纪念中国大陆科学钻探实施15周年、国际大陆科学钻探委员会成立20周年

大陆科学钻探是“入地”的重要手段,是“深入地球内部的望远镜”。中国大陆科学钻探事业开展15周年以来,取得重要进展,获得全球地学界的高度关注,特别是2001年实施的中国第一口大陆科学深钻 （5158m）,成果辉煌,影响巨大。继后,又开展了青海湖环境科学钻探、松辽盆地白垩纪科学钻探、柴达木盐湖环境资源科学钻探,汶川地震断裂带科学钻探以及中国大陆科钻资源集成计划,总共钻进约 35km,显示了中国科学钻探方兴未艾的景象。为纪念国际大陆科学钻探20周年（1996~2016）和中国大陆科学钻探实施15周年（2001~2016）,本文回顾中国大陆科学钻探实施15年来的艰辛和奋斗的历程,展望中国大陆科学钻探的未来。     

多源卫星重力场模型精度与频谱分析

针对新一代卫星重力探测技术对地球重力场的频谱贡献问题,该文提出了一种基于GPS/水准数据获取多源卫星重力场模型频谱变化特征的方法。采用GPS/水准外符合检验,有效分析评估了多源卫星重力场模型在中国东、西部地区的精度水平。研究结果表明,以CHAMP、GRACE和GOCE卫星为代表的高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度技术,对地球重力场的频谱贡献分别集中在600km以上的长波和中长波、300km以上的中波、200~350km之间的中短波部分。     

遥感与地球系统科学

地球作为一个高度复杂的非线性系统,各圈层(大气、海洋、陆地、生物、冰雪圈、固体地球)尤其是人类活动等任何组成成份的变化,都会引起地球系统的变化。人类可持续发展面临的巨大科学挑战之一是认识人类赖以生存的、复杂变化的地球系统,认识地球系统如何变化及主要驱动因素,认识地球系统未来变化趋势及如何提高对全球变化的适应能力。卫星独特的全球覆盖和日尺度的观测改变了地球科学的研究方法,它强调所能探测到的多时空尺度上的物理动力过程,在全球范围应对气候变化、能源和环境挑战具有重要作用,揭开了地球系统多学科交叉的新纪元。以地球系统的视野,抓住驱动地球系统的关键循环过程(如能量、水、生物化学循环),是当前地球系统科学的发展趋势。地球系统科学(全球变化)研究需要长期稳定、准确性较高的卫星观测数据,以水循环为例,卫星遥感具备获取全球范围水循环关键参数能力,但是系统性综合观测能力不足,整体精确性受到综合化的可靠空间数据集的限制。目前中国正在积极研制发展新型水循环卫星WCOM(Water Cycle Observation Misssion),并寄希望以此为核心传感器发起全球分布式水循环观测星座系统,进一步提高中国在国际水循环观测与地球系统科学研究方面的话语权与领先能力。     

Bimodal magmatism of the Tucumã area,Carajás province: U-Pb geochronology,classification and processes

