地球内部结构和物质性质的研究

对1999～2002年中国地球物理学家在地球内部结构和物质性质方面的研究工作进行了总结．分别对地球内部结构的地震波速度成像研究，中国及其周边地区上地幔介质各向异性的研究，S波介质品质因子Q,俯冲带研究，地幔间断面的研究，地球物质性质的实验研究以及其它方面的一些研究工作进行了综述．指出了各方面的主要研究内容、使用的主要方法和得到的结果．从这4年的研究中可以发现，中国的科学家在地球内部结构和物质性质的研究中又取得了新的进展，主要表现在3个方面:一些原有领域中的研究更加深入； 开辟了新的方向；研究方法更先进．      

地球内部间断面研究的地震学方法

总结了近年来较为突出的几种研究地球内部间断面的方法及有关工作。其中包括：Ｓｈｅａｒｅｒ对全球数字台网数据进行叠加，使间断面震相易于识别，找到间断面存在的地震学证据；Ｈｅｌｍｂｅｒｇｅｒ等人利用体波的理论地震图，由试错拟合，求得北美西海岸及加拿大地盾等区域的上地幔速度剖面，由此确定间断面的深度及间断面上体波速度的变化；Ｙｏｕｎｇ和Ｌａｙ则利用体波的理论地震图研究了不同区域的核幔边界及Ｄ″区域内的速度梯度；而Ｒｅｖｅｎａｕｇｈ和Ｊｏｒｄａｎ利用ＳＨ多次反射波进行反演，研究了西太平洋等区域下的间断面，讨论了４００ｋｍ和６７０ｋｍ间断面的起伏及物理特性。     

地球深部研究的复杂性及其对策

地球深部物质组成，结构及其动力过程研究是当今固体地球科学中的前沿与生长点之一。在地质演化进程中，由于不同源的作用使得地球本体错综复杂。大尺度以及中小尺度上，地球内部结构的形态，性质，类型变化很大，地下介质物理与化学属性的不均一性，非线性以及各向异性广泛存在，诸如此类，使得地球深部研究呈为一庞大的复杂系统。     

上海及其邻近地区上地幔间断面接收函数的研究

利用上海及其邻近地区地震台网两个剖面上自2002年以来256个远震记录,提取得到高质量的接收函数,通过对这些接收函数的共转换点叠加得到研究区的间断面的分布及形态.研究结果表明,剖面上的上地幔间断面410 km,660 km间断面没有明显的起伏变化,从而证实了西太平洋俯冲带对中国东部的影响在东北、华北和华东有显著差别.     

西秦岭花岗岩类地球化学和Pb-Sr-Nd同位素组成对基底性质及其构造属性的限制

对西秦岭印支期5个花岗岩类岩体进行了岩石主量元素、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素地球化学的研究, 据此限定西秦岭的地壳基底性质及其构造属性. 结果表明, 西秦岭花岗岩类总体化学成分偏基性, 岩石主要属于准铝质的高钾-钾玄质系列, A/CNK=0.90~1.05 (绝大多数样品<1.0), K₂O/Na₂O=1.04~1.86. 它们具有相似的微量元素(包括稀土元素)组成模式, (La/Yb)_N= 7.49~ 28.79, Eu*/Eu=0.39~0.76. 在Sr-Nd同位素组成上, 西秦岭花岗岩显示一定程度的不均一性, I_Sr= 0.70682~0.70845, ε_Nd(t)=-4.85~-9.17, T_DM=1.26~1.66 Ga. 西秦岭花岗岩类以高放射成因铅同位素组成为特征, 其初始铅同位素比值为: ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=17.996~18.468, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.565~15.677, ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=38.082~38.587. 根据西秦岭花岗岩类的化学和Sr-Nd同位素组成, 揭示了它们的岩浆源区均来自于地壳中高K(Rb)玄武质岩石的部分熔融, 源区物质形成时代可能在900~1400 Ma之间, 由此反映在西秦岭沉积盖层之下含有大量的中、新元古代的高K (Rb)玄武质岩层. 西秦岭印支期花岗岩类与东秦岭印支期花岗岩类的Pb-Sr-Nd同位素组成对比, 指示西秦岭和东秦岭地壳具有不同的基底组成, 两者的分界线大至位于近南北向的宝成铁路线. 西秦岭花岗岩类Pb-Nd同位素组成特征表明西秦岭地壳基底具有扬子块体的构造属性.     

