岩石的脆性-延性转变及塑性流动网络

实验变形研究表明.随着矿物组成.粒度、温度、围压、应变率、液体介质等因素的变化岩石由脆性,半脆性,向半延性.延性转变,其中包括力学行为.微观机制和宏观结构的变化,而决定岩石脆性-延性转变的基本因素在于所含的粘塑性成分及其粘滞性.半延性流动具有共轭网络状的结构特征;延性流动则包括网络状流动和均匀流动两种宏观结构;半延性-延性流动网络以其近似正交性和非牛顿流动特性分别与半脆性破裂网络和均匀延性流动相区别.基于上述研究,可将地壳、上地幔划分为脆性-半脆性的中上地壳,半延性-延性网络状流动的岩石圈下层(含下地壳和岩石圈地幔)和均匀延性流动的软流圈.地壳多震层内的大型地震带及网络是岩石圈下层塑性流动网络的一种响应.     

岩石圈下层塑性流动网带的剪切热效应

基于“网状塑性流动”大陆动力学模型和中国大陆大地热流的分布特征,文中针对网带黏性剪切热效应的平衡态,通过热力学能量方程的求解,导出网带温度异常方程等关系式,并通过与网带热流正异常的拟合分析,确定了相关的参数值。研究表明,塑性流动网带黏性剪切热的产生为温度的正异常提供了热源,并通过热传导扩展网带的影响范围,形成相应的热异常网带。作为对中东亚塑性流动网络系统平均状况的估计,网带的热异常宽度与地震带所显示的网带视宽度一致,约为65km;剪切网带的宽度为44km,约为网带热异常宽度的23;网带中线处的温度正异常约为210K,剪切网带边界处的温度正异常约为67K,至热异常带边缘处降低为零,其起伏形态与网带大地热流正异常“凸峰”相一致。文中为岩石圈下层塑性流动网络的存在及其对大地热流正异常分布的控制提供了理论依据     

岩石圈塑性流动与大陆板内构造变形研究进展评述

人们对大陆板内构造变形机制有两种不同认识,即“刚性”板块通过弹性实现应力远程传递和岩石圈通过下层塑性流动实现应力远程传递。通过对岩石圈各层变形属性和塑性流动的研究。认为通过处于塑性状态的下地壳和岩石圈地幔的塑性流动实现应力远程传递和控制板内构造变形更为合理。     

岩石圈塑性流动网络与多层构造变形的物理模拟

采用塑化松香作为岩石圈延性下层的相似材料，进行了板内塑性流动网络及多层构造变形的物理模拟实验。延性单层模型的实验表明，在边界挤压或“高原”重力势的作用下，依赖于延性层粘度的高低不同，主要形成剪切网络、压性褶皱以及二者过渡型式等一级构造。在延性／脆性双层模型中（脆性上层和延性下层分别相当于岩石圈上、下层），边界驱动力的远程传递，主要借助于延性下层的网络状流动，岩石圈下层（含下地壳和岩石圈地幔）的剪切网络，即塑性流动网络，控制着板内构造变形，导致脆性上层内剪切破裂网络、逆推断裂、纵向张裂以及其它次级断裂和褶皱的发育。实验还表明，上、下层之间非连续分布的软弱夹层（模拟壳内低速、高导层）并不妨碍下层塑性流动网络的扩展，但影响牵引力的向上传递及上层构造变形的强弱分布     

岩石圈塑性流动波的实验研究(Ⅰ)

实验采用了适当配比的塑化松香 ,模拟岩石圈延性层 ,研究边界驱动条件下塑性流动波的传播过程。实验表明 ,塑性流动波类似于粘性重力波 ,并有“快波”和“慢波”之分 ,二者分别由主波和辅波叠加而成。主波类似于孤立波或涌波。根据相似原理 ,“快波”主波的外推波速约为 0 .12～2 .5km/a ,在波速量级上大致相当或接近于岩石圈下层某些控制地震迁移的塑性流动波     

岩石圈塑性流动波的实验研究(Ⅱ)

