地球自转十年尺度波动与核幔耦合的可能机制

简要介绍了地球自转变化的一般规律可能的地球物理激发因素，十年尺度波动与核幔边界耦合之间的联系，以及几种可能的核幔耦合机制。强调了地震波探测手段对于获限地球内部信息的重要性，同时指出将空间大地测量，重力测量和地磁怀地球物理学方面的理论与模型研究相结合，对于最终分析和确认地球自转变化中的各种信息及其激当因素是十分重要的。     

核—幔相互作用及其地球动力学意义

核－幔边界是地球内部反差最大的一个边界,也是最重要的边界,界区的核－幔相互作用过程在整个地球动力学系统中起着重要的作用。本文在概述了该－边界基本特征的基础上,系统地总结了有关核幔物质的化学反应和Ｄ”层的形成,核－幔间的质量传递及其对地幔对流之贡献,核－幔耦合与动量传递等的研究成果及有关问题。     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展,诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义.在重力分异过程中,随着地球质量不断向地心集中,地球自转动能也不断向地核集中,从而产生圈层分化和差异旋转.地核相对地壳、地幔高速旋转,具有巨大动能,旋转阻力不断将其转化为热能,在核幔边界聚积起来,为液核对流和热幔柱提供足够的能量.核幔边界是产生热幔柱的位置.阐明了地幔柱构造与板块构造的关系.地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制,对了解地球深部动力学机制有重大意义.     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展，诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义。在重力分异过程中，随着地球质量不断向地心集中，地球自转动能也不断向地核集中，从而产生圈层分化和差异旋转。地核相对地壳、地幔高速旋转，具有巨大动能，旋转阻力不断将其转化为热能，在核幔边界聚积起来，为液核对流和热幔柱提供足够的能量。核幔边界是产生热幔柱的位置。阐明了地幔柱构造与板块构造的关系。地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制，对了解地球深部动力学机制有重大意义。     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

下地幔及核幔边界结构及地球动力学

新一代高分辨率下地幔及核幔边界的地震层析成像,改变了我们对全球构造模式及地球动力过程的认识。古海洋岩石圈板片一直俯冲到下地幔底部,其残留体在核幔边界积累,并支持了地幔整体对流模式。位于核幔边界上的D″层有着十分复杂而精细的结构。紧靠核幔边界的地幔一侧发现了超低速层(ULVZ),它们可能是D″层内的局部熔融物,是引起地表热点的上升地幔柱的源头。     

地幔柱的识别和演化研究述评

地幔柱的研究已逐渐成为人类认识地球深部动力学机制的重要手段，其诞生-演化与LIPs形成、超大陆裂解以及生物大灭绝事件密切相关。近几十年来，对地幔柱的研究和探索取得了重要进展，尤其是动态地幔柱模式（t ime-dependent）的提出将这一研究热点推向了新的台阶。综合了近些年在地幔柱识别和演化方面的研究资料对前人工作进行总结，归结为以下几个主要方面：地幔柱的时空尺度及其与热点、溢流玄武岩、地壳抬升间的联系；地幔柱的热和物质起源；地幔柱上升和演化的动力学基础。目前仍存在的问题包括：地幔柱是主动还是被动上涌？地幔柱起源于上-下地幔还是核-幔边界？OIB是否代表原始地幔柱的熔融岩浆？无疑这些问题的深入探索将拓宽人类对核幔耦合、地幔对流及浅部物质-能量响应等动力学机制的认识。     

核幔边界D″区的地震学研究进展

核幔边界层在地球演化过程中扮演着极为重要的作用,是人们认识地球的主要研究对象之一。文中综述了近十多年来对核幔边界D″区开展地震学研究的主要方法及成果,内容涵盖了核幔边界D″区上部间断面、不均匀性、各向异性和超低速层等4个主要研究对象。结合多个相关学科的研究进展,从对热-化学-动力学三方面的耦合作用的分析,来探讨形成D″区各种观测现象的原因和机制,以及在此基础上提出的动力学演化模型。最后简要叙述了有关核幔边界研究的地震学、矿物实验、理论分析及计算科学的发展方向和挑战。随着对D″区认识的不断更新,逐步揭示地表观测到的可能受核幔边界因素控制的多种地质及地球物理现象。     

地幔柱构造——一种新的大地构造理论

近年来，在大量实际观察、地球深部物理性质研究和各种模拟实验基础上，提出一个新的大地构造理论——地幔柱构造(mantle plume tectonics)。按照这一构造理论，地球深部核幔边界附近的高温低粘度屡(D^11层)可以产生呈柱状上升的热物质体。     

地球内部物理和演化的几个核心论题：I.地球内部结构和物理性质

本文综述研究地球内部结构和物理特性的几种常见规方法和主要研究结果,并首重讨论地球物理状态方程,地震成象,综合反演,高温高压实验和有关对比研究方法,均匀各向同性球对球模型仍不失其参考意义,但最新研究结果表明,地球内部状态是非均匀和各向异性的,横向不均匀对称地球模型仍不其参考意义,但最新研究结果表明,地球内部状态是非均匀和各向异性的,横向不均匀性主要表现在上地幔部分,下地幔和液态外核似乎比较均匀,但核－幔边界过渡带(D″)可能代表一个内含非均匀化学边界的热边界层,其形态起伏和横向变化影响地球模壁的球对称性。3-D地震成象实质上反映地震波建与温度异常的关系．而温度变化又会引起密度异常,因而密度变化是控制地幔对流的关键参数之一。     

