中国地球物理学研究面临的机遇、发展空间和时代的挑战

在21世纪的今天,中国正处于快速工业化、经济腾飞和科学技术突飞猛进的进程中,地球物理学面临巨大的机遇,展现出多维的发展空间,同时也面临着严峻的挑战.为此,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的最强音！在这前提下,地球物理学家就必须超越已有的框架,穿过地平线,全方位的研究、探索、揭示、发现地球内部的奥秘.必须清晰地认识到新世纪里地球物理学的发展导向,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约;地球物理学必须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破;地球物理学所面临的机遇、多元发展空间和挑战;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向.     

21世纪地球物理学的机遇与挑战

21世纪的地球物理学(主要指固体地球物理学)面临着机遇,同时也面临着挑战,其研究的核心领域应为地球深部物质与能量的交换,圈层耦合和其深层动力过程．本文将对以下问题进行探讨：(1)地球物理学的发展和深化与现代科学技术进步的制约．(2)地球物理学必须向高层次的综合研究方向发展．(3)地球物理学面临的机遇与挑战．(4)地球内部圈层结构与大陆动力学研究的思考和内涵．     

Multiple phases analysis of deep seismic sounding records in North China Craton*

The North China Craton (NCC) is a key region to study the destruction of the ancient craton. Two groups of phases (denoted as “Pw1” and “Pw2”), which are parallel to the PmP phase reflected from the Moho discontinuity and the PLP phase reflected from the Lithosphere and Asthenosphere Boundary (LAB) respectively, are found on the record section of the Rongcheng-Xinzhou-Alxa long-range deep seismic sounding profile. The nature of the two phases is still unclear, although they are clearly observable and reverberant. In this paper, we use travel time inversion and amplitude forward modelling to fit the reflected and refracted phases in the lithosphere. The results show: (1) the Pw1 is a multiple reflected phase which is successively reflected by the crystalline basement, the surface, the Moho and then finally received on the surface; (2) the Pw2 phase is also a multiple reflected phase successively reflected by the crystalline basement, the surface, the LAB interface and then received on the surface. We conclude that the significant velocity difference between the thick sedimentary cover and the crystalline basement in the North China rifted basin may be the main reason for generating the multiple reflections. Furthermore, the two multiple reflections provide potent constraints on the lithospheric velocity model, and constitute seismological evidence for the lithospheric thinning in the eastern NCC.     

Study on the crust-mantle structure in the central and southern parts of Shanxi

Another comparative interpretation was conducted with respect to the data from 5 DSS profiles in the central and southern parts of Shanxi, leading to the conclusion that in Linxian, Linfen and Xingtai earthquake regions, through which the five profiles pass, there exist anomalous crust-mantle structure and abyssal crustal faults extending to Moho, all being regarded as the deep indications for earthquake occurrence.     

Lithospheric Geothermal Structure in Yunnan, China

In this paper,the characteristics of the lateral variations of the deep heat flow and Hthospheric geotemperature distribution in Yunnan have been studied,and the lithospheric geothermal structure has been divided into three types,i.e.the geothermal structure in the typical modern tectonically active region,transitional geological region and stable geological region.Finally,the relationship between the geotherm and seismicitv has been discussed.     

中国物探仪器发展博览——地球物理学会60年发展之见证

本文阐述了中国物探仪器应用与研制发展进程中,各个阶段的情况及其特点.同时对今后发展战略和对策提出建议,供各级政府、相关企业、科研单位的决策者和管理者,以及相关的物探科研人员、生产人员参考     

中国海地球物理场与油气资源

中国海是祖国的神圣国土,它面积近300万平方千米,包括渤海、黄海、东海和南海四大海域.中国海关系到国家的主权和权益.而在维护主权和权益的斗争中,核心问题是海底矿产资源,特别是油气资源.地球物理方法是认识海底矿产资源的主要技术手段.本文概述了过去50年中国海地球物理场的数据采集与编图工作,经过地质、地球物理综合研究所取得的基本认识、油气勘探在四大海域中所取得的成就,及其前景展望.     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5 mW·m-2,壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139 km/128~162 km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

