有限元等数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况,主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构．已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础,国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出,数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具．并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．     

第29届国际地震学和地球内部物理学大会概况

第29届国际地震学和地球内部物理学协会（IASPEI）大会于1997年8月18日至28日在希腊沙洛尼卡市举行,40多个国家和地区的800余位学者出席了大会．中国国家地震局、中国科学院、中国地质矿产部和大专院校31名地球科学工作者参加了大会．大会收到论文摘要约1500篇,共设46个专题．有关构造物理学共有464篇摘要（占会议全部摘要的32％）,主要课题有：大陆地壳和岩石图模型,俯冲带,地球的结构与演化,岩石圈构造、地球动力学过程和各向异性,深俯冲板片的结构和动力学,活动构造地区的地热、地震构造和地震活动性,大陆及海洋岩石圈的热状…     

美国圣路易斯大学设立纳特利教授奖学金

美国纳特利教授不仅是一位在地震学和地球物理学领域内颇有造诣的科学家,同时他也十分重视人材的培养,他对年轻一代地球物理学者关怀备至,无论在学术上和其他方面他都是一位无私的奉献者,他高尚的为人品德与其学术成就一样深受广大地震学者的崇敬。为了永远纪念这位深受人们尊敬的地震学家,激励年轻一代地球物理学者脱颖而出,美     

探索地球内部结构和地震震源机制——地震学家Adam M. Dziewonski教授的学术成就简介

Adam M.Dziewonski(1936~2016)生前是哈佛大学地球与行星科学系教授,世界著名地球物理学家与地震学家.鉴于Dziewonski教授在固体地球物理领域的重要基础贡献,1998年瑞典皇家科学院授予他Crafoord奖(被誉为地学界的"诺贝尔奖"),1999年美国地震学会授予他Harry Fielding Reid奖章,2002年美国地球物理学会授予他William Bowie奖章.Dziewonski教授的研究注重于利用地震观测资料来探索地球内部结构和地震震源机制,他最杰出的工作包括:(1)发展了地震矩中心位置和震源机制(CMT)反演方法,建立了实时自动反演全球中大型地震震源参数的系统,以及具有搜索功能的震源参数数据库以及相关的网站;(2)发展了被地学界广泛应用的一维地球参考结构模型PREM;(3)将层析成像方法应用于地球深部结构的研究中,反演获得三维非均匀地幔的速度结构模型,以及地球内部结构间断面的深度起伏特征;(4)证实地球内核的固态性,发现地球内核的各向异性和内核最深部的结构特征.Dziewonski教授是很多地震学领域的开创者,他在地震学基础研究领域的重大贡献深刻而广泛地影响着全世界的地震学家以及其他地球科学领域的研究者.本文简要介绍了Dziewonski教授主要的科研工作、核心的学术成就及重要的学术服务贡献,并探讨了他学术研究成功的因素,希望能够对从事地球科学研究的学者有积极的启示.     

大地震多发于俯冲带和洋底断裂带的交叠区

全世界的大地震都发生在俯冲带,因为在俯冲带中,一个构造板块在另一个之下滑动.但是,俯冲区的哪些地方最有可能发生大地震呢?澳大利亚悉尼大学的科学家研究发现,海底断裂带与俯冲带的交叠区域发生大地震的风险高于其他区域.该项研究成果于2012年12月发表在欧洲地球科学联合会(EGU)的开放获取期刊Solid Earth上.     

中国地学热点研究区几个地学问题的探讨

中国(大陆及其周边地区)一直是全球地学研究的前沿阵地,是全球陆-陆碰撞造山、海洋岩石圈俯冲和古大陆岩石圈演化动力学研究的理想实验室。几十年来,地学家们通过地质调查与地球物理、地球化学等相结合的研究,取得了许多新进展与新发现。笔者对青藏高原、西太平洋俯冲带、华北克拉通和南北地震带等地区多年来一直存在争议的几个重要地学问题进行了简要的总结,并从地震学的角度出发,对问题的解决提出了粗浅的见解与看法。     

影响超高压变质岩P-T-t轨迹特征的主要因素

P-T-t轨迹是研究超高压变质岩形成演化过程主要的方法之一,是提出合理地球动力学模型的主要依据.准确理解影响P-T-t轨迹的因素对于理解超高压变质岩的俯冲-折返至关重要.运用增生楔、角落流、浮力抬升模型解释超高压变质岩形成演化的基础上,定量的探讨了不同俯冲速度、不同俯冲角度、不同俯冲阶段、剪切应变生热等因素对P-T-t轨迹的影响.板块持续的高速俯冲,不仅可以使得俯冲带形成低温环境,而且在陆壳岩石俯冲到地幔经受超高压变质作用后返回地表浅部的过程中,超高压变质岩在地幔滞留的时间短,为超高压变质岩的形成提供了必要条件.较低的俯冲速度不利于超高压变质岩的形成演化.     