Geological mapping of the Tucumã area has enabled the identification of dike swarms intruded into an Archean basement. The disposition of these dikes is consistent with the well-defined NW-SE trending regional faults, and they can reach up to 20 km in length. They were divided into three main groups: (i) felsic dikes (70% of the dikes), composed exclusively of porphyritic rhyolite with euhedral phenocrysts of quartz and feldspars immersed in an aphyric felsite matrix; (ii) mafic dikes, with restricted occurrence, composed of basaltic andesite and subordinate basalt, with a mineralogical assembly consisting dominantly of plagioclase, clinopyroxene, orthopyroxene and olivine; and (iii) intermediate rocks, represented by andesite and dacite. Dacites are found in outcrops associated with felsic dikes, representing different degrees of hybridization or mixture of mafic and felsic magmas. This is evidenced by a large number of mafic enclaves in the felsic dikes and the frequent presence of embayment textures. SHRIMP U-Pb zircon dating of felsic dikes yielded an age of 1880.9 ± 3.3 Ma. The felsic dikes are peraluminous to slightly metaluminous and akin to A2, ferroan and reduced granites. The intermediate and mafic dikes are metaluminous and belong to the tholeiitic series. Geochemical modeling showed that mafic rocks evolved by pyroxene and plagioclase crystallization, while K-feldspar and biotite are the fractionate phases in felsic magma. A simple binary mixture model was used to determine the origin of intermediate rocks. It indicated that mixing 60% of rhyolite and 40% basaltic andesite melts could have generated the dacitic composition, while the andesite liquid could be produced by mixing of 60% and 40% basaltic andesite and rhyolite melts, respectively. The mixing of basaltic and andesitic magmas probably occurred during ascent and storage in the crust, where andesite dikes are likely produced by a more homogeneous mixture at high depths in the continental crust (mixing), while dacite dikes can be generated in the upper crust at a lower temperature, providing a less efficient mixing process (mingling). The affinities observed between the felsic to intermediate rocks of the Rio Maria and São Felix do Xingu areas and the bimodal magmatism of the Tucumã area reinforce the hypothesis that in the Paleoproterozoic the Carajás province was affected by processes involving thermal perturbations in the upper mantle, mafic underplating, and associated crustal extension or transtension. The 1.88 Ga fissure-controlled A-type magmatism of the Tucumã area was emplaced ∼1.0 to ∼0.65 Ga after stabilization of the Archean crust. Its origin is not related to subduction processes but to the disruption of the supercontinent at the end of the Paleoproterozoic.     

Coevolution between Terrestrial Ecosystem and Earth Environment

Coevolution between terrestrial ecosystem and Earth environment is a hot research topic in both biology and geology. Last progresses in these field are reported from following research subjects: evolution of jawed vertebrates(gnathostomata) from Silurian; occurrence of earliest forests from Devonian of Xinjiang; biodiversity of insects in amber from Cretaceous of Myanmar; Evolution of primates and geochemistry studies from Eocene/Oligocene; studies of Longdan fauna from Lingxia basin, Gansu Province of earlier Pleistocene and endemic cloven-breast fishes from Pliocene Tibet; the correlations thick-boned fish,Hsianwenia wui, and the aridification of the Qaidam Basin; monsoon climate and its impact on biodiversity; study on the flora from Mankang, Tibet of Miocene and its palaeoclimate; depositional environment and its impact on the preservation of fossils; contraction of high resolution Stratigraphic series by using data of paleomagnetism and mammal fossils.     

CMIP5地球系统模式溶解氧模拟结果分析

本文基于常用的统计方法,通过与WOA09观测的海洋溶解氧浓度数据进行比较,定量地评估了9个CMIP5地球系统模式在历史排放试验中海洋溶解氧气候态特征的模拟能力。在海表,由于地球系统模式均能很好地模拟海表温度（SST）,模式模拟的海表溶解氧浓度分布与观测一致,模拟结果无论是全球平均浓度偏差还是均方根误差均接近0,空间相关系数与标准偏差接近1。在海洋中层以及深层这些重要水团所在的区域,各模式的模拟能力则差异较大,尤其在溶解氧低值区（OMZs）所在的500m到1000m,各模式均出现全球平均偏差、均方根误差的极大值以及空间相关系数的极小值。在海洋内部,模式偏差的原因比较复杂。经向翻转环流和颗粒有机碳通量均对模式的偏差有贡献。分析结果表明物理场偏差对溶解氧偏差的贡献较大。一些重要水团,比如北大西洋深水,南极底层水以及北太平洋中层水在极大程度上影响了溶解氧在这些海区的分布。需要指出的是,虽然在海洋内部各模式模拟的溶解氧浓度偏差较大,但是多模式平均结果却能表现出与观测较好的一致性。     

