中国地球动力学研究的方向和任务

地球动力学是研究和探索地球内部物质在力源作用下,呈大尺度的运动行为及其在整体运动中物质与能量的交换、深部圈层耦合、介质与结构变异的物理-力学属性、深层过程和动力机制的一门边缘科学。地球动力学集成了当代众多相关学科和学科交叉领域的高、新学科研究成果,它涉及到成山、成盆、成岩、成矿、成灾和深化对地球本体的认识,它在地球科学研究中占有极为重要的地位。本文通过深入研究、综合集成与剖析讨论了该领域四个重要的基本科学问题,即:(1)地球动力学在地球科学研究中的地位和作用;(2)地球动力学研究的趋势和导向;(3)中国地球动力学研究的方向和任务;(4)地球内部物质运移的力源机制和综合研究。     

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。     

当代大陆内部物理学与动力学研究的导向和科学问题

大陆内部壳、幔结构和动力学机制远比大洋"刚性"板块复杂得多,故板块"登陆"必受限定。为此必须重新认识大陆内部物质在力系作用下的重新分异、调整,即必须重新厘定其大陆内部形成的深层过程和动力学机理。文中指出了以壳、幔结构与深层过程为支柱的地球动力学应予以研究和探索的十大基本科学问题。它们的"核心"主题乃是研究、探索深部物质与能量的交换、运动行为与轨迹和动力学响应。     

天体运行与板块构造运动驱动力探索──对史前地质构造运动旋回期成因解释

本文从研究公转角动量各自独立的星云状物质演化成原始天体开始，着重讨论由天体内部力源分布不均衡而产生的物质对流运动理论，地球周围引力场特征及响应，绕银心公转运行的地球壳、核相对运动特征．大陆地壳大规模经向水平运动周期与银河年的关系，以及它们与中前地质构造运动旋回潮的对此。从而证实：天体内部物质相对运动一地壳大规模经面水平运动行为，是天体遵守公转角动量守恒的一种反映。     

天体运行与板块构造运动驱动力探索

本文从研究公转角动量各自独立的星云状物质演化原始天体开始,着重讨论由天体内部力源分布不均衡而产生的物质对流运动理论,地球周围引力场特征及响应,绕银心公转运行的地球壳,核相对运动特征,大陆地壳大规模经向水平运动周期与银河年的关系,以及它们与中前地质构造运动旋回期的对比,从而产：天体内部物质相对运动－地壳大规模经面水平运动行为,是天体尊守以转角动量守恒的一种反映。     

壳-幔动力学与活化构造(地洼)理论

壳-幔动力学是地球内部物理学和大地构造演化的重要研究方向之一。本文从地球物理角度出发,以物理概念和数学描述相结合的定量方式,对陈国达院士生前所创建的活化构造(地洼)理论研究中的某些地球深部动力学问题进行了较系统的综合评述和探讨。主要论题包括岩石圈的性质与物理学、地幔流变学、重力与均衡理论、地球的温度和热传递,诸如热传导、物质的物理运动所引起的热传输、地球内部的热对流及地幔柱的形成和作用等。作者特别强调了构造演化的定量分析问题,如热时间常数、热应力与其它力源、水平运动与垂直运动的关系,以及地壳断裂作用。岩石圈的构造作用与演化是与深部热运动有关的水平 (压缩和扩张)应力和由地壳厚度差异所导致的垂直应力差的共同结果。热应力的构造意义主要表现为短时间尺度的脆性断裂或柔性应变松弛过程。局部对流机制对活化构造(地洼)研究值得重视。     

地球系统动力学纲要

与地球系统科学和全球变化密切相关的地球系统动力学研究地球系统多层块耦合作用的结构、过程、机理和效应,是地球动力学、岩石圈动力学、大陆动力学、海洋动力学、大气动力学的高度综合。本文采用分尺度、分层块、分阶段的思路研究复杂的地球系统,将地球系统动力学按空间、时间和物质分为地球内部系统动力学、地球表层系统动力学、地球外部系统动力学,历史地球系统动力学、现代地球系统动力学、未来地球系统动力学,气体地球系统动力学、液体地球系统动力学、固体地球系统动力学,分析了地球系统的耦合特征、耦合类型和耦合方式,初步探讨地球内部系统与地球外部系统耦合作用的耦合边界、物质运动、动力来源和耦合机制。最终将地球系统相互作用的各层块作为一个有机的整体进行综合,认为地球内部放射性衰变生热和地球外部太阳辐射生热是驱动地球复杂开放系统层块耦合的主要动力源。     

