地幔流体及其在地震孕育中的作用

依据地球物理宏观资料、行星化学和地球化学微观分析以及高温高压实验结果,阐明了地幔中存在丰富的流体,扼要介绍了若干流体引发地震的假说,简述了隐爆产生地震的机制。地幔矿物流体包裹体、高温高压相含水硅酸盐矿物与地球物理探测资料表明,整个地幔内普遍存在高能密流体,地幔过渡带和D″层是流体富集的地带,地幔中存在的总水量比海水量高出几个数量级。地幔高能密流体流动产生热对流,造成了固体地球内温度、电导率、地震波速度以及地球化学组成的不均一性。高能地幔流体向外逃逸,不仅改变了壳幔岩石的物理和化学性质,且为岩浆形成和地震孕育提供了能量。流体在地震孕育中的作用包括两个方面:降低断层带摩擦力以及岩石强度触发地震和流体爆炸或相变产生地震。流体爆炸产生地震是地核与下地幔流体以“运移—局部聚集—爆炸的幕式循环”反复进行,产生不同震源深度、不同震级的各类地震。然而,地幔流体的组成、行为及其在孕震过程中的作用机制还需深入研究。     

中国东部大陆上地幔的基本状况

本文概述了近年来我国在地幔岩石学和地球化学研究中取得的主要结果。重点讨论了地幔流体在地幔过程中的重要作用，特别是地幔流体成矿作用，我国东部陆下地幔化学的区域性特征及其动力学意义。     

EI二阶导数的储层参数和流体模量反演方法

储层孔隙度、泥质含量及流体类型估测是地球物理勘探的重点及难点问题.基于岩石物理理论及等效模型,可以构建油气储层反射特征与储层孔隙度、泥质含量及流体的映射关系.本文从流体替换模型出发,结合矿物平均模型,首先推导了以孔隙度、泥质含量、流体模量和密度表征的非线性反射系数及弹性阻抗公式;然后根据推导的反射系数和弹性阻抗公式,建立了一套两步法反演策略：利用部分角度叠加数据进行线性反演预测弹性阻抗体;利用预测的弹性阻抗体开展泥质含量、孔隙度、流体模量和密度等变量的非线性反演,引入弹性阻抗对于反演变量的一阶和二阶导数以提高反演的精度.最后,利用层状模型验证了新推导的反射系数方程的精度,并分别利用测井数据模型生成的含噪声合成地震记录及实际工区地震数据验证了所提出的反演方法的可靠性.     

地核中MHD波的惯性模

地球外核处于高温、高压、高密度的等离子体状态,可以支持多种磁流体波的激发和传播。在地核中存在强的环型磁场,沿磁力传播的MHD波受到地球旋转的影响,分成东行的惯性模和西行的磁模,这两种波模具有高度色散的特点。其中西行磁模波与地磁场长期变化和西漂有关。东行惯性模波具有数天到数百天的周期,其磁效应被导电地幔所屏蔽,传不到地表,但它与下地幔物质可能发生力学耦合,在地幔中产生周期变化的力学过程,这种影响可能达及地表并在地表的地球物理现象中表现出来,它可能是某些周期性或韵律性地球物理现象的原因之一。     

固体地球观向流体地球观的概念更新

长时间内人们把地球看成为一个固体星球,忽视流体在地球动力学中非常重要的作用.在本文中我们将列举一系列的资料来证明它.此流体由H\|A\|C\|O\|N\|S组成.H (氢, 卤素和热), A (碱金属, 例如 Na, K等.), C (碳), O (氧), N (氮), S (硫族).此流体从深部外地核H, H2流向上进入地幔演化为H\|HACONS, 向上到上地幔演化为A\|HACONS, 向上进入地壳后演化为O\|HACONS. 此流体可以使固体地幔,地壳发生弱化,变软,熔融和排气,结果造成地球动力学及大地构造运动和众多自然灾害.     

非均匀各向异性弹性波场正演

推导了用于非均匀各向异性弹性波场正演的伪谱法基本公式，对特征值法边界修正方程进行了全面的理论推导，给出了二维和三维问题固体，流体的特征变量及各类边界修正方程，选用2个模型，模拟了2．5维弹性波场，对S波分裂的偏振图像和时间延迟作了较详细的分析。     

