关于地核和核慢边界区物质的成分及运动特征的研究进展

近年来关于地核和核幔边界区的研究有了较大进展，特别是高压矿物物理学和高压岩石学提供了大量有关的实验依据。本文对核幔边界区Ｄ＂层物质的运动状态、外核中轻元素成分的实验研究结果、内核地震波各向异性的物质解释及有关地磁场成因的新认识等方面的研究成果进行简要介绍和评述。      

地核物态及其量子地球动力探讨

根据量子力学原理对地核物质状态进行分析,简要计算了现代地球内核超固态物质原子中被公有化电子的平均值、地核物质的公有化自由电子浓度、现代地球内核中自由电子平均运动速度、早期产生地核物质量子效应的自引力压强临界值和起动地球整体膨胀的自引力压强、地核发生超固态量子力学效应所需要的能量等参数.内地核物质很可能是在超高压环境下形成的一种特殊物质状态──超固态.地核超固态产生的量子排斥压强超过地球自引力收缩压强的临界值时,导致地球发生整体的膨胀,由此引出量子地球构造动力的概念.     

沉积岩中横波速度各向异性实验研究

作为流体静力学应力与轴向应力的函数，我们进行了沉积岩中横波速度系统性的实验研究，通过在岩石样品中传播偏振的横波并从垂直偏振的接收器接收信号而证实了沉积岩中横波速度各向异性的存在，观测到的速度各向异性的大小与施加应力的大小、性质与岩样的岩性有关，页岩表现出与非轴向及流体静力学应力无关的很大的速度各向异性，从而说明优势取向矿物的存在，砂岩也表现出很大的速度各向异性，但其各向异性与应力有极大的依赖性，还发现流体静力学应力压制速度各向异性，而非轴向应力使之加强，这意味着优势取向裂隙的存在，石灰岩表现出弱各向异性，这些实验观测对于岩性的识别等可能是有所帮助的。     

银河旋臂、地核环流与地球大冰期

地球在其约４６亿年的生命史中，多次出现大冰期，关于其形成原因是地球科学家研究的热门课题。促使地球系统演化的力源主要来自哪一圈层？气体具有最大的激活能，但大气圈仅占地球总质量的１０－６，它不可能是主要圈层。固态的激活能最低，下地幔和地内核亦不大可能在地球系统演化中扮演主要角色。地球外核是液态，具有较高的激活能，它约占现代地球系统总质量的３０％，故可认为它是地球系统演化的主要活动圈层。作为旋转地球上的流体，外核环流存在着两种极端流型：一是“地转流型”，其速度场是二维场，垂直运动很弱（以下简称为Ｇ型）；二是“强对流型”，当Ｅｌｓｓａｓｅｒ数≥１时，流场的二维几乎完全被Ｌｏｒｅｎｚ力所破坏，对流充满整个地核（以下简称Ｃ型）。文章在事实分析的基础上提出了地球大冰期形成的如下假说：当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性符号相同时，外磁场将激发地球外核环流转为Ｃ型，引起地壳和地幔强烈的垂直运动（强造山运动），致使大气热机效率亦大为提高，高纬地区强降温，这是大冰期形成的根本原因。这一假说的逆表述，即当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性相反时，地核环流将转向Ｇ型，地壳表面将主要是“夷平作用”，致使大气热机效率亦降低，行星风系减弱，高纬?     

TTI介质相速度理论研究

依据三维TTI介质的相速度表达式,模拟并分析了三维TTI介质相速度图像。并且考查了不同的各向异性系数对TTI介质相速度的影响,为三维的TTI介质相速度的分析提供了理论依据,具有一定的实际应用价值。     

青藏高原岩石圈物质平衡问题研究

根据矿物岩石密度与地震波速（Ｖｐ和Ｖｓ）之间关系和原理,笔者回归出σ＝１．１８２＋０．２５Ｖｐ和σ＝０．９２＋０５０Ｖｓ两个线性方程,利用这个数学“称”,可以方便地根据地震测常数据测算任意剖面岩石圈的总质量,用此方法作者讨论了青藏高原岩石圈质量问题。     

