地球内部物质、能量交换与资源和灾害

研究地球内部结构、圈层耦合和深层动力过程是一系列地学前沿问题的基础。地球表面所见地球物理场异常、地质构造格局、地球化学组分无一不受到地球内部物质、能量交换过程的制约 ,如地球圈层的形成与演化 ,大陆伸展与裂谷形成 ,造山带与盆地 ,资源与能源 ,地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境 ,地球内核速度差异旋转等 ,均为深部物质运移和物理学、化学及地质构造耦合的产物。然而至今有很多要素与深层过程尚处于定性的与推断的阶段 ,对其探索的深度与本质知之甚少 ,故尚待不断深入研究和发现。文中提出的科学问题乃是当今地球科学领域中的前沿问题。文章主要讨论 3个问题 :( 1)问题的提出与思考 ;( 2 )金属矿产 ,大陆伸展与裂谷、盆地形成 ,地震“孕育” ,地球内核速度差异旋转与深部物质上涌 ;( 3 )地球内部物质、能量交换和圈层耦合与深层动力过程。当今世界上对这些科学问题的研究刚刚开始 ,有一些结果或说法也还是定性的、轮廓的或推断的。为此 ,文中对所论述的每一方面的科学内涵均提出了一系列问题 ,并给出了为解决这些问题而必须研究的主体领域。     

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。     

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。     

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。     

论地球运动形式的哲学基础

现代地球科学的整体发展，特别是现代人－地关系所揭示的地球和地科学科学的新特征，揭示出地球科学的新思维－地球运动形式。地球运动形式是地球物质客体基本矛盾关系即人－地关系的现代反映，是现代地球科学研究和发展的哲学依据。     

地球的物质运动与成矿作用

地球的物质运动历来受到地质学家关注,但是由于历史的局限和技术手段的限制,以往研究重点主要局限在地壳或岩石圈。随着科学技术的发展,尤其是对内流体,地幔热柱多级演化等方面的研究进展,使人们认识到地球不仅存在着明显的圈层结构,而且存在着强烈的垂向物质运动,地幔热柱多级演化是深源矿质向上迁移,并在地壳聚集成矿的重要机制。     

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。     

中国东部大陆内部中生代盆地分布特征与地球动力学背景探讨

在编制和分析中国东部大陆内部中生代盆地分布图的基础上,对中国东部大陆内部的松辽盆地、辽西盆地群、渤海湾地区盆地分布、规模等进行了对比,认为是由于地球动力学背景、岩石圈厚度等不同所致,并提出中国东部内部的大陆盆地动力学模式,即伊泽条崎板块以不同角度的对欧亚板块的俯冲,同时认为华北板块与华南板块碰撞后期效应不容忽视。     

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。     

地球内部构造和动力学的地震学研究

扼要论述地震学研究在地球内部构造和动力学领域中取得的新进展。我国人工震源的观测在青藏高原、下扬子、大别造山带、华北地震区等获得了一批地壳细结构的成果,已广泛地用于地球动力学研究中。天然地震观测资料的层析成像取得了我国大陆地壳上地幔三维结构的图像。虽然大多数结果提供了地球动力学的背景,但就其分辨率而言还不足于进行有效的大陆动力学研究。笔者认为,提高最终三维模型的分辨率是当前地震学研究的关键之一。美国的两个地震学研究小组根据各自研究工作,揭示了地球内核自转比地幔和地壳部分快,是地震学对地球科学的重大贡献。     

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...     

研究地球化学机制的热动力学方法

章介绍了热动力学方法的研究历史，研究原理以及在研究地球化学机制中的应用，如石膏的脱水反应机制可分二步进行，ＣａＳｏ４．２Ｈ２Ｏ→ＣａＳＯ４．１／２Ｈ２Ｏ→ＣＳＯ４活化能Ｅ＝１１８．７ＫＪ／ｍｏｌ，脱水温度Ｔ＝３８０．６０，呱应速率Ｋ１＝４．４１×１０＾－４Ｓ＾－１方解石的溶解反应机制，在０－５０００Ｓ期间以溶解反应为主，嗣后，发生周期性的溶解反应，热谱图上表现为化学振荡。     

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，即有不同的类别，即有不同的类别，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。地球节街可能最终受到天文因素背景的控制。     

