中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

中国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了中国地球科学的发展。然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圈物理学提出了新的挑战。本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题。研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圈内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理-力学-化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在。为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导。本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题和困惑进行了分析和讨论。     

中国大陆地壳与上地幔精细结构探测十条第一剖面和其作用与科学意义

地球内部物理学和地球动力学在地球科学研究领域里占有重要地位.为了研究和探索我国大陆不同大地构造单元和板内特异块体与其界带的深部介质属性、结构和深层物理-力学过程,已在我国最先构思、设计、布署并实施了十条人工源深部地震探测剖面.沿这十条第一剖面进行了高精度的地震反射、宽角反射和折射波场观测,进行了数据采集,获得了深部高分辨率的信息.通过数据处理和反演求得了各剖面辖区的沉积建造、结晶基底、地壳与土地幔的差异和层、块精细速度结构,发现、研究和提出了一系列的重要科学问题并取得了一系列新认识.为研究成山、成盆、成岩、成矿、成灾,圈层耦合和深化认识地球本体与动力学响应打下了坚实的基础,明确指出了其深入研究的内涵和发展导向.     

多地球物理观测联合反演华南岩石圈温度和化学组分结构

华南块体位处中国大陆东南,对其深部结构的研究是深入认识中国东部构造及演化的基础.岩石圈的温度和化学组分结构是岩石圈结构研究的重要内容,对其的认识主要来自地球物理和地球化学两类研究.由于单一的地球物理或地球化学观测资料和方法存在其各自的局限性,需要开展综合多种地球物理资料,并结合地球化学、岩石学方法的岩石圈结构和性质的研...     

中国青藏高原地球物理研究的第一批重大成果其发展导向与核心科学问题的认识和思考

青藏高原的地球物理研究是深化认识高原本体和东亚壳、幔结构、隆升机制与大陆动力学响应的基础,故为中、外地球科学家们所瞩目.为此本文主要讨论以下4个方面问题:(1)问题的提出与背景;(2)率先进行青藏高原深部地球物理研究取得的第一批重要成果与进程;(3)青藏高原地球物理研究中的开创性研究成果和得到的启迪与国际影响;(4)当今青藏高原地球物理研究中的核心科学问题与当前青藏高原地球物理学要做些什么与思考.研究结果表明:(1)在青藏高原地球物理研究中只有在清晰思路指导下,取得高分辨率的数据才能反演,并刻画其壳、幔介质的精细结构;(2)青藏高原地壳巨厚、岩石圈相对较薄的层块结构与壳、幔结构分区特征,特别是存在地壳低速层和地幔低速层及其不均匀展布;(3)在多维力系作用下、深部物质重新分展、调整、运移和在多要素约束下的物理-数学模拟及陆-陆碰撞动力学响应;(4)当今在青藏高原地球物理研究的核心问题是地球内部物质和能量的交换、圈层耦合及其深层动力过程.中国地球科学家们应当清晰地认识到,青藏高原地球物理研究乃是中国地球科学家摘取"桂冠"的一个契机,故必须走自主创新之路,以建立起具有特色中国地球科学的理论和和运动学与与学模型.     

地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理—力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了：1）地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2）地球物理学的发展对计算数学的需求;3）地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.     

地下实验室与深地环境下的地球物理观测

地下实验室具有良好的低本底环境条件,为许多前沿学科研究提供了重要的实验场所,已经成为一个国家关键性的科学研究平台.目前国际上很多国家利用山体中的隧道空腔或地下矿井建立起众多的地下实验室,其中大多数进行天体物理和粒子物理实验与研究,部分同时进行着地球科学、岩体力学、地下生物等学科的相关实验.本文在介绍国际上一些重要地下实验室的基础上,着重对其在地球物理方面的观测与实验研究成果进行介绍;针对深部地下实验室所具有的“超静”与“超净”环境,阐述深部地下环境多种物理场观测所能达到的测量指标;针对深部地下实验室可实现的超高精度观测,讨论深地地球物理观测对目前仪器科学、装备与观测技术提出的挑战,及其将应对解决的诸多地球物理领域关键基础性科学问题.     

我国实验岩石力学与构造物理学研究的若干新进展

简述了近年来我国学者在与地震学和地球内部物理学相关的实验岩石力学和构造物理学研究方面的进展．在此领域的进展主要体现在:大量实验以及数学模拟结果丰富了对岩石脆性破裂过程，特别是结构和介质非均匀条件下破裂过程的认识；在非均匀断层的摩擦行为与失稳成核方面取得了一些新结果，揭示了断层滑动行为的复杂性；在岩石脆塑性转换和塑性流变方面取得了一些新结果，特别是在下地壳和上地幔物质的流变性质方面取得了重要进展；在高温高压岩石物理方面取得了一批实验结果, 并应用于地球内部物质的组成和状态的研究．这些结果为深入理解地球内部物质的物理性质、变形机制及地震物理过程提供了有价值的参考资料.      