地球节律的成因

地球节律主要受地球内部能量间歇性的释放所控制。旋转系统有不同于非旋转系统的位能、热能和旋转能的相互转换方式。在重力分异和热对流过程中，地核不仅有巨量热能，而且有巨量的旋转能和放射性蜕变能。这是地球能量释放的内因。天文因素使地球内核周期性地南北振动，使地球轨道、体积，形状、自转速度、公转速度和差异旋转状态周期性地变化。这是地球能量间歇性释放的外因。对作差异旋转的内核而言，万有引力常数Ｇ的变化可以改变太阳辐射量和太阳系体积，影响核幔的角动量交换和地壳地幔容积，造成热幔柱的形成与喷发，控制了核幔边界的能量交换过程。这是天文周期与地质旋回一一对应的原因，也是地球节律产生的根本原因。这使人们可以从天文周期预测地质变动。     

地球内核与地球深部动力学

地球内核由外核富含铁元素的液态物质结晶而成。经证实,内核正以约１（°）／ａ的速率相对于地幔向东转动。内核的旋转是通过穿过内核的地震波的走时随时间变化推测得到的。这种变化是最近十多年来揭示出的内核各向异性在空间方位的改变所造成。内核的各向异性被认为起因于各向异性的铁晶体的有序排列,但这种有序排列的机制还不清楚。内核在地球发电机中起着重要的作用。利用大型的并行计算机,人们已得到能产生像地磁场一样的三维发电机数值模拟。地震学观测到的内核差速旋转为最近的发电机数值模拟提供了支持。这种数值模拟曾预测：导体内核与外核产生的磁场的电磁耦合驱动了内核每年几度向东旋转。地核通过核幔边界的接触及内核与地幔的引力耦合与地幔存在强烈的相互作用。多学科领域的突破为认识地球的深部动力过程提供了极好的机会和手段。     

地幔底层及其在全球物质演化中的意义

在核幔界面之上的下地幔一侧,地震波速分布极不均匀,厚度在50~300 km范围内变化的一层物质称为地幔底层。地幔底层由具有高地震波速和高密度的D″区和超低速带(ULVZ)组成。地幔底层是地核热能向地幔传播的必经之路,也是地幔中温度和温度梯度最高的地区。地幔底层既是俯冲板块的最终归宿,又是热柱和超级热柱的源区。因此,地幔底层既是全地幔对流的起点,又是全地幔对流的终点。在地幔底层可能发生地幔物质(包括俯冲板块物质在内)的部分熔融作用,也可能存在外核液态铁与地幔硅酸盐的化学反应。所以地幔底层在全球物质演化中占有重要的地位。     

地球液核的动力学效应研究进展

简要介绍了液核动力学研究的方法及液核动力学效应检测的进展和研究结果,着重介绍了超导重力仪在液核动力学研究中的作用。基于初始参考地球模型（PREM）,采用球对称、非自转、完全弹性和各向同性地球的弹性引力形变理论研究了液核动力学扰动导致的地球固体部分的形变和重力位扰动。根据重力潮汐观测中的近周日共振特征,利用国际超导重力仪观测资料研究了地球的自由核章动（FCN）,精密确定了有关的共振参数,其中FCN的本征周期为429.0（424.3,4 433.7）恒星日,品质因子为 9543（6405,18714）,复共振强度为（－6.10±0.20,－0.01±0.20）×10^－4°/h。最近,我们还估计了全球地球动力学观测网中全球分布的14台超导重力仪21个长期、连续重力观测序列的"积谱密度"以检测固体内核的平动振荡运动。     

Pangea, the geoid, and the paths of virtual geomagnetic poles during polarity reversals

The elongated distribution of virtual geomagnetic poles (VGPs) of South American Jurassic units has been interpreted as reflecting: 1) the behavior of the Earth's magnetic field (EMF), and 2) apparent polar shift of the South American plate before the breakup of Gondwana. New paleomagnetic data do not support the latter. We analyze these Jurassic VGPs together with those of other Pangean continents, considering a model based on the following assumptions: 1) Pangea was assembled over the present African-Atlantic geoid high; 2) the hotspot framework has not been significantly deformed over the last 200 Ma; 3) the present geoid matches the present topography of the core mantle boundary (CMB); 4) the overall topography of the CMB remains unchanged for long periods of time. We plotted Jurassic VGPs of Pangean continents, previously returned to a fixed-hotspot framework, on a map of the present topography of the CMB. The VGPs seem to follow the trend of regions of increased CMB seismic velocities. When a polarity reversal was registered by a Jurassic unit, the path of the VGPs was channeled on zones that have been observed in translational paths for the last 10 Ma.     

全球地幔三维结构模型及动力学研究新进展

介绍了地幔三维地震模型及地球动力学最新进展，特别是１９９５年７月ＩＵＧＧ第２１届大会展示的新成果。地幔三维速度分布主要由全球数字地震台网资料求得。１００ｋｍ深度速度分布主要与板块构造有关，３５０ｋｍ深度显示了大陆与海洋的差异，１９００ｋｍ深度表现环太平洋的高速异常带。