地球深部物质和能量交换的动力过程与矿产资源的形成

地球深部物质与能量的交换和深层动力过程这一科学问题的提出,乃是近年来地球科学发展与逐步向量化“进军”的必然,它是探索一系列地学前沿课题的基础。地球表面所见到的一系列地球物理场异常,地质构造格局,地球化学组分变异,无一不受到地球内部物质与能量的交换和深层动力过程的制约。如地球圈层的形成与演化,大陆伸展与裂谷,资源与能源等,均为深部物质运移和物理学、化学效应及地质构造耦合的产物。本文讨论了金属矿产资源与地壳、地幔结构及深部物质运移的动力学响应。通过几个典型矿床和其形成要素分析了成矿作用的深层动力过程。文中主要讨论了五个方面的问题:第一,金属矿产资源成矿和分布与地壳、地幔结构及深部物质运移和成矿带。第二,金的形成与深层过程。第三,金属矿床的形成、演化和分布与深部物质及能量的交换。第四,地幔热柱与成矿作用。第五,地球内部深层动力过程与流体运移和必须深化研究的几个问题。     

量子地球化学的研究进展和发展展望

量子地球化学是应用量子力学理论研究地球物质的结构物理与结构化学的一个新理论。综述了量子地球化学理论建立以来,在矿物的结构、地球化学特征,乃至地球科学中的研究方面的最新进展,揭示了矿物中的元素分配与晶体结构等量子地球化学的研究核心,以及矿物的表面和内部电子结构、元素的分配及其动力学机制,显示量子地球化学在地球科学理论和应用领域有极广阔的前景。     

关于活化区动力学研究的几个问题

强调了后克拉通(地台)活化区在岩石圈四维时空呈阶段性形成与发展的历史—动力学属性,这是任何一种地球动力学假说对活化区动力学作出解释时不可回避的根本问题。结合活化区地质、地球物理和地球化学研究的新进展,阐述了与活化区动力学研究相关的4个问题:活化区历史—动力学属性的意义,活化区动力机制的主动式与被动式,活化区动力作用中的继承性和自主性和活化区成矿作用的动力学意义,提出了“矿石探针”的概念。     

大陆褶皱造山运动的星地碰撞成因

大陆褶皱造山运动具有突发性、全球同步性,以水平运动为主,主要表现在地壳上部且具有上强下弱等特征,除水平运动一项外,与基于地幔对流的板块构造理论缺少共同之处.想用板块构造理论解释遍布大陆地块内部的褶皱构造,在形位特征与动力机制上都有难以解决的矛盾.基于地球自转速度变化的地质力学理论,对之所做的定性解释颇为合理,但因其只靠地球收缩及潮汐引力等缓变力作为引起地球自转速度变化的动力来源,力量强度太小,不足以引发强大的褶皱造山运动,且有被海水运动取代的难题.揭示了星地碰撞可以为大陆造山运动提供足够强大的突发性动力来源,并简要阐明了其作用机制,可以解决地质力学所遇到的力源不足和被海水运动取代的两大难题,从而为大陆构造研究开辟了一个新境界.      

岩石圈运动激发机制的动力学分析

本文把地幔和岩石圈看作统一的动力学系统，分析了岩石圈运动极型场，环型场的激发机制和动力来源，结果表明，岩石圈运动极型场中在岩石圈内部重力，热力，科里奥利力以及应力的作用下产生，又能由地幔自由热运动所激发；而岩石圈运动环型场仅与地球的转动效应和岩石圈不同块体间的旋转剪切运动有关。在岩石圈演化历史上，上述不同性质力源的相对强弱和作用方式，决定了岩石圈运动的的性质及其驱动机制。     

放射性元素集中于上地壳的原因及其地球动力学意义

地热学和陨石学的研究都指出, 地球上放射性热源浓度随深度指数衰减.但为何会存在这样的分布特征仍是地球科学的疑谜.通过地球排气现象的研究指出, 正是类地行星及小行星演化中的排气作用, 将放射性元素带到了类地行星及小行星的表面; 而且演化时间越长的类地行星, 深部的放射性元素也越少.目前流行的地球动力学理论是以地球内部的热为根本动力的学说, 地球深部放射性热源数量的稀少对“热机动力机制”提出了质疑.由于地球动力学依靠的能源只有地球内部的热和地球自转动能2种, “地球自转动力机制”应更多地被重视和研究      

浅谈板块运动的外部力源

推动地球板块运动的力可以分为内部力源和外部力源,只有外部力源才会使地球板块产生持续的同向运动。在对历史地质资料总结的基础上,得出银河年周期对地球板块的运动有重大影响。可以认为全球板块聚合一离散周期以银河年为周期。全球板块大约在一个银河年内（220-250Ma）离散一聚合一次。在比较现代科学技术手段对地球板块运动的监测结果和地球受到的太阳、月亮固体潮的理论计算结果基础上,得出结论：太阳、月亮对地球的固体潮力是推动地球板块日常运动的重要外部力源。除此之外,自转的影响也是使板块运动的力源。     

