莫霍界面与重力场相关性研究及其在成矿预测中的某些作用

莫霍界面是地壳上地幔深部构造研究中一个极其重要的概念.这个物性界面稳定地存在于地壳剖面中,遍及全球.它通常是一切深部地球物理方法探测和研究的主要对象.半个多世纪以来,世界各国的许多地球物理学家致力于莫霍界面的研究,应用综合地球物理方法,结合地质学和岩石学成果,对莫霍界面的物性参数、界面形态及形成机理作了深入的探讨,取得了丰富的资料,大大促进了深部构造研究的发展.重力是研究深部构造的重要地球物理方法之一.它依据密度参数建立深部构造模型,该模型以能使测得的重力场和其他地质、地球物理以及岩石学方面的资料相吻合为标志.由于     

地球深部物质科学在地球深部研究中的作用和意义

为解决地球深部探测过程中地球物理和地球化学两大系列研究成果无法联系和统一的难题，地球深部物质科学应运而生。该学科既要研究组成地球深部的一切物质实体的物理和化学的属性，又要从物质的角度去研究地球深部的结构和动力学过程。随着该学科的发展，将会为地球深部的观测结果和计算模拟结果赋予物质内容，从而促进对地球深部的物质组成、结构分层以及动力学形成统一认识，建立适合于各学科的地球深部模型。     

俯冲带脱碳和固碳作用过程

俯冲带作为联系地表和地球深部系统的纽带,不仅是将地表碳带入地球深部的主要通道,也是地表物质和地球深部物质发生交换的重要场所.俯冲作用可以将地表碳以有机碳或无机碳酸盐矿物等形式带入地球深部,再通过火山作用或去气作用返回到地表系统.俯冲带深部碳循环控制着地表碳通量变化,对于研究全球气候变化和地球宜居环境具有重要意义.本文结...     

放射性元素集中于上地壳的原因及其地球动力学意义

地热学和陨石学的研究都指出, 地球上放射性热源浓度随深度指数衰减.但为何会存在这样的分布特征仍是地球科学的疑谜.通过地球排气现象的研究指出, 正是类地行星及小行星演化中的排气作用, 将放射性元素带到了类地行星及小行星的表面; 而且演化时间越长的类地行星, 深部的放射性元素也越少.目前流行的地球动力学理论是以地球内部的热为根本动力的学说, 地球深部放射性热源数量的稀少对“热机动力机制”提出了质疑.由于地球动力学依靠的能源只有地球内部的热和地球自转动能2种, “地球自转动力机制”应更多地被重视和研究      

中国地球深部结构和深层动力过程与主体发展方向

地球深部结构、构造与大陆动力学研究在地球科学领域中占有重要地位。地球深既是资源、能源形成和演化的场所,又是地震灾害的策源地。它涉及了当今众多相邻学科的发展与成就,故对地球本体的认识在不断深化,特别是地球深部物质与能量的交换的深层动力过程。本文在阐述我国20世纪,主要是20世纪下半叶以来地球深部结构与构造研究主体成就的基础上,依据当今该领域在全球范围内的发展趋势,探讨了21世纪初、中吉的发展导向,并提出了某些战略重点。基于这样的前提,文中着重讨论了以下6个问题：①地球深部结构与大型动力学研究的意义、主题与目标;②地球物理深部地震探测揭示的地壳和上地幔的复杂性;③岩石圈内的大型滑脱构造和地震“孕育”的深部环境;④地球内部地震波传播速度分布与各向异性;⑤地球深部结构、构造与大陆动力学;⑥21世纪初,中叶地球深部与大陆动力学研究的发展战略重点。     

阐明壳幔物质架构和深部过程是解决重大资源战略问题的关键:评侯增谦和王涛论文《同位素填图与深部物质探测:揭示地壳三维架构与区域成矿规律》

从地球系统科学的观点来看,资源环境间题是地球内部层圈与外部圈层相互作用的产物.虽然资源环境问题主要表现在地球的浅表层,然而其推动力却来源于地球深部.地球深部过程、深部与浅部圈层的相互作用控制了地球浅部运动与变化.只有阐明了地球深部过程,即地球内部的物质组成、性质、运动演化过程及动力学,才能抓住资源环境问题的关键.     

大陆俯冲带壳幔相互作用

由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.      

