对地质节律与地球动力系统的思考

文章对地质历史过程中出现的各种节律现象进行了分析，并就其可能的形成原因进行了初步讨论，认为地球的内部动力作用是地质节律形成的主要的动力学背景。地球内部动力系统的能量主要来源于原始增生热、短寿命放射性核素和长寿命放射性核素衰变产生的辐射能等；能量主要以热传导、热对流的方式由地球内部通过岩石圈向外耗散，并导致岩石圈的板块运动；内部能量的释放是呈指数衰减的，在此背景上叠加着非线性的、脉冲式的变化。在分析地球动力系统的主要特征基础上，笔者将地球视为一个自组织临界状态的自然系统，提出一个简单地球热动力系统模型，对地质节律现象进行模拟，并对未来地球动力系统模型要考虑的主要问题进行了简要讨论。     

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。     

地球的节律与大陆动力学的思考

地球的节律可能是地质作用在地球发展中普遍存在的规律，既有不同的类别，又有时限不同的级别。节律具有突发性和旋回性或周期性，总的构成不同的发展阶段。地球节律可能最终受到天文因素背景的控制。节律现象因受到地区性因素以及一些非线性因素的叠加和干扰，形成不同程度的耦合和偏离，表现十分复杂。文中讨论了较长周期的沉积旋回周期和构造岩浆旋回周期。大陆地质是地球动力学的信息库。文中讨论了陆壳形成、大陆在地史中的聚散演变；讨论了联合古陆和超级大陆的周期，也涉及板块运动、大陆聚散及其受深部过程的控制和驱动力问题；最后论述了地球阶段性有限膨胀的可能性及其初步检验情况。     

地球科学与社会：全球综述

如果人类要长期继续生存和繁荣，必需了解支持人类需求的地球和它的能力。地球科学的任务是认识地球，进行推断，从而达到规划人类社会的目的。推动地球活动的内因是其内部的对流作用，外因是太阳能，固体地球、水圈、大气圈与生物圈形成了全球循环系统。固体地球科学委员会注重的主要研究课题包括：１．地球内部动力学；２．岩石圈的形成和演化；３．大陆动力学；４．生物的多样性和灭绝；５．活动的行星：地质灾害；６．地质历史中的全球环境与变化；７．持续的能源与矿产资源；８．了解人类与地球的相互作用与运用这些知识于社会。人类社会是地球循环的一部分，它从地球中提取资源，把废料又送回地球内，它破坏地球的自然保护圈。对于全球的认识将可指导人类社会减少对地球的流体层与土壤这个保护圈的野蛮性破坏。因此，地球科学是社会的一个好的测试器。     

一维地球动力系统温度模拟

概述了模拟地球内部温度结构对研究地球动力系统的重要意义,提出一个切实可行的一维热演化模型。根据该模型计算出地表幕式能量释放及其随时间的演化和地球内部温度梯度随时间的变化规律,据此探讨了地球内部能量传输机理与地质演化节律的关系,地球内部温度梯度变化和圈层分异的情况。     

克拉通、下地壳与大陆岩石圈——庆贺沈其韩先生百年华诞

把克拉通、下地壳和大陆岩石圈这几个重要的地质名词放在一起做文章的标题,其实只是想强调一个事情,即陆壳形成和稳定化的结果是形成大陆岩石圈。大陆岩石圈是地球圈层的基本单元,是现代板块构造运动的核心构件和核心载体。忽视大陆岩石圈,要讨论地球上大陆与大洋、地壳与地幔、地球的深部圈层与外部圈层、内部圈层间相互作用以及物质与能量的交换等问题都无法深入。大陆岩石的最初形成可能在冥古宙早期已经开始,全球大陆的稳定化即克拉通化一般认为完成于太古宙末,并开启了元古宙的新纪元。对大陆壳的形成机制和演化过程,已经有很多讨论,但是还存在许多争议。而对大陆岩石圈人们知之不多,文献中常常在早期的小的陆壳形成,即陆核或微陆块阶段,就将其与大陆岩石圈的概念混为一谈。岩石圈的形成固然是大陆形成演化的结果,但是岩石圈的物质组成、结构和物理性质等从最初形成到成熟并成为稳定的地球独立圈层并足以承担板块构造的重任,可能经历了不止一个阶段。本文强调应对岩石圈的形成和演化给予更多的关注,并深化研究大陆地壳形成、克拉通化对大陆岩石圈形成的贡献。     

