岩石圈的流变学分层结构

岩石圈的流变学是根据岩石在脆性域与孔隙压力有关的摩擦破裂和在延性域的幂律稳态蠕变来估计的。根据几种大陆和大洋岩石圈的岩石学模型,考虑地温分布和地壳厚度的变化,我们作出了几种满足不同地球动力学条件的岩石圈流变学模型。岩石圈的流变学性质与深度的关系在不同的构造区是不同的。一般情况下,大陆岩石圈有一层(在地壳的底部)或两层(在地壳的底部和中部)软的延性层夹在脆性层之间。地球物理参数(地震活动性、地震波速度和电导率)的深度变化与流变学模型相当吻合。我们用岩石圈流变学剖面来分析加拿大东南部的科迪勒拉山的变形大陆边缘和大洋地体的构造形式。这一地区的大型构造特征与推测的流变学构造颇为一致。由于宕石圈流变学结构是明显分层的,该地区产生近水平的脱底作用就不奇怪了。     

瑞典南部的岩石圈结构——芬诺罗拉计划的结果

芬诺罗拉(FENNOLORA)计划—1979年的芬诺斯堪的亚长测线地震计划,它的主要目的是确定在芬诺斯堪的亚地盾下方400多公里深度下的下部岩石圈和上地幔的结构。本研究中,瑞典南部各台站记录的三个爆炸点的资料被用来导出延伸600多公里的一个二维岩石圈结构模型。这三个爆炸点,一个在德国北部(剖面WN),两个在瑞典南部,相距300km(剖面BN和CS)。从北到南,这个剖面通过瑞芬构造(Svecofennides)、斯玛兰德-伐姆兰德(Smaland-Varmland)花岗岩带、不整合地覆盖在芬诺斯堪的亚地盾上的古生代岩石,经波罗的海(这里没有台站)进入德国北部的加里东构造区,在德国北部有一个爆炸点,但没有台站。这三个记录剖面图的解释是基于二维射线跟踪的方法,这种方法包括渐近射线理论综合地震图的计算。由于没有从德国的爆炸点到瑞典南部台站0～150km内的数据,因此,得不到这一地区详细的地壳结构图。测得地壳的厚度为32km。在大约50km深处,速度从8.00km/s迅速增大到8.35km/s,而下边是一个一直延伸到70km深度的低速带。对瑞典南部的相遇剖面BN和CS,情况完全不同,解释结果表明,地壳厚度与剖面北段相差大约12km。此段的莫霍面比较深,下地壳较厚,且有一个壳-幔过渡带,而不是速度的迅速增大。在这个相遇剖面的南段,有一个范围有限的地壳低速区。这一解释结果最重要的方面,是指出了瑞典南部两个爆炸点之间,地壳结构的变化出现在小于几十公里的、横向宽度有限的一个过渡区内。我们认为,模型的这个过渡区是一个主要的岩石圈边界,它与斯玛兰德-伐姆兰德花岗岩带与瑞芬构造的交接有关。     

唐海—商都地震台阵剖面下方岩石圈结构

2006年10月到2009年9月,中国地震局地球物理研究所在华北地区布设了250个流动地震台站,本文选取其中一条从唐海经过唐山、三河、北京、张家口到商都的宽频带地震台阵剖面作为研究对象.利用该剖面49个宽频带台站记录的191个远震数据进行了S波接收函数的计算,通过共转换点叠加成像对剖面下方的岩石圈结构进行研究,获得了剖面下方的岩石圈精细结构.Moho界面和岩石圈-软流圈界面清晰可见,剖面下方地壳厚度从西到东逐渐减薄,从42 km逐渐减薄至30 km左右,西部陆块岩石圈厚度从100 km逐渐减薄至70 km,中部和东部陆块岩石圈厚度变化相对平稳,介于60~80 km,表明剖面下方岩石圈遭受了大规模的明显减薄.结合其他地球物理方法研究结果,我们认为剖面下方华北克拉通东部陆块岩石圈减薄主要是由于热侵蚀作用引起的.     

