地幔氧逸度与俯冲带深部碳循环

地幔氧逸度通过改变含碳相的存在形式和迁移方式来影响深部碳循环。本文结合最新的地幔氧逸度实验模拟和岩石学研究成果,探讨了地幔氧逸度时空分布对深部碳循环的影响。文章重点结合地幔减压熔融形成洋壳、新生洋壳蚀变、洋壳俯冲变质、深俯冲洋壳熔融以及俯冲洋壳物质(流体和固体)通过岩浆(岛弧和地幔柱)作用循环出地表等重要地质过程,探讨了伴随洋壳俯冲作用的深部碳循环过程。由于地幔氧逸度的时空变化,俯冲带含碳相表现出不同的存在形式和迁移能力。通过对西南天山俯冲带碳循环的岩石学和实验研究,我们认为应当进一步深入研究俯冲带氧化还原状态及其对俯冲带深部碳循环的影响。     

Certain problems of the structure and evolution of transition zones between continents and oceans

A type of continental-oceanic transition zone, referred to as the Columbian transition zone, is distinguished from two other commonly known types of these zones. The subsidence of the Earth's crust, typical of all transition zones, is shown to be connected (by geophysical properties) to the transformation of continental crust into intermediate crust and later into oceanic. The most likely mechanisms of such changes are the basification of continental crust, its foundering, block by block, into the heated upper mantle, and its substitution by new oceanic crust. The evolution of transition zones of the Pacific type is largely influenced by deep faults, which reach down to the level of undepleted mantle. From this level, the volatile products rise to the surface which results in the formation of calc-alkali magmas on island arcs. The Benioff zones are deep faults, whose inclinations are dependent on the density contrasts in the upper mantle on either side of the Benioff zones. The denser mantle flows beneath the mantle of lower density. This phenomenon is depicted by plate tectonics as subduction.On the whole, the evolution of transition zones gives rise to the growth of the oceans at the expense of the continents, though oceanic crust becomes thicker by addition of volcanogenic layers composed of andesite, in the transition zones (type two) of the Pacific type at island arcs.     

地幔矿物与水流体之间元素分配系数的研究及意义

流体是地球内部物质和能量迁移最为活跃的介质，它在造成地幔化学的富集和亏损，产生具有不同地球化学特征的幔源岩浆岩石，以及促进壳幔物质的再循环过程等诸多方面都起了重大作用，高温高压下实验模拟流体与地幔岩石和矿物之间痕量元素分配作用是揭示地幔流体的组成与性质，地幔中不同元素类型之间或内部的分异作用，地幔交代介质的类型与特征，岛孤玄武岩高场强元素亏损原因的一个重要的手段，并对近年来有关高温高压下流体与地幔矿物之间痕量元素分配作用的实验模拟研究进行了评述，分析了制约流体与地幔矿物之间痕量元素分配系数的因素，总结了这些研究的应用。     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

无机生油假说及其在中国的应用前景

无机生油假说认为,原油和天然气和近地表的生物物质没有根本联系,它们是生成于地幔内的非生物来源的碳氢化合物。因而油气不是一个不可再生资源,而是一个可再生资源。无机生油假说得到地质学、物理学和化学等三个基本学科的支持。在地质观察上,发现全球许多大油田的油气储藏与原始生物物质之间数量上有巨大落差,难于解释它们是由生物生成的。此外,有许多地区在结晶基底或变质基底内,或直接位于其上的沉积岩中发现石油。从生物生油假说来说,也是无法理解的。在化学上,早在二战期间,德国已由人工合成石油(费托合成),并生产了占德国战争中用油的9%的石油。无可争辩地说明,无机可以生成石油。根据化学(物理学)热力学理论分析确认,甲烷是唯一一种在标准温压条件(温度为298.15 K;压力为101325 Pa)下稳定的碳氢化合物,从甲烷形成正常烷属烃只有在压力>3×106kPa、温度>700°C时(相当于地下深度约100 km)才有可能。在地壳内的温压条件下由生物变质形成石油的假说,与化学热力学的基本原则相抵触。从氧化的有机分子,如碳水化合物(C6H12O6)形成较高的碳氢化合物在任何条件下都是不可能的。根据我国长期对深部构造的研究,笔者认为在中国东部及西太平洋蘑菇云岩石圈地幔发育的地区是寻找巨型无机油气田的有利地区,建议在发育蘑菇云岩石圈地幔地区开展无机油气田的勘探,并在无机油气田远景地区布置超深参数钻,以评价含油气远景。另外建议加强物探工作,尤其是研究地震勘探处理基底内三维含油气构造的技术。     

