中生代地球系统与核—幔边界动力学研究进展

本文介绍了９０年以来地球物理学在地球磁场方面的研究成果,揭示了２００－１００Ｍａ全球低的地球磁场古强度;１２４－８３Ｍａ低的极性反转频率以及１７０－１１０Ｍａ近乎停滞的真极移。     

核幔边界动力学——地球自转十年尺度波动

总结了地球核幔边界动力学有关研究的新进展,如核幔边界的特性、核幔边界的地形起伏、核幔边界附近地幔对流格局和地球外核顶部的流场等。从地核—地幔之间的耦合出发,讨论了地球自转十年尺度的波动问题,简述了核幔之间电磁耦合、粘滞耦合和地形耦合对十年尺度波动影响的基本理论。提出在该项研究中应以综合分析为基础,开展多学科的联合、交叉研究的途径以深化对地球自转十年尺度波动机理的认识。     

核—幔相互作用及其地球动力学意义

核－幔边界是地球内部反差最大的一个边界,也是最重要的边界,界区的核－幔相互作用过程在整个地球动力学系统中起着重要的作用。本文在概述了该－边界基本特征的基础上,系统地总结了有关核幔物质的化学反应和Ｄ”层的形成,核－幔间的质量传递及其对地幔对流之贡献,核－幔耦合与动量传递等的研究成果及有关问题。     

下地幔矿物研究及其进展

文中综述了20世纪90年代以来对下地幔矿物高温高压研究的进展,详细评论了下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的稳定性、(Mg, Fe)SiO3 钙钛矿和(Mg, Fe)O镁方铁矿的高压状态方程和热弹性及高压熔化、核幔边界温压下铁和硅酸盐的化学反应等几个热点问题;探讨了下地幔的矿物学组成,对下地幔的地震波速异常给出了可能的矿物学解释;介绍了国内同领域的研究工作;展望了下地幔矿物研究的发展方向。     

俯冲板块形成的金属熔体造成了核幔边界的超低速区

正三十年前地震学家们发现核幔边界之上存在分布不均的超低速区(ultralow velocity zones,简为ULVZs),通常和大低速省(large low shear velocity provinces,简为LLSVPs)紧密相连。虽然认识其成因对于理解核幔边界的热和化学状态乃至于深部地球的演化历史至关重要,但是目前尚未有定论。硅酸盐熔体常被用来解释ULVZs的成     

地球内部物理和演化的几个核心论题：I.地球内部结构和物理性质

本文综述研究地球内部结构和物理特性的几种常见规方法和主要研究结果,并首重讨论地球物理状态方程,地震成象,综合反演,高温高压实验和有关对比研究方法,均匀各向同性球对球模型仍不失其参考意义,但最新研究结果表明,地球内部状态是非均匀和各向异性的,横向不均匀对称地球模型仍不其参考意义,但最新研究结果表明,地球内部状态是非均匀和各向异性的,横向不均匀性主要表现在上地幔部分,下地幔和液态外核似乎比较均匀,但核－幔边界过渡带(D″)可能代表一个内含非均匀化学边界的热边界层,其形态起伏和横向变化影响地球模壁的球对称性。3-D地震成象实质上反映地震波建与温度异常的关系．而温度变化又会引起密度异常,因而密度变化是控制地幔对流的关键参数之一。     

山东及邻区上地幔波速各向异性及地球动力学意义

根据1975 年1 月至1993 年12 月发生的3 级以上416 次天然地震近震首波P_n走时数据,分析了山东及邻区上地幔波速各向异性的特征。研究表明上地幔约有8% 的波速各向异性,波速最大方向近NW-SE,最小方向NEE.结合上地幔波速各向异性成因机制的研究,分析了山东及邻区上地幔波速各向异性的地球动力学背景,为揭示中新生代的构造演化提供了可靠的深部构造依据。     

地球内核与地球深部动力学

地球内核由外核富含铁元素的液态物质结晶而成。经证实,内核正以约１（°）／ａ的速率相对于地幔向东转动。内核的旋转是通过穿过内核的地震波的走时随时间变化推测得到的。这种变化是最近十多年来揭示出的内核各向异性在空间方位的改变所造成。内核的各向异性被认为起因于各向异性的铁晶体的有序排列,但这种有序排列的机制还不清楚。内核在地球发电机中起着重要的作用。利用大型的并行计算机,人们已得到能产生像地磁场一样的三维发电机数值模拟。地震学观测到的内核差速旋转为最近的发电机数值模拟提供了支持。这种数值模拟曾预测：导体内核与外核产生的磁场的电磁耦合驱动了内核每年几度向东旋转。地核通过核幔边界的接触及内核与地幔的引力耦合与地幔存在强烈的相互作用。多学科领域的突破为认识地球的深部动力过程提供了极好的机会和手段。     

核幔边界D″区的地震学研究进展

核幔边界层在地球演化过程中扮演着极为重要的作用,是人们认识地球的主要研究对象之一。文中综述了近十多年来对核幔边界D″区开展地震学研究的主要方法及成果,内容涵盖了核幔边界D″区上部间断面、不均匀性、各向异性和超低速层等4个主要研究对象。结合多个相关学科的研究进展,从对热-化学-动力学三方面的耦合作用的分析,来探讨形成D″区各种观测现象的原因和机制,以及在此基础上提出的动力学演化模型。最后简要叙述了有关核幔边界研究的地震学、矿物实验、理论分析及计算科学的发展方向和挑战。随着对D″区认识的不断更新,逐步揭示地表观测到的可能受核幔边界因素控制的多种地质及地球物理现象。     

