造山带岩石圈化学结构平面图的编制--以秦岭-大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。从岩石圈化学结构的思路出发，提出了编图的3个地球化学指标（铅同位素组成、T2DM和同位素年代学）和表示方法。以秦岭－大别造山带为例，同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史，对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示；结合地质年代学的资料，化学结构平面图具有反映时空演化的能力。     

利用Moho地形导纳法(MDDF)反演中国大陆岩石圈有效弹性厚度

本文用数值实验方法验证了,在Moho地形导纳法(MDDF)中使用先由重力数据反演的Moho面相对起伏数据,能较传统的重力地形导纳法获得更高的反演精度.之后作者应用Moho地形导纳法(MDDF)反演获得了精度较高的中国大陆区域岩石圈有效弹性厚度.结果显示:(1)中国地区岩石圈有效弹性厚度Te从东向西大体上呈阶梯状上升;(2)Te与岩石圈地震-热厚度、地表热流、上地幔顶部的地震波速度等数据密切相关;(3)在中国中东部, Te较低的区域以及Te的高低值转换带对应较强的地震活动性.但在西部,Te与地震活动性的相关性并不明显.     

南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构

本文介绍由面波层析成像得到的南海和邻近地区地壳上地幔三维S波速度结构.研究区域介于100°E ~130°E和0°~30°N之间,南海位于区域中心,其北、西、南三面通过大陆架和陆坡分别与华南、印支和巽它地块相连,东面邻接台湾—菲律宾岛弧和西菲律宾海盆.由面波层析成像得到的速度结构横向变化与研究区内构造单元的划分基本相符,给出了各个单元的主要结构特征.(1)扬子地块具有厚而高速的岩石圈,华南褶皱带和印支地块具有活动陆块的结构特征,西菲律宾海盆表现为一个较老的稳定的海盆,而岛弧地带显示低速的岩石圈和俯冲板片引起的高速.(2)南海海盆岩石圈厚度60~70 km,横向变化不大,软流圈内低速不显著,整体上表现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特点.与东部中央海盆相比,西南次海盆的上地幔盖层速度和软流圈速度都较低.(3)在南海海盆周边的陆缘地区,岩石圈厚度变化较大,上地幔盖层和软流圈速度较低,明显低于海盆和外围的大陆地区.红河断裂带也表现类似现象,说明这些地区的岩石圈新生代以来经历了长期的构造作用.     

Heat-producing Elements-enriched Continental Mantle Lithosphere and Proterozoic Intracontinental Orogens: Insights from Brasiliano/Pan-African Belts

Collisional and accretionary processes have been recognized in several Precambrian orogens, but the formation of intracontinental (ensialic) orogens has remained elusive. The recognition that modern orogenic belts (as, for example, the mountain belts of central Asia) may form in response to far-field stresses transmitted to the interior of continental plates removed much of the objection against Proterozoic intracontinental deformation. However, the causes responsible for the localization of contractional deformation are still uncertain. Due to the strong dependence of lithosphere rheology on temperature, lithospheric thermal weakening prior to contraction must be a required condition. Studies of dioritic rocks from Borborema Province, northeastern Brazil, and Damara belt, southern Africa, indicate that they are derived from ancient, incompatible elements-enriched subcontinental lithosphere. The concentrations of the heat-producing elements K (0.6 wt %), U (0.02–0.2 ppm) and Th (0.15–1.5 ppm) estimated for this source allow calculations of heat production between 0.09 and 0.25 mW m⁻³. These high values of heat generation may cause increases in temperature of several tens to three hundred degrees Celsius with respect to cratonic mantle lithosphere, leading to great reductions in lithosphere strength. Consequently, continental domains underlain by hot and weak continental mantle may thicken under the action of relatively feeble tectonic forces. High rheological contrasts between these domains and adjacent stiff and cold blocks provide an explanation for formation of intracontinental orogens.     

甘肃西秦岭新生代钾霞橄黄长岩和碳酸岩的微量、稀土和Sr，Nd，Pb同位素地球化学：地幔柱-岩石圈交换的证据

西秦岭新生代钾霞橄黄长岩和碳酸岩具有强烈富集LILE和LREE的特征,经球粒陨石标准化的REE分配模式与OIB十分相似。钾霞橄黄长岩和碳酸岩的(^87Sr／^86Sr)i分别在0．70381～0．70940和0．70529～0．71332之间,^144Nd／^143Nd分别介于0．512404～0．512924和0．512210～0．512928之间。经计算获得多数样品的εNd落在-3．4～5．58范围内,与OIB的εNd值一致。这两类岩石的^208Pb／^204Pb、^207Pb/^204Pb和^206Pb／^204Pb分别为37．613～39．330和38．060～38．995,15．842～16．441和15.545～15．677,以及18．418～22．4和18．149～19．062。采用主量元素MgO—Ni和ε(Nd)-(^87Sr/^86Sr)相关图,以及高场强元素比值Zr／Nb—La／Nb和Ba／La—Ba／Nb相关图以及。^208Pb／^204Pb-^206Pb/^204Pb,^207Pb／^204Pb-^206Pb／^204Pb相关图,一致证明本区火山岩具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的地球化学特征,且源区具有EM1和EM11富集端员的混合。但是本区火山岩高的Nb／Ta比和强烈富集Nb等高场强元素,以及较高的^144Nd／^143Nd值,表明该火山岩地球化学具有某种特殊性。结合对西秦岭深部地球物理资料及地质构造背景和演化历史的分析,提出西秦岭新生代钾霞橄黄长岩和碳酸岩的成因与地幔柱的活动有关,源区包含了EM1和EM11富集端员的组分。EM1和EM11富集端员的成因与地幔柱/软流圈流体的作用有关,也与大洋板片的脱水作用和大陆岩石圈的拆层作用有关。该区特殊的大地构造背景和演化历史为上述几种作用的联合提供了可能。它不仅较好地解释了该火山岩地球化学方面的特殊性,及钾霞橄黄长岩与碳酸岩共生的事实,同时也证明新生代火山岩的成因是地幔柱．岩石圈相互作用的产物。     