岩石圈塑性流动波的物理模拟实验表明 ,在板块边界驱动下 ,模型中除了产生“快波”(波速量级大致相当于原型的 10 0 ～ 10 2 km/a)外 ,还存在着相当于原型波速量级为 10 - 1～ 10 0 m/a的“慢波”。“慢波”也可分解为主波和辅波 ,主波类似于涌波 (孤立波 ) ,辅波则以波群的方式传播 ,二者均系粘性重力波。板块边界的驱动作用通过不同波速的多重塑性流动波向板内传播 ,控制地震能量背景的起伏振荡 ,并导致缓慢构造运动的韵律性变化     

大陆板内塑性流动波与地震迁移（一）

大陆岩石圈下层的网络状塑性流动,通过能量的远距离传递,控制着板内地震的空间分布,而脉动式塑性流动波的传播决定了地震的迁移。根据地震时、空分布特征的分析结果,以喜马拉雅碰撞带为驱动边界的中东亚网络系统主要存在着两种塑性流动波,波速的沿网带分量分别约为１～７ｋｍ／ａ和１２～４５ｋｍ／ａ,边界起波的时间间隔平均为９３．７ａ和１０．８ａ,分别称之为“百年波”和“十年波”。塑性流动波的波峰带为地震的发生提供必要的能量背景条件     

中国东南地区塑性流动波与地震迁移(Ⅱ)

由文 (Ⅰ ) (王绳祖等 ,2 0 0 3)已知 ,受网络波的控制 ,地震活动主要发生在能量相对聚集的波峰带内。文中根据地震释放的能量分布状况 ,进一步分析了能量沿波峰带法向的分布以及随传播距离的衰减 ,并基于发震概率与背景能量之间的对应关系 ,估计发震概率的分布状况。以此作为地震能量背景的概率表达和地震预测的依据之一 ,给出了中国东南地区与能量背景相关的发震概率分布图     

中东亚大陆塑性流动网络控制下构造变形的物理模拟

以塑化松香和干凝滑石粉浆分别作为岩石圈延性下层（下地壳及岩石圈地幔）和脆性上层（上部地壳）的相似材料,就亚洲中东部大陆在板块边界推挤作用下的构造变形进行了模拟实验。初步结果表明,本地区在印度板块和菲律宾海板块的推挤下,形成两个塑性流动网络系统,它们控制了岩石圈上层构造变形,在分布格局上大致与地震的网络状分布相对应;东北部可能存在另一规模较小、作用较弱的驱动边界及相应的网络系统,由于它的影响,导致华北北部构造带和地震带的扭曲。实验还表明,大型压性盆地的形成与岩石圈下层稳定块体的存在有关     

大陆板内塑性流动波与地震迁移（二）

基于大陆岩石圈塑性流动网络和塑性流动波的观念，地震迁移主要表现为塑性流动波控制下地震沿网带的迁移。中东亚网络系统存在着两种以上的塑性流动波，其中与地震中期预测有关的是“十年波”和“百年波”。它们具有不同的起波年份、起波期和波峰带，而各期波的优势传播方向和有效作用范围又有所不同。两种波的波峰带相互叠合形成双重波峰区，其中有“塑性流动－地震”网带经过的区段为地震提供必要的能量背景条件，构成能量背景区。对中国大陆１９７６年震情的检验表明，６．０～７．８级地震共１９次，约有９０％分布在相应震级范围的能量背景区内     

亚洲中东部岩石圈网状塑性流动控制下的多层应变速率场

根据“网状塑性流动”大陆动力学模型,岩石圈的变形方式由浅层脆性向深层延性的转变以及岩石圈下层网状塑性流动的控制作用,导致板块内部的多层构造变形。GPS方法或断层错动反演方法所测定的只是浅表地壳。多震层的应变速率可用“地震复发间隔法”,根据先后两次地震的复发间隔和后发地震的发震概率予以估计。基于岩石圈下层塑性流动网络共轭角与挤压变形之间的关系,可运用“共轭角法”估计该层的应变,并结合对于变形时间的估计,进一步推算网络的特征应变速率。文中给出了亚洲中东部地区岩石圈下层特征应变速率的等值线图,其数量级为10-15～10-14/s。控制多震层地震活动的主要是塑性流动网带,其应变速率大于网络的特征应变速率,除此以外,多震层的应变速率还受到驱动边界的直接作用、塑性流动波和上下层之间非连续分布软弱层的影响。根据青藏高原至华北平原11个潜在震源区所在地段多震层应变速率与岩石圈下层特征应变速率的对比分析,除临汾盆地1处偏差较大外,其余10处两者间表现出显著的线性相关,其比值β平均为1.75,分布范围为1.25～2.25。文中建议在进行中长期地震预测时,可根据岩石圈下层特征应变速率等值线图,结合比值β的引入,粗略地估计各潜在震源     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.     