下地幔的氦化合物—FeO2He

氦(He)元素是地球上的稀有元素之一,宇宙中其含量仅次于氢,但由于其化学惰性不能像氢元素一样与其他元素反应生成稳定的化合物,因此只有少量的地球形成初期保留下来的原始氦气存在于大气中。然而,科学家们发现有氦气从地幔俯冲带喷发出来(比如洛杉矶金施,Newport-Inglewood断层带)。因此推测地幔中可能存在氦的化合物。尽管如此,科学工作者一直未发现含有He元素的矿物,甚至在地幔温度压力下也未合成相关的含有氦元素的化合物。     

关于地核和核慢边界区物质的成分及运动特征的研究进展

近年来关于地核和核幔边界区的研究有了较大进展，特别是高压矿物物理学和高压岩石学提供了大量有关的实验依据。本文对核幔边界区Ｄ＂层物质的运动状态、外核中轻元素成分的实验研究结果、内核地震波各向异性的物质解释及有关地磁场成因的新认识等方面的研究成果进行简要介绍和评述。      

全球地幔三维结构模型及动力学研究新进展

介绍了地幔三维地震模型及地球动力学最新进展，特别是１９９５年７月ＩＵＧＧ第２１届大会展示的新成果。地幔三维速度分布主要由全球数字地震台网资料求得。１００ｋｍ深度速度分布主要与板块构造有关，３５０ｋｍ深度显示了大陆与海洋的差异，１９００ｋｍ深度表现环太平洋的高速异常带。     

地幔柱假说及其发展

Ｍｏｒｇａｎ提出的地幔柱假说之后，基于流体力学基本方程组的定常地幔柱模式研究，认为地幔柱是地幔对流的一个组合部分。组分差异驱动的地幔柱模拟实验结果，限制了地幔柱在地球动力学中的应用。热浮力驱动的模拟实验结果得到了新的动态地幔柱模式。     

中国第四纪下限问题研究综述

中国的第四纪下限研究目前虽然比较倾向于2.4~2.6 Ma, 但也存在不同的观点。在简要回顾中国第四纪研究历史的基础上, 重点介绍中国北方地区、黄河流域、西南地区、东北地区、新疆和西藏地区的第四纪下限研究历史、现状以及存在的问题, 简要介绍黄土地层剖面和南海沉积物剖面对第四纪下限研究的主要贡献, 最后以泥河湾阶的建立过程说明中国第四纪下限研究存在的不足以及应对方法。      

地震层析成像方法及其在岩体结构研究中的应用

根据岩体结构理论 ,软弱结构面对岩体变形与破坏具有优先控制作用 ,它与围岩在地震波传播性质 (波速与衰减特性 )上的差别 ,可以利用地震层析成像技术 ,对它进行空间定位 ,进而研究岩体的内部结构特征。针对岩体结构研究的特点 ,本文提出将地震波走时成像方法与地震波衰减成像方法 (振幅与脉冲宽度 )集成到一个处理流程中 ,实现了岩体结构的综合成像方法。     

新疆北部下中泥盆统层序及其界线讨论

新疆北部是中国北方下中泥盆统出露最全地区之一,1977年曾作为中国北方槽区典型剖面.笔者根据最新资料研究,重新选定了下中泥盆统标准层序(自下而上):下泥盆统:乌吐布拉克组、曼格尔组.芒克鲁组;中泥盆统:乌鲁苏巴斯套组、纸房组.并根据岩性变化及床板珊瑚化石资料,对乌吐布拉克组进行了重新审定,将原沙尔布尔提山剖面乌吐布拉克组下2层归入上志留统.重点讨论了下泥盆统的底界及下与中泥盆统间的界线.     

精确测量的地幔体波走时及地幔非均匀性的强度

用波形相关法精确地测定了在世界各地发生的87个6级以上地震的P波, PP波和Pdiff波的503个走时数据。记录这些地震波形的是新建于西太平洋地区的海洋半球地震观测网。我们利用这些高精度的走时数据研究了地幔体波的走时残差的范围及地幔非均匀性的强度。结果表明,P波、PP波和Pdiff波的走时残差最大分别为9 s ,11 s和15 s ,这为地幔层析成像反演中应该使用的体波走时残差数据的范围提供了重要信息。超出这一范围的走时残差数据不应该用于反演中,以免歪曲成像结果。我们发现,当震中距小于40°时,P波走时残差的范围为-6到+9 s。而对于40°到99°之间的震中距,P波走时残差的范围为-3到+5s。由于震中距越大,P波穿透地幔越深,我们这一结果提供了直接和确凿的证据,表明上地幔和地幔转换带中的横向非均匀性的强度要远胜于下地幔。我们精确测量的Pdiff波的走时数据表明,在地幔底部存在显著的低速异常,可能与地幔热柱或者超级地幔柱有关。我们使用了一个最新的三维全球层析成像模型来解释这些体波走时数据的空间变化。