地球深部研究联合会简介

地球深部研究联合会(SEDI)是一个致力于研究地球深部的国际科学组织。SEDI 的宗旨是,增进对地球深部的过去演变,当前地热、动力和化学等状态以及这些状态如何影响地球表面构造和观测过程的了解。地球深部通常是指地核和下地幔,但也可能涉及地表,例如,在地幔热柱的研究方面。SEDI 的科研课题和攻关难点包括地磁动力和长期变化、古地磁和地球深部的演变、地核成分,构造和动力学、发电机能量学和内核构造、地核的冷却和核-幔边界区、核-幔边界形状、耦合和地球的自转、下地幔的构造、对流和热柱等。自1987年以来,SEDI 一直是国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)的一个内部委员会。因此它跨 IUGG 的一些协会的传统学     

地球内部压力变化及其构造意义

地球内部的压力远比人们预想的要高得多，地心处的压强为无穷大，在重力分异过程中，地壳地幔减压膨胀（吸热），地核增压收缩（放热），核幔边界是热交换界面，热幔 核幔边界生成。     

地球结构

地球内部大致可分为三个组成物质和性质不同的同心圈层,最外面的一层称为地壳,最中心部分称为地核,中间一层称为地幔。地壳的厚度是不均匀的,一般大陆地壳较厚,尤其山脉底下更厚,平均厚度约32千米,海洋地壳较薄,一般在5～10千米。地壳的物质组成除了沉积岩外,基本上是花岗岩、玄武岩等。地幔是介于地表和地核之间的中间层,厚度将近2900千米,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地核又称铁镍核心,其物质组成以铁、镍为主,又分为内核和外核。     

地幔矿物的氧同位素分馏

采用增量方法,计算了地幔矿物(特别是MgsiO_3和Mg_2SiO_4同质多相变体)的氧同位素分馏.结果表明,地幔矿物相之间存在如下~(18)O富集顺序:辉石(Mg,Fe,Ca)_2Si_2O_6>橄榄石(Mg,Fe)_2SiO_4>尖晶石型(Mg,Fe)_2SiO_4>铁铁矿型(Mg,Fe,Ca)SiO_3>钙钛矿型(Mg,Fe,Ca)SiO_3.如果地幔内部处于氧同位素完全平衡状态,由于地幔不同深度矿物相化学组成与晶体结构的差异,预计过渡带中尖晶石结构的硅酸盐矿物比下地幔钙钛矿结构的硅酸盐矿物相对富集~(18)O,但相对于上地幔中的橄榄石和辉石亏损~(18)O,从而出现地幔的氧同位素分层.如果假定全球范围同位素平衡,地球内部的化学结构可用下述~(18)O富集顺序来描述:上地壳>下地壳>上地幔>过渡带>下地幔>地核.     

地球动力学研究进展

从地幔结构的三维层析成像、上地幔过渡带、核幔边界、热柱和热点、板块运动、消减作用和板块的消亡、地幔的地球化学和岩石学结构等方面，回顾了20世纪地球动力学研究所取得的重大成就；探讨了地球动力学研究所面临的重要问题，指出21世纪地质学家、地球物理学家、岩石物理学家等地球科学家的通力合作，将揭示地球演化的动力学过程。     

地磁长期变化与全地幔对流过程可能的联系

地球内部磁场的变化时间从数月到数十亿年不等。地磁场是由液态外地核对流产生的,从而受到从地核到地幔底部热流的影响。地磁场的变化在很大程度上被认为是随机的,但是它的长期变化可能与地幔对流过程中的热流变化有关。在过去的500Ma中,古地磁行为与地表过程的联系在始于约180Ma前的中生代中晚期尤为显著。地球发电机模拟表明,侏罗纪中期到白垩纪中期之间发生了磁极快速反转时期到持久稳定时期的转变,这或许是球对称的或者赤道方向的核幔边界热流的减少所触发的。该热流的减少可能与核幔边界处地幔柱顶冠活动的减弱有关,或者与真极移有关,亦或与二者同时有关。     

硅酸盐熔体和液态铁的两相模拟与核幔间的氧交换

地球早期经历了很多撞击事件,其中与地月系统形成相关的大撞击甚至造成深达核幔边界的全球规模的岩浆洋,在此过程中的核幔分异基本确定了地幔与地核的物质组成,也决定了地球随后的演化路径.我们采用基于量子力学理论的第一性原理方法和机器学习技术,实现了硅酸盐熔体和液态铁的超大体系两相分子动力学模拟,获得了核幔边界条件下的两相平衡数据,为超深岩浆洋中的核幔分异过程提供了重要约束.基于本研究模拟结果和现有的高温高压实验数据,我们还建立了能够准确预测核幔间元素交换的平衡模型,利用该模型深入探讨了核幔间的氧交换问题,并分析了其与地球生长、大撞击和岩浆洋事件、地球早期磁场等争议问题之间的关系.     

