中国大陆动力学研究导向和思考

大陆动力学是研究和探索地球内部物质大尺度运动和深化认识地球本体与其在整体运动中深部圈层耦合、介质与结构变异的物理—力学属性、物质与能量的交换、深层动力过程和机制的一门边缘科学.地球动力学集成了当代众多高、新学科技领域和学科交叉的研究成果,它涉及到成山、成盆、成岩、成矿、成灾和深化对地球本体的认识,它在地球科学研究中占有极为重要的地位.本文通过深入研究、综合集成与剖析讨论了该领域五个重要的基本科学问题,即:(1)地球动力学在地球科学研究中的地位和作用;(2)国际上地球动力学研究的进展和发展动向;(3)中国地球动力学的研究状况;(4)当今地球动力学研究的导向和战略思考;(5)地球动力学研究在我国的实现和开拓.

从特提斯到青藏高原形成:构造-岩浆事件的约束

青藏高原被誉为“世界第三极”。然而，从特提斯的形成演化到青藏高原的形成，经历了一个漫长的复杂过程。这一过程分为三个明显的演化阶段：古特提斯阶段、新特提斯阶段、印度-欧亚大陆碰撞与青藏高原形成阶段。古特提斯洋自早石炭世开始打开，形成三个主支（修沟-玛沁洋、金沙江-哀牢山洋、澜沧江-昌宁孟连洋），至早二叠世扩张到最大规模后开始俯冲消减，逐渐缩小，至晚三叠世末-早侏罗世初洋盆闭合，冈瓦纳古陆的前缘与劳亚古陆的前缘碰撞拼合。这大约经历了150Ma的时间。大致与此同时或略早，古特提斯以南的新特提斯洋两支同时打开，并大致于早-中侏罗世之交扩张到最大规模，然后开始消减、缩小。北支班公湖-怒江洋在晚侏罗世初到早白垩世末（大致在160～100Ma的时间间隔内）闭合，完成拉萨地块与羌塘地块的碰撞拼合过程。南支雅鲁藏布洋闭合较晚，在白垩纪／古近纪之交（65／70Ma左右）印度大陆开始与拉萨地块（即欧亚大陆南缘）碰撞。新特提斯洋从打开到闭合，经历了约140Ma。印度-欧亚大陆碰撞是青藏高原形成的直接原因，从开始到完成，整个碰撞过程用了约20Ma（大致在65-40／45Ma时间间隔内）；然后转入后碰撞阶段至今。很显然，几亿年时间尺度和几万公里空间尺度的特提斯的开合、演化、特别是印度-欧亚大陆碰撞和青藏高原隆升，必定对应着地球各圈层间巨大的物质与能量的调整和交换。而正是这种巨大的物质、能量交换，才是形成青藏高原及其资源环境效应的基本动力。

2015年尼泊尔M_S8.1大地震孕育的深层过程与发生的动力学响应

2015年4月25日发生在尼泊尔博克拉M_S8.1大地震的深层动力过程与"地中海—喜马拉雅—南亚地震带"的中段喜马拉雅地震活动带密切相关.这次大地震是该地震强烈活动带上长期以来深部物质与能量强烈交换、运动,并导致构造活动和应力积累的产物.综合分析与研究提出:(1)博克拉M_S8.1大地震的孕育、发生和发展具有长期活动和近年来相邻地带地震活动频繁的背景;这一地带自1505年—2015年,即500多年来相继发生多次M_S≥8.0的大地震.(2)这一地带具有特异的地球物理边界场响应和深层动力过程,显示深部物质的重新分异、调整与能量交换.(3)大地震发生与周边地带应力场分布特异,壳、幔结构与介质属性变异及破裂响应与断层面解的属性相关.(4)喜马拉雅地带的三条北倾断裂带以不同角度向深部延伸、震源位置及浅表层的变形特征尚应深化理解.(5)M_S8.1大地震的发生对相邻地带的波场影响强烈,故应强化高精度地球物理场的观测和探测,以"捕捉"未来可能大地震的孕育与发生.