俯冲带热结构的动力学模型研究

俯冲板块在俯冲过程中与周围地幔不断发生热交换,该热演化过程主要由热传导和平流物质交换两种作用构成.俯冲带热结构的演化是控制俯冲过程中物理化学性质转变的决定性因素之一,直接影响我们对矿物脱水、岩石部分熔融、岛弧火山喷发以及俯冲带地震等关键地质现象的理解.对俯冲带热结构的动力学模型研究主要分为解析方法和数值方法两种.解析模型能够从物理上给出对热结构具有最重要影响的控制因素,比如俯冲板块的年龄、速度和角度、剪切应力以及热传导系数等.数值模型能够进一步给出解析模型难以处理的各种复杂因素的影响,比如地幔楔的黏性变化、俯冲板块与周围地幔的耦合过程、与矿物岩石学的结合等.将模型结果实际应用于各俯冲带时由于各种影响因素很多,因此对俯冲带热结构的限定是一个非常复杂的过程.随着地球物理与地球化学各种定量观测手段的进步,将能够给出更多对俯冲带热结构的约束条件,进而更合理的解释与俯冲带相关的地质现象.     

俯冲带橄榄岩及其记录的壳幔相互作用

俯冲过程是板块构造运动的核心过程,而地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面发挥了重要作用.本研究汇总了全球代表性俯冲带橄榄岩(包括俯冲带型蛇绿岩和地幔楔型造山带橄榄岩)的研究现状,并展望未来需要解决的关键科学问题.俯冲带型蛇绿岩地幔单元和地幔楔型造山带橄榄岩分别代表着大洋和大陆俯冲带侵位的地幔岩石,是研究俯冲带壳幔相互作用的关键对象.该相互作用的本质是俯冲板片和地幔楔之间在物理过程主控下发生复杂的化学交换作用.俯冲带型蛇绿岩能够记录从大洋岩石圈产生到俯冲启动直至成熟到消亡等不同阶段复杂的熔-岩和水-岩相互作用、变形变质过程、金属成矿元素富集以及壳幔物质交换等.地幔楔型造山带橄榄岩则反映洋-陆和陆-陆俯冲/碰撞、折返等阶段强烈的变形变质历史,多种性质的熔/流体交代作用(硅酸盐熔体、碳酸盐熔体、含硅酸盐组分的C-H-O流体/超临界流体),以及复杂的壳幔物质循环过程等.利用俯冲带橄榄岩进一步探索壳幔相互作用,需要采用高空间分辨率、高精度的测试方法从微观尺度上约束复杂的化学交代过程和变质变形历史,并与宏观构造的时、空演化相联系.     

大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异

板块俯冲是地球内部系统最为宏伟的地质过程,是实现地球表面-内部物质和能量交换、大陆地壳生长以及壳/幔相互作用的重要场所,广泛深刻地影响着地壳的增生与消亡、火山和地震活动、地球表层物质循环、矿产资源分布、大陆造山运动、大陆的聚合及裂解等与人类生活息息相关的地质过程,因此一直是固体地球科学研究所关注的热点.20世纪80年代中期关于大陆地壳能够俯冲进入地幔深度并大部分折返地表的发现,是俯冲带研究和板块构造理论的革命性进展.相较于俯冲洋壳,大陆地壳具有较冷、较干、较轻的特点,同时,俯冲陆壳与地幔相比具有更加不均一的性质和化学成分以及同位素组成,因此在局部而言会对上覆大陆岩石圈和大陆板块汇聚边界的结构、组成、变形和演化进程造成巨大影响.在大陆俯冲过程中,拆离的地壳碎块和岩片在俯冲隧道内受到构造剪切,促使其经历变质脱水和部分熔融,产生各种流体和熔体.这些熔/流体的产生和演化在俯冲带壳/幔相互作用过程中扮演着非常重要的角色,是俯冲过程中发生元素迁移、同位素分馏以及交代上覆地幔楔的不可或缺的介质.本文综合国际上近年来有关俯冲带研究的最新进展,总结了有关俯冲带流体和熔体的类型、存在条件、化学组成、熔体/流体-地幔相互作用的特点,同时对于与大陆俯冲带流体相关的特征性元素(Nb-Ta-V)迁移和最新的非传统稳定同位素(Li-Mg)研究进行了系统介绍,期望为中国读者较全面地认识板块俯冲过程中的熔/流体活动和元素迁移以及了解并运用Li和Mg同位素作为新兴的示踪手段提供一定帮助.     