基于三重震相研究青藏高原和西北太平洋俯冲过渡带速度结构

上地幔过渡带是上、下地幔物质交换的一个重要场所。上地幔过渡带属性为推测地幔温度,其化学组分以及地幔对流等相关动力学研究提供了一个很重要的途径。本文回顾了对上地幔间断面的认识过程,简要介绍了近年来随着高温高压实验技术提高,地震学研究对上地幔过渡带所取得的最新进展。     

中国大陆地区地磁长期变化及其特征

1.前言地球基本磁场随时、空有一个周期性的、长期缓慢的变化。一般认为,这种变化来源于地核内部或核幔边界,因此,利用地磁场的这种长期变化的规律,可以研究地球内部物质的     

地幔流体及其在地震孕育中的作用

依据地球物理宏观资料、行星化学和地球化学微观分析以及高温高压实验结果,阐明了地幔中存在丰富的流体,扼要介绍了若干流体引发地震的假说,简述了隐爆产生地震的机制。地幔矿物流体包裹体、高温高压相含水硅酸盐矿物与地球物理探测资料表明,整个地幔内普遍存在高能密流体,地幔过渡带和D″层是流体富集的地带,地幔中存在的总水量比海水量高出几个数量级。地幔高能密流体流动产生热对流,造成了固体地球内温度、电导率、地震波速度以及地球化学组成的不均一性。高能地幔流体向外逃逸,不仅改变了壳幔岩石的物理和化学性质,且为岩浆形成和地震孕育提供了能量。流体在地震孕育中的作用包括两个方面:降低断层带摩擦力以及岩石强度触发地震和流体爆炸或相变产生地震。流体爆炸产生地震是地核与下地幔流体以“运移—局部聚集—爆炸的幕式循环”反复进行,产生不同震源深度、不同震级的各类地震。然而,地幔流体的组成、行为及其在孕震过程中的作用机制还需深入研究。     

地球自转速度变化规律的研究和计算模型

本文通过资料分析和模型计算,得到地球自转速率长期减慢趋势和周期波动规律的形成原因.潮汐摩擦是地球自转减慢的主要因素,重力分异和圈层角动量交换是地球自转周期变化的主要因素,重力分异造成的地球各圈层差异旋转是地壳自转变化先慢后快的特殊因素.重力分异将一个均匀的自转地球变为分层的差异旋转地球,在质量向地心集中的同时,自转动能也向地核集中,使地壳和地幔自转变慢,使地核自转变快.圈层角动量交换将地球自转动能变为热能,积累在核幔边界,使地壳和地幔自转变快,地核自转变慢.核幔边界积累的热能周期性使外核热膨胀,为热幔柱和火山活动提供了能源和动力,火山活动高峰对应地球自转加快是证据.计算模型表明,地球自转速度变化的规律和历史记录证明重力分异和圈层差异旋转是地壳运动的主要动力,受地球自转速度变化的约束,地球体积不会有较大的胀缩,国内外测量结果证实了这一结论.     

地球内部构造研究的进展综述

第三篇文章较详细地综述了地球内部构造研究的进展情况,特别是有关地幔结构的一些新的研究成果,其中包括参考地球模型、上地幔及过渡带中的次级间断面和低速层,以及地幔结构的横向不均匀性。     

基于环境噪声的地幔间断面体波成像研究

地震环境噪声互相关广泛用于地球岩石层的高分辨率面波成像。对在地球内部传播的地震体波进行类似观测将为我们打开一扇了解地球深部的窗口。本文介绍了如何利用地幔过渡带的顶部(410km)和底部(660km)间断面反射的P波噪声互相关来观测该地幔过渡带。数据表明,不利用震源也可绘制地幔过渡带高分辨率图像。     

中国东部地区的壳-幔过渡带结构

莫霍面是地壳和上地幔的边界,但莫霍面并不是一个简单的"面",而是一个反映地壳和地幔物质交换、相互作用等动力学意义的"过渡带".本文综合深地震反射、宽角地震折射和高温高压岩石物理实验结果,确定壳-幔过渡带的地震P波速度变化范围为6.8~7.5 km·s^-1.在克拉通等构造活动稳定地区壳-幔过渡带内的速度梯度强且壳-幔过渡带厚度薄,而在造山带等构造活动区域壳-幔过渡带内的速度梯度弱且壳-幔过渡带厚.中国东部地区的壳-幔过渡带的平均厚度约为5~10 km,在四川盆地下方最薄（<5 km）,而在华北克拉通中部造山带下方的壳-幔过渡带最厚（~30 km）.综合地球化学结果,华北中部巨厚壳-幔过渡带主要是幔源岩浆的底侵作用和堆晶作用而形成.     