矽线石成分分析标准物质研制

随着矽线石应用领域的逐步拓展,英国、南非和日本等国家已研制了4种矽线石标准物质,而我国仅有一种矽线石国家二级标准物质,无论从组分的浓度梯度范围还是定值指标等方面,均难以满足我国研究需求。本文针对我国矽线石的分布情况,在黑龙江林口县和河南内乡县采集典型矽线石原矿2种,在黑龙江林口县采集矽线石精矿1种,按照国家一级标准物质研制标准和规范要求,研制了3种矽线石成分分析国家一级标准物质(批准编号为GBW07843、GBW07844、GBW07845)。均匀性检验结果表明,除个别指标(Y-1的TFe_2O_3、Cu和J-1的Mn O等)外,3种标准物质检测指标的F值均小于临界值F0.05(24,25)=1.96,组内和组间无明显差异;Y-1的TFe_2O_3、Cu和J-1的MnO等指标的组内和组间差异主要来源于分析方法误差,由此表明此批标准物质均匀性良好。在14个月考察期内,3种标准物质计算得到的拟合直线斜率b1均不显著,表明3种标准物质有较好的稳定性。经我国10家实验室使用多种分析方法对矿石中的主量元素、痕量元素和矽线石含量(硅铝,SAl_2O_3)等共计39种组分联合定值,各组分的相对扩展不确定度处于0.60%~29.9%区间,3种矽线石标准物质主量成分Al_2O_3的含量分别为25.85%、28.16%和55.06%。该系列矽线石标准物质可满足地质、环境等研究领域相关样品分析质量监控工作的需求。     

溧水陨石的物质成分和球粒结构的研究

1978年9月10日16时许,在江苏省溧水县城西南的洪兰蒲公社胜利大队,陨落了一块球粒陨石。地理位置为东经118°59′,北纬31°38′。陨落时人们曾听到闷雷般的响声。陨石降落在干水塘边的泥土里,坑深约半尺,取出时陨石尚有余热。 陨石外形似馒头状(照片1)长约100毫米,表面覆盖一层亮褐色熔壳,壳厚约0.2—0.5毫米。总重量498克,现将研究结果分述如下:     

弱各向异性介质地震波传播特征分析

随着油气田勘探精度要求越来越高,各向异性已成为不得不考虑的重要因素,因此对地震波在各向异性介质中传播特征的研究具有一定的价值。利用Thomsen提出的弱各向异性理论,通过理论模型数值计算,分析了Thomsen各向异性参数对弱各向异性VTI介质中三种体波的影响。分析结果表明:①参数ε、δ分别影响qP波大角度、中小角度传播的各向异性;②参数(ε-δ)影响qSV波中等角度传播时的各向异性;③参数γ影响qSH波大角度传播的各向异性,且群速度的各向异性要比相速度的各向异性更明显,并会出现复杂的交会区。通过这些研究分析,进一步认识了弱各向异性介质相速度及群速度随各向异性参数变化的规律。     

球粒陨石富金属Fe—Ni相的高压熔融实验与地核形成机制的探讨

选用吉林陨石富金属相,在3GPa压力、405℃～1850℃温度下,采用两种组装方式进行实验。并与先前肇东陨石全岩样的高压熔融实验进行比较。三个系列实验结果的综合对比表明,高温高压下球粒陨石中金属和硫化物经历了固相扩散、熔融和熔体聚集的过程。固相扩散使金属与硫化物彼此结合,形成了若干个小的FeNi-FeNiS二元系,使其在比Fe-Ni熔点低的温度下熔融形成Fe-Ni-S熔体。该熔体与硅酸盐熔体不相混溶,因而发生自身的合并与聚集。其合并和聚集速率与硅酸盐粘度有关。实验过程中陨石里的磷酸盐矿物可以被还原,使单质P进入金属硫化物相。这些实验结果为讨论地核的形成机理提供了依据。     