热点研究述评

热点假说在创立之初曾被拒绝发表，如今却是地学研究的前沿和热点课题，它给我们认识全球构造动力学机制提供了新思路。本文介绍了热点与地幔柱理论研究中的一些新认识及其存在争论的热点问题，如热点既有热的，也有不那么热的；既有干的，也有湿的；既有已达地表而出露的，也有正在上升而暂时隐伏的；既有热量的也有化学的，等等；认为它对于认识地球结构与深层次物质运动具有重要意义。板块学说主要涉及地球表层的水平运动，而热点     

地球磁场起源之粒子起电问题研究

粒子起电问题是解决地球磁场起源中固体地球内部电流形成问题的关键之一。通过引述电化学领域二相流起电机制,建立了有利于分析地球磁场起源的固体地球内部物质流动的双电层模型结构,即液/液界面双电层模型和液/固界面双电层模型,分析了地球外核物质流动及流动起电问题。在地球运动动力和运动定律作用下,地球外核物质的定向移动是形成地下电流、产生磁场的直接原因。研究了形成地磁场电流的一般算法及影响因素,探讨了“静电”的“动电”本质,讨论了双电层模型的适应性、起电电荷电性变化、局部气旋电流、磁异常等问题。指出固体地球内部物质起电电荷电性的改变是地磁场极性倒转主要原因。     

论全球岩石圈板块构造的动力学机制

全球板块构造的动力学机制问题是一个热门但至今尚未解决的难题。本文首先回顾了近百年来大地构造学的各种主要假说和近四十年来板块构造学说的许多新进展。在上述研究的基础上, 受Rampino和Stothers关于陨击作用可引起地表重大灾变事件思想的启发,笔者提出了一个新的假说。基于中、新生代(200 Ma以来)每隔33 Ma太阳系就会穿越一次银河系星际物质密集的银道面,诱发太阳系内部引力场的巨变,使部分小行星失稳,从而撞击地球。笔者根据用以描述中生代以来全球板块构造的七种不同的运动模式, 提出了巨大陨星在不同地点、以不同角度撞击地表岩石圈,可能诱发地幔底辟的形成,从而推动板块呈放射状或单向运移的假说,也即在200、170、100、65和0.78 Ma等时期的陨击事件基本上是垂直地表面而撞击的,从而诱发地幔底辟的形成和岩石圈板块的放射状张裂和运移;138 Ma的陨击事件可能是指向印度板块的斜向撞击;而35 Ma时期的微玻璃陨石撞击事件则是陨石以极低角度撞击地球表面的表现。陨石撞击地球,这是太阳系内部各星体之间引力作用变化的表现,因而此假说不是什么外因作用论。     

板块运动地球重力学机制研究

针对板块运动的动力问题,笔者按照地球重力学的理论和方法进行了持续研究,并于2000年和2001年分别提出了“纬向正常密度假说”和“板块运动纬向重力模式”。“纬向正常密度假说”认为：地幔的正常密度是按照“地幔纬向正常密度函数”δe (B)规则分布的。如果地幔的密度是正常分布的．其物质分布状态在水平方向就是稳定的;而如果地幔的密度     

认知地球物质运动的大陆动力学方法

20世纪70年代板块构造学建立以后,全球地球物理调查取得了足够多的观测数据,对地壳上地幔构造进行了准确的物性成像,为克服板块构造学的存在问题的大陆动力学研究提供了可实现的基础。在地壳—上地幔物性成像的基础上,大陆动力学的研究方法首先是综合多学科数据进行全球对比。结合古地理和古地磁数据,全球对比的内容包括地幔的速度变化、电阻率扰动和位场反映的介质密度和磁性扰动异常等,它们在大陆动力学研究中,为研究地球物质运动的非板块模式提供了大量证据。多学科全球对比研究结果表明,大陆和大洋岩石圈的力学性质和物质运动形式大不相同,必须跳出板块的概念来研究大陆动力学作用过程。同时,岩石圈本身没有板块运动的动力来源,必须和软流圈物质运动一起研究,才能全面理解岩石圈的行为和物质运动的规律性。从最近几年的地幔地球物理三维成像成果看到,对于地球表面难以观察的软流圈和地下深部,对比三维的地震波速和电阻率扰动图像,可以获得关于上地幔物质运动的信息,认知已经发生在地壳—上地幔的物质运动特征。本文中介绍了几个典型例子。     

实验矿物物理的发展现状与趋势:2.弹性和波速

弹性性质和波速是矿物重要物理性质. 实验测量的弹性性质和波速与地震学观测结果的对比,是确定地球内部物质组成、理解地球内部圈层结构形成机制和揭示地球内部物质分布不均一性最为直接和重要的手段. 在过去20年,伴随大腔体压机、金刚石压砧、同步辐射X光、激光加热等技术的快速发展,在地球内部相应温度和压力下测量主要构成矿物的弹性性质和波速取得了巨大进展. 综述了矿物物理在地球内部矿物弹性性质和波速实验测量的发展历史、近20年的研究现状与趋势,并展望了该学科未来发展的方向、关键科学问题与面临的主要挑战.