中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石弹性波速度:对地震深反射的约束

在常温常压条件对中国大陆科学钻CCSD主孔岩心的700样品进行了弹性波速度测量,并建立了主孔2000m的波速(Vp和Vs)连续剖面,为检验地球物理模型的合理解释提供了岩石物理学方面的宝贵资料。主孔中新鲜榴辉岩纵波速度(Vp)最大(7.86km/s),正副片麻岩波速最小,又分别为5.53km/s和5.71km/s,榴辉岩的波速随着退变质作用的增强而明显减小。主孔2000m总平均Vp速度为6.2km/s,它与地球物理探测方法获得的大别-苏鲁造山带上地壳具有6.2-6.3km/s 高速层结论是一致的。大部分岩石具有明显地震波各向异性。水饱和度使岩石纵波(Vp)速度和剪切波速度(Vs)分别增加19％和6％,而使Vp的各向异性降低3％-4％。不同岩性界面的反射系数(Rc)是产生地震反射的主要原因。金红石榴辉岩与片麻岩之间具有很高的反射系数(0.24-0.31)。韧性剪切带中糜棱岩化片麻岩和面理化榴辉岩使岩石各向异性和反射强度明显增加。岩石微裂隙与主孔原位波速变化有密切关系。饱水岩石速度(Vp和Vs)可以代表CCSD主孔原位状态的地震波速度。上述成果为本区地震反射体成因提供了重要的岩石物理性质约束。

江苏东海县幔源橄榄岩包体及其深部构造意义

东海县境内仅有两个碱性玄武岩火山口(平明山和安峰山)形成于晚新生代,K-Ar同位素年龄测定,平明山为4.02～6.38Ma,安峰山为7.3～12.3Ma。岩石学和地球化学特征揭示包体寄主岩为碧玄岩,岩浆没有经历明显分异和同化混杂作用。平明山碧玄岩含有丰富幔源包体,包括尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉岩。采用Bertrand等(1985)和Kohler等(1990)的温度-压力计估算了包体平衡温度和压力分别为830～900℃和1.5～1.7GPa。根据温压资料构建的古地温曲线,对应于大陆热流值75mW/m^2和岩石圈厚度55km。氧化缀饰法揭示本区橄榄岩包体经历了高温低应变速率塑性流动变形,形成各种类型的位错构造。高温高压实验测定,二辉橄榄岩Vp速度为8.0～8.2km/s,Vs速度为4.50～4.77km/s。中国大陆科学钻(CCSD)附近幔源橄榄岩包体的发现对东海地区岩石圈厚度、物质组成、热结构和底侵作用动力过程提供了重要约束。

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .

底侵作用(underplating)及其壳—幔演化动力学意义

上地幔物质加入大陆地壳底部过程(底侵作用),在大陆地壳生长、改造和演化过程中起着重要作用,是大陆垂向增生的一种重要方式。底侵作用会引起大陆下地壳成分、波速结构、同位素组成和热结构的明显变化。

超越板块构造——我国构造地质学要做些什么?

对近十年来全球构造学和构造地质学的重要进展进行了简要评述 .30年前建立的全球构造理论改变了人们对地球及其演化的认识 .作为固体地球统一理论的板块构造主要涉及刚性板块边界之间的变形、地震活动和火山作用 .至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制 .板块边界和板内变形等许多问题仍然无法回答 .大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别 ,因此现有板块构造不完全适合于大陆构造 .大陆地壳和地幔流变学的综合研究是认识大陆构造和超越板块构造的最佳途径 .流变学是大陆造山带几何学和动力学的桥梁 .大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上取决于其流变强度 .岩石圈流变性质是岩石圈分层和塑性流动的主导因素 .大量透入性变形和巨型大陆造山带内部构造显示非刚性特征 .大陆构造和力学行为主要由地壳强度而不是地幔强度所控制 .从大陆岩石圈多层性和力学强度不均匀性表征看 ,现在是抛弃传统“三明治”构造模式的时候了 .面对地球系统科学和地球动力学新思维发展趋势 ,多学科综合研究大陆构造 (造山带 )

