地球内部各圈层介质的地球各向异性与地球动力学

地球内部各圈层的结构和构造在本质上是不均匀的各向异性的,各向异性的研究不论是对深化地球本体的认识,还是在资源、能源、灾害和环境以及全球变化的研究中均具有重要作用。本文基于这一科学问题的本质性和重要性着重讨论了以下５个问题：１）各向异性介质中地震波场效应与判据;２）复杂介质地震各向异性－Ｓ波分裂的成因分析;３）当今Ｓ波分裂监测技术的进展与探索;４）地震各向异性在不同科学问题研究中的效能;５）地震各向     

由第29届IASPEI大会谈我国的地震学和地球内部物理研究

第二十九届国际地震学和地球内部物理学协会大会国际地震学和地球内部物理学协会大会（GeneralAssemblyofInternationalAssociationofSeismologyandPhysicsoftheEarth’sInterior（IASPEI））于（1997年）8月18日～28日在希腊第二大城市萨洛尼卡举行中国（包括台湾）、美国、俄国、英国、法国、德国、希腊、澳大利亚、新西兰、荷兰、等40多个国家约800多位学者出席了大会，我国国家地震局团组（24人）、中国科学院（4人）、地质矿产部（1人）、高等院校（1人）和山西省科委共引人前往参加大会共收到摘要约1500篇，其中我国67篇．大会…     

地球自转长期稳定性的种解释

古地关数据显示了在古地磁和热点参数点对照系之间的不到１０００ｋｍ的运动,即１００Ｍａ（百万年）期间的真极移,它意味着地球自转轴一直是相当稳定的。这个长期的自转稳定性可以用晚中生代和新生代的大规模板块运动的缓慢变化来解释,中要俯冲带的岩石层是对幔对流导致的地幔密度不均匀性的主要部分。因此,不需要引入其他诸如自转不规则的缓慢再调整之类的机制,就可以解释所观测到的缓慢的真极移。     

地球质心偏移与各圈层形变

地幔结构的地震层析图象显示热心南偏和质心北偏可能是地球南北反对称的动力基础。建立了南北半球密度反对移分布的数学模型，计算结果表明：地壳地幔南北半球的密度不均匀人分布可使地核偏离地球质心１－３公里，完全符合张焕志１９８２年计算结果。     

蒙古-贝加尔地区上地幔小尺度对流及地球动力学意义

上地幔小尺度对流是控制区域地球动力学过程的主要机制之一,蒙古—贝加尔地区的一些区域动力学过程被认为与上地幔小尺度对流相关.本文目的在于利用重力资料研究蒙古—贝加尔地区的上地幔小尺度对流,并探讨其与构造动力学的关系.基于区域均衡重力异常与上地幔小尺度对流的相关方程,本文利用区域均衡重力异常资料反演了蒙古—贝加尔地区上地幔小尺度对流流场及作用于岩石层底部的应力场.结果显示,蒙古—贝加尔地区地幔流场及对流应力场呈现非常复杂的图像,流场及应力场分布与地表构造具有很好的相关性.西伯利亚地台和蒙古褶皱带下地幔流场和对流应力场均较弱,这与这些地区现今较弱的构造活动性是一致的.贝加尔裂谷区下存在地幔上升流,对流应力场呈拉张状态,但应力场的幅值较小(约8 MPa),表明地幔对流不是贝加尔裂谷开裂的主要控制因素.Hangay高原、阿尔泰和戈壁—阿尔泰下存在地幔上升流,对流应力场为拉张状态,这一方面可能构成Hangay高原隆升的深部动力机制,另一方面,也为Amurian板块西边界划分提供了动力背景.     

地球磁场强度对地球内部动力学过程的制约

利用K-Ar年龄测定法确定了辽西义县组下部出露的玄武岩时代相当于地磁极性年表的M0(121.0~120.6 Ma). 在详细岩石磁学和地磁场古方向测定的基础上, 利用改进的Thellier方法对该时代的火山岩进行了地球磁场古强度测定, 确定了与M0对应的地球磁场虚偶极矩(VDM)为(3.66 ± 0.10)´10²² Am², 相当于现今值的45%. 结合已有的全球地球磁场古强度数据, 探讨地质历史时期地球磁场变化的地球内部可能控制因素及地球动力学意义.     

