中国东部岩石圈根／去根作用与大陆“活化”──东亚型大陆动力学模式研究计划

本文提出东亚大陆动力学研究中的主要科学问题──为什么东部大陆会“活化”？基于近１０多年来研究获得的一个重要地质事实：印支期东部诸陆块拼合成统一大陆时岩石圈巨厚（≥１５０～２００ｋｍ），新生代以来岩石圈厚度只有６０～８０ｋｍ，指出岩石圈根与去根作用是东部大陆“活化”的根本原因，并提出５组具体的科学问题需要探索与研究。     

大 陆 岩 石 圈 研 究

大陆岩石圈和大洋岩石圈有着深刻的差别，运用板块构造理论和模式研究大陆岩石圈会遇到许多特殊的问题。本文从陆缘演化和多个板块构造旋回叠加两方面做了初步探讨，提出岩浆型被动陆缘是独立的一类古陆缘；在辨认后续板块构造旋回叠加中，新构造成分和格局的确定有重要意义。本文还讨论了汲取大陆地质研究经验，在新的学科水平上重新解释传统大地构造学中一些有用概念的意义。     

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。     

大陆岩石圈流变学研究

简单介绍了流变学的概念和两种基本研究方法,基于大陆岩石圈较大洋岩石圈有更为复杂的流变特征客观事实,指出研究大陆岩石圈流变学的重要性,并提出几个主要的研究方向和领域。     

中国科学深钻选址地球物理调查与大别-苏鲁岩石圈

本文简要地讨论了大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探选址新采集的地球物理调查剖面及相关地球物理成果。这些剖面以深反射地震及大地电磁测量为研究岩石圈构造的主要方法，结合地质资料和区域重磁平面图，分析大别—苏鲁地体的深部地质构造与岩石圈主要特征，以及大陆科学钻探靶区选择的地质地球物理依据。同时讨论了大陆科学钻探的靶区(江苏东海县)的地壳构造与地热研究结果，并将深度偏移地震剖面与先导孔岩心钻探结果进行了对比。     

新生代以来中国大陆岩石圈尺度的大地构造分区

基于大陆根柱构造概念，讨论了新生代以来大陆岩石圈尺度的大地构造分枢，地壳浅部主要表现为３种形态，即西部挤压造山带、东部大陆裂谷带和中部克拉通块体群，它们分别对应山根与造山岩石圈根、地幔热柱和大陆（岩石圈）根，认为浅部构造开矿对对壳幔深部构造的一种响应，简述了地于岩石圈度的３个大地构造单元的软流圈     

大陆岩石圈流变动力学研究进展

综述了近年来宏观尺度上大陆岩石圈在流变结构、运动学和动力学研究方面的进展 ,简要介绍了INDEPTH ,KTB等科学工程的最新成果。固体地球科学的发展趋势表明 :查明岩石圈的物质组成和岩石圈的热结构是建立岩石圈流变结构模型的基础 ,高分辨率地球物理方法、大陆科学深钻和岩石学探针是研究岩石圈流变结构的重要途径 ;大地测量是研究岩石圈运动学的主要手段 ;定量计算岩石圈的流变学参数和模拟动力学演化过程是动力学研究的基本内容。     

岩石圈研究的重要问题与研究方向

岩石圈研究是８０年代和９０年代国际地球科学研究的前沿课题。地球４６亿年的历史记录有９５％都保存在大陆岩石圈中。大陆和大陆边缘岩石圈的研究最具挑战性吸引力。文中笔者简述了研究岩石圈的现代地球物理方法技术,岩石圈研究已取得的重大进展,全球地学断面图的编制和综合研究,大陆动力学热点研究,大陆科学钻探工作,岩石圈生物圈计划,同时介绍了青藏高原的研究状况。青藏高原是全球地球科学家从事研究的最佳野外实验室,它的隆升对亚洲及全球都有重大影响。     