国际地震观测期计划实施概要

为了确定一段时间以加强全球地震台网观测资料的收集和传播方面的国际合作,现正制定一项国际地震观测期(ISOP)计划。该计划是由国际大地测量和地球物理联合会内的地球深部研究委员会(SEDI)、国际地震学与地球内部物理学联合会(IASPEI)以及岩石圈协会间委员会(ICL)联合发起的。这项计划是在认识到精确的走时观测在约     

努尔教授及其主要学术成就

1.努尔教授其人努尔(Amos M. Nur)是美国斯坦福大学Wayne Loel地球科学教授席位终生教授和地球物理学教授。其主要研究领域包括岩石物理学和岩石力学及其在地震波传播、地球物理勘探、油气储量解释与石油采收率的地震观测,以及地壳演变进程等学科的应用。努尔教授自1969年以来先后发表论文约200篇,并与合作     

中国东部及其邻域岩石圈底界面特征及地震活动性

对布格异常采用小波变换场分离技术得到深部重力异常，利用其他地球物理方法获得较可靠的先验信息作为约束，并采用球谐函数的级数解形式对中国东部及其邻域的深部重力异常进行联合反演，获得了该区岩石圈底界面的展布图像；同时对岩石圈底界面特征和强地震分布特性进行了讨论，指出中国东部及其邻域在地貌分布、各种地球物理场和岩石圈结构等方面都明显地具有分区性，很可能与深部岩石圈底界面的变化有关，而岩石圈底界面的形态的差异将对岩石圈层的运动和一系列地质过程产生重要作用，强地震活动的分布也与深部岩石圈界面形态和构造环境密切相关.     

Some important scientific problems in current lithospheric physics research in China

China has achieved much during recent years in the area of lithospheric physics research and promoted the development of the geosciences （Teng, 2004）. However, in the 21^st century, national needs and policy challenges the science of lithospheric physics. I suggest a general analysis, research, and development direction for lithospheric physics and point out clearly the content, core problems, and key scientific problems in this field. The realization of the earth and the discovery of the basic mechanisms of mountains, basins, minerals, and natural disasters depend basically on high-resolution observations of geophysics, the delineation of the fine structure of crust and mantle （2D and 3D） inside the lithosphere, substance and energy exchanges in the deep earth, the process of deep physical, mechanical, and chemical actions, and deep dynamical response. Therefore, geophysics should be the pioneer in the geosciences field in the first half of the 21^st century. I end with an analysis and discussion of some problems and difficulties in the research of lithospheric physics.     

海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.     

当代地球物理学研究的核心科学问题和发展导向

地球物理学在20世纪的百年中取得了辉煌的成就,也提出了一系列有待研究和探索的科学问题.基于国家战略需求和自主创新的方针,基于国家在金属矿产资源、油气能源、地震与火山灾害和军事与国防的需求和防范,则必须深化研究和认识地球本体.为此,地球内部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应已成为21世纪地球科学研究和发展的核心,地球物理学必须造福于人类.     

中国地球物理学研究面临的机遇、发展空间和时代的挑战

在21世纪的今天,中国正处于快速工业化、经济腾飞和科学技术突飞猛进的进程中,地球物理学面临巨大的机遇,展现出多维的发展空间,同时也面临着严峻的挑战.为此,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的最强音！在这前提下,地球物理学家就必须超越已有的框架,穿过地平线,全方位的研究、探索、揭示、发现地球内部的奥秘.必须清晰地认识到新世纪里地球物理学的发展导向,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约;地球物理学必须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破;地球物理学所面临的机遇、多元发展空间和挑战;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向.     

回顾与展望——21世纪的固体地球物理

回顾了20世纪固体地球物理学的发展历程和对地球科学发展的贡献，阐述了地球物理学在社会发展中的先导作用和地位，并以中国反射地震方法取得巨大成功的实例，说明国民经济建设的巨大需求，是地球物理学发的重要动力。最后，给出了21世纪地球物理学的发展方向和研究重点，强调地球物理学科要与时俱进，改革创新。     

当代中国地球物理学向何处去

在20世纪的百年中,地球物理学在经历了以活动论为内涵的板块构造和行星际探测双重革命的重大发展时期以后,当今正处在一个新的起点上.从全球地球科学发展趋势来看,地球物理学的未来面临着比以往任何时候都更富有挑战性,特别是在当今经济全球化和科学全球化的复杂格局下.显然,当必会展现出前所未有的发现和突破的机遇,同时也正在一个充满希望的新的转折点上.然而,当今我国的地球物理学却在不断削弱,并逐步入“消亡”,即面临着严峻的“危机”.在这21世纪的新时期,中国地球物理学向何处去?它面临的“危机”在哪里?其机遇又在何方?它在社会发展与科学进步的长河中占有什么样的地位?又扮演着什么样的角色?国人必须给予严肃的关注,以使其在中国地球物理学的发展和逐步步入世界科技强国的进程中,发挥其本能的作用,并做出应有的新贡献.为此,本文将讨论以下4个方面的问题：(1)地球物理学的发展导向和战略意义;(2)20世纪百年来地球物理学主要的重大成就;(3)当今中国地球物理学的发展势态与危机;(4)当今中国地球物理学向何处去.