地壳和地幔中的温度分布

一.引言了解地球内部的温度分布,一个多世纪以来一直是地质学研究的主要目的。比如,进行岩石学研究,以便确定火成岩和变质岩形成(或最终均衡)时的温度和压力。而大地构造学和构造地质学同样也关心这种温度分布的结果,诸如在地质时间尺度上地壳所经受的大尺度形变。确立使行星内部加热的能源必须依据于对岩石中示踪元素含量的地球化学研究,而从整体上又必须依据于地球原始形成方式的研究。最终,热量从地球内部向外部传输的机制是地球物理观测(例如,热流测量)和地球物理模拟的主题。     

利用地球物理方法描绘地壳和岩石层地幔流体的分布

地球物理成像为交代作用的研究提供了独特的视角,因其能够描绘地壳和上地幔现今流体的分布。这与地质学的研究形成对照。地质学研究出露于地表的中地壳岩石,在交代作用过程中流体的作用没有得到体现。用于探测地壳上地幔流体分布的主要地球物理方法有(a)电阻率成像的电磁方法和(b)探测地震波速和相关参数如泊松比、地震各向异性的地震方法。对于深度超过几千米的研究,最有效的电磁方法是大地电磁(MT),它使用天然电磁信号作为场源。地壳岩石的电阻率对水溶液流体的数量、盐度和连通程度很敏感。部分熔融和氢的扩散作用也可导致低电阻率。流体和/或水对地震观测的影响可由岩石和矿物物理方面的研究来评估。这些研究表明水的存在一般会降低岩石和矿物的地震波速度。水在含水矿物中以流体的形式存在,或者在名义上无水矿物中作为氢的点缺陷。水可以进一步改变地震属性,如泊松比、品质因子和各向异性。多种地震分析方法被用来测量地壳和岩石层地幔中水溶液流体的原位作用,包括地震层析成像、地震反射、被动震源转换、散射波成像和横波分裂分析等。将大地电磁和地震数据联合起来已被证明是研究活动构造区如卡斯凯迪亚俯冲带流体分布的有效手段。在这个地点,可探测到流体从俯冲板块向上扩散并形成水化地幔楔。在陆—陆碰撞带,如青藏高原,在其一重要区域的中地壳深度处探测到广泛存在部分熔融和水溶液流体。这些地球物理的方法也被用来研究保存于太古代和元古代岩石层中的古老板块边界曾经发生的交代作用。     

南美洲及周边洋盆的地壳和地幔顶部结构

给出了南美洲及周边洋盆一套新的地震波结构等值线图。这些图使用了新数据,因而更好地约束了地壳厚度、全地壳P波和S波的平均速度以及地幔顶部的地震波速度(Pn和Sn)。我们发现:(1)南美洲地壳厚度的加权平均值为38.17km(标准差为±8.7km),这比全球陆壳平均值39.2km要薄约1km;(2)南美洲全地壳P波速度的直方图呈双峰形态,其低峰值发生在缺失下地壳高速层(6.9~7.3km)的区域;(3)结晶地壳的P波平均速度(Pcc)为6.47km/s(标准差为±0.25km/s),这与全球平均值6.45km/s基本相同;(4)南美洲下方的Pn平均速度为8.00km/s(标准差为±0.23km/s),略低于全球平均值8.07km/s;(5)横贯智利北部与阿根廷东北部的地壳内存在一个P波和S波低速异常带,地理上正对应于纳斯卡板块浅俯冲部分[Isacks等在1968年首次提出的南美大草原(Pampean)平缓板块],同时也是一地壳拉张区域;(6)巴西克拉通的厚地壳一直延伸到委内瑞拉和哥伦比亚;(7)亚马逊盆地以及沿巴西克拉通西部边缘地壳可能由于拉伸作用而变薄;(8)东太平洋海床之下的地壳P波平均波速要大于其在西大西洋海床的数值,这可能源于较古老的大西洋海床覆盖了更厚的沉积层。     