俯冲带流体反向交代作用

<正>1俯冲带流体交代作用俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带(Zheng和Chen,2016).俯冲带中发生的流体活动与很多关键地质过程密切相关,如火山与地震活动、元素迁移富集成矿、物质迁移与壳幔物质循环,以及地球的表层环境变化.因此,对俯冲带流体来源、性质和地球化学效应的研究具有重要意义(Zheng,2019).     

探知海洋七十载——2010年Crafoord奖获得者Walter H Munk教授成就解读

2010年Crafoord奖授予了著名物理海洋学家美国Scripps海洋研究所的Walter Heinrich Munk教授,以表彰他在海洋环流、海浪和潮汐及其在地球动力学中的作用等领域所做出的卓越贡献.本文通过介绍Munk教授七十多年的科研工作经历,解读他在物理海洋研究中所取得的部分卓越成就(如揭示了西边界流强化的物理机制,奠定了海浪和潮汐的预测技术,阐明了深海大洋混合的能量来源,提出了描述海洋内波特征的普适谱等),希望能够为中国科学家在科研求索之路上提供一些借鉴和启示.     

初议成矿地球物理场：献给刘光鼎院士七十华诞,祝愿刘光鼎院士健康长寿

中国大地构造格局和主要地球物理场分布十分吻合,一些主要地球物场的演化促使若干金属元素成矿,地幔热柱,幔隆和幔坳转换带,莫霍斜坡带,俯冲带等和成矿区关系密切。     

西南天山洋壳高压-超高压变质岩石的俯冲隧道折返机制

出露于造山带的高压-超高压榴辉岩记录了地壳俯冲到地幔深度而后又折返回地表的过程,其俯冲过程与折返机制的研究对理解俯冲带性质、演化、地球动力学过程乃至板块构造理论都有着非常重要的作用.相对于较轻的陆壳长英质高压-超高压岩石,基性洋壳榴辉岩密度大,其折返难度大且过程复杂.折返过程除了受内在浮力的影响,还受外在构造力(如隧道流)的制约,另外板片构造环境(如板片后撤和板片断离)的作用也不可忽视.中国西南天山高压-超高压变质带是典型的经历过深俯冲变质作用的增生混杂岩带,主要由高压-超高压变质沉积岩及夹杂其中的变基性岩透镜体组成,但长期以来其折返模式一直不太清楚.根据其野外产状、岩相学特征、峰期变质温压条件和峰期变质年龄等多方面的综合分析,可以采用沉积岩型"俯冲隧道折返模式"来概括西南天山高压-超高压变质带的形成和演化.部分经历多期变质作用的榴辉岩岩块记录了多期俯冲-折返循环,反映了俯冲隧道内的上下环流运动,有力证明了俯冲隧道的存在.最后,本文对目前研究存在的问题和未来的探索方向进行了展望.     

怀念世界著名湖泊沉积学家凯尔茨(K.Kelts)教授

凯尔茨 (ＫｅｒｎｙＫｅｌｔｓ)教授是世界著名湖泊沉积学家 ,美国明尼苏达大学湖泊研究中心主任 ,国际湖泊地质学学会前主席 ,因病医治无效 ,于 2 0 0 1年 2月 8日去世 ,英年早逝 .湖泊沉积与全球变化研究领域失去了一位优秀科学家 ,中国地学界失去了一位好老师、老朋友。凯尔茨 196 7年毕业于美国Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｒｉｖｅｒｓｉｄｅ大学地球物理专业 ,1978年在瑞士联邦苏黎世理工大学地质系获得博士学位 ,他的博士论文“瑞士苏黎世湖和朱格湖的地质沉积演化”是对湖泊非冰川沉积年层形成机理的最早研究成果 ,同时对淡水湖泊碳酸盐进…     