中国地球动力学研究的方向和任务

地球动力学是研究和探索地球内部物质在力源作用下,呈大尺度的运动行为及其在整体运动中物质与能量的交换、深部圈层耦合、介质与结构变异的物理-力学属性、深层过程和动力机制的一门边缘科学。地球动力学集成了当代众多相关学科和学科交叉领域的高、新学科研究成果,它涉及到成山、成盆、成岩、成矿、成灾和深化对地球本体的认识,它在地球科学研究中占有极为重要的地位。本文通过深入研究、综合集成与剖析讨论了该领域四个重要的基本科学问题,即:(1)地球动力学在地球科学研究中的地位和作用;(2)地球动力学研究的趋势和导向;(3)中国地球动力学研究的方向和任务;(4)地球内部物质运移的力源机制和综合研究。

当代大陆内部物理学与动力学研究的导向和科学问题

大陆内部壳、幔结构和动力学机制远比大洋"刚性"板块复杂得多,故板块"登陆"必受限定。为此必须重新认识大陆内部物质在力系作用下的重新分异、调整,即必须重新厘定其大陆内部形成的深层过程和动力学机理。文中指出了以壳、幔结构与深层过程为支柱的地球动力学应予以研究和探索的十大基本科学问题。它们的"核心"主题乃是研究、探索深部物质与能量的交换、运动行为与轨迹和动力学响应。

当代地球物理学研究的核心科学问题和发展导向

地球物理学在20世纪的百年中取得了辉煌的成就,也提出了一系列有待研究和探索的科学问题.基于国家战略需求和自主创新的方针,基于国家在金属矿产资源、油气能源、地震与火山灾害和军事与国防的需求和防范,则必须深化研究和认识地球本体.为此,地球内部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应已成为21世纪地球科学研究和发展的核心,地球物理学必须造福于人类.

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.

第二深度空间金属矿产探查与东北战略后备基地的建立和可持续发展

我国正处于快速工业化和经济腾飞的前夜,对金属矿产资源的需求必将日益增大,而第一深度空间(0～500 m)找矿、勘探和开发的资源量远远不足,且十分紧缺。为此,在多元利用世界资源的同时,必须立足本土,迅速强化进行第二深度空间(500～2 000 m)高精度地球物理找矿、勘探与开发,并从速在我国东北地区建立起金属矿产资源安全、可靠、稳定供给的战略后备基地,以保证我国社会与经济的可持续发展。这是因为金属矿产资源的形成与聚集取决于深部物质与能量的交换和其深层物理-力学-化学作用过程与其动力学响应。为此,本文将讨论以下6个问题:(1)当今世界上各国对金属矿产资源的需求势态。(2)我国在快速工业化和腾飞前夜对金属矿产资源的需求与对外依存度。(3)我国必需金属矿产资源的保障途径之一,世界资源的多元化利用。(4)中国在共享世界资源的同时,必须立足于本土。(5)我国东北多金属矿产资源的深入找矿、勘探、开发和利用与我国东北地域金属矿产资源战略后备基地的建设。(6)必须迅速强化开展地壳内部第二深度空间金属矿产资源的地球物理找矿、勘探与开发。

金属矿产资源的深部找矿、勘探与成矿的深层动力过程

世界上任何一个国家或地区，在科学与技术的进步，社会与经济的发展进程中，无一例外的必须以大量的，各种类型的金属矿产资源为后盾．当今我国正处在快速工业化和经济腾飞的前夜，国内矿产资源供给不足，且紧缺，故对外的依存度日益增大．为此，在多元化共享世界资源的同时，必须以本土资源为本，并迅速建立起安全、可靠与稳定供给的重要金属矿产战略后备基地．本文基于金属矿产资源形成和聚集的深部介质和构造环境，深层过程和动力学响应的新认识，并分析和讨论了国内、外已发现的深部金属矿床实例．据此提出：必须迅速强化进行地壳内部第二深度空间（5002000m）高精度地球物理找矿、勘探和深入研究深部物质与能量的交换与矿产资源形成的深层动力过程．