关注三维交切构造--出露地表的大陆岩石圈构造解耦面

大陆内部弥散性的变形表明经典板块构造理论未能阐述大陆构造。矿物变形的实验室研究结果、岩石流变学性质随深度改变和地震测深剖面资料都提示大陆岩石圈具有三明治式的强度包络面。任纪舜、张国伟和钟大赉分别把岩石圈不同深度层次的三维交切构造称为立交桥式构造或多向层架构造。它们的出现提示岩石圈发生了构造解耦，新的变形体制在拆离面以上发展起来。前苏联地质学家把它称为岩石圈的构造成层作用。本文列举了喜马拉雅东、西构造结和秦岭造山带可能出露于地表的三维交切构造实例，呼吁重视这类代表大陆岩石圈不同深度层次的构造堆叠体，并把它作为揭示岩石圈构造变形的最佳切入点。     

板块下的构造及地幔动力学

最新的全球地幔地震层析资料揭示了岩石圈板片可以俯冲到核幔边界，超地幔羽可以从核幔边界上升到地壳上部形成热点。在大陆板块汇聚边界，地幔地震层析图像不仅显示了岩石圈板片的超深俯冲，还保存了拆沉的岩石圈“化石”残片的重要信息。从地幔深部所获取的新资料为全地幔“单层对流“的新模式提供了依据。在介绍上述全球构造研究新动向的基础上，本文强调了研究岩石圈板块必须了解板块下的构造，探索岩石圈板块的驱动力应该从“岩石圈动力学”升华到“地幔动力学”，并提出了大陆板块汇聚边界地幔动力学研究的新思考。     

差异散射多次波自适应消减法研究

在海上地震资料处理过程中,反射多次波和散射多次波同时存在于地震资料中。由于散射多次波相对于反射多次波的能量弱,且具有时空非稳态特征,难以在常规SRME 方法中去除,影响进一步的数据分析工作。将含有这两种多次波的地震数据进行分离并分别做SRME 多次波预测,通过自适应衰减方法有效地匹配不同类型多次波,尤其是非稳态的散射多次波。通过sigsbee2B 模型的试算,经对比理想无多次波影响的地震数据资料,表明该方法可以有效地同时消除反射多次波和差异散射多次波。     

三维稀疏反演多次波预测及曲波域匹配相减技术

传统的自由表面多次波压制(SRME)方法研究是基于二维假设的,这种算法对多次波贡献考虑过于局限,难以应对复杂地质构造的情况。3DSRME算法过于笨拙,对数据要求过于苛刻,很难有效推广和应用。三维稀疏反演多次波预测方法利用柯西概率密度函数,将垂直测线方向上稀疏的多次波能量贡献道集转换到模型空间,有效重构同相轴能量顶点——菲涅尔带,从而有效拾取多次波能量,准确预测多次波。采用曲波域匹配相减技术对多次波进行去除,相较于传统的最小平方匹配相减方法,Curvelet域具有多方向、多尺度的特性,能够更有效地压制多次波。建立三维倾斜层状速度模型,对模拟三维地震数据进行试算,并与常规2D SRME的处理结果进行对比,验证了本文所述方法的有效性。     

海上某区二维地震多次波的识别和压制

多次波的识别和压制是陆上,特别是海洋地震勘探中需要解决的突出问题之一。首先结合某区二维深海地质资料,采用变偏移距叠加剖面、叠加速度谱、自相关分析和二维频率波数域等方法手段,对波场的特征、多次波的类型和性质进行了识别分析。然后,对于不同类型的多次波匹配地选择预测反褶积、频率波数域滤波和加权混波等方法加以压制。发挥各自方法的优点,实现了多种方法的整体综合优化,达到最大限度地压制多种类型多次波的目的。较好的实际压制效果表明上述工作思路和处理方法是有效可行的。     

