地幔转换带中的水及其地球动力学意义

综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩pyrolite模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。     

地幔物质的性质,状态与演化及相变动力学研究进展

近年来，借助于高温高压实验技术，地球科学家们发现构成地幔的许多矿物随着压力的增加会发生矿物结构的改变，由此可以推断出深地幔矿物存在形。这些相变地幔主不连续面的形成有关，因而对相变的热力学及其相变动力学的研究可以为地幔对流及其热演化提供约束条件。     

地幔氧逸度与俯冲带深部碳循环

地幔氧逸度通过改变含碳相的存在形式和迁移方式来影响深部碳循环。本文结合最新的地幔氧逸度实验模拟和岩石学研究成果,探讨了地幔氧逸度时空分布对深部碳循环的影响。文章重点结合地幔减压熔融形成洋壳、新生洋壳蚀变、洋壳俯冲变质、深俯冲洋壳熔融以及俯冲洋壳物质(流体和固体)通过岩浆(岛弧和地幔柱)作用循环出地表等重要地质过程,探讨了伴随洋壳俯冲作用的深部碳循环过程。由于地幔氧逸度的时空变化,俯冲带含碳相表现出不同的存在形式和迁移能力。通过对西南天山俯冲带碳循环的岩石学和实验研究,我们认为应当进一步深入研究俯冲带氧化还原状态及其对俯冲带深部碳循环的影响。     

地震波各向异性：窥测地球深部构造的“探针”

地震波各向异性日益成为不可忽视的地质地球物理现象。地球内部不同圈层（地壳、地幔和地核）都存在着地震波各向异性，并表现为不同的规模（小到单矿物和岩石，大到地体甚至上地幔）和强度。通过地震波各向异性可以间接获取岩石圈厚度、地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。主要从地震波各向异性的表现形式、原因及地质地球物理意义等方面对近年来大洋俯冲带、大陆裂谷、地幔转换带和大陆碰撞造山带（青藏高原）等构造环境中的研究成果进行了评述，讨论了各向异性[JP2]研究中需要重视的几个问题：①剪切波分辨率；②矿物组构研究；③其它各向异性成因机制。还强调了各向异性研究与流变学、高温高压岩石物理实验相结合的新方向。     

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。     

金刚石及相关矿物岩石—大陆深部地幔成矿及动力学的重要示踪体

本文系统介绍了大陆深部地幔成矿及动力学信息的重要载体－金刚石及其相关矿物岩石的一些重要研究进展,并对大陆深部地幔成矿及动力学研究及有关领域发展趋势进行了评述。     

地幔转换带的金属铁限制了硅酸盐的水化作用北大核心CSCD

在地幔转换带条件下,瓦德利石和林伍德石最多可以携带3%质量的水。地球物理和地质学观测表明,地幔转换带的含水量可能高度不均一,该区域富水或贫水仍然存在巨大争议。而同时前人研究也显示地幔转换带的氧逸度很低,其还原环境对应着金属铁的析出。在地幔转换带,富水的硅酸盐矿物能否与金属铁稳定共存呢?     

俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向

地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源...     

地幔柱和地幔流体作用与深部找矿应用研究

地球是一个复杂的系统,自形成以来,一直处于不停地运动、分异和演化过程;它不仅存在着圈层结构,而且伴随其自转和公转的离心力,以及核幔间的温度差、压力差、密度差、粘度差、速度差和放射性蜕变热等动热机制,同时存在着以地幔柱和地幔流体作用方式的物质垂向运动;这一过程,不仅直接向地壳带入核幔成矿物质,而且通过流体自身的超临界性质,将沿途活化已有初步富集的成矿物质转移至地壳适宜部位集中成矿。因此,大多与深大断裂有关的矿床,其成矿作用多与成矿物质的垂向运动密切相关,进而可能具备深部成矿的条件。研究从地幔柱和地幔流体作用入手,探讨了大型和超大型矿床形成的地球化学背景,揭示了开展深部找矿应用的前景。     