根据地球热历史研究得到的地幔温度模型(英文)

通过求解全球能量平衡方程 ,得到地幔温度剖面。中地幔过渡带有一个温度突然增加 ,因此不能根据近地表数据向下做简单的外推。这个问题可以通过研究地球的冷却过程解决。目前地幔底部的温度值是 2 94 0K ,中地幔过渡带温度为 2 0 4 0K ,穿过这个带有一个 310K的突变。上部边界层底部的温度为     

大陆地壳(一)

1.地壳研究的方法 2.大陆地壳的深部构造 3.全球地壳厚度 4.大陆断层带 5.地壳中的流体 6.大陆地壳的成分 7.大陆地壳的起源地质区:以相似的地质历史和演变过程为特征的大地壳区,例如造山带、台地、大陆弧、裂谷及扩展的地壳。岩石层:岩石层由地壳和壳下地慢     

有问必答(续)

6 PP是速报远震与极远震的重要续至震相。为什么同一个震中距的两个台站,一个记录清晰,而另一个却几乎看不到? [答]PP称为中途反射波,其反射点大致在震中与台站之问。如果这个反射点所在地区是大陆,由于大陆地壳是双层结构,地震波入射到地面几乎垂直,因而反射成份强,即PP强,如果反射点所在地区是海洋,由于海洋地壳是单层结构,地震波入射到地面的角度较大,因而反射成份弱,即PP弱。因此,中途反射震相PP的强弱要视反射地点的地壳结构而定。应指     

有问必答(续)

2 如何提高震相分析能力?[答]震相是深部结构在地震记录图上的反映,识别震相需要一定理论知识,更需一定的经验积累,为使台上年青人尽快达到象北京台余筱芳和昆明台余美芳那样的分图水平,必须下苦功夫,才能获得真功夫。那么,提高震相分析能力,有没有‘绝活”、“绝窍”呢?第一,为了把地震记录图看清、看准、看透,心中必须装有4张图,即深部结构图、地震射线图、地震走时曲线图和震中分布图。与记录图打了一辈子交道的人,都有这种“四图合一”     

外电关于地壳地幔研究的报道三则

塔斯社1977年7月14日题为《探测帕米尔》和同年10月13日题为《“世界屋脊”下的发现》两篇电讯报道了帕米尔—喜马拉雅山系的地震探测。据称,不久前,在帕米尔和喜马拉雅山脉发生了火山现象过程。残余的火山发源地还在100—200公里的深处继续沸腾。当前实践中唯一是借助于爆炸对地壳和上地幔进行测深。塔吉克斯坦科学院付院长拉·巴拉托夫说,测深爆炸是研究行星地壳和上地幔的一种最有效的方法。地震测深证明,     

渤海湾及其邻区地壳温度分布的有限单元模拟

根据地下三百米深处的温度与居里面深度分布的资料,利用伽勒金有限元法配合未知边界流量的杂交法,计算了渤海湾邻近的地壳剖面的温度分布。结果表明:(1)莫氏面上的温度不是常数,最高处可达810℃;(2)大地震往往发生在温度与重力梯度带附近而温度较低密度较小的一侧;(3)本区地壳低速层的温度约为600℃,在该层以下,随着温度的增高,介质的弹性模量或粘滞系数显著减少,而泊松比反而增大,故地壳深部的剪应力减小,这说明大陆内部地震大多发生在低速层以上的原因     

对地壳的力学模式和地壳屈曲的一个短注(英文)

本文指出:文献用弹性圆柱壳体的屈曲理论来讨论全球地震带的分布距离,从微分几何和力学的观点看都是不合理的。建议改用文献提供的弹性地基上的弹性薄扁球壳的弯曲方程组及其解来研究这一问题,其适用范围是地壳圆形底面的半径略大于1000公里(1000～1500公里)。如考虑的地壳地面最大长度为小于500公里,则可采用弹性地基上薄板弯曲的理论,这方面已有许多工作,例如见文献。     