深部探测揭示壳幔结构及其资源能源效应——“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑特邀主编寄语

地球深部结构变化、物质以及能量交换等地球动力学过程,是地球系统最主要的动力来源,诱发地表地貌变化、剥蚀、沉积作用和环境变迁,以及地震、滑坡等自然灾害,控制化石能源和地热等自然资源的分布,是理解成山、成盆、成岩、成矿、成藏和致灾等过程成因机制的核心。为探索中国大陆深部结构和资源能源效应,在党中央“向地球深部进军”的号召下,中国地质调查局于2016年开始设立了深部地质调查工程。工程以抢占大陆基础地质研究国际制高点,引领深部地质研究前沿为宗旨,选择我国资源、能源重要基地,重大地质边界和关键构造单元,开展了地球物理为主的深部探测和综合研究。获取了华南陆块等重要地质单元岩石圈精细结构,研究了班公湖—怒江缝合带重大地质边界性质及空间展布,在松辽盆地、西北盆山结合带等地发现和提取了一批与深部成矿、成藏和清洁能源有关信息。为进一步推动地质调查向深部进军,促进从二维地表地质调查到三维空间地质调查的转变,《地球学报》组织了“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑。本专辑集中报道了深部地质调查近三年取得的部分阶段性进展和成果,主要聚焦深部地质调查在揭示地球深部结构,及其对浅部构造和资源能源的控制,服务地球深部探...     

上地幔硅酸盐矿物中磷的含量研究

上地幔硅酸盐矿物中的磷含量是磷在地球深部的存在及循环研究的重要内容之一,对于理解和深刻认识上地幔磷的地球化学特征具有重要意义.对石榴子石、橄榄石及辉石中磷的固溶度进行详细的研究将会丰富深部磷循环的研究内容,为理解磷的深部地球化学行为提供科学依据.本文基于天然样品和高温高压实验研究结果,分析总结了上地幔硅酸盐矿物中磷的含量及磷进入硅酸盐矿物结构中的机制,探讨了压力、温度、氧逸度及矿物结构对上地幔硅酸盐矿物中磷含量的影响.     

中美地球深部探测工作进展与对比

地球深部探测是了解地球深部构造、物质成分分布及演化规律的重要手段。美国是世界上地球深部探测工作开展较先进的国家。为充分了解中国和美国在地球深部探测领域的发展水平和存在差距,介绍了中国和美国地球深部探测工作的开展情况,对中美两国的深部探测工作进行了详细对比与研究,发现中国的地震探测程度较浅、探测精度较低、实验数据量较少、资金投入较低,总体探测水平与美国存在明显差距,但中国深部探测工作的力度正在不断加大,在地球化学、大地电磁测量、科学钻探等方面逐渐形成了自己的优势领域。在分析对比中美地球深部探测进展的基础上,提出了加大深部地震探测力度、增加科学钻井的数量、建立单独的野外观测与数据管理基地等建议。     

深部碳循环的锌同位素示踪研究进展

深部碳循环和地球表层的碳循环一起构成了全球的碳循环.因为地球超过90%的碳都位于深部,深部碳循环研究对于理解地球长期的气候变化具有重要的科学意义.深部碳循环研究涉及多个科学问题,其中最重要的科学问题之一是如何准确识别地幔中的碳是再循环的地表碳.锌作为亲石元素,广泛存在于岩浆岩、地幔和碳酸盐岩中.地幔和地表沉积碳酸盐岩之间锌同位素组成存在显著的差异,而板块俯冲脱水、地幔部分熔融和岩浆结晶分异等过程导致的锌同位素分馏较为有限,因此锌同位素具有示踪深部碳循环的潜力.系统阐述了锌同位素示踪深部碳循环的原理,回顾了目前应用锌同位素示踪深部碳循环取得的阶段性成果,并指出锌、镁同位素联合示踪有望成为未来深部碳循环研究的主流.      

日本利用爆破地震研究深部构造

地球深部构造的探测和研究,是地球科学中最基本的研究课题,这是一个涉及学科面相当广的研究领域,爆破地震探测就是其中研究方法之一。搞清地下深部构造,不仅对于研究地球,而且对     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