地球内部结构及物性研究的进展及问题

本文对近几年中国地球物理学家在地球内部结构和物质性质方面的研究工作进行总结.从地球内部结构的地震波速度成像,地幔介质的各向异性,地幔间断面及地幔介质物性进行了综述,指出在一些原有的研究领域,工作更加深入,方法更加先进,而且进行了广泛的国际合作,合作的范围也逐渐扩大,方式多样,并开拓了一些新的研究方向.在肯定我们近几年取得的一些新的进展的同时,也提出了地球内部结构研究中应进一步研究的问题.     

日本学者开展地球内部物质的流变学研究

日本东京大学理学部副教授鸟海光弘正在进行地球内部物质的流变学研究。人们在研究地球形成的动力学时,一个重要的课题就是必须了解几亿年时间尺度的地球内部的动力学现象。鸟海的这项研究是对固体的岩石、矿物在高温和超高压下显示的流动性、变形、位错构     

地球物质的人为转移与地球物理环境

通过分析航天活动向外层空间迁移物质形成的地球转动惯量改变,重叠1998年以来,从高纬度向赤道方向上,巨大物质发生再分布构成的地球转动惯量改变,和它们致使地球自转速率的变慢,重合地球自转运动的规律性变慢,以叠加的效果影响地球物理环境;以及与地壳差速旋转的巨大地核,及覆盖地表的水,包裹地球的大气层,在地壳转速变化时,完成其相互问角动量交换存在的时间滞后性,将会在一些瞬时段突出物质转移对地球物理环境的作用影响.讨论航天发射从地球迁移到外层空间的物质,正将形成一定规模的物质群而改变地球系统的空间结构,且现时,太空武器化竞争已剑拔弩张,其一旦加剧了航天活动构成外层空间新物质体系圈层的发展,其过程对地球物理环境的影响,合并地球自身多重因素的作用,可能会增大突破维持稳定自然环境的某些临界条件的几率和增大突发事件发生频率.     

华南沿海基性麻粒岩捕虏体的地球化学研究和下地壳组成

华南沿海新生代火山岩中的麻粒岩捕虏体都是镁铁质的, 分为岩浆麻粒岩和堆晶麻粒岩. 前者具有与大陆火山弧玄武岩相似的不相容微量元素模式; 后者亏损K₂O和P₂O₅以及大离子亲石元素. 华南麻粒岩捕虏体是晚中生代玄武质岩浆底侵于壳幔边界结晶-变质形成. Sr和Nd同位素特征显示麻粒岩母岩浆受到了陆壳物质混染, 它们的变化由AFC成岩模式控制. 微量元素和常量元素的变化主要受结晶分异控制. 捕虏体麻粒岩与研究区地表出露的晚中生代辉长岩和玄武岩的地球化学特征一致, 它们很可能是同一时期相同构造背景下岩浆活动的产物. 华南同时代花岗质岩浆的形成与这期强烈的基性岩浆活动有关. AFC模拟和现有资料显示, 华南下地壳主要由早中元古代变质岩和中生代底侵形成的基性麻粒岩构成.     

岩石软化温度及其在地球深部岩石力学性质研究中的意义

从高温高压岩石力学实验的角度阐述了岩石软化的现象,提出岩石软化温度的概念和定义以及测量方法.根据对大量经过高温变形试件的显微结构观察,从岩石中各矿物组分对不同温度下的变形反应和机制出发,认为岩石软化现象的本质是岩石中的各矿物组分在高温下逐步由脆性变形向韧性变形和塑性变形转化过程中在岩石力学性质上的综合反映.提出岩石中矿物变形序次及不同组分矿物在岩石中的结构位置和含量是决定岩石软化温度的主要因素.由此进一步讨论了岩石中矿物的变形序次对地壳内岩石脆-韧性变形转化条件的影响及其在地球深部岩石力学性质和地震孕育理论研究中的重要意义.     

柴达木盆地深部物理参数的反演

通过研究地球对表面载荷的响应来反演确定地球深部的物理参数.采用分为4层的地球模型,各层的介质被看作Maxwell粘弹性体.将柴达木盆地沉降发育过程中积累的沉积物作为随时间变化的载荷加于地表,通过拟合柴达木盆地沉降中心附近地区的沉降过程来研究该地区地壳的厚度及剪切模量、岩石层地幔的粘性及软流层的粘性等物理参数.计算结果表明,该地区地壳的剪切模量不会超过全球平均值的60％,岩石层地幔的粘性系数不大于1.5×10²³Pa·s.通过研究对该地区的深部物理参数得出了新的认识.     