华北克拉通东北部及邻区地壳和地幔转换带厚度研究

本文利用宽频流动台阵记录的远震波形资料和接收函数波动方程叠后偏移方法,获得了华北克拉通东北部边界及其邻近地区的地壳和地幔转换带的间断面结构图像.结果显示研究区域的地壳厚度存在显著的横向变化:以南北重力梯度带为界,西北部的兴蒙造山带地壳较厚(~40 km),东南部的燕山带、松辽盆地和辽东台隆地壳明显较薄(30~35 km).这有可能反映,研究区南北重力梯度带两侧地壳在中-新生代区域构造伸展过程中经历了不同程度的改造和减薄.地幔转换带成像结果显示,研究区410 km和660 km间断面结构存在横向差异.经度121°E-122°E之间,上地幔底部出现双重间断面,深度分别为660 km和690 km.经度122.5°E以东(北黄海地区),410 km间断面有5~20 km幅度的下沉,660 km间断面有5~15 km幅度的抬升;该地区地幔转换带厚度相对全球平均偏薄10~20 km,指示着该地区较热的上地幔底部温度环境.我们认为太平洋俯冲板块可能停滞在研究区119°E-122°E经度范围的地幔转换带中,但未延伸至118°E以西;而俯冲板块在124°E以东可能局部穿透了上地幔底部而进入下地幔,同时引起小尺度的地幔对流,导致北黄海地区下地幔物质的上涌.     

板块构造与地幔温度和变质属性之间的关系

板块构造的启动时间及其在地球历史时期的演化过程,是地球科学的两大基本挑战.通过一个整体研究方法来分析地球历史时期的构造范式,可以解释自太古宙以来两种范式的板块构造.在这些解释中,早期的热俯冲与晚期的冷俯冲之间存在不同的变形和变质特征.汇聚板块边缘不同特征的区域变质作用记录了这两种不同范式的板块构造,这与太古宙和显生宙地幔温度的差异有关.以蓝片岩相变质作用出现为特征的现代范式板块构造出现在新元古代.这与表明古代范式的板块构造在太古宙早期已经启动的地质证据相吻合.地幔在地球演化史上的不断冷却可解释幔源熔体地球化学特征随时间的演化规律,而这个过程可能让无数小的板片数量逐渐减少并演变成更大的板片,改变洋壳、增生-碰撞造山带中岩石圈的厚度和保留程度,从而导致地球表面氧化作用,为孕育生命提供合适环境.     

胡安·德富卡消减板块内地壳与地幔地震的证据

研究了不列颠哥伦比亚省西南部地下胡安·德富卡消减板块内高精度的震源与从接收函数分析和反射地震数据所得速度结构之间的关系。用双差算法对深度在40～65 km的108个地震进行了重新定位,得到了精确的地震位置。重新确定的地震活动与构造信息间的互相关显示出地震集中在消减的洋壳的顶部,而更深层位的地震活动性位于地幔顶部胡安·德富卡消减板块内。消减板块的构造与地震活动性之间的强相关性表明,地震破裂是由板块内的力学强度改变引起的,这支持了相变和热岩状态在双重地震层的地震成因中起重要作用的假说。     

中国大陆地壳上地幔电性结构及地震分布规律(一)

本文是壳慢流体演化及地震成因系列论文的第1篇．本系列由3篇论文组成,第2篇为壳内高导层成因,高温高压下卤水物态及其电导率;第3篇为壳内流体演化及地震成因．这3篇论文分别从宏观、微观和动态变化三方面,探讨了地下流体与地震的关系．\r\n 本文根据我国大地电磁测深(MT)工作者近20年的探测成果,编绘了中国大陆壳内和上地幔高导层的分布埋深图,分析了中国大陆电性结构的分区特征,探讨了上地幔高导层的成因以及壳内高导层的特征,最后总结了中国大陆不同构造区的地震孕育规律．     

中国地壳厚度及上地幔密度分布(三维重力反演结果)

