大陆岩石圈流变学研究进展

大陆岩石圈流变学是固体地球科学领域的基本问题,也是理解大陆变形的动力学过程和构造演化史的关键.本文对近年来大陆岩石圈流变学的研究进展进行了综述.重点讨论大陆岩石圈流变学的纵向分层和横向分块特性及流变学与地震活动性、壳－幔解耦及下地壳流动变形的地球动力学意义和中国大陆地区岩石圈流变学研究状况.最后,对大陆岩石圈流变学研究存在的问题和未来的研究方向做了一定的探讨和展望.     

大陆岩石圈的流变性质

地质和地球物理资料表明在上、中、下地壳内各有力学上的软弱带(σ_1-σ_3<10MPa),这从实验测定的岩石稳态流动性质得到证实。软弱带出现的深度主要取决于岩石类型和大地构造区,估计在10～15km、20～28km、25～40km范围。此外,地壳中广泛分布的延性、半脆性断层带也说明轶弱带可以出现在地壳10km以下的任何地方。目前虽然还没有下地壳代表性岩石的实验资料,但是力学性质相近的岩石实验结果支持这种假设,即莫霍面是力学上的不连续面,其下部是强度更高的橄榄岩。这种不连续性程度与温度和应变速率有很大关系。     

国外海洋岩石圈深部结构的地震学研究进展

近十年来,深地震反射波勘探在海洋岩石圈的形成与演化,地壳结构研究中的应用越来越广泛,本文介绍了美,英,法及北欧一些国家在北海,波罗的海,挪威海,大西洋,太平洋,地中海等海域分别进行的垂直入射,宽角反射／折射地震试验,及其在大陆边缘构造,海洋地壳的演化,海底断裂形态,性质等方面的研究成果。     

岩石圈结构与大陆动力学

对1999年7月第22届IUGG大会以后的4年期内，中国地球物理研究在岩石圈结构和大陆动力学方面的主要进展作了简要评述．这些研究进展主要表现在以下几个方面:区域性岩石圈物性结构的研究，利用深地震测深剖面对地壳、上地幔速度结构的勘查，利用GPS观测研究大陆内部的现今运动和变形，青藏高原动力学研究，大别——苏鲁超高压变质带的地球物理勘查及动力学机理研究，沉积盆地的地球物理勘查及演化过程研究，以及板块动力学研究, 等等．      

大陆岩石圈地震界面性质

科拉半岛的深钻揭示了三类地震界面:(1)分隔不同组分和年龄岩石的岩性界面;(2)归因于断层的构造界面;(3)由不同的孔隙率或裂隙区所控制的机械界面。地震研究表明前两类界面有非常复杂的结构,且是上地壳的特征;在10—15km深度以下,观测到岩石圈中有一明显的近水平层构造。在古地台的地壳中部,由于扩容形成了低速、高导的弱化层。在下地壳,25—30km深处,物质分异形成了一个界面,它也许把地壳岩石与基性(幔源岩)岩分离开。莫霍(M)界面的性质明显地呈二元性,即化学的和相变的。在地质演化过程中相变成分体现在界面变动之中:它随升温而抬升,随地壳冷却而凹陷。在古地台,M界面限于岩石处于真正塑性状态的深度:这使液体不能透过岩石从而引起物理化学性质的变化。     

华南大陆东部地壳物质组成的地震学研究

中生代晚期华南大陆东部发生了大规模的火成岩活动,对地壳物质组成属性有显著影响,地壳中SiO2的平均含量是判别其属性的重要参数.基于华南大陆东部布设的宽频带地震台阵和固定台站数据,利用噪声成像获取高分辨率的面波频散,联合利用接收函数反演地壳的S波速度结构.由地壳的平均波速比和速度信息,通过与岩石物理实验数据对比,估测了华...     