考虑混合地幔对流的地球热演化的参量化模型

单纯的全地幔对流或分层地幔对流热演化模型不能解释地球构造演化史中的幕式特征,故本研究在地球热历史的参量化模型研究中考虑混合地幔对流模式．我们引入时间相关的全地幔对流成分比F来表征地球热演化历史中全地幔对流所占权重,同时引入描述相变边界层对流状态的局部瑞利数Raloc和对流转换临界瑞利数Ra1及Ra2,作为地幔对流的控制参量．结果表明,混合地幔对流参量化模型得出的地球热演化史可以较好地反映地球幕式构造演化史．      

两种地幔对流模式下俯冲带的热结构

根据准动力学计算方案,通过采用等效热源和等效热传导系数的方法,用有限元法计算了不同俯冲角度,而俯冲速度为８ｃｍ／ａ、年龄为１００Ｍａ的俯冲带在稳定俯冲状态的热结构．计算结果表明俯冲带在接近６７０ｋｍ间断面的最低温度可达到１１００℃．全地幔对流模式热结构的计算结果表明６７０ｋｍ间断面以下可存在最低温度达１０００℃的低温区,相应于有０．７％—３．０％的Ｐ波低速异常存在．双层地幔对流模式表明,在６７０ｋｍ间断面以上可有与周围地幔相差约４００℃的水平舌状低温区存在,相应于０．５％—１．４％的Ｐ波低速异常．     

地幔热动力学模型

地幔,特别是下地幔,远比人们先前的设想活跃.地球物理学、地质学和地球动力学的观测和地球热动力学模拟表明:(1)地幔底部与地核交界处有一厚度为200km 左右的D″层,这是一个非常活跃的区域,它的运动和变化直接与地核的行为有关,仅仅将其看成全地幔对流的以热传导为主体的热边界层是不够的,小尺度的热对流或许主导这一层内部的物质运动,它加热地幔同时又通过热柱将其部分热量输运到地球外层;(2)地幔热柱有可能源于地球初期不均匀的残存堆积,其存储的热量不断地或穿透整个地幔形成热点或消失在软流层中与该层中的次一级对流相耦合;(3)上地幔在670km 深度范围内广泛存在次一级对流体系。其尺度为500—700km 这一对流体系决定了岩石层板块内部的构造和动力活动,其活动周期远比全球规模的板块运动活动周期小得多;(4)全球规模的大尺度全地幔对流与板块构造动力学密切相关。它以不到10亿年左右的时间完成一个周期,它不断地更新地球表层,也搅拌着地幔,同时还输运地球内部的热能向外层空间散发;(5)地幔局部地区层状相互耦合的对流结构在地震层析剖面上有明显的显示,它表明了地幔对流结构的复杂性,仅管我们对此相知甚少,但它或许是无法避免的;(6)岩石层是人类熟知的赖以生存的方舟,它的运动和构造反映了上述所有运动信息,仅仅将其视为一对流体系的热边界层是不够的,它自身作为一个独立的力学单元影响了整个地幔的热动力学过程.因此,面对如此活跃的、复杂的地幔,用一个单一的模型去描述它是不合适的.上述各种热动力学单元及其运动均有自身的力学特征及运行机制和规律,但它们又是相互作用和影响而构成地幔整体,这就是一个真实的但又模糊不清的地幔热动力学模型.为了完善这一模型,需要更多的、细致的地球物理和地球动力学的观测资料以及需要我们更深刻地理解和更认真地解释这些资料的地幔热动力学背景.     

两种地幔对流模式下俯冲带的热结构

根据准动力学计算方案，通过采用等效热源和等效热传导系数的方法，用有限元法计算了不同俯冲角度，而俯冲速度为８ｃｍ／ａ、年龄为１００Ｍａ的俯冲带在稳定俯冲状态的热结构．计算结果表明俯冲带在接近６７０ｋｍ间断面的最低温度可达到１１００℃．全地幔对流模式热结构的计算结果表明６７０ｋｍ间断面以下可存在最低温度达１０００℃的低温区，相应于有０．７％-３．０％的Ｐ波低速异常存在．双层地幔对流模式表明，在６７０ｋｍ间断面以上可有与周围地幔相差约４００℃的水平舌状低温区存在，相应于０．５％-１．４％的Ｐ波低速异常．     

