对地质节律与地球动力系统的思考

文章对地质历史过程中出现的各种节律现象进行了分析，并就其可能的形成原因进行了初步讨论，认为地球的内部动力作用是地质节律形成的主要学背景。地球内部动力系统的能源主要来源于原始增生热，短寿命放射性核素和长寿命放射性核素衰变产生的辐射能等；能量主要以热传导，热对流的方式由地球内部通过岩石圈向外耗散，并导致岩石圈的板块运动；内部能量的释放是呈指数衰减的，在此背景上叠加着非线性的，脉冲式的变化。     

一维地球动力系统温度模拟

概述了模拟地球内部温度结构对研究地球动力系统的重要意义,提出一个切实可行的一维热演化模型。根据该模型计算出地表幕式能量释放及其随时间的演化和地球内部温度梯度随时间的变化规律,据此探讨了地球内部能量传输机理与地质演化节律的关系,地球内部温度梯度变化和圈层分异的情况。     

地球的节律与大陆动力学的思考

地球的节律可能是地质作用在地球发展中普遍存在的规律，既有不同的类别，又有时限不同的级别。节律具有突发性和旋回性或周期性，总的构成不同的发展阶段。地球节律可能最终受到天文因素背景的控制。节律现象因受到地区性因素以及一些非线性因素的叠加和干扰，形成不同程度的耦合和偏离，表现十分复杂。文中讨论了较长周期的沉积旋回周期和构造岩浆旋回周期。大陆地质是地球动力学的信息库。文中讨论了陆壳形成、大陆在地史中的聚散演变；讨论了联合古陆和超级大陆的周期，也涉及板块运动、大陆聚散及其受深部过程的控制和驱动力问题；最后论述了地球阶段性有限膨胀的可能性及其初步检验情况。     

克拉通、下地壳与大陆岩石圈——庆贺沈其韩先生百年华诞

把克拉通、下地壳和大陆岩石圈这几个重要的地质名词放在一起做文章的标题,其实只是想强调一个事情,即陆壳形成和稳定化的结果是形成大陆岩石圈。大陆岩石圈是地球圈层的基本单元,是现代板块构造运动的核心构件和核心载体。忽视大陆岩石圈,要讨论地球上大陆与大洋、地壳与地幔、地球的深部圈层与外部圈层、内部圈层间相互作用以及物质与能量的交换等问题都无法深入。大陆岩石的最初形成可能在冥古宙早期已经开始,全球大陆的稳定化即克拉通化一般认为完成于太古宙末,并开启了元古宙的新纪元。对大陆壳的形成机制和演化过程,已经有很多讨论,但是还存在许多争议。而对大陆岩石圈人们知之不多,文献中常常在早期的小的陆壳形成,即陆核或微陆块阶段,就将其与大陆岩石圈的概念混为一谈。岩石圈的形成固然是大陆形成演化的结果,但是岩石圈的物质组成、结构和物理性质等从最初形成到成熟并成为稳定的地球独立圈层并足以承担板块构造的重任,可能经历了不止一个阶段。本文强调应对岩石圈的形成和演化给予更多的关注,并深化研究大陆地壳形成、克拉通化对大陆岩石圈形成的贡献。     

地球内部流体运动与全球构造

把地球的形成和演化分成天文演化和地质演化两个阶段，地球表面温度达极大值为两个时段转换的标志。在天文演化阶段，地球从一个胚胎通过引力归并增长成行星地球，在此过程中形成了地球内部固核和核外岩浆流体，表层流体温度最高时为天文演化阶段的结束。在地质演化阶段，地球冷却形成了岩浆流体圈层外的地壳岩石圈。无论是在天文演化阶段的固核与岩浆圈层的动力系统，还是在地质演化阶段中固核、岩浆圈层和地壳组成的动力系统，由于系统内部热（动）力的耦合，始终发生着不同圈层间的角动量交换。借助年际时间尺度内对固体地球与大气角动量交换机制的认识，研究了地球不同演化时期内部圈层的角动量交换和作用过程，从而得到：天文演化结束时形成了两极的高位势面（古大陆）；地质演化初期，岩浆流体圈层与固核的角动量交换形成了流体相对固核的加快旋转，这一运动驱动了流体外地壳的分裂和漂移，北半球分裂的板块向东南漂移，南半球分裂的板块向东北漂移，这就是全球大陆漂移的方向性。随着大陆板块的漂移，岩浆流体辐合带的位置发生了变化。历史上这一辐合带曾位于地中海、青藏高原南边缘、斐济、加勒比海和地中海一线，沿这一辐合带现今两半球大陆面积相等。后来分裂的板块随岩浆流体又多次往复     