地球化学动力学研究现状与趋势

地球化学动力学是地球化学的一个重要分支学科,现在已经成为研究地球化学过程演化发展的必然途径之一。全面总结了国内外地球化学动力学形成发展与研究现状,并指出了地球化学动力学（特别是成矿作用动力学）的某些发展趋势。     

汶川-映秀8.0级大地震的发生与岩石圈精细速度结构和动力机制

汶川-映秀8.0级大地震发生在由3条NE向断裂带组成的龙门山逆冲走滑断裂系上,造成了以汶川、映秀为中心和其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡.然而强烈地震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动的迹象(相对于短期和临震预测),即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配.那么为什么在龙门山地区突然发生了这次大地震,它具有哪些特征?其成因机制又是什么?为此必须对这次强烈地震孕育、发生和发展的壳、幔速度结构以及其深层动力过程进行深入研究和探讨.通过对松藩-甘孜、龙门山造山带和四川盆地地域人工源地震深部探测以及天然地震层析成像、接收函数与面波频散反演研究分析,初步结果表明:1)在印度洋板块与欧亚板块陆-陆碰撞和挤压作用下,形成了喜马拉雅造山带和东构造结,该东构造结似一尖楔向NNE方向顶挤并插入青藏高原东北缘,故迫使高原深部物质向东流展.在受到以龙门山为西北边界的四川盆地高速刚性物质阻隔下,一部分物质则转而向东南侧向运移;2)龙门山造山带与其西北侧地带地形高差达3500±500m左右,地壳厚度在龙门山西北部为65±5km左右,四川盆地为40±2km左右,而龙门山地带与其东、西两侧相比则其地壳厚度变化幅度达15～20km,这里恰为应力作用的耦合与集中地带;3)下地壳和地幔盖层物质以上、中地壳(深20～25km)中的低速层为第一滑移面,以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部刚性物质阻隔下,下地壳和上地幔盖层物质以高角度在龙门山断裂系与四川盆地的耦合地带向上运移(或称逆冲),且在龙门山地表3条断裂构成的断裂系向下收敛到15±5km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压和震源介质破裂;即存物质与能量的强烈交换下,高度集中的应力得到急速释放,故形成了这次8.0级大地震.为此通过该区的壳、幔速度结构变异,初步揭示了这次8.0级大地震孕育、发生和发展的深部介质和构造环境及其深层动力过程.     

深水沉积的动力学机制和响应

深水环境动力机制极为复杂，重力（流）机制类型多样且可能呈有序演化。底流包括温盐循环驱动的底流、风驱底流，以及顺峡谷上下运动的潮汐底流等；而内波可能也为重要的地质营力。在这些机制或孤立、或互动作用下，深水环境发育的沉积物类型、成因也极为复杂，它们具有重要的古气候、油气意义。     

地球动力系统、地球物质系统与滑坡生成机理研究

我国是地质灾害非常严重的国家之一,长期以来,地质灾害影响了社会的经济建设和发展。由于它具有渐变性、突发性等特点,给国家和人民的生命财产带来了巨大的损失。本文从地球动力系统、地球物质系统的角度对滑坡生成机理进行了研究,并以绵阳市北川县为例,对滑坡形成的主要影响因素进行了探讨。     

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。     

暗物质暗能量与地球动力学

近年来世界重大科技进展中,"暗物质"与"暗能量"始终是关注的焦点。暗物质无法用肉眼看见,意味着它们不能发射电磁波,只能通过引力产生的效应知道它的存在。暗能量是一种不可见的、充溢空间、具有负压强的能量。这种负压强在长距离类似于一种反引力。宇宙中所有的恒星和行星的运动都是由暗能量与万有引力来推动的。但是虽然天体物理对暗物质与暗能量的研究有长足进步,并且尽管它与地球科学密切相关,但是在国内地学界对这个问题却少人顾及。本文引用、抄录、梳理已有暗物质与暗能量文献,对暗物质与暗能量作一初略的介绍,并试图以此观点出发,对地球演化中动力学问题进行探讨。我们认为,地球内的暗能量是推动地球构造演化的主要原动力,它对地球演化的主要效应是使地球膨胀。地球的膨胀引发了其他许多地质作用和效应。文中以青藏高原、秦岭造山带及东南亚西太平洋为例,说明在地球物理研究中都未发现其俯冲的迹象,它们应是暗能量驱动地球膨胀造成的造山带。