中国及其邻区地球三维结构初始模型的建立

对人工地震测深及天然地震面波体波三维层折反演数据进行统一处理，建立了中国及其邻区地球三维结构初始模型．此模型图像表明，中国及其邻区地球各圈层横向变化明显．岩石圈及软流圈内速度分布主要反映这一区域自古生代以来板块及地块拼合模式．各主要板块或地块（塔里木、扬子、中朝、青藏、哈萨克斯坦、印度、印度支那）岩石圈增厚或有很深的地慢根，板块或地块间的造山带岩石圈减薄，软流圈速度降低。下地幔底部及核幔边界D″层出现高速异常，表明古太平洋及古特提斯洋俯冲板块因重力坍塌已进入地球深层，形成亚洲超级下降地幔柱。这一下降地幔柱引起地球表层物质向中亚、东亚地区集中，印度半岛、青藏高原、新疆、蒙古至贝加尔一带，成为全球岩石圈最大的汇聚场所．     

地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化

用国际参考地磁场模型(IGRF)分析了地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化.结果表明,从1900年到2005年,地核以外地磁场总能量由6.818×1018J减少到6.594×1018J,减小了3.3%,地表以外地磁场总能量由8.658×101J减小到.63×101J,减小了11.4%.分析地球内部不同圈层地磁场能量的变化表明,地壳(A层)、上地幔(B层)、转换带(C层)、下地幔D′层的地磁场总能量在减小,但是下地幔"层的地磁场总能量却在快速增加.磁能密度随时间的变化更清楚地显示出磁能增加和减小的分界面在r=3840km处.上述结果表明,地核和地表以外地磁场总能量在趋势性减小的同时,也在进行重新分配.进一步分析表明,下地幔D"层磁能快速增长,主要是由高阶磁多极子的增强引起的.在地磁场倒转前,偶极矩减小而多极性相对增强在能量分布上的表现就是磁能向下地幔底部(特别是D"层)集中.     

地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化

用国际参考地磁场模型(IGRF)分析了地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化.结果表明,从1900年到2005年,地核以外地磁场总能量由6.818×1018J减少到6.594×1018J,减小了3.3%,地表以外地磁场总能量由8.658×101J减小到.63×101J,减小了11.4%.分析地球内部不同圈层地磁场能量的变化表明,地壳(A层)、上地幔(B层)、转换带(C层)、下地幔D′层的地磁场总能量在减小,但是下地幔"层的地磁场总能量却在快速增加.磁能密度随时间的变化更清楚地显示出磁能增加和减小的分界面在r=3840km处.上述结果表明,地核和地表以外地磁场总能量在趋势性减小的同时,也在进行重新分配.进一步分析表明,下地幔D"层磁能快速增长,主要是由高阶磁多极子的增强引起的.在地磁场倒转前,偶极矩减小而多极性相对增强在能量分布上的表现就是磁能向下地幔底部(特别是D"层)集中.     

地球深部研究—地球科学发展的挑战与机遇

本文扼要地介绍了国际地球深部研究的发展及现状，简要地讨论了地球深部研究与地球科学相关学科的关系，力图说明及时地组织和开展地球深部研究是发展我国地球科学的新机遇，是迎接未来世纪挑战的正确选择。     

地球内部岩石圈物理与动力学研究发展的新动向与今后的任务

本文通过对当代地球内部岩石圈物理与动力学发展的认识与分析，探讨了该领域的研究方向与今后的任务，并提出了相应的建议与对策     

地震场源应变前兆的区别及其在地震预报中的应用

本文以组合模式基础，用三维有限元方法计算了两个模型，主要研究结论是：（１）在发生大地震前，调整单元首先破裂，其应变随时间变化曲线呈准“λ”型；（２）在调整单元破裂后，积累单元破裂，其应变随时间变化曲线呈“λ”型；（３）在断层垂直方向上应变衰减很快，而沿断层走向方向上衰减很慢；（４）场区各单元的情况很复杂，其应变随时间变化的曲线呈非“λ”型。最后本文列举了一些有关“λ”型的震例，并利用结论（１）解释了几种前兆现象。