中国大陆地壳和岩石圈铀、钍、钾丰度的大地热流约束

根据实测大地热流数据，求出中国大陆主要构造单元的地壳平均生热率的上限值为1．3μWm^-3，中国大陆的地壳平均生热率不应高于该值；相应的铀、钍、钾丰度上限值分别为2．04（10^-6)、7．76（10^-6)和2．04（％）。据此对黎彤等近年发表的中国大陆及塔里木－华北板块地壳和岩石圈的铀、钍、钾元素丰度值进行检验。结果表明这些丰度值过高，不满足实测大地热流值的约束，这意味着黎彤等给出的铀、钍、钾的丰度值不可信。我们认为，根据出露地表的相应岩石的成分估计地壳和岩石圈地幔深部的微量元素丰度的研究方法，缺乏可靠的理论或实验基础。     

华北地台岩石放射性元素与现代大陆岩石圈热结构和温度分布

在华北地台1.4×106km2的范围内系统采集了12193个岩石样,组合成1207件分析样,对放射性产热元素K,Th,U进行了测试,同时由国家一级岩石地球化学标准物质监控分析质量．根据岩石中K,Th,U的含量和地壳各结构层的岩石组成,计算了地壳各壳层放射性产热元素的含量,系统研究了华北地台岩石与各时代地层的平均热产生率及其变化,并建立了华北地台现代大陆岩石圈的热结构和温度分布．应用一维稳志热传导模型,求得了华北地台岩石圈的深度-平均地温分布曲线．地表热流密度分布和岩石圈深度-地温分布曲线研究表明,现今华北地台壳内熔融作用不明显。与世界上其他大的稳定克拉通区相比,华北地台地壳活动性较大,具有准地台的特点．     

中国东南地区塑性流动波与地震迁移(Ⅰ)

根据岩石圈塑性流动网络与塑性流动波 (网络波 )的观点 ,在采用和改进以往对于亚洲中东部其它地区网络波研究方法的基础上 ,通过地震活动沿塑性流动网带的迁移、速度场及边界起波期等研究 ,绘制了中国东南地区网络波走时等值线图和波峰带分布图 ,初步展示了网络波控制下的地震能量背景 ,为进一步的研究及该地区地震能量背景的物理预测提供了依据     

我国大陆地区大地热流与地壳厚度的变化

本文从我国大陆地区现有的热流观测和深部地球物理资料出发,对1°×1°网格平均热流值（q）与地壳厚度值（M）进行回归分析.结果表明,中国大陆地区作为一个整体,q-M之间存在良好的正相关关系;在111°E以东地区特别是在华北盆地,两者呈显著负相关关系.按地壳厚度分组和按热流值分组的统计结果具有相似的特征,在所有“一分为二”（即只分成小于和大于等于某一指定值）的分组系列中,高值范围的算例都呈显著正相关,回归直线斜率在0.4-2.8mW/（m²·km）的范围内,与国内外报道的地表岩石生热率值一致;而低值范围的算例均给不出清晰的相关关系.作者认为,上述统计结果是地壳岩石放射性生热贡献和来自深部的地幔热流在大地热流二元结构中所起的作用在不同情况下有所不同的体现.     

华北地台岩石放射性元素与现代大陆岩石圈热结构和温度分布

在华北地台1.4×106km2的范围内系统采集了12193个岩石样,组合成1207件分析样,对放射性产热元素K,Th,U进行了测试,同时由国家一级岩石地球化学标准物质监控分析质量．根据岩石中K,Th,U的含量和地壳各结构层的岩石组成,计算了地壳各壳层放射性产热元素的含量,系统研究了华北地台岩石与各时代地层的平均热产生率及其变化,并建立了华北地台现代大陆岩石圈的热结构和温度分布．应用一维稳志热传导模型,求得了华北地台岩石圈的深度-平均地温分布曲线．地表热流密度分布和岩石圈深度-地温分布曲线研究表明,现今华北地台壳内熔融作用不明显。与世界上其他大的稳定克拉通区相比,华北地台地壳活动性较大,具有准地台的特点．