地球的层圈结构与穿越层圈构造

从1906年发现地核到20世纪60年代,地球物理学、地质学和矿物物理学的研究揭示了地球具有物理化学性质截然不同的层圈结构,并根据全球地震波速度和密度的变化建立了初始参考地球模型。1967年提出的板块构造理论假定刚性的岩石圈板块在塑性的软流圈之上发生运动,在洋中脊不断形成的洋壳逐渐在海沟俯冲,由于板块是刚性的,变形将主要集中在板块边界。板块构造理论成功地解释了大洋岩石圈的形成和消亡、火山和地震活动带的分布以及全球构造格局,给地球科学带来了一场革命。但是,经典的板块构造理论尚未解决板块运动的起源和驱动力、大陆岩石圈的弥散性变形、大陆深俯冲等问题,因此大陆动力学成为对板块构造理论的重要补充。近年来的研究表明:在板块汇聚边界,大洋岩石圈可以俯冲至地幔过渡带、下地幔,乃至核幔边界;而大陆岩石圈可以俯冲至150~300 km深度,然后相对低密度的陆壳物质快速折返形成含柯石英和微粒金刚石的超高压变质带。地幔柱活动是是俯冲板块再循环的产物,不仅可以形成大火成岩省和洋岛玄武岩,还可以把俯冲到地幔过渡带的物质带回浅部,导致蛇绿岩中保留金刚石和深地幔矿物。因此,俯冲带和地幔柱不仅提供了穿越层圈的物质和能量交换的通道,也驱动了对地球宜居性至关重要的水循环和碳循环,是研究地球物质组成和动力学演化的重要窗口。

底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带影响的数值模拟

滑脱层是影响褶皱冲断带的第一因素。为了探讨底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带的影响,本文通过二维有限差分软件FLAC开展了数值模拟研究。常见的泥岩滑脱层具摩擦性质,此类冲断带采用弹塑性模型;而盐岩滑脱层具蠕变性质,此类冲断带则采用黏弹塑性模型。结果表明,底部滑脱层流变性以及厚度对冲断带的变形影响很大。当滑脱层为泥岩时,发育典型的叠瓦状构造样式,变形序列为背驮式向前扩展的有序序列。而当滑脱层为盐岩时,发育背、向斜相间排列的侏罗山式构造样式,并以无序序列演化。底部滑脱层厚度的变化,对泥岩滑脱层的冲断带而言,主要改变其表面坡角,对构造样式和演化序列影响不大;但对盐岩滑脱层的冲断带影响很大,不管滑脱层最厚的地方分布在后陆还是前陆,变形都会最强烈,地表凸起最高。从后陆向前陆加厚的盐岩滑脱层结合由后陆向前陆略为减薄的上覆地层可产生罕见的后冲、后展式演化序列。这些变形的差异主要是由于盐岩比泥岩具有小得多的剪切强度所致。

大数据驱动下变质岩岩石学研究展望

变质岩记录了地球特别是大陆形成以来的演化历史。变质作用是地球出现固态岩石后构造演化的物质记录,是地球岩石圈的黑匣子、深部探针和指示剂,是深时地质记录最典型的地质指纹。变质岩及变质作用承载了地球特别是大陆构造演化过程以及构造体制随时代演化的研究重任。随着变质相平衡研究的发展以及相关数据资料的积累,因应大数据时代的到来,如何完善变质岩岩石学知识体系,对分散的数据进行整合,形成新一代数据平台,运用大数据方法解决前沿科学问题,成为变质岩岩石学新的学科生长点。文章总结介绍了国内外与变质岩有关的数据库(如MetPetDB、PetDB等),并对近年的研究热点做了综述。笔者认为,大数据驱动下,可以针对一些相关科学问题先行开展研究,如:(1)早期大陆的物质、形成机制、生长过程和稳定化;(2)造山带、克拉通结构以及洋陆相互作用的过程;(3)壳—幔相互作用、接触带结构、能量、相转换与物质交换;(4)地球的热体制演化及其与大陆结构与成分演变的时空联系。

不同变形机制对无烟煤化学结构的影响

为了探讨不同的变形机制对无烟煤化学结构的影响,从而深入研究构造煤的化学结构的改变与瓦斯突出之间的相互关系,本文采用沁水盆地南部晋城矿区的无烟煤进行了10组次高温高压实验,并且对实验前后样品进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光拉曼光谱(Raman)和镜质组反射率(VR)的测试和分析.结果表明,除温度对煤化学结构影响较为明显外,应变速率对煤的化学结构也有明显影响.在较高应变速率(4×10^(-5) s^(-1))下,煤主要表现为脆性变形,样品发育具有明显位移的主破裂面,煤化学结构总体变化规律不明显;随着应变速率的降低,韧性变形作用渐趋增强,应变能不断积累,导致煤大分子结构发生晶内位错、滑移,缩合芳环数量和次生结构缺陷数量亦随之增加,脂族和醚键氧等官能团相继裂解析出,形成分子量更低的小分子,产生CO气体.此外,变形实验后样品的Ro,max值均明显大于变形前样品,暗示构造变形作用促进了煤的变质作用,同时镜质组反射率椭球(VRI)是反映构造变形作用类型的有效指标.