地球内核平动振荡模研究进展

地球内核平动振荡模,即Slichter模,是地球自由振荡的基本简正模之一,其三重分裂周期是确定地球内外核密度差异的重要物理量,对于约束地球深内部密度结构具有重要研究价值.然而,Slichter模的激发机制、衰减机制以及实际探测结果至今悬而未决,具有极大争议,其本征周期的确定也成为当前基础地球物理学的一个国际性难题.首先,总结了地球内核平动振荡模的基本理论,包括其动力学方程和主要求解理论与数值方法,并概述了在不同地球模型下利用不同求解理论计算的Slichter模理论周期.其次,讨论了Slichter模的激发机制和衰减机制的主要假设与猜想,其中液核一阶压力流可能激发Slichter模至可观测水平.最后,回顾了过去30年国内外利用超导重力数据开展Slichter模三重分裂信号探测的主要研究进展,探讨了关于Slichter模探测的未来可能研究方向,即从激发机制探究、超导重力数据精细预处理和极微弱信号叠积增强3个不同角度研究突破,有望实现Slichter模三重分裂信号的可靠探测.     

Properties of iron alloys under the Earth's core conditions

The Earth's core is constituted of iron and nickel alloyed with lighter elements. In view of their affinity with the metallic phase, their relative high abundance in the solar system and their moderate volatility, a list of potential light elements have been established, including sulfur, silicon and oxygen. We will review the effects of these elements on different aspects of Fe–X high pressure phase diagrams under Earth's core conditions, such as melting temperature depression, solid–liquid partitioning during crystallization, and crystalline structure of the solid phases. Once extrapolated to the inner–outer core boundary, these petrological properties can be used to constrain the Earth's core properties.     

Advances in Studying the Sea-Air Dimethysulphide Exchange Process in the Southern Ocean

Dimethylsulphide (DMS) is an important marine biogenic gas and can be released into atmosphere through sea air gas exchange. The oxidants of DMS in atmosphere are the main compounds of pristine marine sulphate aerosols and would affect the global climate change finally. Almost all the atmospheric DMS, about 90%, comes from the ocean. The southern ocean, which consists about 20% of the whole ocean area, is one of the largest atmospheric DMS sources. In contrast with the other oceans, the Southern Ocean appears great spatial and temporal variability of surface seawater DMS. In addition, there are the complex hydrography system, variable sea ice condition and various biologic activities in the Southern Ocean as to make survey and understand DMS as well as its controlling factors most difficult. Moreover, it is significant to integrate the DMS sea ice exchange processes and its controlling factors studies. In order to develop survey and research on the sea air DMS exchange and biogeochemistry processes, estimate methods of the sea air DMS fluxes will be reviewed, characteristics of the spatial and temporal distribution of surface seawater DMS will be discussed and the sea air DMS flux in the Southern Ocean will be assessed. Finally, major controlling factors of DMS sea air DMS processes will also be analyzed.     

风化型和含煤建沉积型高岭土的物质组成对比研究

我国高岭土资源丰富,矿床类型多,其中风化和含煤建造沉积型是两类比较重要的高岭土矿床,对这两类高岭土矿床化学组成,矿物组成及高岭石矿物学特征的异同点进行研究和探讨,其结果表明,风化高岭土的化学成分一般属硅高铝低型,钾含量偏高,钛含量低,铁含量则随成矿线岩和风化条件的不同波动范围大,矿物组成主要为结晶度较差的高岭石、水云线和石英,以及极少量的管状埃洛石,含煤建造沉积型高岭土一般属铝高硅低型,钾含量低,钛含量明显偏高,矿物组成简单,高岭石含量〉９５％,结晶度较好。     

罗布泊AK1孔沉积物地球化学组成与古气候

通过对罗布泊东部阿奇克谷地中部AK1孔沉积物中易溶盐组分及氧化物特征的研究,综合沉积序列及岩性变化特征,初步分析了罗布泊阿奇克谷地晚第三纪以来的沉积环境及古气候演化.结果表明,阿奇克谷地第三纪晚期即开始出现咸化湖泊沉积,易溶盐以SO42-、Cl-、Na+为主,各离子含量最高;第四纪以来沉积环境与古气候均有明显变化,早更新世气候以干冷为主,中更新世易溶盐组分中各离子浓度明显降低,以Cl-降低最显著,气候转为温湿;中更新世晚期气候湿润,湖相沉积范围扩大,为罗布泊湖的一次大发展期;晚更新世以来湖泊环境波动变化加快,气候向干旱化发展.表层易溶盐浓度显著增大,出现岩盐沉积,代表罗布泊出现极端干旱的气候环境.     