盆地演化与地球动力学旋回

盆地演化受地球演化节律所制约，节律由多层次构城。地球动力学旋回主要有３个级序：１．超级大陆旋回，主要由羽柱构造的地幔对流动力学所控制，产生超级大陆的裂解和拼合，形成全球性同步隆升与沉降的克拉通盆地；２．地槽旋回或造山旋回，主要由板块构造的岩石圈运动学所控制，按威尔逊旋回进展，发育各类盆地和造山带，形成“区域性”穿时开合与“非对称”互补；３．褶皱幕或裂隙幕，主要由地体构造与拆层作用几何学所控制，产生     

岩石圈热—流变结构与大陆动力学

由于大陆内部存在上千公里宽的弥散边界变形带，板块构造理论用于解释新生代大陆内部的显著的构造变形遇到了困难。因此，探讨大陆岩石圈的构造变形机制、演化及动力学过程从而成为国际地球科学的热点研究领域---大陆动力学。大量的地震测深、地震层析成像技术的应用对岩石圈的精细结构研究，已揭示岩石圈结构和物质组成存在显著的横向非均质性。这种横向非均质性是地质时期内大陆岩石圈经历多期次构造-热事件叠加与改造所形成的。同时，也决定了岩石圈热-流变学结构的横向分块、纵向分层的特性。大陆岩石圈热-流变学结构非均质性及其构造继承性对大陆内部构造变形起控制作用。所以，大陆动力学应注重开展大陆变形的运动学、大陆岩石圈的热-流变学结构和大陆变形的地球动力学数值模拟研究。     

内蒙古森林沼泽区（五岔沟幅）1：20万区域化探新方法的应用

利用新方法技术于内蒙古五岔沟幅开展了1：20万区域化探，获得的区域地球化学信息较客观的反映了该区岩石圈表层的地球化学特点；发现多处具有找矿意义的地球化学异常，并经初步检查呈现矿化现象；地球化学背景分布特征为资源环境评价和基础地质研究提供了较为客观的地球化学资料。     

青藏高原壳幔结构构造的基本特征

青藏高原是新生代以来由于印度板块与欧亚板块碰撞而迅速隆起,平均海拔超过4000 m的高原,是研究碰撞过程和形成演化的理想窗口。有关青藏高原的碰撞过程及印度板块岩石圈北缘界线,至今仍然存在较大争议,这可能主要是由于不同研究方法获得认识的差异性和局限性所导致。基于此,本文利用前人深部结构资料,讨论了高原岩石圈的壳幔构造及物质组成等,并从新的地质视角讨论了班怒带的大地构造属性。通过梳理前人的深部结构资料,认为青藏高原的壳幔岩石圈结构较为复杂,如高原内部岩石圈厚度显著大于周缘地区,中下地壳及上地幔广泛分布着低速高导层,这些特殊的地质地球物理结构是印亚板块碰撞的结果。此外,本文进一步对比分析了班怒带的地质与地球物理结构,揭示该构造带两侧存在显著的差异,认为其是印度岩石圈的北缘,这对于认识青藏高原的形成演化具有重要的意义。     

壳─幔相互作用的有关问题

现代地质正从地表向空间．从地球浅部向深部发展。壳幔的相互作用制约着地球的演化及岩石圈的各种作用．幔壳、核之间的界面可能主要是化学界面。壳、幔、核内部的界面可能主要是物理界面。在影响岩石圈地球动力学的诸多因素中．岩石圈的组成与地温状况是起决定作用的因素．造山带所记录的地球内部动力机制及其对外部圈层作用的演化历史可以为建立地球系统演化理论和全球动力学理论提供重要资料．     

中国岩石圈构造单元

笔者根据地壳表层构造与深部构造相结合原则,提出岩石圈构造单元划分应遵循的6条原则。根据地质和地球化学,特别是地球物理场所显示的特征,以贺兰山—川滇南北构造带为界,初步把中国大陆及邻近海域划分为中亚岩石圈构造域和东亚岩石圈构造域2个一级岩石圈构造单元,并进一步划分出6个二级构造单元:西域岩石圈块体、青藏岩石圈块体、松辽岩石圈块体、华北岩石圈块体、华南岩石圈块体、南海岩石圈块体,分别阐述了它们的地质、地球物理、地球化学主要特征。最后,就岩石圈构造单元划分的几个问题进行了探讨,提出一些看法。     

东南亚大型-超大型浅成低温热液金矿床成矿地质特征研究

东南亚地区地处西太平洋构造－岩浆活动带上,是中新生代以来地球岩石圈中最复杂的构造活动区之一,也是全球浅成低温热液金矿床的重要产区之一。文章介绍了东南亚地区几个浅成低温热液金矿床的成矿地质背景、矿床地质特征,分析了矿床形成环境及变化的原因、成矿物质来源和导致金在不同环境下沉淀的主要因素,并讨论了浅成低温热液矿床形成的几个问题。     