地球历史的地球化学节律

地球化学成分和其他地质现象一样，在地球发展过程中也表现出节律。文中选择大气中的ＣＯ２、海水中的δ３４Ｓ和８７Ｓｒ／８６Ｓｒ、地壳中的Ｋ／Ｎａ为代表，介绍了地球历史发展中的地球化学节律，同时还给出了区域构造演化中的地球化学演化节律的研究实例。在此基础上，对引起地球化学节律性变化的动力学机制进行了讨论，指出板块构造机制存在着时代的局限性，并提出了用“开”、“合”的思路去认识地球历史的地球化学节律性。     

地球节律的成因

地球节律主要受地球内部能量间歇性的释放所控制。旋转系统有不同于非旋转系统的位能、热能和旋转能的相互转换方式。在重力分异和热对流过程中，地核不仅有巨量热能，而且有巨量的旋转能和放射性蜕变能。这是地球能量释放的内因。天文因素使地球内核周期性地南北振动，使地球轨道、体积，形状、自转速度、公转速度和差异旋转状态周期性地变化。这是地球能量间歇性释放的外因。对作差异旋转的内核而言，万有引力常数Ｇ的变化可以改变太阳辐射量和太阳系体积，影响核幔的角动量交换和地壳地幔容积，造成热幔柱的形成与喷发，控制了核幔边界的能量交换过程。这是天文周期与地质旋回一一对应的原因，也是地球节律产生的根本原因。这使人们可以从天文周期预测地质变动。     

地球科学与社会：全球综述

如果人类要长期继续生存和繁荣，必需了解支持人类需求的地球和它的能力。地球科学的任务是认识地球，进行推断，从而达到规划人类社会的目的。推动地球活动的内因是其内部的对流作用，外因是太阳能，固体地球、水圈、大气圈与生物圈形成了全球循环系统。固体地球科学委员会注重的主要研究课题包括：１．地球内部动力学；２．岩石圈的形成和演化；３．大陆动力学；４．生物的多样性和灭绝；５．活动的行星：地质灾害；６．地质历史中的全球环境与变化；７．持续的能源与矿产资源；８．了解人类与地球的相互作用与运用这些知识于社会。人类社会是地球循环的一部分，它从地球中提取资源，把废料又送回地球内，它破坏地球的自然保护圈。对于全球的认识将可指导人类社会减少对地球的流体层与土壤这个保护圈的野蛮性破坏。因此，地球科学是社会的一个好的测试器。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

华北地区三类岩石圈的壳幔岩石学结构与化学结构及其大陆动力学意义

根据地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续，华北地区可区分出鄂尔多斯克拉通型、燕山-太行造山带型和华北平原裂谷型三类岩石圈。依据岩石学方法、壳幔演化模型、造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系，建立了华北地区三类型岩石圈的壳幔岩石学结构和化学结构，讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义、岩石圈不连续在划分岩石圈单元中的作用及不同类型岩石圈形成的大陆动力学意义。     

宇宙成因核素在地球科学中的应用

随着加速器质谱的出现 ,宇宙成因核素展示了其在地球科学中的生命力。文中介绍了宇宙成因核素的生成、示踪原理及近些年来在地球科学中的应用 ,特别着重地介绍了原地生成宇宙成因核素定年这一新的技术。宇宙成因核素是宇宙射线粒子 (包括原生和次生粒子 )与大气及岩石发生核反应所生成的新的核素 ,其在大气及岩石中的生成量可用已知物理过程定量地描述。大气生成宇宙成因核素在考古、古环境及地球各圈层的相互作用方面得到了广泛的应用 ,原地生成宇宙成因核素则在地貌学研究中扮演着重要的角色 ,成为一门新的实验技术。这门技术可以定量地描述地表的暴露历史和侵蚀速率 ,在解决许多地质问题上成为惟一的手段     

沉积盆地中地表实测热流值的分布特点——以华北盆地为例

作者根据华北盆地已发表的实测热流数据和部分钻孔温度数据,用统计分析的方法研究了盆地内地表热流值的分布规律,并以保定—歧口地质剖面为例,介绍采用反演法求取区域背景热流值的方法。实测资料和理论计算结果说明,沉积盖层较薄的基岩隆起区地表热流值相对较高;沉积盖层较厚的基岩坳陷区地表热流值相对较低,且热流值沿深度变化,一般在热导率差异较大的两种岩层界面上热流值的变化最大。     

青藏高原隆升三阶段模型的数值模拟

研究表明 ,青藏高原的隆升不仅是印度板块和欧亚板块碰撞的结果 ,它同时受到高原下部地幔物质运移以及地幔和岩石层之间耦合作用的影响。文中以青藏高原隆升三阶段模式(BCCM )为基本模型 ,对在印度板块向北推移、挤压而导致的高原隆升演化的数值模拟结果进行处理。处理中考虑了与抬升过程相应的剥蚀过程 ,同时还考虑在高原演化的后期大约 8～10Ma时发生的下伏岩石层底部的对流搬离 (convectiveremoval)而导致的隆升作用。结果表明 ,模型描述的青藏高原隆升演化过程和观测资料有较好的吻合 ,同时显示高原下部岩石层的对流搬离可能是最近 8～ 10Ma以来高原整体隆升的主导机制。     

