流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数(η)控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg(η)成正比.流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素.全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90km,很好地验证了流变边界层的存在.研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小:由西部鄂尔多斯的约80km减少至渤海湾盆地的约20km.反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.

岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制,即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间,目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究,力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括:地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频(ULF)电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说,如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨,促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识,从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.

中国陆地热岩石圈厚度及其地球动力学意义

依靠最新的中国大地热流数据、精细的地壳分层结构,通过求解一维稳态热传导方程获得各个热流测量点对应的热岩石圈厚度,通过克里金插值法绘制中国陆地热岩石圈厚度分布等值线图.计算结果表明,中国陆地各构造区的热岩石圈厚度差异较大,稳定的克拉通地区最厚,可达200 km以上,造山系次之,多在100~200 km之间,破坏的克拉通地区岩石圈最薄,可以低于100 km.通过对比三大克拉通地区的热岩石圈厚度和地震岩石圈厚度,得出了四点认识:(1)塔里木克拉通西部、中上扬子克拉通、华北克拉通西部以及南华北基本保留了稳定的克拉通巨厚岩石圈特征,而华北克拉通东部的渤海湾盆地、下扬子克拉通以及塔里木克拉通东南部则发生了大规模的减薄;(2)华北克拉通西部从鄂尔多斯向东北的银川—河套凹陷及向东南的汾渭凹陷的岩石圈厚度和流变边界层厚度逐渐变薄,主要受控于地幔对流强度的增强;(3)华北克拉通东部的南华北依然保持稳定,而渤海湾的岩石圈厚度减薄显著,体现了华北克拉通破坏在空间上的不均匀性;(4)扬子克拉通自西向东岩石圈厚度和流变边界层厚度逐渐变薄,可能受控于太平洋板块的俯冲,和华北克拉通东部经历了相似的地球动力学过程.

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5mW·m^(-2),壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139km/128~162km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.