大陆地壳超深钻井及其在大陆岩石圈研究中的近况

本文介绍了当前世界上深钻井和超深钻井已取得的成就和发展动态,分析了它与由地震测深所获得的岩石圈结构和速度分布结果的差异。认为大陆深井和超深钻井的掘进不仅使多学科受益,而且可以开拓新的领域,直接探索地球的奥秘。     

大陆地壳和上地幔的地震学

引言在过去的四年里,对于美国大陆地壳及下地壳岩石层的地震学研究比过去任何同期内完成得都多,而且不断增长的研究活动大概会持续数年。几种趋势说明了这种现象。首先,最初由美国大陆反射剖面合作集团(COCORP)的研究结果(Brown and others,1986),后来又由英国反射剖面研究协会(BIRPS)的研究结果(Matthews and Cheadle,1986)所引起的对地震反射研究的兴趣已经导致了几项其它地震反射计划的制定。这些最有效的研究计划有:怀俄明大学(Smithson and others,1986)、弗吉尼亚工业学院(Virginia PolytechnicInstitute)、美国西南部地壳构造研究加州各大学联合体(CALCRUST,Henyey,1986)和美国地质调查局(Hamilton,1986)的计划。     

中国大陆活动地块边界的地震学证据

应用中国大陆地区地震活动的地震学参数（如大震烈度图、综合等震线、余震分布、震源尺度、地震矩、地震应变、能量、震源机制解和震中分布等，通过综合集成，刻画了我国陆区地震活动性的空间展布格局。并将其与中国大陆活动地块及其边界相比较，发现中国7级以上强震活动基本上都集中在活动地块的边界上，这对进一步了解活动地块的运动性状、探讨地块之间相互作用及与强震发生的关系具有重要意义。     

大陆正断层几何形：地震学提供的约束条件

应用大震的远震体波研究爱琴海地区大陆正断层下倾的几何形。脆性上地壳和 塑性下地壳的解耦可能以无震韧性方式发生。     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.     

利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场

地壳应变场研究是地球动力学研究的一个基础性领域, 以往文献的探索大多集中在地壳形变的测量和研究上, 包括大面积水准测量和GPS观测等。 文中利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场, 利用哈佛CMT目录和现代中国地震目录得到了中国大陆不同区域面波震级与标量地震矩的统计关系, 进而采用中国大陆历史地震资料研究中国大陆地壳应变场, 给出地震最大剪切应变率场的分布。 研究结果显示, 青藏高原及其周边地区是最大剪切应变率的高值区, 帕米尔和阿萨姆地区的应变率值最大。 与GPS得到的应变场结果进行比较, 两者的结果存在一致趋势。 利用NEIC宽频带地震辐射能量目录研究了中国大陆的地震视应变分布, 显示地震的视应变分布与地壳应变水平存在一定相关关系, 且发生在青藏高原周边地区地震的视应变水平较高。 这些研究结果为地球动力学研究的进一步深入探讨提供了新的科学资料。     

可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔的地震学证据

利用中美德INDEPTH IV合作项目2007—2009年间布置于青藏高原中、北部140个宽频地震台站记录到的天然地震数据,经过接收函数成像处理,获得了3条穿过昆仑—阿尼玛卿缝合带清晰的壳幔结构图像.结果显示柴达木南缘莫霍面位于约50 km深度,羌塘地块、可可西里地块、东昆仑造山带莫霍面位于约65 km深度,昆仑—阿尼玛卿缝合带以北约50 km存在莫霍面深度突变.在可可西里和柴达木岩石圈地幔之间观测到北倾界面,这可能是可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔之下的证据.可可西里地块地壳内宽缓的负转换震相带是低速带的反映,其向北挤入到东昆仑山下发生挤压增厚,可能是东昆仑山隆升的原因;由于刚性柴达木岩石圈的阻挡,物质向东改向,则可能是该地区向东旋转的构造应力场产生的原因.本文研究结果不支持亚洲岩石圈地幔在东昆仑—柴达木交界处向南俯冲,据此,我们提出了新的东昆仑造山模式.

     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.