地幔柱和地幔流体作用与深部找矿应用研究

地球是一个复杂的系统，自形成以来，一直处于不停地运动、分异和演化过程；它不仅存在着圈层结构，而且伴随其自转和公转的离心力，以及核幔间的温度差、压力差、密度差、粘度差、速度差和放射性蜕变热等动热机制， 同时存在着以地幔柱和地幔流体作用方式的物质垂向运动；这一过程，不仅直接向地壳带入核幔成矿物质，而且通过流体自身的超临界性质，将沿途活化已有初步富集的成矿物质转移至地壳适宜部位集中成矿。因此，大多与深大断裂有关的矿床，其成矿作用多与成矿物质的垂向运动密切相关，进而可能具备深部成矿的条件。研究从地幔柱和地幔流体作用入手，探讨了大型和超大型矿床形成的地球化学背景，揭示了开展深部找矿应用的前景。     

幔汁(HACONS流体)地球内动因探索

地球科学发展到今天,中外所积累的实际资料之多早已达到一个临界点,必然要从量变跃迁为理论认识上的质变.本文是这方面的一个尝试,力图把地球看成一个整体,提出以下五条地球内动因基本规律:(1)Na、K被幔汁的带入乃是地幔和地壳中产生各种类型岩浆的关键要素;(2)Na、K碱交代作用足整个热液作用中最重要的一个反应机制;(3)大地构造源于幔壳溃变"(是幔汁在起主要作用);(4)在地球的演化上,地壳乃是地幔亏损(depletion)部分的向上分化、搬家,地壳=原始地幔-亏损地幔;(5)地球深部的Na、K流(即幔汁主体)是来自威力更大的地核氢(H~+、H、H_2)流的萃取和驱动.     

混凝土面板堆石坝中过渡区的渗流控制作用研究

在面板完好的条件下,面板堆石坝坝体的渗透稳定性很容易满足要求;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,过渡区的渗流控制作用对于大坝的渗透稳定性具有关键意义。结合水布垭大坝实例,通过层间系数的分析,认为必须通过试验研究过渡料对垫层料的反滤保护作用。通过反滤试验研究了水布垭全级配过渡料对垫层料的反滤效果和渗透变形规律,结合已发表的研究成果进行综合分析,探讨了过渡区的渗流控制作用机制：过渡料与主堆石区一起,可对坝体起到很好的排水作用;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,垫层料内部可能会发生颗粒迁移和内部结构调整,但在过渡料的反滤保护作用下可维持渗透稳定;初次遇到这种工况时,过渡区自身会有少量细粒流失,但其骨架将维持稳定,借助于主堆石区的支撑作用,过渡区将继续发挥其反滤和排水的双重作用。     

中国东部及西秦岭地区新生代岩石圈地幔中的相转变带及其温压条件

五相（橄榄石＋斜方辉石＋单斜辉石＋石榴石＋尖晶石）共存的地幔橄榄岩捕虏体是来自岩石圈地幔相转变带的直接样品.中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的少量五相共存的地幔橄榄岩捕虏体为探讨这些地区新生代岩石圈地幔中相转变带提供了宝贵的样品.本文根据地幔橄榄岩捕虏体中石榴石和尖晶石的产出状况,将这些橄榄岩捕虏体分为三类：第一类橄榄岩中尖晶石为粒状残核,尖晶石外缘被石榴石的反应边包围.这种橄榄岩捕虏体代表尖晶石-石榴石相转变带的上限,故称为尖晶石带橄榄岩;第二类橄榄岩中尖晶石和石榴石以单颗粒零散分布为特征,二者共存但未见明显的相转变关系.这类橄榄岩多位于相转变带中部,拟称为尖晶石-石榴石过渡带橄榄岩;第三类橄榄岩中以石榴石为主,尖晶石和辉石等微晶构成石榴石反应边.这类橄榄岩代表尖晶石-石榴石相转变带的下限,故称为石榴石带橄榄岩.因此,根据不同类型橄榄岩捕虏体中矿物的组成,结合温度压力估算即可确定岩石圈地幔中相转变带的深度和厚度.本文通过对中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的尖晶石-石榴石二辉橄榄岩捕虏体的温度压力估算来进一步厘定中国东部新生代岩石圈地幔中的相转变带深度和厚度.     

