地球的物质运动与地幔热柱多级演化

地球是重力分异和热力对流的对立统一体。重力分异使地内重物质下沉、轻物质上浮，并分划成壳－幔－核结构圈层。核幔间巨大的温度差、压力差、粘度差和速度差的存在，导致源于“超临界层”的热物质流呈柱状上涌形成地幔热柱及其多级演化。由于地球圈层结构及其间的差异，分别在670km、100km深处，即核－幔界面上和岩石圈底部形成地幔亚热柱和幔枝构造。地幔热柱、地幔冷柱共同驱动幔壳运动，并控制着板块运动，形成复杂的大陆（大洋）动力学系统。这种动力学模式越来越得到地球物理学的证实。     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展，诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义。在重力分异过程中，随着地球质量不断向地心集中，地球自转动能也不断向地核集中，从而产生圈层分化和差异旋转。地核相对地壳、地幔高速旋转，具有巨大动能，旋转阻力不断将其转化为热能，在核幔边界聚积起来，为液核对流和热幔柱提供足够的能量。核幔边界是产生热幔柱的位置。阐明了地幔柱构造与板块构造的关系。地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制，对了解地球深部动力学机制有重大意义。     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展,诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义.在重力分异过程中,随着地球质量不断向地心集中,地球自转动能也不断向地核集中,从而产生圈层分化和差异旋转.地核相对地壳、地幔高速旋转,具有巨大动能,旋转阻力不断将其转化为热能,在核幔边界聚积起来,为液核对流和热幔柱提供足够的能量.核幔边界是产生热幔柱的位置.阐明了地幔柱构造与板块构造的关系.地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制,对了解地球深部动力学机制有重大意义.     

地幔速度场激发机制的动力学分析

本文根据所建立的多种力源作用下地幔运动的数学模型,运用涡旋力学理论,分析了地幔速度场激发机制的动力过程,探讨了地幔和岩石圈运动间的相互关系。     

雷州半岛地幔岩包体中橄榄石的塑性形变研究

广东雷州半岛南部第四纪更新世晚期碱性玄武岩浆活动广泛。胡长霄曾报道过田洋火山口附近火山角砾岩中产有超基性角砾,并认为来源于上地幔。其附近碱性玄武岩流中也有类似成分的地幔岩包体。本文所研究的样品即采自碱性玄武岩流的地幔岩包体。 对地幔岩包体的固态塑性形变研究是阐明地幔对流机制的重要内容,并可为板块运动和上地幔动力学的研究提供地幔物质塑性流动的直接证据。     

幔枝构造及其成矿控矿作用

幔枝构造(mantle branch structure)——地幔热柱演化的第三级单元,它不仅控制着陆内造山带的形成和演化,而且控制着金、银、铜、铅、锌等内生成矿物质的迁移通道和储集场所。 地幔柱是源于地球核幔边界附近并穿透地幔向上运移的热幔物质流,可以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地壳底界(100km)为限划分一、二、三次柱(S.Maruyama,1994)。现代科学研究认为,由于地球内部结构分层及内、外温差的存在,地球的地幔对流一直存在,并成为其主要物质运动形     

俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向

地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源...     

从亚洲S波波速结构看地幔流体运动特征

总结S波速度成像研究的成果,在对全球地幔对流模式分析对比的基础上,考察了亚洲地区地幔S波速结构的总体特征以及地幔流体运动的模式.认为上地幔S波速结构的总体特征总体上可以用板块构造学说来解释,亚欧超级大陆中心区地幔中有地热能量积累.海南下方地幔S波速度负异常可能反映现代地幔热羽柱,地幔热流体的运动有由下向上及倾向两种模式...     