台湾海峡上地幔流变学状态及其构造意义

本文详细研究了台湾澎湖列岛上地幔幔源包体的变形结构、组构和橄榄石位错构造。根据包体矿物(辉石)化学成分的计算,平衡温度为986—1116℃,压力为1.50—2.60GPa。上地幔变形事件可分为3个序列:(1)高温低应力均匀稳态流动变形;(2)高温较高应力上地幔底辟边缘的剪切流动变形;(3)低温高应变速率、{110}滑移条带的淬取变形。本区上地幔变形事件和热结构特征表明,福建东部和台湾澎湖列岛一带具有十分相似的上地幔流变学特征。澎湖列岛玄武岩的火山作用与台湾海峡上地幔热点有关,上地幔底辟作用和上涌是导致中国大陆边缘构造裂谷作用的主要原因。

橄榄石晶格优选方位和上地幔地震波速各向异性

根据福建省明溪幔源包体（二辉橄榄岩）中橄榄石晶格优选方位（ＬＰＯ）及其晶体弹性刚度系数，计算了地震波速度及其各向异性．研究结果表明，该区地震波各向异性是由橄榄石塑性流动产生晶格优选方位而引起的．与构造背景有关的ＶＰ，Ｖｓ１，Ｖｓ２和△Ｖｓ分布特征表明，中国东南沿海地区上地幔物质流动方向（由ＮＷＷ向ＳＥＥ）与橄榄石［１００］定向排列方向（ａ轴）和ＶＰ最大方向有一致的趋势．

铬铁矿预富集和上地幔部分熔融关系的实验研究

用合成地幔岩为原始材料,在温度1225°C和严格控制氧分压10^(-5)-10^(-12)atm条件下,对上地幔部分熔融作用与铬铁矿预富集关系进行实验研究。实验结果表明:(1)在达到稳态熔融结构时,5％-8％的玄武质硅酸盐熔体主要赋存在矿物三联点之间,它为铬元素从地幔岩中萃取运移和预富集提供了先决条件;(2)在部分熔融过程中原岩的尖晶石和辉石(铬透辉石和顽火辉石)提供的铬元素相结合,形成了富铬尖晶石和铬铁矿(Cr_2O_3可达38％-47％)。上地幔部分熔融作用不仅控制了上地幔岩石类型演化(二辉橄榄岩→方辉橄榄岩→纯橄榄岩),同时它对铬铁矿的预富集起着关键作用。

超高压榴辉岩流变学研究

大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别。因此,现有板块构造不完全适合于大陆构造。大陆地壳和上地幔流变学的综合研究是认识大陆构造最佳途径之一。流变学研究是大陆造山带几何学、运动学和动力学的桥梁。大陆岩石圈对构造作用、重力不稳定性和热结构的响应在很大程度上取决于岩石流变强度。岩石圈流变性质是岩石圈分层、构造复杂性和塑性流动的主导控制因素。超高压榴辉岩在地幔对流、壳-幔物质循环和俯冲带动力学起着重要作用。榴辉岩的流变性质和变形机制对于阐明大陆造山带和大陆深俯冲的动力学过程具有十分重要的意义。本文主要内容包括以下4个方面:(1)岩石流变学研究在地球动力学中地位和重要性;(2)回顾池际尚先生对岩石流变学实验的贡献;(3)近几年来超高压榴辉岩流变学研究成果;(4)国外岩石流变学实验研究发展态势和启示。

氧分压对橄榄石单晶体高温蠕变影响的实验研究

在氧分压１０－４－１０－１０ａｔｍ，温度１２５０－１５００℃和应力２１．５－１５０ＭＰａ条件下，对橄榄石单晶高温蠕变速率与氧分压之间关系进行了系统实验研究．实验结果表明，氧分压大小直接控制了橄榄石高温蠕变速率的变化；橄榄石位错攀移是通过氧空位点缺陷扩散作用而完成的；橄榄石［１１０］．，［１０１］。和［０１１］。不同结晶学方向具有不同流变强度和氧分压指数．

地球动力学和地震学的桥梁——变形岩石组构与波速各向异性关系

上地幔岩石变形组构特征和地震波速各向异性关系的研究,是当代岩石圈动力学研究水平的一个重要标志。本文着重阐述七十年代以来,国外有关上地幔中地震波各向异性产生的原因;高温高压条件下上地幔岩石的Vp、Vs测定的新成果及其地球物理应用意义;岩石变形机制,变形组构特征和地震波速各向异性之间的内在联系。同时还指出,在我国重视和加速该前沿课题研究的必要性和重要意义。