盆地形成及成矿与地幔流体间的成因联系

文中共讨论以下5个问题:(1)盆地起源于幔壳溃变和膨隆,后者是地幔流体(超临界态(>375℃)HACONS流体,简称幔汁)上涌、渗入、交代、富化、致熔的产物。地幔流体造成油气盆地深部的高热流、异常超高压、伊利水云母化、硅化和地层有机碳的加氢成油作用。(2)盆地成矿可分两大阶段,先是沉积时的同生成矿;地层沉积后还有众多的后生成矿。两者组成“盆地矿套”(杜乐天,2002)。成矿无论同生还是后生,其分布均受断裂控制,都和地幔流体活动有关。(3)黑色页岩的实质是碳-硅-泥三元岩系,和热液成矿中的碳酸盐-硅质-泥质蚀变三元完全相当。此类岩系中总是有几十种亲壳亲幔亲气元素的特殊富集。奇异的是,石油、油页岩、沥青及砂岩型铀矿彼此有完全类似的继承性元素特殊富集。此等元素群不可能都是来自盆地之外蚀源区岩体的风化。研究证明,相当多的元素是地幔流体携带上来的。(4)盆地地层中广泛发育由地幔流体衍生的热液作用。(5)盆地实质上是气盆,全盆地排气。许多气田是地幔流体排气形成的。沙漠(原地型)和天然气田的共生很值得注意,两者皆源于地球强烈排气,导致地下和大气增温,过度蒸发,不易降雨,长期干旱而形成沙漠。     

济阳坳陷地幔热流和深部温度

济阳坳陷深部地热状况对于分析岩石圈深部结构特征、探索该盆地形成和演化的地球动力学过程具有重要意义.依据济阳坳陷最新的钻探资料和深部地球物理探测结果, 按沉积盖层、上、中、下地壳4层结构, 建立了分别代表该区凹陷部位和凸起及斜坡带上的2种地壳结构模型.通过多道能谱分析, 测试了区内4 3块岩心样品的放射性元素U、Th、40K含量, 统计得出了济阳坳陷沉积盖层的平均生热率为(1.40±0.26) μW/m3.在研究大地热流分布的基础上, 结合济阳坳陷地壳各岩层放射性生热率, 采用“剥层”法, 从地表开始, 由浅到深逐步扣除各层段所提供的热量, 得到了济阳坳陷的地幔热流.并且采用相似的方法, 利用一维稳态热传导方程, 分析了地壳上地幔顶部的温度状况.结果表明, 济阳坳陷的地幔热流约为38.4~39.2 mW/m2, 占整个地表总热流量的5 8%;地幔顶部温度约为602~636℃.与世界上其他各类地质构造单元相比, 济阳坳陷无论是地幔热流值或其与地表热流之比值都是比较高的, 其深部地热状态具有介于稳定地区和构造活动区之间的特点.      

海相、陆相油气及其成因概述

国外油气主要在海相地层中发现,而中国油气主要在陆相地层中找到,根本原因在于地层形成顺序两者相反,前者浅层以海相为主,后者浅层则以陆相为主,大量油气是通过壳深断裂从深部垂直向上运移所形成,储集于浅部的首先被勘探开发。中国海相油气勘探中面临三大问题:(1)海相碳酸盐岩的有机碳含量均很低,难以形成大规模的烃源岩;(2)无法解决碳酸盐岩中的油气运移问题;(3)一些海相地层油气田的油气来源存在争议。共可归纳出三种油气生成模式,即壳源有机质、壳—幔相互作用以及费-托合成。目前人们过于执着于壳源有机质生成,而对费-托合成模式还没有足够认识和重视,这种思维定势阻碍了油气勘探在理论和实践上的进一步发展。大量油气是在地幔深部通过费-托合成或在地壳深部通过壳—幔相互作用形成,并沿深大断裂向上运移,除了浅部有大量聚集,在地壳深部的花岗岩、火山岩、变质岩等基岩中,在我国深部的海相地层和国外深部的陆相地层中同样可以大量聚集。     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

大陆地区构造活动、地热及地壳-上地幔结构之间关系的探讨

随着板块构造学说的兴起和发展,对大洋地区构造活动、地热及地壳-上地幔结构之间的关系已有了较为明确的认识。在大陆地区,由于其构造发展历史的复杂性,对这种关系的认识还远没有大洋区那样系统和清晰。但近二十年来,大陆地区各种地球物理资料的大量积累已为进行这种研究提供了较为坚实的基础。     