Thermal field and geothermal models of the lithosphere in the continent-ocean transition zone of northeastern Eurasia

The region under study is located in the active “transition zone” from the Eurasian continent to the Pacific Ocean. The zone occupies not only the continent-ocean border area (continental coastline, marginal seas, island arcs, and deep-sea trenches) but also the margins of intracontinental regions of the Eurasian continent with different structures and regimes of development. The transition zone is a natural buffering and damping regulator of the interaction between the Eurasian and Pacific plates and is characterized by intense orogenesis, contemporary volcanism, active seismicity, diverse geothermal regime, and highly nonuniform measured heat-flow values. Available geothermal data for the region are not sufficiently generalized. After the latest maps compiled in the 1990s, new data have been obtained and new geoinformation technologies have been developed. In the study presented in this paper, available geothermal information has been generalized and a detailed heat flow distribution map has been compiled and used to calculate Moho temperatures, to determine the thickness of the “geothermal” lithosphere, and to construct distribution maps of these parameters.     

Influences of Lower-Mantle Properties on the Formation of Asthenosphere in Oceanic Upper Mantle

Asthenosphere is a venerable concept based on geological intuition of Reginald Daly nearly 100 years ago.There have been various explanations for the existence of the asthenosphere.The concept of a plume-fed asthenosphere has been around for a few years due to the ideas put forth by Yamamoto et al..Using a two-dimensional Cartesian code based on finite-volume method,we have investigated the influences of lower-mantle physical properties on the formation of a low-viscosity zone in the oceanic upper mantle in...     

海底地下水排放:重要的海岸带陆海相互作用过程

沿海地区海底地下水排放在北美和欧洲等发达地区受到了越来越多的重视,被认为是一个重要的海岸带陆海相互作用过程。但这一过程在我国尚未引起足够认识,有关研究极少见。海底地下水排放的研究历史不长,只是近十多年才有了快速的发展,有了越来越多的定量研究成果。其研究方法主要有水文计算法、现场实测法和地球化学示踪法,各种方法之间的对比实验是目前的热点问题。沿海地下水排放具有重要的环境意义,它可以是陆地营养物质和污染物质的一个重要排放通道,可以对海岸带环境产生一定影响。我国沿海地区应该加强有关的研究工作,为海岸带环境管理作出贡献。     

Phase Stability and Reactions of Subducting CaCO3 under Upper Mantle Conditions

CaCO₃ is an important component of marine sediments and one of the major deep-carbon carriers at subduction zones. Some subducted CaCO₃ can be dissolved in subduction fluids and recycled back to the surface via arc volcanoes degassing. At the same time, there still remain large amounts of CaCO₃ and its reaction products, which could be further transported into Earth’s deep interior. These internal processes link atmosphere, hydrosphere and biosphere with the deep...     

Numerical models of tectonic deformation at the Baltica–Avalonia transition zone during the Paleocene phase of inversion

Predictions from dynamic modelling of the lithospheric deformation are presented for Northern Europe, where several basins underwent inversion during the Late Cretaceous and Early Cenozoic and contemporary uplift and erosion of sediments occurred. In order to analyse the evolution of the continental lithosphere, the equations for the deformation of a continuum are solved numerically under thin sheet assumption for the lithosphere. The most important stress sources are assumed to be the Late Cretaceous Alpine tectonics; localized rheological heterogeneities can also affect local deformation and stress patterns. Present-day observations available in the studied region and coming from seismic structural interpretations and stress measurements have been used to constrain the model. Our modelling results show that lateral variation in lithospheric strength below the basin systems in Central Europe strongly controls the regional deformation and the stress regime. Furthermore, we have demonstrated that the geometry of the boundary between Baltica and Avalonia, together with different rheological characteristics of the two plates, had a crucial role on local crustal deformation and faulting regime resulting in the Baltica–Avalonia transition zone from the S–N Alpine convergence.