地球的差异旋转

对于具有流体对流层的旋转星球 ,由于星球自转对对流的影响 ,必然会在星球对流层内部不同部分间以及星球的不同圈层间产生差异旋转 (differentialrotation) .所谓差异旋转是指旋转角速度随着深度 (星球不同圈层的旋转角速度不同 )以及纬度 (同一圈层内部不同部分间的角速度不同 )具有差异的现象 .地球是一个多圈层的旋转系统 ,主要由大气圈、水圈、岩石圈、地幔、外核以及内核组成 .大气圈和水圈具有明显的流体性质 ,并且在漫长的地质年代中 ,地幔、岩石圈和地幔之间的软流层以及外核均具有流体性质 ,而且在大气压力、热、重力和电磁力等的作用下发生了对流 .这些对流运动一旦受到地球自转的影响 ,就必然会致使地球各圈层间以及对流层内部不同部分间产生差异旋转 .几个重要现象 :基本地磁场的长期西漂、岩石圈的长期西漂、地球自转速率变化 (周日长度波动 )和固体内核各向异性对称轴的移动表明在固体地球内部各圈层—岩石圈、地幔、外核和内核间存在差异旋转 .来自地震学上的数据证明了固体内核与地幔之间存在较明显的差异旋转 ,速率可达 1.1°～ 3.0°/a.这跟其它数据如自由振荡数据以及地磁场长期西漂数据获得的结果具有很大的差异 .导致固体地球内核相对于地幔差异旋转的主要宏观机制为电磁力矩、引     

云南六合深源包体与富碱斑岩成岩成矿的关系

在云南省鹤庆县六合乡富碱斑岩体中的深源岩石包体中首次发现富Na微晶玻璃体 .研究表明 ,超镁铁质包体为原始地幔部分熔融的结晶产物 ,微晶玻璃来自包体成岩后地幔去气产生的交代流体 ,是深部地幔交代作用的直接表现 .通过地幔交代作用 ,不仅导致碱质和大离子不相容元素以及成矿元素和挥发份的聚集 ,而且孕育了碱性岩浆 .因此 ,富碱斑岩中的幔源包体及其地幔流体交代作用特征为研究和揭示滇西地区新生代富碱斑岩成岩成矿的地球动力学机制提供了重要示踪物 .     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

板块俯冲中水分运移过程及其地球物理含义

流体/水分在地球演化过程中具有重要作用,它的存在可以提高地质体的扩散及蠕变,降低岩石/地幔的固液相限,对地质体的地球物理性质、地质灾害诱发、地质构造演化等都有着重要的作用.在板块俯冲区,流体/水分的影响贯穿了整个动力学过程,但板块深部脱水还存在着争议,且目前系统地研究水分在整个俯冲中的迁移过程及其地球物理意义的工作还较...     

地幔条件下富水流体状态方程

地幔中的富水流体以其独特的物理和化学性质影响着一系列地球化学和地球动力学过程.受制于实验数据的缺乏,人们对地幔中富水流体及其与周围岩石、熔体相互作用的认识仍然非常不足.从热力学平衡计算的角度,富水流体体系的状态方程是推进本领域建模工作的关键.目前能用于地幔温压条件、被公认具有较好准确性和预测性的富水流体高压状态方程并不多见.本文对若干代表性方程进行了介绍与评述,并通过分析指出提高状态方程外延能力的主要途径:借助于高质量分子模拟数据,采用理论基础更好的方程形式,优化方程的拟合过程与参数求取方法等.根据典型富水流体体系的高压实验数据分布现状,含离子成分的水溶液体系是本领域研究的重点与难点,而当前实验与理论模拟工作正取得的重要突破将极大地促进相关研究的进展.     

地球的密度扁率与纬向正常密度假说

给出了水准椭球的“纬向密度”和“密度扁率”的定义,推导出极点重力与赤道重力的纬向密度积分公式．按照水准椭球的极点重力条件和赤道重力条件,求解出水准椭球的“纬向密度分布函数”,从数学上证明了地球的赤道纬向密度大于极点纬向密度,并初步计算出地球的密度扁率为１／３２２,进而提出了“地球纬向正常密度假说”,为研究和探讨大陆漂移、地幔对流、海底扩张等问题的地球重力学成因做好了理论准备．     

基于纵横波模量两项反射系数近似方程的叠前地震反演

与叠后波阻抗反演相比,叠前AVO反演能获得较为丰富的信息,因此利用叠前反演提取地层弹性参数并进行流体识别是目前的研究热点.考虑到基于Aki-Richard近似式的三参数反演不稳定性较突出,文章拟从减少参数维数入手,提高反演结果的稳健性.本文首先从宗兆云等人推导的基于纵横波模量的Zeoppritz近似公式出发,合理地对公式中的纵波模量与密度进行幂指数拟合,推导出直接反演纵波模量(M)、横波模量(U)的两项式反射系数近似方程并进行反演.其次,建立纵横波模量与高灵敏度流体识别因子的联系,并求取高灵敏度流体识别因子.模型试算和实例应用均表明,新方法能较好地识别储层内的流体性质.     