中国海城地震区地壳与上地幔构造特征的研究

研究表明,海城地震区地壳与上地幔构造特征可以归纳为如下四点:1.震区所处的辽南地区,其地壳是由高速与低速相间的成层介质组成,地壳与上地幔结构不论纵向和横向都是不均匀的,且被深大断裂切割为若干块体;2.本区地壳按其界面分布特征可分为上层地壳、中层地壳和下层地壳;3.本区地壳介质在纵向及横向上均存在明显的不均一性;4.海城地震震源区位于耿庄——海城上地幔局部隆起东侧的中层地壳上部。     

青藏高原地球物理研究中几个重要问题之我见

青藏高原的地球物理研究是深化认识高原本体和东亚壳、幔结构、隆升机制和大陆动力学响应的基础,故为中、外地球科学家们所瞩目。主要讨论以下3个方面问题,即问题的提出与背景;当今青藏高原地球物理研究中的核心科学问题;当前地球物理学要做些什么。研究结果表明,第一,在青藏高原地球物理研究中只有在清晰思路指导下取得高分辨率的数据才能反演,并刻画其壳、幔的精细结构;第二,青藏高原壳、幔结构存在分区特征,特别是地壳低速层、力学作用、深部物质运移、多要素约束下的物理-数学模拟及陆-陆碰撞动力学响应进行量化研究;第三,当今在青藏高原地球物理研究的核心问题是地球内部物质和能量的交换、圈层耦合及其深层动力过程。中国地球科学家们应当清晰地认识到,青藏高原地球物理研究乃是中国地球科学家摘取“桂冠”的一个契机,必须走自主创新之路,建立起具有中国地质科学特色的理论和模型。     

松辽盆地徐家围子地区深反射结构及其盆地动力学意义

通过松辽盆地徐家围子地区深反射地震剖面与世界典型深反射剖面对比,以岩石圈流变学模型为基础,结合浅层钻探资料可以发现,松辽盆地与世界典型裂谷盆地有相似的深反射特征,即层状结构十分明显。岩石圈横向分段性是另一个显著特点,由中下地壳挤压"断裂带"和由热流底辟体组成的"岩浆底辟带"分开。下部块段控制上部层状构造体系的形成与演化过程。由此证明,裂谷演化过程中地幔上涌是主要动力。地壳"三明治结构"和热流底辟体的发育表明,盆地不仅有高热流的地质条件,而且深部存在无机物质"储库"与通道。     

中国地球深部结构和深层动力过程与主体发展方向

地球深部结构、构造与大陆动力学研究在地球科学领域中占有重要地位。地球深既是资源、能源形成和演化的场所,又是地震灾害的策源地。它涉及了当今众多相邻学科的发展与成就,故对地球本体的认识在不断深化,特别是地球深部物质与能量的交换的深层动力过程。本文在阐述我国20世纪,主要是20世纪下半叶以来地球深部结构与构造研究主体成就的基础上,依据当今该领域在全球范围内的发展趋势,探讨了21世纪初、中吉的发展导向,并提出了某些战略重点。基于这样的前提,文中着重讨论了以下6个问题：①地球深部结构与大型动力学研究的意义、主题与目标;②地球物理深部地震探测揭示的地壳和上地幔的复杂性;③岩石圈内的大型滑脱构造和地震“孕育”的深部环境;④地球内部地震波传播速度分布与各向异性;⑤地球深部结构、构造与大陆动力学;⑥21世纪初,中叶地球深部与大陆动力学研究的发展战略重点。     

Crustal structure of the Barents Sea from seismic data

In 1976, the Institute of Physics of the Earth and the Institute of Oceanology, the U.S.S.R. Academy of Sciences, carried out deep seismic soundings in the Barents Sea along a profile 700 km long northeast of Murmansk. A system of reversed and overlapping traveltime curves from 200 to 400 km long has been obtained. The wave correlation was effected by several independent approaches, which identified on the records the refracted and reflected waves from boundaries in the Earth's crust and the upper mantle. Different methods were applied for the solution of the inverse problem: the isochrone method, the intercept-time method, and the iteration method.The use of these different methods gives an indication of the general applicability of the interpretation and of the most reliable elements in the seismic model.All the interpretations and representations of the section positively establish an essentially horizontal inhomogeneity of the Earth's crust in the Barents Sea. On the whole the structure is similar to that of deep sedimentary basins of the East European platform. The thickness of the sedimentary layer varies from 8 to 17 km, the average crustal thickness is about 35–40 km; the velocities in the upper part of the consolidated crust are 5.8–6.4 km/s; in the lower crust they are 6.8–7.0 km/s and higher.     