Some important scientific problems in current lithospheric physics research in China

中国在石版印刷的区域在最近的年期间完成了大部分球的物理研究并且支持了地球科学的发展(Teng， 2004 ) 。然而，在 21 st 世纪，国家需要和政策质问石版印刷的科学球的物理。我为石版印刷建议一般分析，研究，和开发方向球的物理并且清楚地在这个领域里指出内容，核心问题，和关键科学问题。地球和灾难基本上取决于地球物理的高分辨率的观察的山，盆，矿物质，和天赋的基本机制的发现的实现，在岩石圈内的外壳和披风( 2D 和 3D )的好结构的描述，在深地球，深物理、机械、化学的行动的过程，和深动态的反应中的物质和精力交换。因此，地球物理应该是在 21 st 世纪。我在石版印刷的研究与一些问题和困难的分析和讨论结束球的物理。

当今中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

我国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了我国地球科学的发展.然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圏物理学是挑战,也是机遇.为此,必须厘定其今后的发展导向,并凝炼出前瞻性、并具有带动性的创新性核心科学问题.本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题.研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圏内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理—力学—化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在.为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导!本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题及困惑进行了分析和讨论,并提出了有关统一规划和观测仪器与设备的自主研发以及有序进行国际合作等方面的意见.

地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了:1)地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2)地球物理学的发展对计算数学的需求;3)地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.

地球内部物质的运动与动力

地球物理学研究的主体内涵是地球内部物理学,而地球内部物理学研究的核心则是地球内部结构、物质的运动和力源及其响应.在研究和探索地球内部物质与能量交换的深层过程与力源机制的基础上提出:(1)地球内部各圈层结构和物质组成是研究物质运动、介质属性、结构和深层过程的基础;(2)大陆漂移、海底扩张和板块运动是地球内部岩石圈物质飘曳在软流圈上运动极为重要的地球科学事件,大陆溢流玄武岩的喷发和地幔热柱的上升体现了水平力系与垂直力系并存和其耦合响应;(3)强烈地震的发生、火山喷发、青藏高原的整体抬升、第二深度空间金属矿产资源、油气能源形成与聚集是地球内部物质与能量交换的产物;(4)地球内部物质运动的驱动力源是其物质力学属性研究与探索的核心问题之一,但有关一系列的假说却难以解释发生在地球上的诸多事件,唯地幔对流说取得了较多的共识,由于尚缺乏可靠的精确实测论据,故乃为一假说;(5)地球内部放射性元素蜕变和核-幔热动力边界层及其产生的热能可能是驱动地球内部物质运动最可能的能源.地球内部是否可能还存在像天体运动研究中最近提出的'暗物质'和'暗能量'呢?为此尚必须深化认识地球本体.

汶川-映秀M_S8.0地震的地球物理场与动力过程

汶川-映秀M_S8.0大地震发生在当今构造、地震远不如相邻地带的龙门山断裂系上,震间和震后在地表形成了一条长300 km,宽近80 km,发生了70000多次余震的长廊地带,造成了严重的地表破坏和大量人员伤亡,而震前却未见到可视为与大地震发生与发展有因果关系的征兆现象,可是大地震就在这里发生了.多年的研究表明,这次M_S8.0大地震的发生乃是由于印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压,且东构造结向北"顶进"插入青藏高原东北缘力系作用下导致的该区构造、地震均强烈活动,在此背景下:(1)高原腹地壳、幔物质向东运移受阻、应力集中,深部物质重新分异、调整,物质与能量进行强烈交换;(2)震源深处介质属性与结构变异、破裂,且导致重力场的高度不均衡;(3)川西高原,相对低速壳、幔物质在坚硬的四川盆地壳、幔物质阻隔下,沿龙门山陡峭主断裂面相上逆冲,并在龙门山3条不同角度西倾断裂向下收敛处强烈碰撞;(4)震源深处汇聚断裂的形成构成了汶川-映秀M_S8.0大地震的发震断裂.