全球流体通道网

新近取得的深反射与全球地震层析成像资料,为地球内部结构和流体通道的研究提供了一些依据．通过研究这些地震资料,可以了解地球内部物质分布状态的几何模式．综合研究表明,地球内存在流体通道网,它连通地球外核、中幔圈、软流圈和岩石圈,是固体地球系统的重要组成部分．这种通道网络象“动脉”那样把地球外核中的流体和热量向外传送,但与热羽说不同的是,不见得有对应的“静脉”存在以保持地幔质量平衡．固体地球作为多层次多要素的巨型复杂系统,其动力学过程要用浑沌理论去解释．研究地球流体活动的轨迹和吸引子,将有助于深入了解地球活动的规律性．     

以新的地球物理信息为基础的天山构造圈结构

根据新的地球物理信息，得到天山及毗邻区地壳参数模型、地幔参数模型、构造圈重力模型和均衡模型，提出地壳和地幔的物质不均匀性深达300km。查明地幔在横向和垂向上的明显的不均匀构造。密度模型参数表明，天山地台后的造山带，是地幔流体质量转换影响地壳和地幔物质密度变化的结果，相变型式为辉长岩石榴岩粒晶榴辉岩。根据实验数据，提出地壳和地幔环流作用新模式，环流取决于深部源于地核的热质流，它是形成构造运动和地幔构造的主要原因。天山构造圈的参数模型几何上符合于地幔内梯级环流圈。     

矿物高温高压下弹性的第一性原理计算研究进展

矿物在高温高压下的弹性特性是我们将地球内部波速信息转换为地球内部成分、温度时所不可缺的最基本数据,是我们理解地球内部水的分布、地球动力学特性等的基础.最近十多年来,弹性特性的研究取得了长足的进展.第一性原理计算方法无需引进任何经验参数,所得的结果跟实验可以比拟,可以提供认识地球内部所需的高温高压弹性系统可靠数据,在矿物高温高压下弹性研究中扮演了越来越重要的角色.这一方面得益于计算能力的提高,同时也由于计算方法的进步,如最近发展的新方法所需的计算量不到常规方法的十分之一,且保持计算精度,新方法缓解了常规方法惊人计算量对矿物弹性研究的制约,加速了我们对地球内部主要矿物弹性特性的获取,有力地深化了我们对地球内部成分动力学特性的认识.目前我们对下地幔的主要矿物的弹性特性已经有比较好的认识,包括温度、压强、铁含量对弹性的影响,以及铁的自旋转变下铁方镁石体模量的反常降低,利用这些数据限定下地幔铁方镁石最可能的含量为10~15%.其自旋转变效应足以在层析成像中产生清晰的信号,例如在~1700km处纵波的温度敏感性不到~2300km深处的几分之一,全球P波图像及夏威夷、冰岛等热点下面的地幔柱P波图像在相应深度的"中断"都可能与铁方镁石自旋转变有关.地球动力学模拟也发现铁的自旋转变对太平洋和非洲下面大低波速块体的两大结构特点(包括清晰的边界以及从核幔边界一直稳定到边界以上近千千米)的形成扮演关键的角色,从不同的角度表明下地幔铁发生了自旋转变.计算也研究了大部分上地幔和地幔过渡带的矿物弹性特性包括水含量对地幔过渡带矿物弹性的影响,以及俯冲带含水矿物及其他不含水的主要矿物的弹性特性,以帮助弄清俯冲带的含水及水的运移状况,水在地球内部的分布等.但目前水对矿物弹性影响的计算工作基本上还没考虑温度的影响,俯冲带的温度比周围地幔低,温度的效应是不容忽视的问题,应该是将来进一步研究的重要方向.铁及其合金在高温高压下的弹性也被计算大量的研究,这些研究为更好地确定地核轻元素的种类及其含量提供基础数据,但现有的弹性数据还远未能满足我们认识地球内部结构对弹性数据的需求,我们还有大量的工作需要展开.     

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．      

PREM-ZSCHAU滞弹地球模型对表面负荷的脉冲响应

利用PREM模型及ZSCHAU的地球内部粘滞性模型,解算了地球对表面负荷的脉冲响应问题,包括频率域和时间域的解.得到的复勒夫数及复格林函数表明,在ω>10~(-8)/s的频段内,地球的响应可视为基本上是弹性的,只有像冰后调整、地幔对流这样长期的运动,粘滞性才起重要作用;在ω<10~(-13)/s的频段,地球响应呈流体状态.     

液核地球模型的自由摆动

一、引言 Poincaré模型是一个理想化的地球模型,在刚体外壳（代表地壳和地幔）内装有一个非粘滞性的、不可压缩的、匀质的扁球状液核。刚壳和液核之间是通过惯性耦合扭矩而产生相互作用的。     

基于流体因子叠前地震反演的油水识别方法研究与应用

在双相介质理论指导下构建的流体因子Gassmann流体项f可以实现对油水层的有效判识。本文基于包含流体因子f的反射系数近似公式推导,得到相应的流体弹性阻抗方程,将流体因子纳入地震反演过程并直接参与目标储层的流体识别,实现了从弹性阻抗数据体中直接反演流体因子f的方法技术流程。流体因子f的直接反演有效减少间接计算所带来的累计误差,提高了地震流体识别的精度。在实际资料应用中,结合研究区地质背景与地球物理特征开展的岩石物理分析表明,Gassmann流体因子f对含油和含水特征有较好的区分作用。反演结果表明,流体因子f能为有效地识别目的层的油水特征,为下一步的钻井开发提供可靠的技术支持。