地球深部科学研究的新进展——记2007年美国地球物理联合会(AGU)

主要根据2007年美国地球物理联合会(AGU)秋季会议的资料,简述了地球深部科学研究最近几年来的新进展。主要涉及以下几方面领域:复杂的地球动力学模拟到状态方程理论和实验研究;地幔相变和地震的不连续性到深源地震机制;地核的结构和动力学到地球内部的挥发性物质和熔体等地球深部科学研究。从会议的内容看出有三个亮点是值得我们注意的:(1)学科间的融合是地球深部科学研究的主流方向;(2)国际间的合作是当前地球深部科学研究的一大亮点;(3)高精度的技术(超级计算机(supercomputers)和集群(clusters)纵观计算机)是地球深部科学研究的新手段。中国科学家应该关注固体地球科学中这个前缘研究同时共享世界先进科学研究的新成果。     

Deep Structure and Distribution of Earthquake in the Manzhouli-Suifenhe Geotransect Region

1.IntroductionTheManzhouli-SuifenheGeoscienceTransect(M-SGT)isinthenortheastChina,acrosstheprovincesofInnerMongoliaandHeilongiiang.Geologically,itissitllatedamongtheplatesofNorthChina,SiberiaandWesternPacific.ThewholeIengthoftheM-SGTisaboutl3Ookm,whichcrossesmanytectonicunits(Fig.l).ItisclearthatitstectonicsitUationisuniqueanditsgeologicstructUreiscomplex.Deepearthquakeshappenfrequentlya1ongthetransect.Therefore,itisarepresentativeprofileofnortheastChinaandtheNortheastAsia.TheM-S…     

地球深部电导率的实验室约束

矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。本文于实验室中研究了一些典型地壳和地幔矿物、岩石的电导率,并将实验结果与野外电磁结果进行了对比。研究结果表明,含水矿物的脱水和存储于名义无水矿物中的水会显著提高岩石的电导率。含水矿物的脱水可能是导致地壳出现高导层的主要原因,而地幔的高导层则可能是由名义无水矿物中赋存的水所引起。实验室矿物、岩石电导率模型与野外大地电磁结果的对比,为研究地球内部的热状态和水含量的分布提供了重要依据。     

Structure of the lithosphere along the deep seismic sounding profile: Tien Shan—Pamirs—Karakorum—Himalayas

During 1973–1977, as part of the International Geodynamic Project, some seismic investigations of the Earth's crust have been carried out by geotraverses of the Tien Shan—Pamirs—Karakorum—Himalayas. The seismic data obtained together with other geophysical information, allow the construction and interpretation of the lithospheric section through the Pamirs-Himalayas structure. This section includes thick crust with complex layering, supra-asthenospheric and asthenospheric layers of the upper mantle. The thickness of the Earth's crust increases from 50–55 km in the north, in the Ferghana depression (Tien Shan), to 70–75 km in the south, near the Karakul Lake (Northern Pamir). It varies within 60–65 km for the Central and Southern Pamir, Karakorum and the Inner Himalayas. Its thickness is least (35–37 km) in the south, under the outer margin of the Himalayan foredeep. Extreme gravity minima and depressions on the geoid surface correspond to the regions with maximum thickness of the Earth's crust. The centers of the disturbing masses on the geoid surface are located in the vicinity of the asthenosphere's upper layer; this determines the effect of the whole lithospheric layer, including its asthenospheric layer, at intense changes of gravity anomalies. The asthenospheric upper layer is recorded at a depth of about 120 km, its base at a depth of 200 km, in the northern and southern regions, and 300 km in its central part (Southern Pamir, Karakorum). In the middle asthenospheric layer, wave velocities decrease to 7.5 km/sec, under the base they increase to 8.4 km/sec and reach 9.4 km/sec at a depth of about 400 km. In the supra-asthenospheric layer of the upper mantle, longitudinal and shear wave-velocities slightly increase (by less than 0.1 km/sec) towards its base.     

大地电磁测深(MTS)用于研究地壳上地幔的初步成果

地质矿产部物化探研究所自1980年先后完成了青藏、川滇、华南、甘肃、新疆、内蒙、山西、松辽、长江中下游、秦岭等地区的深大地电磁测深剖面约6800km。得出了剖面通过地区地壳、上地幔的电性结构,研究了各电性单元与地质构造单元的关系,对发现的地壳、上地幔内低阻层的成因进行了探讨。根据已掌握的深大地电磁数据编制了中国大陆电性图件,得出中国大陆岩石圈的平均厚度为100～120km,东部地区薄,西部地区厚的结论。利用高温高压岩石电阻率测定结果,粗略地给出了剖面通过地区岩石圈内主要的物质组成。