南秦岭及邻区大陆动力成矿系统 及成矿系列特征与找矿方向

以南秦岭及邻区为例, 从大陆岩石圈地幔尺度上探讨了早古生代以来４ 种大陆动力学成矿系统及其１４ 种不同的成矿系列, 并指出了具有重要经济价值的主要成矿系列及今后的找矿方向。在早古生代大陆岩石圈地幔垂向构造扩展动力成矿系统中, 陆缘主动裂谷盆地中, 陆缘主动裂谷盆地中Ｎｉ－Ｖ－Ｍｏ－Ａｕ－Ｕ－Ｓｅ等是主要成矿系列。晚古生代岩石圈地幔俯冲收缩导生大陆壳伸展形成的伸展动力学成矿系统中, 形成的４种成矿系列是具有重大经济价值的主要成矿系列。印支期陆陆碰撞造山期形成的含金剪切型金成矿系列及燕山期－ 喜马拉雅期陆内造山期热泉型金矿成矿系列中, 常形成大型－超大型金矿矿集区。     

试论大地热流对地表环境与生态演变的影响

从地表自然生态系统发育与环境演变的一些难解之迷追索到地球内部能量的影响，对比世界各地主要地理单元的大地热流特征与生态环境特征发现，各地生态环境的优劣与区域大地热流的高低有密切的关系。典型森林生态系统的大地热流比较高，而典型荒漠生态系统的大地热流均比较低。大地热流不仅可能影响区域气候的干湿程度，而且还可能决定一个地区地表生态系统能量供给的下限，是区域生态系统发育与演变过程中一个重要的物种限制因子。大地热流低可能是导致一些盆地生态体系发育不良，进而演变成为沙漠的重要原因。研究大地热流对生态环境退化的影响和机理，了解区域生态体系和现代环境格局形成背景，以及区分环境和生态演化中自然和人文因素的作用具有重要意义，同时将为区域环境和生态建设以及管理决策提供科学依据。     

地壳运动的机制及动力来源

通过分析各种地壳运动假说，提出了地幔胀缩力和重力是地壳运动的主要动力来源，地球自转离心力和潮汐摩擦力是地壳运动的次要动力来源。地幔软流圈中放射性元素衰变热产生的膨胀使岩石圈产生拉裂，软流圈物质以岩浆形式喷出地表，岩浆柱散热收缩，产生负压，岩石圈在负压和重力作用下形成地壳运动。     

地球自转与地质体系论

本文对比分析了各大地构造学说的特点,认为在地球的各种运动形式中,最重要的是地球的自转。地球在其运动中由于向心力和离心力联合力场作用的结果而形成各个圈层,地球表面形态和各圈层的物质在其旋转过程中发生不同形式的运动,而出现各种地质构造现象及相关的自然现象,诸如大气的流动、海水的进退、岩石的形变、地幔物质运动、各层圈物质交换与变化等等。在地球发展演化过程中,地壳的结构和构造也发生了一系列的变化,板块、构造体系、地槽、地洼、断块、大地波浪等大地构造形迹都是由于地球自转中地壳运动的结果。各种地质现象相互联系的总体,称之谓地质体系。     

中国华南活化区历史-动力学的初步研究

强调了中国大陆活化区动力学研究的理论创新意义和指导找矿、预测的经济价值。指出采用历史-动力学综合分析和注重四维时、空并重研究,对中国大陆活化区动力学历史背景和阶段性发展、演变研究的必要性。文中以中国华南中、新生代活化区为例,从大陆活化构造体制岩石圈的地质-地球物理场背景和动力学边界特点,及其活化解体前“活化前奏”的地质表现,中、新生代大陆活化构造演变的地质、构造表现和运动学-动力学特点及热-构造作用过程的地质-地球物理场特征等方面,指出大陆活化是热-构造对克拉通岩石圈深、浅部进行改造、再造的动力作用过程。各种地质记录和信息均显示,在地幔热能大规模聚集驱动下,热异常软流圈主动上涌的热侵蚀、转换,具有垂向为主兼有二维平向的三维运动学-动力学和时间维的阶段性演变,是大陆活化区动力学及其构造应力场的基本特性。     

设立“地下明灯研究计划”的建议

20世纪末，空间对地观测技术的发展，获得了地球表面清晰的图像，使人们可以实时地观测地球水圈和大气圈的结构、状态和运动过程，及其与生物圈的相互作用，这是地球系统科学革命性的进展。介绍的“地下明灯研究计划”，其目标是获得地球内部不同深度情况下不同尺度的图像，这些图像是新型的地球内部“三维地图”，它将完善和改变我们对大陆动力学、岩石圈结构和状态的认识。