Telecommunication interactions between microplates and basal mantle LLSVPs.SCIEI北大核心CSCD

基于海洋地质地球物理观测建立的板块构造理论意味着板块和浅部地幔共同演化,然而地幔底部尤其是大型横波低速异常区(LLSVP)与板块(尤其微板块)运动和演化之间是否存在关联仍有争议。一些研究认为LLSVP长期保持稳定,而另一些模型则认为它与各级板块存在相互作用。为此,本文通过总结前人成果,并基于近期发表的板块重建和地幔对流模型进行进一步分析,探讨微板块运动和LLSVP的演化关系。模拟结果表明,微板块与大板块类似,俯冲后通常会下沉至核幔边界。微幔块会推动地幔底部热的物质聚集并形成大的热化学结构。该热化学结构与层析成像揭示的LLSVP基本吻合。下地幔径向流速场和温度场的二阶结构与地表速度场散度的二阶结构随时间的移动轨迹相似,表明深浅部圈层的耦合演化,但是下地幔结构演化一般会滞后于浅表。在微幔块推挤之下,地幔柱优先沿着地幔底部热化学结构的边缘形成,且有时会被推至热化学结构的内部。地幔柱上升至浅部后,能够导致岩石圈弱化甚至裂解或板块边界跃迁,形成微板块。因此,地幔底部LLSVP不是稳定或静止的,而是与微板块动态协同演化,并通过地幔柱与浅表板块边界发生遥相关,从而控制微板块生成场所。     

包裹体地球化学在幔源无机成因天然气研究中的应用

<正>深部下地壳及地幔中的流体是无机成因天然气的巨大气源库体。地下深部的物质运动人们又不可能直接接触,但出露在地表的地幔岩是研究地幔演化的窗口。玄武岩中的包体更是典型的地幔岩石,包体中携带有大量的地幔物质信息,而其中的流体包裹体则是地幔演化中原始流体的代表,其中的气体同位素能有效地指示气体的源区及其地球化学特征,反映上地幔组成和演化,对深部无机成因气的气源示踪、形成条件和环境以及地幔脱气研究有着重要的意义。本文通过地幔岩包体中的流体包裹体分析了幔源流体及其气     

新的构造控矿类型——螺旋构造控矿

概括天宝山新兴角砾岩筒铅锌矿,山东七宝火山岩型金矿,安徽铜陵凤凰山铜矿,辽宁簸箕山磷矿,辽宁清源红透山铜(锌)矿等构造控矿实例的解读,表明它们可建立一种新的构造控矿类型——螺旋构造控矿。受幔团螺旋运动上冲的地幔热柱多级浸演化的幔枝构造制约。     

无弹簧式振动锤周期运动稳定性的研究

摘要：本文讨论了无弹簧式振动锤锤体在每个运动周期内冲击一次的简单周期运动。通过建立运动方程,分析小扰动量对运动方程的影响,建立了锤体做简单周期运动时的稳定条件,并分析对比了无量纲冲击时间△Ｔ＝０和△Ｔ时的情况。理论分析的结果与实际实验的情况基本相符。     

地球表层运动和变形的GPS描述

利用IERS所公布的分在全球各大构造板块上的 6 5 7个GPS、SLR和VLBI连续观测站在ITRF框架下的速度场资料 ,采用刚体板块运动 +板块整体均匀应变 +板块内局部不均匀应变的变形分析模型 ,研究了全球各主要板块的运动和变形。结果表明板块的整体变形在统计上均不显著。在一级近似上板块间表现出来的整体相对运动显著 ,根据这些运动参数定量研究了板块边界的相对运动的大小和性质。认为地球的双重不对称变形可能主要表现为南北、东西两半球所含的板块边界的运动方式不同所致。板块内的局部不均匀变形明显 ,为板块内部可能应划分成次一级的活动地块提供了佐证。由于观测点分布的密度和均匀性不足 ,本文未能就板内不均匀变形作进一步的深入讨论。     

地球运动周期性之初探

周期性是宇宙一切事物运动发展的普遍现象。从宏观空间--天体的运动,如银河系的旋转,太阳黑子的活动;到微观世界--基本粒子的运动,相同或类似现象在时间上莫不具有循环往复的特点。各种物质运动形式的周期性已逐渐地越来越多地为人们所认识,从昼夜的交替及四季的递变认识到地球自转与公转的周期,通过天文观测又进一步认识了日、月蚀出现的周期及其他一些天体运动的周期。     

一次冲击地震动的特性研究

一次冲击型地震是天然地震中的一种典型地震动 ,与其他常见地震相比 ,具有持续时间短、衰减速度快等特点。由于其独特的动力特点 ,利用以概率论为基础的传统方法研究此类地震动力特征是不合适的 ,而应该使用以确定性理论为主的数学分析方法。总结出一次冲击地震动的特点、产生条件及形成机制。在此基础上 ,首次对其震动历时过程进行拟合计算 ,并取得了较好的应用效果 ,实践证明这种方法是行之有效的。     