构造物理学《欧洲地学断面》专刊简介

欧洲一个古老的大陆地壳位于芬诺斯堪的亚(Fennoscandian)地盾的北部,这本专刊是欧洲断面计划(EGT)系列文章的第五集,主要研究古地壳和下伏上地幔的结构及演化。这些文章来自第二地球科学研究中心,集中讨论了芬兰和挪威一个100×400km地区POLAR剖面的研究结果,POLAR剖面的主要目标是一个440km长的深地震折射测量。1985年8月,由赫尔辛基大学地震研究所与国际组织合作完成。一种小型反射法测量覆盖了折射测线的一部分,是同时进行测量的。     

岩石圈流变学研究进展

岩石圈流变学的目标是研究岩石圈物质的变形、流动及其机制。７０年代以来高温高压岩石力学实验和地热研究的丰硕成果,推动了该分支学科的进展。Ｒａｎａｌｉ等（１９８７）建立了７种岩石圈流变学剖面,并论述了岩石圈的流变学分层特性。此后,一些学者对不同地区的岩石圈做了研究,获得了类似的结果,建立了岩石圈流变学分层理论。运用这一理论,能解释地球科学许多分支学科所研究的不同尺度的构造现象。因为岩石圈的结构分层和流变性质,控制了大陆构造的形成演化,尤其是大陆构造变形。最新研究表明,一系列深成构造作用,如下地壳韧性剪切、造山带演化晚期或造山期后重力塌陷和莫霍面松驰等,与下地壳软化和塑性流动密切相关,而中上地壳（或汇聚带上地幔最上部）脆性域控制了地震震源的分布     

中国东部地学大断面的编制和研究

中国东部地学大断面的编制和研究是中国岩石圈计划全国委员会协调的中国地学大断面项目的一部分,同时也是国际岩石圈计划八十年代后五年的重要课题——全球地学断面计划(Global Geoscience Transects简称GGT)的一个组成部分。八十年代中期,国际岩石圈委员会总结北美洲大陆——海洋断面计划执行十年后的经验为基础,拟定出全球地学断面计划。目的是以统一的格式来编制分布在全球各关键部位的200多条断面(最后落实为130余条断面),提供大洋到大陆过渡带、大陆地壳和岩石圈的形成和动力学演化模式,并进行对比。通过综合研究来了解全球不同地质单元的岩石圈结构、成因和动力学模式。中国岩石圈计划全     

大陆多震层研究现状和讨论

本世纪五十年代,B.Gutenberg(1951,1954)和H. Benioff(1954)即已讨论过沿太平洋周边地震震源在剖面内的分布图象,浅、中、深震源密集排列,呈现一致向着大陆倾斜的现象,并注意到这一现象具有重要的构造意义。这是利用震源分布揭示地壳-岩石圈构造所取得的巨大进展。到六、七十年代,世界各国区域地震台网均有不同程度改善,震源测定的精度也有明显提高,这就为认识大陆内部震源深度分布的规律创造了有利条件。于是一些国家的学者先后注意到大陆震源在地壳中上部的一定深度范围内呈优势分布的现象     

中国大陆东部大洋板块俯冲的三维黏弹性有限元模型

利用三维黏弹性有限元模型 ,模拟出中国大陆的长期平均运动状态。其位移场与当前GPS结果比较有很强的一致性和较小的差异性 ,这从一方面说明了各时期板块边界的运动状态可能只是在均衡状态附近的幅度不大的震荡。进一步分析其应力场 ,由于海洋板块的俯冲 ,在大陆东部边界产生挤压、引张、挤压应力相间的情形 ,华北地区出现引张力作用 ,与其他研究结果一致。分析大陆东部的剖面 ,进一步证明大陆东部应力性质的变化 ,并且由于大陆岩石圈本身分层流变性会使应力逐渐集中到黏滞性较大的地壳部分。模拟显示在大陆岩石圈剖面中形成规模不等的位移对流环 ,还有待进一步的研究     

西藏-日本剖面的岩石圈构造

利用长周期数字地震仪的面波记录,研究了西藏——日本剖面的岩石圈构造,在资料处理中采取了纯路径效应提取和反演连续速度模型的计算技术,分别得到了大陆边缘、华北和青藏高原的岩石圈速度分布.前二个地区上地幔的速度结构相似,不仅岩石层较薄,而且存在高低速度层的相间分布,表现出活动构造的特点;青藏高原具有稳定地台的上地幔构造,但其地壳部分却属活动构造.这三个大地基本单元在构造上的差异可以从地壳追寻到上地幔200km深处,反映出印度板块和太平洋板块的不同运动.据此推断华北、日本的地震活动在动力源上属于壳-幔性质,而青藏高原的地震属于壳内性质。      