科学大洋钻探：成就与展望

在回顾ODP学术目标的发展历史的基础上，按照地球环境动力学和地球内部动力学两大科学主题，对ODP在地球环境变化、作为环境变化营力的沉积物、流体和细菌、地球内部物质和能量的传递、岩石圈变形和地震作用等前沿领域所取得的主要科学成就进行了简单的介绍。IODP将以地球系统科学的思想为指导，利用多个钻探平台，以更为广泛的钻探领域和更深的钻探深度，对全球海底进行学术目标更为庞大、系统的科学钻探，并进一步加强与石油工业以及其它国际地学研究计划的合作。     

地球的节律与大陆动力学的思考

地球的节律可能是地质作用在地球发展中普遍存在的规律，即有不同的类别，即有不同的类别，又有时限不同的级别。节律具有突发性和旋回性或周期性，总的构成不同的发展阶段。地球节街可能最终受到天文因素背景的控制。     

地球内部流体运动与全球构造

把地球的形成和演化分成天文演化和地质演化两个阶段，地球表面温度达极大值为两个时段转换的标志。在天文演化阶段，地球从一个胚胎通过引力归并增长成行星地球，在此过程中形成了地球内部固核和核外岩浆流体，表层流体温度最高时为天文演化阶段的结束。在地质演化阶段，地球冷却形成了岩浆流体圈层外的地壳岩石圈。无论是在天文演化阶段的固核与岩浆圈层的动力系统，还是在地质演化阶段中固核、岩浆圈层和地壳组成的动力系统，由于系统内部热（动）力的耦合，始终发生着不同圈层间的角动量交换。借助年际时间尺度内对固体地球与大气角动量交换机制的认识，研究了地球不同演化时期内部圈层的角动量交换和作用过程，从而得到：天文演化结束时形成了两极的高位势面（古大陆）；地质演化初期，岩浆流体圈层与固核的角动量交换形成了流体相对固核的加快旋转，这一运动驱动了流体外地壳的分裂和漂移，北半球分裂的板块向东南漂移，南半球分裂的板块向东北漂移，这就是全球大陆漂移的方向性。随着大陆板块的漂移，岩浆流体辐合带的位置发生了变化。历史上这一辐合带曾位于地中海、青藏高原南边缘、斐济、加勒比海和地中海一线，沿这一辐合带现今两半球大陆面积相等。后来分裂的板块随岩浆流体又多次往复     

盆地演化与地球动力学旋回

盆地演化受地球演化节律所制约，节律由多层次构成。地球动力学旋回主要有３个级序：（１）超级大陆旋回，主要由羽柱构造的地幔对流动力学所控制，产生超级大陆的裂解和拼合，形成全球性同步隆升与沉降的克拉通盆地；（２）地槽旋回或造山旋回，主要由板块构造的岩石圈运动学所控制，按威尔逊旋回进展，发育各类盆地和造山带，形成“区域性”穿时开合与“非对称”互补；（３）褶皱幕或裂陷幕，主要由地体构造与拆层作用几何学所控制，产生盆地内各种构造样式和沉积样式，形成地方性的穿时递进变形，发育幕式变形和幕式沉积作用等。     

地震波各向异性：窥测地球深部构造的“探针”

地震波各向异性日益成为不可忽视的地质地球物理现象。地球内部不同圈层（地壳、地幔和地核）都存在着地震波各向异性，并表现为不同的规模（小到单矿物和岩石，大到地体甚至上地幔）和强度。通过地震波各向异性可以间接获取岩石圈厚度、地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。主要从地震波各向异性的表现形式、原因及地质地球物理意义等方面对近年来大洋俯冲带、大陆裂谷、地幔转换带和大陆碰撞造山带（青藏高原）等构造环境中的研究成果进行了评述，讨论了各向异性[JP2]研究中需要重视的几个问题：①剪切波分辨率；②矿物组构研究；③其它各向异性成因机制。还强调了各向异性研究与流变学、高温高压岩石物理实验相结合的新方向。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

华北地区三类岩石圈的壳幔岩石学结构与化学结构及其大陆动力学意义

根据地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续，华北地区可区分出鄂尔多斯克拉通型、燕山-太行造山带型和华北平原裂谷型三类岩石圈。依据岩石学方法、壳幔演化模型、造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系，建立了华北地区三类型岩石圈的壳幔岩石学结构和化学结构，讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义、岩石圈不连续在划分岩石圈单元中的作用及不同类型岩石圈形成的大陆动力学意义。