谈岩石圈

地球科学工作者将地球的形状看成是“地球体”,即由海平面和大陆上地表水体及潜水面所共同环抱构成的球体。地球固体表面的总垂直起伏约为20公里,实际地表形态要复杂得多。人们无法直接观察地球内部,多半通过地震方法间接推测。本世纪三十年代,K.E.布伦经过计算,将地球内部划分为三个同心圈层,由表及里依次是地壳、地幔和地核。此后,通常将地壳和上地幔的最顶部合称为岩石圈。岩石圈的底面     

地幔地球化学:洋岛玄武岩制约

对地幔的地球化学研究为理解地球的形成和演化、其内部结构以及地幔动力学提供了重要制约.全地球的成分是通过由地幔岩石与球粒陨石对比所得到,并由此引出了球粒陨石质地球模型.这个模型认为地球难熔元素比例与球粒陨石相同,但挥发份相对亏损.洋岛玄武岩可能是源于地幔柱深部成因,进而成为研究深部地球的独特途径.洋岛玄武岩同位素组成变化可用有限几个地幔端元(例如,DMM、EM1、EM2和HIMU)来描述,由此用来解译重要的地幔过程.地壳物质通过俯冲和拆沉进入深部地幔,对地幔不均一的形成起到了重要作用.然而,这些地壳物质如何由部分熔融所提取,例如洋岛玄武岩成因中贫橄榄石岩石的作用,仍是热点争论话题.高~3He/~4He地幔的位置和成因仍有争议,存在从下地幔未演化(或弱演化)的原始物质到浅部成因的高程度演化物质的看法,后者包括古老熔融残留、弧下镁铁质堆晶和再循环含水矿物.可能存在的核幔相互作用被假定为洋岛玄武岩中诸如放射成因~(186)Os以及Fe和Ni的富集之类地球化学特征形成的原因.诸如~(142)Nd、~(182)W和Xe同位素之类的短寿命核素的微小但重要的变化在古老和现代岩石中均有报道,这暗示地幔必须在地球形成后100Myr内即发生分异,而且地幔并未被对流所有效均一化.     

地球早期地幔的冷凝结晶始于核幔边界或下地幔

JGR(Journal of Geophysical Research:Solid Earth)于2012年10月12日,发表了题为"Multi-technique equation of state for Fe2SiO4melt and the density of Fe-bearing silicate melts from 0to 161GPa"的文章指出,地球早期地幔的冷凝结晶可能始于核幔边界或下地幔。地球形成初期,地幔可能是一个整体熔融或局部熔融的巨大岩浆洋,其深度直达核幔边界。尽管目前地幔的物质大多都是固     

热幔柱构造与地核热能

地核内部的压力和温度比以前人们的设想高得多。地核加热部分下地幔使之在地幔中升起形成热幔柱。有些热幔柱穿岩石圈在地表形成热点，其余热幔柱消溶在上地幔形成热室。这是上地幔在结构和温度上不均匀的原因，也是激发控制全球变化的头等重要因素。     

地核中MHD波的惯性模

地球外核处于高温、高压、高密度的等离子体状态,可以支持多种磁流体波的激发和传播。在地核中存在强的环型磁场,沿磁力传播的MHD波受到地球旋转的影响,分成东行的惯性模和西行的磁模,这两种波模具有高度色散的特点。其中西行磁模波与地磁场长期变化和西漂有关。东行惯性模波具有数天到数百天的周期,其磁效应被导电地幔所屏蔽,传不到地表,但它与下地幔物质可能发生力学耦合,在地幔中产生周期变化的力学过程,这种影响可能达及地表并在地表的地球物理现象中表现出来,它可能是某些周期性或韵律性地球物理现象的原因之一。     

地球内部的热状态和热系统

本文给出地球的地幔热状态和热系统的简化形式,假定地幔内的大规模对流是双层的,在上地幔内的对流是由来自下面的热流量来测定,而在下地幔内的对流是用内部加热来测定。估算上地幔的热弛豫时间是～10~8年,下地幔的热弛豫时间τ_(1m)是～1.5×10~9年,地球的热弛豫是由τ_(1m)来测定。在对流的地幔内的超绝热的温度降是在热的边界层内形成的:在上地幔内,△T_1≤600K;在下地幔顶部,△T_2≤650K;在下地幔底部,△T_3≤650K。核-幔边界上的绝热温度是～2900K,真实温度一定是～3500—4500K。地幔中的热边界层都是过热区,必须跟低Qμ区(Qμ是对S波的力学品质因数)一致。低Qμ的第一层的深度是～100—250公里,第二层的深度是670—850公里,第三层是2700—2900公里。热点的热源区可能在第二个热边界层内,有意义的是,该层的水平速度(～1公分/年)可以确定在“板块构造”中绝对速度的精确度范围。因为上地幔是地壳之源,所以上地幔和下地幔之间的边界一定是弱的化学边界。第三个热边界层(深度在2600—2900公里)的热系统及其不稳定性在地核的磁流体动力学方面尤其是对于地磁偶极子的极性改变以及对地磁场时间尺度的了解有非常重要的作用。