江西武功山岩浆核杂岩基本特征

江西武功山地区发育的穹窿状地质体,其组成结构和成因机制与经典的变质核杂岩似乎有相似之处,也由内核和外壳组成,并具三层式结构特征,但其内核主要为花岗岩,核内和核外的地层几乎同时代,并无"古老变质核",它的形成机制主要是岩浆底辟强力侵位引起地壳局部隆升和伸展滑覆。所以,将其改称为"武功山岩浆核杂岩"更为贴切。文章主要从武功山穹窿状地质的组成和形成时代及成因机制等方面,阐述了它的基本特征,论证了将其改称为"岩浆核杂岩"的理由,并探讨了滑覆构造的找矿意义。     

四川盐边县红格钒钛磁铁矿矿石矿物及化学成分分布特征

红格矿区是我国目前最大的钒钛磁铁矿资源基地,其矿产资源储量丰富,伴生钒、钪、镓、铬、钴、镍、铜、硫等有用元素,具有较高的经济价值。通过系统分析矿区有益元素的赋存状态及分布规律表明:矿石中各种元素的相对含量以及含量的波动幅度,与矿石TFe、岩性和岩石组合高度相关。     

High-pressure phase transitions of anorthosite crust in the Earth's deep mantle

We investigated phase relations, mineral chemistry, and density of lunar highland anorthosite at conditions up to 125 GPa and 2000 K. We used a multi-anvil apparatus and a laser-heated diamond-anvil cell for this purpose. In-situ X-ray diffraction measurements at high pressures and composition analysis of recovered samples using an analytical transmission electron microscope showed that anorthosite consists of garnet, CaAl₄Si₂O₁₁-rich phase (CAS phase), and SiO₂ phases in the upper mantle and the mantle transition zone. Under lower mantle conditions, these minerals transform to the assemblage of bridgmanite, Ca-perovskite, corundum, stishovite, and calcium ferrite-type aluminous phase through the decomposition of garnet and CAS phase at around 700 km depth. Anorthosite has a higher density than PREM and pyrolite in the upper mantle, while its density becomes comparable or lower under lower mantle conditions. Our results suggest that ancient anorthosite crust subducted down to the deep mantle was likely to have accumulated at 660–720 km in depth without coming back to the Earth's surface. Some portions of the anorthosite crust might have circulated continuously in the Earth's deep interior by mantle convection and potentially subducted to the bottom of the lower mantle when carried within layers of dense basaltic rocks.     

南极乔治王岛柯林斯冰帽冰芯（SDT）中火山物质成分特征

对柯林斯冰帽小冰穹冰芯中物质成分的研究,发现冰芯中有九层火山灰沉积。它们由玻屑（橙玄玻璃）、岩屑（黑色）和晶屑（长石、辉石、橄榄石和微量的钛铁氧化物）组成。长石为钠钙系列的中长石到拉长石。橄榄石为镁质的贵橄榄石。主要元素和微量元素分析结果表明,该类火山灰为玄武质成分,其ＳｉＯ２含量在５０ｗｔ％左右,Ｎａ２Ｏ大于Ｋ２Ｏ,并具有轻稀土元素轻微的富集、重稀土元素亏损、Ｅｕ正异常的特征。这些火山灰的存在,证实了近百年来南极地区的企鹅岛和欺骗岛的火山喷发活动。     

横水西周墓地部分青铜器残留泥芯的矿物组成及成分分析

利用X射线衍射、X射线荧光光谱、显微镜观察等理化分析测试手段对山西绛县横水西周墓地部分青铜器残留的泥芯进行了成分、物相等检测分析,并与山西侯马、陕西扶风李家铸铜遗址进行了比较分析。结果表明,横水西周墓地泥芯与当地土壤在成分、物相等方面具有高度的一致性,说明多数青铜器可能在当地铸造而成。