth of the 200–400°C isotherm below the weak surface sediment layer at the time of loading, and at the margins most of the loading occurred during rifting. We infer that these low Te measurements indicate Te frozen into the lithosphere. This could be due to the passive nature of the margin when the loads were emplaced during the continental break-up process at high temperature gradients.     

大陆岩石圈有效弹性厚度的计算及其地质意义

大陆范围内Te值有很大的范围，不同构造单元有不同的Te值。Te值的大小与岩石圈的热结构（热年龄）、壳幔耦合等因素有关。同时Te值和地壳厚度、地表有关矿产的分布、岩石圈地幔的物质组成等也有一定关系。     

用物理模拟实验研究大陆伸展构造

本文以岩石圈多层构造为基础,按照下地壳和岩石圈地幔塑性流动控制上地壳构造变形的思想,采用脆延性双层模型进行伸展构造模拟实验。模拟结果表明,延性层流动速度比脆性层运动速度大,对脆性层具有牵引作用;受挤压和边界流动控制,模型构造变形出现伸展区、过渡区和挤压区,其中以伸展区的"地堑-地垒"式伸展构造为主。模型表面标志点位移表明,模型脆性层变形量主要集中在断裂发育部位,而断裂之间块体变形量基本可以忽略不计。此外,实验中还观察到在脆性层断裂部位出现延性层被动上隆现象。