沿欧洲地学断面南段的岩石层横剖面

欧洲地学断面南段(EGT—S)从阿尔卑斯到突尼斯是个200—300km宽的窄长带.这个剖面穿越欧洲最年轻的构造区域,这里是阿尔卑斯造山挤压的延续区(例如在利古里亚海和西西里海沟),并伴随有近代的扩张运动.沿EGT—S的地球物理研究几乎没有间断.从1982—1987年,无论在陆地还是在海上都一直在进行深地震测深(DSS)试验和采集热流、重力、地磁、地震和地震构造的资料.新的Dss和地震反射资料证明了阿尔卑斯火山筑积物的不对称现象.从地震反射资料中发现壳一馒边界的最深部分在一个陡倾的挠曲之后,欧洲的Moh。面消失了的结晶岩体本身及其周围地区下方,尽管如此,在地震折射资料中Moh。间断面延伸到南阿尔卑斯区域仍是明显的.地震资料和热流数据表明利古里亚海早期裂谷系的墓底是一个p.速度仅为7.skxn/s的异常低速的地慢物质.翻rdinja一corsica板块的古生代地壳展示出一个内部构造尚未分异的洼地地形(平均p波速为6.3一6.4km/的、地壳厚度由其边缘的20 km增加到岛中央部分的30 km还多,其上部推覆体的变薄地壳成为sardinia海沟的特征.最后由突尼斯的初步Dss结果显示出Moh。面突然加深(在Tell区由20kxn到接近35km),平均地壳速度很低,这要求下地壳内有一个速度转换层,而壳下反射层揭示出一个构造上地慢.     

高温高压下斜长角闪岩电导率研究及其地球物理启示

中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常(0.01～1 S·m~(-1))可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5, 1.0, 1.5 GPa和473～1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10~(-0.5) S·m~(-1);实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol~(-1),推断其导电机制可能为小极化子传导(Fe~(2+)的氧化)主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈(克拉通、大陆裂谷和活动造山带)和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域(例如卡斯卡迪地区)高电导率异常现象的原因.     

芬兰北部POLAR剖面的地电模型

沿着欧州地学断面(EGT)POLAR剖面进行了大地电磁测深以便建立起地壳的地电(导电性)模型。设置了40个大地电磁测深点(MT),18个音频大地电磁测深点(AMT),10个磁流体动力学测深点(MHD)在主要POLAR剖面上(剖面1),在距主剖面东南40km的平行剖面上(剖面2)设置了十多个大地电磁测深点。     

全国东南沿海大陆边缘构造实地考察学术讨论会概述

本文介绍了1985年5月7日—15日在福建省泉州和厦门召开的“全国东南沿海大陆边缘构造实地考察”学术讨论会概况。来自全国22个省、市、自治区的75个单位的近150名代表出席了会议。除大会报告外,还分区域构造、新构造地震和矿产三个组进行讨论,其中与地震地质、地震活动有关的主要有:①长乐一诏安断裂变质带;②东南沿海升降速率;③滨海断裂带;④北西向构造;⑤华夏古陆等五个问题。大陆边缘构造是国际岩石圈计划的一部分,对此深入研究,对寻找矿产、保护环境和减轻地震灾害非常重要。     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.     

古地磁和日本列岛增生构造

一、引言在轴向偶极子假说前提下,对足够长的时间间隔而平均的古地磁方向,可以用来重建大陆、微大陆和地体的构造运动。在这篇文章中,我们将简要地回顾与过去的构造运动有关的、日本的古地磁研究结果。最近Sasajima(1981)和Hirooka(1984)也发表了这类的评论文章。我们也要考虑在国际岩石圈计划期间,日本岛岩石的古地磁研究展望。     

三维走时反演与青藏高原南部深部构造

利用中法合作布设在青藏高原南部的51个临时地震台数据，提取了来自80个地震事件的2 312个P波到时和部分S波到时，分析了不同方位P，PKP，以及S-P走时差的变化以及其构造含义．最后利用ACH方法对研究区进行了三维速度反演．通过研究，对青藏高原深部构造取得以下初步认识:① 青藏高原上地幔速度较正常大陆上地幔速度要低，羌塘地块上地幔速度更低．PKP走时残差沿剖面往北变小（早到），说明剖面北部(桑雄以北)有较浅的莫氏面；② S-P走时差自雅江（ITS）向北突然增加，同时反演结果显示雅江以北至当雄为低速地壳，说明该区地壳深部存在局部熔融；③ 喀拉昆仑嘉黎断裂(KJFZ)可能是班公——怒江缝合线的南支，推测为羌塘地块的南界；④ 反演结果显示雅江以南上地幔存在高速体，可能是俯冲的印度岩石圈物质．剖面中部上地幔的低速体可能是物质热状态变化的反映．      