地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融问题的数值模拟

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一,同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融相关的问题.利用开源程序Ellipsis3D,基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和岩石流变本构关系,以及不同的熔融损耗关系,通过有限元数值方法模拟得到地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融程度的动态变化.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段,地幔柱自身熔融占主导,减压熔融为主因;地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段,岩石圈地幔开始熔融,地幔柱以减压熔融为主,岩石圈地幔以升温熔融为主;地幔柱的横向展平阶段,随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加,以升温熔融为主,地幔柱自身熔融程度减小.最后基于数值模拟结果及现场资料对峨嵋山大火成岩省地幔柱的发展演化以及峨眉山大火成岩省的形成进行了讨论.

     

Giant impacts and the initiation of plate tectonics on terrestrial planets

Earth is the only terrestrial planet with present-day lithosphere recycling through plate tectonics. However, theoretical models of mantle convection based on general considerations find that all the terrestrial planets should be operating in the stagnant lid regime, in which the planets are one-plated and there is no lithosphere recycling. The stagnant lid regime is a consequence of the strong viscosity contrast across the convective layer, and therefore the upper lid (roughly equivalent to the lithosphere) must be sufficiently weakened in order to be mobilized. Here I propose that giant impacts could have provided the upper layer weakening required for surface recycling, and hence for plate tectonics, to initiate on the early Earth. Additionally, giant impacts originated lithosphere thickness and density differences, which might contribute to the initiation of subduction. Impacts are more energetic for Earth than for Mars, which could explain the likely early existence of plate tectonics on the Earth whereas Mars never had lithosphere recycling. On the other hand, convection on Mercury and the Moon might be sluggish or even inexistent, implying a reduced influence of giant impacts on their internal dynamics, whereas there is no record of the earliest geological history of Venus, which obscures any discussion on the influence of giant impacts on their internal dynamics.     

辽西义县组火山岩:拆沉作用还是岩浆混合作用的产物?

通过对所有已发表的辽西义县组火山岩数据进行系统的主、微量元素和同位素分析,发现义县组火山岩以中基性为主,其上部层位中酸性组分增多.其高的Mg#值和埃达克质特征并不是原始岩浆本身的性质,不能作为下地壳拆沉作用的有力证据.义县组火山岩的基性部分主要来自于受洋壳俯冲作用改造过的岩石圈地幔,并存在与古老下地壳来源的熔体不同程度的混合作用.因此.义县组火山岩是岩浆混合作用的产物而非下地壳拆沉作用的产物.底侵的下地壳也参与了义县组火山岩的形成,但软流圈组分的参与有限.     

印尼苏门答腊大地震和珠江大洪水的关系研究

1991年,郭增建发现1912～1914年缅甸、云南峨山和安达曼群岛3次7级以上地震发生后产生大量水汽,导致1915年珠江特大洪水.2005年3月26日,王涌泉向有关方面反映苏门答腊巨震后,珠江可能发生大洪水,6月珠江果然出现了大洪水.巨震引起地壳释放出携热水汽,叠加到西南气流上,季风爆发后,被带到中国的华南地区形成暴雨.由于地下裂隙复杂和不畅,放气可滞后1 a.2004年12月～2005年12月南海地区850 hPa水汽通量距平明显呈现出高峰值.杜乐天等判读美国MOPITT的850 hPa高度地球排气图,发现2002年9～11月印尼上空几百万km2有高出常年10倍以上的C0强烈排气.震前数月,印度洋东北部有持续性“长波辐射“.对苏门答腊震区地震前后的潜热通量的时空变化过程的分析,发现了在地震前20 d里,震中附近潜热通量发生了显著的异常变化.巨灾预测属世界科学难题.重大自然灾害一经发生,极易借助自然生态系统之间的相互依存、制约关系,引发出一系列灾害-由损失较轻灾害扩展为损失较大灾害,从一个地域空间扩散到另一个更广阔的地域空间.因此,利用卫星遥感、红外技术分析大地震前后水汽变化,进一步探索地气耦合机制,是一个关键科技问题.     

中国东部随县─启东地带上地幔结构研究

随县─启东人工地震探测剖面长７００ｋｍ，穿越郯城─庐江深大断裂带．提取了该区莫霍界面以下上地幔中的反射界面信息，获得了上地幔的分层结构．结果表明，该区上地幔中有两个深度分别为７６ｋｍ和１００ｋｍ的界面．７６ｋｍ深度以下为一低速层，１００ｋｍ深度以下则为速度更低的低速层．该区岩石层厚度为７６ｋｍ，与华北地区相似，具有薄岩石层性质．