俄罗斯-蒙古地学断面地壳模型的地质-地球物理资料综合研究

地学断面是指地壳的垂直剖面,主要通过对地质和地球物理资料的综合分析来揭示构造带的性质及其空间关系。横断面的研究所采用的数据基本包括100 km宽区域地质图、上地壳的地质剖面图、重磁图(沿横断面的重磁剖面图)以及地壳的地震波速度、密度和其他地球物理属性的剖面图。这些数据被用于构建综合的数据剖面图(结果图),以展示各种地球动力学条件下(裂谷、海洋、碰撞带、造山盆地、大陆地台和岩浆弧,包括安第斯岛弧、活动大陆边缘、海沟、弧前和弧后盆地)的特定的岩石组构。本项目的研究目标是根据研究区现存的地质和地球物理数据的综合解释,统一图例,建立研究区深部剖面,以确定地体的空间关系及其在板块构造方面的地球动力学性质。 前人已分别对东西伯利亚南部和蒙古境内的多个地体进行了构造划分,并对它们的地球动力学性质和时空关系进行了分析。研究结果显示该系列地体为早古生代、中晚古生代和晚古生代—早中生代的岛弧和微大陆。此外,研究还识别出了中—晚古生代和晚古生代—早中生代安第斯型活动大陆边缘、晚古生代—早中生代被动大陆边缘和早白垩世裂谷。与岛弧和安第斯型活动大陆边缘相关的岩体被推覆至相邻大陆和微陆块上,部分推覆宽度可达150 km。目前已开展泥盆纪到晚侏罗世时期蒙古-鄂霍次克海地区的古地球动力学重建。 “非地槽”型花岗岩类岩浆作用在板块构造方面找到了直接且合理的解释,其中泥盆纪—石炭纪和二叠纪—三叠纪岩浆作用区域对应于安第斯型活动大陆边缘,中—晚侏罗世岩浆作用则与西伯利亚/蒙古-中国大陆板块碰撞有关。碰撞岩浆作用中亚碱性(地幔)元素的存在及其所在的构造区域在很大程度可以说明蒙古-鄂霍次克海闭合后,巨厚大陆岩石圈下曾经发生过持续的大洋裂谷活动(地幔热点)。在早白垩世时期,大陆裂谷活动影响到了同一时期正在发生的大陆汇聚作用。 西伯利亚南部边界大部分具有安第斯型活动大陆边缘性质,这也是蒙古—鄂霍次克缝合线沿线蛇绿岩数量较少的原因。因为当汇聚大陆一个具有安第斯类型的活动边缘,而另一个具有被动边缘时,前者的大陆地壳会最终逆冲到后者之上,并因此破坏掉先前出露的蛇绿杂岩体。部分被破坏的蛇绿岩块是俯冲带保留下来的海山残余,其可能成为增生-俯冲楔体的混沌复合体的一部分。然而,由于快速俯冲作用,这种楔形体在晚二叠世—早侏罗世的积累并不是西伯利亚活动边缘的典型特征。 沿地学断面综合的地质和地球物理资料分析表明,亚洲大陆是在显生宙时期由部分前寒武纪微陆块构造拼贴而成的。前寒武纪地块间存在不同宽度的已变形且剥蚀强烈的显生宙火山弧,它们也被归类为特定地体。     

太阳辐射管理地球工程对海洋酸化影响的模拟研究

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO₂高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石（碳酸钙的一种亚稳形态）饱和度的影响,并定量分析了各环境因子对海洋酸化影响的机理。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年,相对于工业革命前水平,全球海洋表面平均pH下降了0.43,文石饱和度下降了1.77。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下全球海洋表面平均pH增加了0.003,而文石饱和度降低了0.16。地球工程通过改变溶解无机碳、碱度、温度等环境因子影响海洋酸化。相对于RCP8.5情景,实施地球工程引起的溶解无机碳浓度的增加使pH和文石饱和度均减小,碱度的增加使pH和文石饱和度均增大,温度的降低使pH增大而使文石饱和度减小。总体而言,太阳辐射管理地球工程可以降低全球温度,但无法减缓海洋酸化。     

卫星遥感与地球系统的时空耦合关系研究

本文从卫星的小型化、系列化以及信息共享的多样化等方面阐述了卫星遥感的发展趋势及特点,同时,探讨了地球巨系统的内涵及特点,并以干旱区为例,建立了时空耦合的概念模型,最后分析了卫星遥感技术在数字地球研究中的作用及意义.     

基于傅里叶级数的中国沿海地区Tm模型精化研究

本文采用中国沿海地区13个探空站2010~2014年实测地表温度T_s与平均温度T_m数据,利用傅里叶级数分析法精化中国沿海地区T_m模型,并将2015年探空站实测T_m数据与精化模型进行对比检验。结果表明,精化模型在T_m探测方面具有更高的计算精度,其计算大气可降水量的误差概率分布趋近于正态分布,具有较强的稳定性。