南极和北极地区在全球变化中的作用研究

多次波问题是海洋地震勘探中最突出的问题之一 ,如何有效地压制多次波是解决问题的关键。多次波数据处理的压制方法和技术分为运动学的滤波方法和动力学的波动方程方法两大类。波动方程方法由于几乎不需要先验信息和具有较好的压制效果 ,已经成为多次波压制方法和技术发展的主要趋势。文章首先对波动方程方法进行了较全面的综述 ;然后 ,对波动方程方法中的反馈迭代反演方法做了深入的讨论 ;最后 ,通过理论模型的正反演计算 ,验证了运用波动方程反馈迭代反演法不需要知道震源函数、地下岩层结构和岩性等先验信息。此方法适用于压制多种类型的多次波 ,具有优异的振幅保真性等独特的优点。     

基于经验低秩表示的自适应多次波减去方法

多次波压制一直是海洋地震数据处理的研究重点,SRME（surface-related multiple elimination）方法通过多次波预测、自适应减去两个步骤实现多次波压制,具有压制精度高、模型依赖度低等优点,是工业界广泛采用的方法。但是常规减去方法在一次波、多次波交叉位置易出现一次波损伤、多次波残留等现象,进而增加后续地震处理、解释的难度。本文在前人研究的基础上,提出了基于经验低秩表示的自适应多次波减去方法。首先,采用经验低秩表示方法,将地震数据自适应地分解为信噪比高、倾角单一、同相轴相位圆滑的低秩倾角分量,简化地震数据倾角成分的复杂程度,以优化低秩表示过程中局部窗口的参数选择问题;然后,在不同低秩倾角分量中分别采用基于能量最小原则的匹配减去方法,避免匹配过程出现同相轴交叉,并重构各分量,在保证计算效率的前提下提升多次波压制效果。针对理论数据和实际数据进行了有效性测试,本文方法在多次波压制结果和保幅性两方面优于传统方法,并采用抗噪性测试证明了该方法的鲁棒性。     

二维勘探新观点

应用大容量、大道数地震仪,改变传统二维地震排列方式,由单线排列接收改为多线排列接收。根据勘探精度的要求、测线网度的不同分二种方式:一是适合于大网度概查普查的单条测线多线排列接收;二是适合于精查和采区二维地震的多条测线多线排列接收方式。     

再论盐源模范村喜马拉雅期斑岩铜矿床地质特征及找矿前景

该矿床具有典型斑岩铜矿特征,成岩的多期次构成复式岩体,断裂构造控制的隐爆碎裂岩筒为成矿提供了通道和沉积场所.多期次成矿,特别是次生富集作用形成达中型规模的Ⅰ号矿体,影响次生富集带发育的F7断裂带起了重要作用.总结出适合本区斑岩群特点的找矿标志和提出的找矿靶区,对开展新一轮普查找矿具有现实意义.     

Distinguishing and correlating multiple phases of metamorphism across a multiply deformed region using the axes of spiral, staircase and sigmoidal inclusion trails in garnet