根据我国11平均布格重力异常图,采用Parker-Oldenbug位场反演方法,做了全国范围的三维重力反演。Parker的位场理论公式不仅数学上严密,而且运算速度甚高。本文将近些年大量的地震测深资料做为三维模型的控制点输入,并对反演计算采取了多种措施,以改善结果的合理性。本研究不仅得到了中国地区地壳厚度的分布,还首次给出了至120公里深处上地幔的密度分布。 结果表明,地壳厚度自东部沿海地区30——40公里逐渐增至青藏高原大部分地区的68公里,东部变化平缓,西部复杂,与大地构造有一定对应性。青藏高原及西部地区的上地幔密度总体偏高,一般3.40——3.65克/厘米3。东部广大区域在3.23——3.30克/厘米3。东部重力梯度带反映着下地壳与上地幔中一条深层构造带的存在,它不仅是地壳厚度陡变带,也是上地幔中的高密度带（3.29——3.35克/厘米3）,具有大区域性的控制作用。重力的均衡调整是青藏高原隆起的重要因素之一。 作者初步推断,中国地区的上地幔可大体分为青藏高原区、中部过渡区和东部正常区等三个大区,反映着上地幔结构的横向不均匀性。据此,本文解释了某些地球物理现象。     

欧洲中部地壳和上地幔的电导率(英文)

根据捷克和斯洛伐克电磁台站的数据 ,得到波西米亚块体地壳和上地幔的电阻率分布模型。估计电阻率时特别使用了短周期和长周期的电磁数据以及用连续谱方法对固定台站数据的分析结果。根据欧洲地磁感应矢量分布绘出了显著的地电不均匀带的地图 ,将波西米亚块体的视电阻率与中欧有关台站的感应标量长度与W1响应做了比较 ,并根据电阻率 /深度图估计了电导率范围 ,该图与替代性理想导体反演相对应     

当前地壳原地应力测量中的研究动向(综述)

综合报道了当前地应力测量的新方法,新成果,包括水压致裂法,水平应力和垂直应力大小的讨论,活断层附近的应力场特征,强震附近的应力场特征和构造应力图的编制,并反映了中国在这些方面的研究动向。     

地幔物质上涌引起断层强度的变化和分布

本文根据多孔介质弹性变形与流体扩散在力学上的相互作用,选取了耦合本构关系式作为数学模型并对其求解,研究了地壳中三种类型断层在地幔物质上涌作用下,所产生的附加断层强度的变化和分布。主要结果是:(1)在空间上,“上涌”面所造成的断层强度软化区位于隆起的边翼地区;(2)在时间上,“上涌”对构造地震的触发滞后于隆起过程。本文通过对唐山地震的分析认为,地幔物质上涌在地震孕育和发生过程中起着重要的作用,并估算了震源面上的强度软化值。最后,求出了在“上涌”作用下,地壳中所产生的最大剪切应力分布。结果表明:“上涌”造成的破裂区域最易发生在地壳中层的隆起边翼地带,而且此区域形成的断层很可能是高倾角的断层。     

地幔对流环型场的激发(Ⅰ)

讨论了地幔内部的粘滞度及施加在地表和CMB 的边界条件对地幔对流环型场的激发分析表明,当粘滞度侧向均匀时,环型场与极型场自然解耦,且环型场不影响重力位,当粘滞度侧向不均时,环型场与极型场耦合在一起.两者共同影响重力位.当引入板块运动速度时,边界条件非零,也能激发环型场;对侧向均匀粘滞度地幔,零边界条件不能激发环型场     

云南地壳生热率分布

研究地壳岩石放射性生热率的垂向分布，是研究深部热结构的基础。根据深部地震测深资料，利用地震波速与生热率之间的关系，估计了云南地壳生热率的垂向分布。全区上地壳生热率一般为０．８～２．１μＷ／ｍ３，中地壳为０．４～１．２μＷ／ｍ３，下地壳为０．１１～０．５５μＷ／ｍ３