"深部地质作用及战略性关键矿产"专辑特邀主编寄语 ——深部过程与地表响应

"向地球深部进军是我们必须解决的战略科学问题"是习近平总书记提出的重要论断,也是国家对地学工作者提出的新要求.深部地质作用地球行星作为载体在太阳恒星系统及其更大尺度空间综合作用的结果.从短周期的月球-地球作用的潮汐,到地球-太阳作用的四季更替,再到较大尺度的冰期-间冰期更替,乃至更大周期,无一不影响到地球自身,诸如膨胀-收缩,海平面升降,活火山爆发与宁静,成灾-成矿/成藏,生存环境的毁灭与再造,深刻地影响着我们地球家园的生态环境.战略性关键矿产多受控于深部地质作用.金刚石产在金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄玄武岩中,新能源矿产铀矿产于深源断裂控制的火山岩或砂岩中,锂-铷-铯和铌-钽-锆-铪等稀有金属多产于深源流体控制的伟晶岩中,金、银、铂族元素、钴、铼等稀贵金属多受控于深源流体,稀土元素多产于深源的碳酸岩-碱性杂岩中.这些矿产大多数对于新兴产业是必不可少的原料.同时,深部地质作用及其浅部产物是人类认识地核-地幔物质组成的窗口.战略性关键矿产历史性地将深部地质作用研究的重任交给地学工作者.近年来,多家科研单位、高等院校和地勘单位对深部地质作用及相关的战略性关键矿产开展了地质调查和科学研究,在金伯利岩、钾镁煌斑岩、玄武岩等深部地质作用和金刚石、贵金属、铀矿、稀土稀有稀散矿产等成矿作用等方面取得了一系列新进展.为了更好地推动深部地质作用和战略性关键矿产相关的学术研究和应用转化应用,服务国家需求,《地球学报》组织了"深部地质作用及战略性关键矿产"专辑,服务于深部探测和战略性关键矿产(金刚石、铀矿、稀土-稀有-稀散-稀贵金属)相关研究和勘查工作的专家、学者.     

同步辐射激光加温DAC技术及在地球深部物质研究中的应用

实验室模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球相关材料的物理和化学性质,是解释地震波数据、进一步了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。用高功率的红外激光光束,加温金刚石对顶砧压腔(DAC)中的样品,可以获得深部地幔乃至地核的极端温度和压力条件,已广泛地用于地球深部矿物的相变、熔融和状态方程研究。同步辐射微束技术的发展,为激光加温DAC技术的应用开辟了新的领域,也使地幔及地核条件下的矿物研究有了重要的突破。文章介绍激光加温DAC技术的发展;阐述高温高压原位的同步辐射X射线衍射方法;例举激光加温DAC技术在地球深部物质研究中的一些应用;并对一些关键的技术问题加以分析和讨论。     

地震地球化学研究进展

本文总结了近十年地震地球化学研究的最新进展,并建议未来在该领域的研究应在同位素地球化学、深部流体地球化学和地球化学场与应力场耦合方面开展.     

名义上无水矿物的原位高温分子光谱

名义上无水矿物(NAMs)是深部地球的主要物相,是构成深部地球最主要的水储库。过去的几十年里,人们对地球深部水的分布及其对矿物乃至岩石系统的宏观效应的认识取得了长足进展,但是对水效应微观机制的关注较为欠缺。分子光谱是联系固体宏观性质和微观过程的重要手段,而且原位高温分子光谱实验能够直接测量矿物在地球深部温度下的电子吸收、分子振动和转动。本文按照波谱频率的高低,主要介绍了原位高温分子光谱在研究名义上无水矿物中的应用:研究地幔的辐射传热,地球深部温度下NAMs中水的状态,以及地幔的热力学性质。旨在让更多的学者能够在分子级尺度上认识深部地球性质和动力学过程。     

地球材料物理性质和大陆深部构造意义

本文着重讨论：（１）当前大陆深部构造研究面临的困惑和挑战；（２）地球材料物理性质研究在深部构造中的意义；（３）对我国开展这个领域研究的希望和建议。文章强调地球材料物理性质不仅是深部构造研究的核心问题之一，同时也是地球物理成果合理解释的重要约束条件。     

地球深部科学研究的新进展——记2007年美国地球物理联合会(AGU)

主要根据2007年美国地球物理联合会(AGU)秋季会议的资料,简述了地球深部科学研究最近几年来的新进展。主要涉及以下几方面领域:复杂的地球动力学模拟到状态方程理论和实验研究;地幔相变和地震的不连续性到深源地震机制;地核的结构和动力学到地球内部的挥发性物质和熔体等地球深部科学研究。从会议的内容看出有三个亮点是值得我们注意的:(1)学科间的融合是地球深部科学研究的主流方向;(2)国际间的合作是当前地球深部科学研究的一大亮点;(3)高精度的技术(超级计算机(supercomputers)和集群(clusters)纵观计算机)是地球深部科学研究的新手段。中国科学家应该关注固体地球科学中这个前缘研究同时共享世界先进科学研究的新成果。