地震动信号的小波分析

小波分析是一种新的数学方法,因具有良好的时频局部化性质而优于传统的傅立叶分析。地震动是由于地城引起的地面运动,其时间历程函数表现为具有突变特征的非平稳随机过程,因此更适于利用小波变换进行频谱分析。我们在总结小波分析基本原理和方法的基础上,首次利用小波变换分别对地震动加速度时程和速度时程进行了分解和重构,对地震动信号分解结果做了相应频谱分析,并对其小波分析的工程意义进行了初步探索。     

基于复合方法的天水盆地宽频带地震动模拟

本文采用有限差分和随机振动合成结合的复合方法,模拟了当礼县—罗家堡断裂发生矩震级Mw7.7级大地震时,在天水盆地产生的宽频带地震动场,分析了在设定地震条件下盆地内的地震动分布特征,为该区黄土地震滑坡分析提供了地震动参数结果。结果显示:(1)有限差分法和随机振动合成法可以很好地互补,得到盆地内地表宽频带地震动;(2)地震在盆地区域产生了强烈地震动,PGA(峰值加速度)介于150~900 gal,离断层较近的区域东南角的PGA最大,随着断层距的增加,PGA逐渐减小。河谷南侧的PGA值相比北侧较大,具备诱发滑坡的强大动力条件;(3)盆地区域PGV(峰值速度)最大为120 cm/s。受第四系覆盖层放大效应和地形放大效应共同影响,水平向地震动在盆地区域东侧和中部具有较大PGV,而西侧PGV相对较小。竖向地震动在盆地区域东侧较弱,而在中部和西侧较强,特别是最西侧陡峭的山坡上,PGV达到了最大值。此外,竖向地震动明显受到覆盖层厚度的影响,譬如在盆地区域南侧的中间部位,也具有较大的PGV。     

高填方地基中场地地震动参数确定研究

高填方地基的广泛应用,使得对在不同高填方地质情况下,开展研究地震动参数的变化规律有着重要的工程指导意义。根据某机场高填方工程的地基参数,分别概化建立了不同填方厚度、不同压实度、不同厚度原土基的土层计算模型。通过计算得出了场地地震动反应结果。对比研究计算结果,得出了不同高填方地层地质情况下地震动参数的变化特征。为工程设计提供了有效的参数和科学合理的依据。     

北京地区地震地质条件及地震地面运动反应分析

本文利用北京市地下地质、地震及震害等资料,选定了城区西北部震害异常带下伏的基岩凹陷作为研究对象,应用经过扩展的SAP5二维结构动力分析程序进行了动力有限元分析,结果表明:1.二维动力有限元分析解决了不规则的埋藏基岩地形对地面地震反应问题。2.埋藏基岩地形的起伏对地震地面运动的影响是明显的。3.既便只输入S波,也有可观的竖向运动分量产生。4.埋藏基岩凹陷地形的地震地面运动反应与震害异常带有成因上的联系。     

地震地面效应数值分析与模型实验简介

地震地面效应是地震工程和工程地震工作者共同关心的问题.前者着重研究地震动对上部结构的影响,后者则主要从事研究地震动对场地地基工程地质条件的影响.1979年对北京市区所作的一维地震反应分析,得出了土层厚度是影响地震地面运动的主要因素.输入地震动的卓越周期及其加速度峰值对反应谱形状的影响较时程曲线的影响明显.但一维方法只反映有界水平层及地震垂向上传.二维动力有限元地震反应分析改进了上述局限性,它可以研究任意形状的地基地质结构,能够反映埋藏基岩地形对地震波的折射、反射所产生的能量聚、散效应,埋藏基岩地形对地震地面效应的影响比上复松软土层土质不均匀的影响要大.超声地震模型实验首次引入工程地震学的研究课题中,得到了与上述数值分析方法相似的结果,并提出若干新问题.它提供了一种能够全面模拟震源—传播途径—场地地质结构的综合研究方法.