Preliminary study of the straticulate structure of crust-mantle beneath east Guangdong and south Fujian Provinces of China

Using the 12 deep focus teleseismic P waveforms recorded by 6 short-period seismographs in east Guangdong and Fujian region of China as the observed data, synthetic P waveforms comparable to the observed ones are obtained by gradually adjusting the crust-mantle model and calculating the corresponding synthetic seismograms. The results suggest that the crust-mantle structure in this region is a vertically straticulate media structure consisting of 3 pairs of thin layers with a high- and low-velocity alternation. The crustal thickness tends to increase gradually from south to north, being 31.5 km in the south and 32.4 km in the north. Finally, the suggested model is tested using the explosive data of Yunfu, Guangdong Province. The theoretical travel-time of P waves agrees fairly well with the observed travel-time. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,14, 172–179, 1992.     

深层油气地球物理勘探基础研究

本文讨论当前我国深层油气地震勘探面临的难题及基础研究的三个主攻方向,包括：困难地区深层地震反射体准确成像,地震波场信息学、油气田直接预测的地球物理方法技术等.     

Some important scientific problems in current lithospheric physics research in China

China has achieved much during recent years in the area of lithospheric physics research and promoted the development of the geosciences （Teng, 2004）. However, in the 21^st century, national needs and policy challenges the science of lithospheric physics. I suggest a general analysis, research, and development direction for lithospheric physics and point out clearly the content, core problems, and key scientific problems in this field. The realization of the earth and the discovery of the basic mechanisms of mountains, basins, minerals, and natural disasters depend basically on high-resolution observations of geophysics, the delineation of the fine structure of crust and mantle （2D and 3D） inside the lithosphere, substance and energy exchanges in the deep earth, the process of deep physical, mechanical, and chemical actions, and deep dynamical response. Therefore, geophysics should be the pioneer in the geosciences field in the first half of the 21^st century. I end with an analysis and discussion of some problems and difficulties in the research of lithospheric physics.     

中国海地球物理场特征

1960年开始对中国海进行地球物理系统调查,经过30年积累了丰富的测控、重力、磁力和地震资料,应用“一、二、三、多”的综合解释原则,编绘并出版了比例尺为1：5M的“中国海区及领域地质地球物理系列图”（1992）,在此基础上,认识到中国海的一些地球物理现象,进而讨论了中国大地构造格架及其演化历史,提出了中国对海底油气资源的看法。     

Si- and alkali-rich melt inclusions in minerals of mantle peridotites from eastern China: Implication for lithospheric evolution

CO2 fluid inclusions in mantle minerals are an im-portant source for us to get the information of mantle fluids. Fluid inclusions are mainly composed of CO2, with minor CO, H2O, CH4, N2, H2S, SO2, F, etc., which were demonstrated by lots of Raman spec-trometer analyses in recent years. In contrast, there are very few researches on CO2-bearing melt inclusions since it is more difficult to do so. The available studies have found that the primary CO2-bearing melt inclu-sions are basaltic …     

当今中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

我国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了我国地球科学的发展.然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圏物理学是挑战,也是机遇.为此,必须厘定其今后的发展导向,并凝炼出前瞻性、并具有带动性的创新性核心科学问题.本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题.研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圏内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理—力学—化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在.为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导!本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题及困惑进行了分析和讨论,并提出了有关统一规划和观测仪器与设备的自主研发以及有序进行国际合作等方面的意见.     

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.     