我国高温高压实验研究进展和展望

阐述了高温高压实验研究的目的和意义，强调地球物质物理性质对解决大陆探部构造和地球物理学有关问题的作用．简要回顾50年来我国高温高压实验技术发展及其所取得的主要成果。

橄榄石显微构造和中国东部上地幔流动应力

笔者对中国东部11个玄武岩产地的幔源包体(尖晶石或石榴石二辉橄榄岩)显微构造研究结果表明,橄榄石位错构造类型与目前世界上其它地方报道成果和高温高压岩石变形实验资料是相似的。橄榄石亚颗粒(100)、(001)分布广泛,形状规则,它是中国上地幔中典型稳态显微构造。大部分样品中,亚颗粒大小显示对数正态分布,计算说明中国东部上地幔高温蠕变流动应力为10～50MPa,局部地区伴随有较高差异应力,120～170MPa。低温高应变率{110}滑移条带在成因上与深源断层有关,但主要与幔源包体萃取过程有关。

喜马拉雅造山带西构造结含柯石英榴辉岩的发现及其启示

着重介绍了最近几年外国学者在喜马拉雅西北部（巴基斯坦北部）发现高压榴辉岩和含柯石英超高压榴辉岩的新成果。这项重要发现，对于正确了解印度板块与亚洲板块碰撞动力学过程、大陆俯冲、折返和喜马拉雅造山带变质作用演化历史有着重要意义，同时对我国学者从事喜马拉雅东构造结（即大拐弯地区）下地壳高压变质岩和结晶基底隆开研究有着重要的启迪。

动态部分熔融作用及其地球物理意义

本文着重阐述了上地幔动态部分熔融动力学的几个基本问题:(1)初始熔融物的产生;(2)渗透和萃取;(3)运移和聚集;(4)研究方法、内容及其地球物理意义。笔者强调指出,在初始熔融阶段,两面角是控制上地幔熔融物的几何分布、渗透性和连通性能的关键参数,少量熔融物(2%~5%)不仅会使软流圈中地震波速下降、导电率增加,而且还引起上地幔非弹性衰减现象。

明尼苏达大学地球科学课程改革及启示

本文着重介绍了美国明尼苏达大学本科生地球科学课 程改革的总体思路、要点和新课程体系基本结构。明州大学课程改革基本特色是：以全球板 块构造理论为新思维；以地球动力学过程为主线来构建课程改革的框架；以动态生动思维 方式讲授现代地球科学知识和研究思路来代替传统静态方式讲授传统地质基本内容。教授要 改变观念，课程改革既要面向社会需求，又要面向地球科学前缘发展。要走出传统学科孤立 授课的僵死不变局面和误区，要消除狭义学科的偏见和界线，提倡交叉思维和良好“群体教 学”的合作风气。

地球材料物理性质和大陆深部构造意义

本文着重讨论：（１）当前大陆深部构造研究面临的困惑和挑战；（２）地球材料物理性质研究在深部构造中的意义；（３）对我国开展这个领域研究的希望和建议。文章强调地球材料物理性质不仅是深部构造研究的核心问题之一，同时也是地球物理成果合理解释的重要约束条件。

橄榄石位错构造的扫描电子显微镜研究

利用扫描电镜的背散射电子图象(BEI)对玄武岩及金伯利岩所含幔源包体中橄榄石的缀饰位错进行了研究。实验结果表明,位错类型和颗粒边界图象清晰,又便于观察。这种观察位错的方法其分辨率比光学显微镜观察结果约高一个数量级。背散射电子图象位错方法特别适用于研究天然的和实验变形橄榄石的高位错密度和密集型边界,对于确定显微构造的定量参数也十分有利。

全球环境变化和地球科学面临的新任务

阐述了地球科学与可持续发展的关系；讨论了当今地球面临的三大环境问题，并介绍了美国１９９７年全球变化研究计划概况，全球变化研究对于认识、评价和预测全球环境变化、人类健康、生态系统和经济持续发展是十分重要的，为了满足社会的需要，地球科学正面临着４方面的重大挑战。