Schists from the Appalachian Orogen in south-east Vermont have undergone multiple phases of garnet growth. These phases can be distinguished by the trend and relative timing of f oliation i nflexion or i ntersection a xes (FIAs) of foliations preserved as inclusion trails in garnet porphyroblasts. The relative timing of different generations of FIAs is determined from samples containing porphyroblasts with two or three differently trending FIAs developed outwards from core to rim (multi-FIA porphyroblasts). Schists from south-east Vermont show a consistent pattern of relative clockwise rotation of FIA trends from oldest to youngest. Four populations or sets of FIAs can be distinguished on the basis of their relative timings and trends. From oldest to youngest, the four sets have modal peaks trending SW–NE, W–E, NNW–SSE and SSW–NNE. These peaks show that each of the four FIA sets has a statistically consistent trend at all scales across a 35×125 km area containing numerous mesoscopic and macroscopic folds. The FIAs of Set 4 are defined by inclusion trails that are continuous with matrix foliations, have trends subparallel to most folds and are inferred to have developed contemporaneously with these structures. Conversely, Sets 1 to 3 are oblique to and pre-date most matrix foliations and folds. All four FIA sets occur in Siluro-Devonian rocks and must have formed in the Acadian Orogeny. The lack of statistically significant differences in the distribution of FIA trends across the study area and their consistent relative timings in multi-FIA porphyroblasts, despite a complex regional deformation history involving numerous phases of folding at all scales, suggest the porphyroblasts have not rotated relative to one another. The change in FIA trend with time resulted from rotation of the kinematic reference frame of bulk flow, possibly as a consequence of the reorganization of lithospheric plates responsible for Acadian orogenesis. Recognition of distinct generations of FIAs provides a means of distinguishing different phases of porphyroblast growth. Four periods of garnet porphyroblast growth occurred in the schists of south-east Vermont. This growth was heterogeneously distributed on the cm²–m² scale. No single porphyroblast records all stages of growth, and adjacent samples from the same or dissimilar rock types commonly contain porphyroblasts that preserve different sequences of growth. Factors that may have been responsible for switching porphyroblast growth on and off at this scale include: (i) subtle differences in bulk chemical composition; (ii) oscillating levels of heat, owing to the buffering effect of endothermic garnet-forming reactions; (iii) channelized infiltration of fluids with localized fluid buffering of bulk composition; and (iv) cyclic controls on the rates of diffusion and material transport of reactants, either by channelized fluid flow or by a changing pattern of microfracturing during foliation development. Consistency in FIA trend and relative timing provide a new method for potentially distinguishing and correlating successive metamorphic events, or even phases of metamorphism within a progressive tectonothermal event, along and across orogens. Using a consistent pattern of core to rim changes in FIA trend, multiple phases of growth of a single porphyroblastic mineral can be quantitatively distinguished, allowing correlation of different phases of growth around and across macroscopic folds. The relative timing of growth of different porphyroblastic minerals can also be quantitatively determined using FIA data and correlated around and across macroscopic folds. Conceptually, the paragenetic history preserved in each generation of porphyroblast growth, in the form of chemical zoning and the minerals in inclusion trails, could be combined to produce a more detailed P–T–t–deformation path than previously determined.     

多种能源矿产的地球物理判识标志及其在协同勘探上的应用

石油、天然气、煤炭和砂岩型铀矿在同一盆地共同富集成藏为多种能源矿产的协同勘探提供了有利条件。地震和测井方法在各个能源矿产的勘探开发中都得到了广泛的应用。多种能源矿产的协同勘探应该利用现有的丰富的油气煤勘探开发资料(地震资料和测井资料)寻找砂岩型铀矿。鄂尔多斯盆地周边西缘逆冲带、天环凹陷、伊盟隆起和晋西挠折带这些砂岩型铀矿的远景区,据资料统计钻探油气井已达300口以上,为砂岩型铀矿勘探积累了丰富的地震和测井资料。     

稳定同位素和微量元素在多源多汇体系中地球化学行为的理论模拟

根据地质体系多源多汇的特点,引进了一种新的定量地球化学理论模型,适用于模拟稳定同位素和微量元素在具有多个物质来源和多种分馏途径的地质体系中的变化规律。运用本文多源多汇模型研究岩浆同化-分异结晶过程中微量元素和稳定同位素的行为,所得的结果与前人AFC模型结果一致。运用此多源多汇模型对岩浆水与大气水混合过程中结晶出的石英进行模拟计算,发现其氧同位素组成随着结晶温度的降低而变大。大气中甲烷的产生和消耗有多种途径,是一种多源多汇体系,运用此模型研究它的碳同位素组成,发现其值随着甲烷总量的增多而变大。多源多汇模型不仅从更高的层次上包含了简单分馏模式、多元混合模式和AFC模式,而且可以研究这些模式不能解决的复杂地球化学过程。