中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

中国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了中国地球科学的发展。然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圈物理学提出了新的挑战。本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题。研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圈内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理-力学-化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在。为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导。本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题和困惑进行了分析和讨论。     

Thermal regime transition in eastern North China and its tectonic implication

Many evidences published in recent years reveal that the thickness,chemical composition and thermal state of lithosphere in eastern North China have ex-perienced dramatic transition during the Phanero-zoic.Comparative study[1—8]of early Paleozoic dia-mond-and xenoliths-bearing kimberlites to Cenozoic mantle peridotite xenoliths-bearing alkali basalts indi-cates that the early Phanerozoic lithosphere is thick and stable to depths within the diamond stability field(180–200km)with depleted ma…     

秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程

秦岭造山带与其南北两侧华北克拉通和扬子克拉通属三大构造单元,不论其各构造单元体还是其界带构造均甚为复杂,并受到多期次构造运动的制约,形成了大陆内部特异的造山过程.尽管在这一地域曾做过大量的地表地质工作和一些相关的地球物理工作,但对其壳、幔精细结构、深层动力过程,特别是同步穿越华北克拉通、秦岭-大巴造山带和扬子克拉通系统的耦合研究甚少.为了研究和探索该地域的壳、幔精细速度结构和其形成的深层过程,专门布置了一条北起榆林,向南经咸阳、宁陕直抵涪陵长达1000 km的高精度地震宽角反射、折射波场探测剖面.通过剖面辖区高分辨率的数据采集,数据处理、反演和壳、幔层、块精细速度结构,发现剖面辖区深部壳、幔结构存在特异的速度和结构变化,并厘定了一系列的新认识.研究结果表明:(1)秦岭—大巴造山带具有同一基底,其形成乃为结晶基底隆升所致,即它的形成仅涉及到上地壳的受力变形和空间状态.造山带与其南、北两侧的前陆盆地为陆内造山过程中同一深层过程的产物,但其沉积速率和形态却不相同.华北克拉通与秦岭造山带之间前陆盆地Bfc拉张为该区Moho界面的局部隆升所致.(2)首次提出了沿1000 km长剖面连续的沉积建造、结晶基底、上地壳、下地壳和上地幔顶部的层、块速度结构和各界面的起伏变化与空间状态.基于地震波边界场响应厘定了华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通的分区界带.论述了三大构造单元各自的内部结构和其相邻界域的速度变化特征.(3)该区大陆内部速度结构和不同类型断裂分布及层序在华北克拉通、秦岭—大巴造山带、扬子克拉通三大块体地域存在显著差异.不同规模、层次与产状的断裂分布反映出它们在变形行为和机制上及所受构造运动的制约上均存在明显的差异.     

Domains and enrichment mechanism of the lithospheric mantle in western Yunnan: A comparative study on two types of Cenozoic ultrapotassic rocks

West Yunnan is made of the Yangtze Craton, theSouth China Block, the Indochina Block and severalother micro-terranes formed at different times. It iscross-cut by the NW-SE-trending Ailao Shan-RedRiver (ASRR) fault, which runs over 1000 km fromthe eastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau,through Vietnam and to the North Gulf (fig. 1). TheASRR fault is an important geological and topog-raphic boundary in East Asia. The sinistral movementof the Indochina Block along this fault ev…     

中国大陆地壳与上地幔精细结构探测十条第一剖面和其作用与科学意义

地球内部物理学和地球动力学在地球科学研究领域里占有重要地位.为了研究和探索我国大陆不同大地构造单元和板内特异块体与其界带的深部介质属性、结构和深层物理-力学过程,已在我国最先构思、设计、布署并实施了十条人工源深部地震探测剖面.沿这十条第一剖面进行了高精度的地震反射、宽角反射和折射波场观测,进行了数据采集,获得了深部高分辨率的信息.通过数据处理和反演求得了各剖面辖区的沉积建造、结晶基底、地壳与土地幔的差异和层、块精细速度结构,发现、研究和提出了一系列的重要科学问题并取得了一系列新认识.为研究成山、成盆、成岩、成矿、成灾,圈层耦合和深化认识地球本体与动力学响应打下了坚实的基础,明确指出了其深入研究的内涵和发展导向.