发展板块构造理论:从洋壳俯冲带到碰撞造山带

地壳俯冲和大陆碰撞是板块构造理论的核心,而认识大陆碰撞造山带的形成和演化,是发展板块构造理论的关键.根据俯冲地壳的性质,业已认识到不同类型的板块俯冲带.根据碰撞块体的性质及其衍生岩石的成分,已经认识到大陆碰撞形成了两种类型的造山带.弧陆碰撞造山带既含有古老地壳物质,也含有新生地壳物质,它们在碰撞后阶段的再造就能够产生不同地球化学成分的岩浆岩.而对于两个相对古老大陆之间的碰撞所形成的造山带来说,碰撞后岩浆作用只是俯冲带古老地壳的再造.碰撞造山带在岩石圈拉张作用下发生活化再造,不仅再造作用在构造体制上具有继承性,而且再造产物岩浆岩在地球化学成分上也具有继承性.因此,研究碰撞后体制下的造山带再造,认识大陆碰撞造山带深部物理化学差异、俯冲地壳性质与碰撞后岩浆岩之间的成因联系,建立碰撞后阶段大陆构造演化的基本规律,是构建大陆动力学体系、发展板块构造理论的关键.     

西北太平洋俯冲带及其深震活动

俯冲带是理解地球内部物质循环和能量交换、大陆岩石圈演化、地震和火山活动及矿产资源分布等的重要环节.本文聚焦于西北太平洋俯冲带,通过汇集多种地震观测研究结果,清晰地揭示了由日本海沟至中国东北的俯冲板片整体活动图像,即整个西北太平洋俯冲板片的主压应力轴一致地稳定在俯冲方向上,俯冲板片上深浅部的显著地震活动存在密切的关联性;俯冲板片深处的亚稳态橄榄岩楔形区及其周边是深源地震多发区,深源地震可能是由亚稳态橄榄岩楔形区内的相变断层开始破裂的;在410～660 km深的地幔过渡带内处观测到的俯冲板片上下界面,揭示了俯冲板片的层状组分结构和板块下侧的高含水量.为更好地约束日本海下方的俯冲板片结构和深入探讨西太平洋的俯冲动力作用,有待于在全球罕有的大陆深部不断发生深震的西北太平洋俯冲区,开展海陆联合的地球物理探测及岩石高温高压实验和地球动力学模拟等研究.     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

中国当代地球物理学的开拓者——傅承义

举世知名的科学家、教育家傅承义先生是我国地球物理科学的奠基人和开拓者。他是我国第一位地球物理学博士,是世界地震波研究领域的先驱。早在1957年傅先生便当选为中国科学院学部委员;历任中国科学院地球物理研究所一级研究员、副所长、名誉所长;曾任中国地球物理学会副理事长兼秘书长,中国地震学会副理事长;他还是《中国大百科全书》的总编委,固体地球物理编委会主任,全国自然科学名词审定委员会委员。他曾当选为第三届全国人大代表,第二、五、六届全国政协委员。他不仅才学卓异而且品德高尚。他为人光明磊落,刚正不阿;他治学严谨,一丝不苟;     

大陆俯冲碰撞带高温超高压变质岩的多阶段折返与部分熔融

大陆碰撞造山带根部岩石经受高温(850℃)变质作用,特别是俯冲带超高压变质岩受到高温叠加变质,对超高压岩片折返期间的元素和同位素行为、部分熔融作用及其地球动力学效应等具有重要意义.本文简要介绍了世界上5个典型的发育高温超高压变质岩的大陆碰撞带,包括中国大别山、哈萨克斯坦Kokchetav地块、格陵兰东加里东造山带、希腊罗多彼山以及德国厄尔士山,分析了它们的高温超高压变质作用及演化特点,讨论了高温超高压岩石的变质P-T-t轨迹和多阶段折返过程以及折返期间的部分熔融作用、超高压指示性矿物的保存和退变质作用等及其可能的机制.在此基础之上,提出了大陆俯冲隧道内高温超高压变质岩的未来研究方向和重点.