大尺度地幔动力学研究的现状和展望

这篇综述讨论大空间、大时间尺度的地幔动力学近几十年的发展和现状,着重讨论了相关的观测及其动力学意义.这些观测包括现在地球的板块运动的基本特性,中、长波重力异常及大地水准面异常,地震层析成像得到的地幔结构,以及过去10亿年超级大陆Pangea和Rodinia的形成、裂解和演化,及火山岩浆活动.关于地球动力学模型的讨论是围绕着这些相关的观测而进行的.涉及到的一些主要问题包括以下.第一,地幔动力学研究显示,地震层析成像得到的下地幔的二阶结构（比如核幔边界附近的LLSVP结构）,和俯冲带的快速异常体,可以解释为过去1亿年左右的板块运动和地幔对流的结果;第二,地幔三维结构作为地幔对流的驱动力,是导致中、长波重力及大地水准面异常的直接原因;结合地幔动力学模拟,观测的大地水准面异常对地幔黏性结构提供了强有力的约束,很可靠的结果之一是下地幔的黏性比上地幔要高至少一个量级,并且最近的研究确定软流圈的存在;第三,过去10亿年大陆块体经历过的Rodinia和Pangea两期超级大陆的形成和破裂是地幔动力学在地表的反映.地幔结构在Pangea形成过程中是一阶结构（即一个半球是冷的下降流,而另一个半球是热的上涌流）主导的,而现在的二阶为主导的地幔结构是Pangea形成后,破裂前或破裂过程中才形成的;地幔动力学和其他研究支持地幔结构在一阶和二阶间转换的1-2-1模型;第四,板块构造在地球上的起源和动力机制依然是充满争议和不确定的课题,但是这些问题同时也是重要的地球动力学基本问题.

     

Google Earth在野外初步断裂调查中的应用

主要介绍了卫星影像技术及Google Earth的特点,通过工程实例说明了Google Earth作为卫星影像在野外断裂调查中发挥的作用,总结了Google Earth卫星影像的优劣。     

三维速度结构的研究现状和展望

本文评述了三维速度图像研究的现状,简要地叙述了在全球尺度、大尺度和区域尺度内三维速度图像重建所取得的主要成果.笔者在介绍了三维速度图像同地球科学其它领域的关系之后,在对未来的展望中认为,为板块构造和地球动力学这样一些基本的地学问题提供直接的地震学的证据将是一个长期的目标,并为此提出了三个要解决的问题,还针对我国现有条件提出了供选择的参考课题.     

三维速度结构的研究现状和展望

本文评述了三维速度图像研究的现状,简要地叙述了在全球尺度、大尺度和区域尺度内三维速度图像重建所取得的主要成果.笔者在介绍了三维速度图像同地球科学其它领域的关系之后,在对未来的展望中认为,为板块构造和地球动力学这样一些基本的地学问题提供直接的地震学的证据将是一个长期的目标,并为此提出了三个要解决的问题,还针对我国现有条件提出了供选择的参考课题.     

固体潮理论值一阶微商的解析表达式及拟合检验

本文采用全微分法,导出了直接而严密的固体潮理论值对时间一阶微商的解析表达式．将其应用于固体潮资料的拟合检验,确保了理论上的严谨性和计算精度．文中还介绍了部分拟合检验的应用实例,并与不同拟合方法进行了对比分析,表明全微分法在运算处理速度上与谐波展开法和数值微分法相比得到了成倍的提高,而与天顶距微分法的运算速度相同．     

地球非对称变形的最新观测证据

根据2001年3月IERS公布的全球近600个GPS站、SLR 站及VLBI站的站坐标、速度及它们的误差估计，研究了地球的现今非对称变形．结果表明，以赤道为界，北半球目前仍处于挤压变形中，而南半球则处于扩张变形中．若以90Ｅ 和90Ｗ 经线为界，则以180经线为中心线的太平洋半球处于挤压变形中，而以0经线为中心线的大西洋半球，则处于拉张变形中．这种变形再次证明地球处于双重非对称变形之中，而且，如果以6366740.0m作为理想地球平均曲率半径，根据空间大地测量结果算得的体积变化率达到0.6651012 m3/a．      

地球内部结构和物质性质的研究

对1999～2002年中国地球物理学家在地球内部结构和物质性质方面的研究工作进行了总结．分别对地球内部结构的地震波速度成像研究，中国及其周边地区上地幔介质各向异性的研究，S波介质品质因子Q,俯冲带研究，地幔间断面的研究，地球物质性质的实验研究以及其它方面的一些研究工作进行了综述．指出了各方面的主要研究内容、使用的主要方法和得到的结果．从这4年的研究中可以发现，中国的科学家在地球内部结构和物质性质的研究中又取得了新的进展，主要表现在3个方面:一些原有领域中的研究更加深入； 开辟了新的方向；研究方法更先进．