南海西南次海盆岩石圈结构及其地质意义

南海地区岩石圈资料稀少,阻碍了其形成演化过程的研究.为此,本次研究结合大地热流、空间重力异常、高程、大地水准面和地震数据,在南海西南次海盆反演了两条2.5维岩石圈剖面.本次计算基于三种假设：岩石圈地幔的密度取决于岩石温度;研究区岩石圈处于热稳定状态;研究区处于重力均衡状态.在剖面A-E中,岩石圈底界面从珠江口盆地的105 km迅速抬升到西沙海槽处的50 km,在西沙海槽、西沙-中沙群岛和西南次海盆变化不大,为50~60 km.在剖面F-I中,岩石圈底界面从西沙群岛-中建地块处的88 km向海盆逐渐抬升,在西南次海盆处为46~50 km,到郑和隆起再逐渐变深至64 km.我们比较了西南次海盆岩石圈的冷却模型和热稳定模型,根据冷却模型由水深和热流数据所推断的西南次海盆年龄比实际年龄差很多,说明冷却模型不适用于西南次海盆.通过对比剖面A-E和剖面F-I,说明了剖面A-E经历了更长时间的拉伸,证明南海西南次海盆在形成演化过程中是从北东向南西逐步打开的渐进式扩张.最后,我们综合分析西南次海盆及其大陆边缘的岩石圈结构、减薄陆壳区范围、碳酸盐台地的分布、下地壳韧性流动、流变结构和沉积层特征等多方面资料,认为西南次海盆在形成演化过程中岩石圈地幔首先破裂而地壳后破裂,属于type Ⅱ型非火山型大陆边缘.     

三峡重庆库区深部二维构造剖面的建立和分析

从综合地球物理角度出发，结合本区重力和航磁资料再处理成果，依据射线追踪反演建立了三峡重庆库区的深部二维构造剖面，较好地反映了各层速度的横向变化。对剖面所揭示的基底构造特征、地壳结构特征、主要断裂构造特征以及莫霍面的起伏特征进行了分析和研究，获得了对库区主剖面揭示的断裂构造新的认识，为深入研究本区岩石圈动力学特征及其对断裂构造活动的控制和影响提供了基础资料，为三峡重庆库区地震、地质灾害的监测与防治提供了依据。     

四川龙门山断裂带高精度地壳/岩石圈黏度结构及其动力学意义

岩石圈黏度是大陆动力学研究中一个重要参数,但是岩石圈黏度,尤其是横向小尺度(<100 km)黏度结构的确定是一个挑战.本文根据电阻率和黏度与它们控制因素的相似关系,直接把一条跨过青藏高原东缘和四川龙门山断裂带的大地电磁(MT)探测的电阻率剖面转换成黏度结构作为输入,在GPS速度和地表地形数据的约束下,利用地球动力学数值模拟获得了该剖面的二维地壳/岩石圈黏度结构.本文推断的黏度与前人获得的区域尺度的黏度值一致,但揭示出了更多的细节.本文的黏度结构揭示出研究区域内的地壳/岩石圈黏度存在较大的空间变化范围(约5量级),黏度值分布在1.48×10^17~8.44×10^22 Pa·s之间;龙门山断裂带下的黏度存在强烈的小尺度横向变化,其中、下地壳的黏度分别为1.99×10^18~8.21×10^20 Pa·s(平均1.17×10^20 Pa·s)和4.09×10^19~7.08×10^20 Pa·s(平均1.77×10^20 Pa·s).基于该黏度结构的地球动力学模型表明驱动青藏高原中-下地壳物质流动的可能是热-化学浮力,以及上地壳和中-下地壳可能处于解耦状态.本文获得的黏度结构可以为龙门山断裂带地震成因和机制、岩石圈小尺度变形和构造应力状态的深入研究提供重要的帮助.     

大陆地壳和上地幔的地震学

引言在过去的四年里,对于美国大陆地壳及下地壳岩石层的地震学研究比过去任何同期内完成得都多,而且不断增长的研究活动大概会持续数年。几种趋势说明了这种现象。首先,最初由美国大陆反射剖面合作集团(COCORP)的研究结果(Brown and others,1986),后来又由英国反射剖面研究协会(BIRPS)的研究结果(Matthews and Cheadle,1986)所引起的对地震反射研究的兴趣已经导致了几项其它地震反射计划的制定。这些最有效的研究计划有:怀俄明大学(Smithson and others,1986)、弗吉尼亚工业学院(Virginia PolytechnicInstitute)、美国西南部地壳构造研究加州各大学联合体(CALCRUST,Henyey,1986)和美国地质调查局(Hamilton,1986)的计划。