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1.
第三篇文章较详细地综述了地球内部构造研究的进展情况,特别是有关地幔结构的一些新的研究成果,其中包括参考地球模型、上地幔及过渡带中的次级间断面和低速层,以及地幔结构的横向不均匀性。 相似文献
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地幔热动力学模型 总被引：5，自引：5，他引：5
地幔,特别是下地幔,远比人们先前的设想活跃.地球物理学、地质学和地球动力学的观测和地球热动力学模拟表明:(1)地幔底部与地核交界处有一厚度为200km 左右的D″层,这是一个非常活跃的区域,它的运动和变化直接与地核的行为有关,仅仅将其看成全地幔对流的以热传导为主体的热边界层是不够的,小尺度的热对流或许主导这一层内部的物质运动,它加热地幔同时又通过热柱将其部分热量输运到地球外层;(2)地幔热柱有可能源于地球初期不均匀的残存堆积,其存储的热量不断地或穿透整个地幔形成热点或消失在软流层中与该层中的次一级对流相耦合;(3)上地幔在670km 深度范围内广泛存在次一级对流体系。其尺度为500—700km 这一对流体系决定了岩石层板块内部的构造和动力活动,其活动周期远比全球规模的板块运动活动周期小得多;(4)全球规模的大尺度全地幔对流与板块构造动力学密切相关。它以不到10亿年左右的时间完成一个周期,它不断地更新地球表层,也搅拌着地幔,同时还输运地球内部的热能向外层空间散发;(5)地幔局部地区层状相互耦合的对流结构在地震层析剖面上有明显的显示,它表明了地幔对流结构的复杂性,仅管我们对此相知甚少,但它或许是无法避免的;(6)岩石层是人类熟知的赖以生存的方舟,它的运动和构造反映了上述所有运动信息,仅仅将其视为一对流体系的热边界层是不够的,它自身作为一个独立的力学单元影响了整个地幔的热动力学过程.因此,面对如此活跃的、复杂的地幔,用一个单一的模型去描述它是不合适的.上述各种热动力学单元及其运动均有自身的力学特征及运行机制和规律,但它们又是相互作用和影响而构成地幔整体,这就是一个真实的但又模糊不清的地幔热动力学模型.为了完善这一模型,需要更多的、细致的地球物理和地球动力学的观测资料以及需要我们更深刻地理解和更认真地解释这些资料的地幔热动力学背景. 相似文献
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本文提出在综合地球物理研究中，为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况，重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题，广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果，及其对应的地幔深部结构，发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中，重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提，虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度，但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常，所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演，定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中，剥离了非均匀地幔的重力效应，2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(4)
地球自由振荡携带着丰富的地球内部结构信息,地球内部核幔边界的横向非均匀性问题是当今地球物理学相关学科研究的热点和难点.为了研究不同尺度横向非均匀结构对地球自由振荡的影响,本文在PREM地球模型中分别引入具有横向非均匀结构的D"区和超低速异常带(ULVZ),构建了有针对性的、新的不同尺度横向非均匀结构地球模型,采用波动方程的谱元解法开展地球自由振荡与地震波传播的长时程数值模拟、频谱分析及功率谱密度分析,以评估不同尺度横向非均匀结构对地球自由振荡的影响,从而为研究地球自由振荡的影响因素、优化地球内部结构模型等提供参考.本文的数值结果及其分析显示,除0S27、0S28、0S29和0S30振型外,核幔边界的这两类横向非均匀结构对自由振荡大部分基频振型的特征频率几无影响,仅对幅值有不同程度的影响.这一结果表明:基频振型中0S27、0S28、0S29和0S30振型适合于利用地球自由振荡谱线分裂现象分析核幔边界地幔侧横向非均匀结构的研究,而其余基频振型则不适合此类研究. 相似文献
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全球地表热流是反映地球内部热与动力学过程的一种主要能流.本文在三维球坐标框架下，就几个不同的粘度模型分别研究地幔内部密度异常(基于全球地震层析结果)以及板块运动激发的地幔流动的热效应及其对于观测地表热流产生和分布特征的贡献.由于地幔动力系统具有较高的Pe数，可以期望由板块运动激发的地幔流动将强烈地扰动地幔内部初始传导状态下的温度场以及地表热的热流分布.结果表明，与地幔内部密度异常产生的热效应相比，运动的板块及其激发的地幔流动在全球地表观测热流的产生和分布特征上起着更为重要的作用.观测到的大洋中脊处的高热流在很大程度上可以归因于板块激发的地幔流动的热效应.计算的平均温度剖面较好地揭示了岩石圈和D″层的温度特征，即温度随深度的剧烈变化，这与我们目前通过其他手段对岩石圈和D″层的温度结构了解是一致的.一个下地幔粘度比上地幔高出30倍的粘度结构(文中使用的粘度模型2)较之其余模型的拟合程度似乎更好. 相似文献
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假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果. 将地震层析成像数据转化为地幔温度(或密度)不均匀分布，考虑热流体动力学的三个基本方程，顾及热输运方程中的非线性项，直接将地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载引入基本方程, 反演计算地幔对流. 本文在利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的新理论和方法的基础上，用SH12WM13地震层析成像模型数据，计算了全球地幔对流格局. 结果表明，对流格局不仅依赖地震层析成像数据，而且在很大程度上受地幔动力学框架、热动力参数和边界条件的所确定的系统响应函数的影响. 显示了地幔中复杂的对流格局，特别是区域性层状对流以及多层对流环可能在地幔中存在的现象. 相似文献
7.
安振昌 《地震地磁观测与研究》1984,(5)
一、前言电导率是表示地球内部物质成份与物理状态的一个重要参数。研究地壳和上地幔电导率的横向变化,可以提供与地质构造有关的信息,它对研究地球内部的温度及其分布也具有重要意义,通过对电导率的测定和研究,能使我们更好地了解地壳及上地幔的热性质。探测地球内部电导率的方法主要有三种,即经典四电极电阻率测深法、大地电磁测深法和地磁测深法。经典四电极电阻率测深法在研究大陆地质方面有特殊的意义;大地电磁测深法主要用于大陆上,近年来也用于海洋上;磁测深能够测定地壳上地幔电导率分布的横向不均匀性,也能估算导电体的深度和相应的电导率。地壳和上地幔电性结构横向不均匀性的研究程度,取决于磁力仪的疏密程度。 相似文献
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热幔柱构造与地核热能 总被引：5，自引：0，他引：5
地核内部的压力和温度比以前人们的设想高得多。地核加热部分下地幔使之在地幔中升起形成热幔柱。有些热幔柱穿岩石圈在地表形成热点，其余热幔柱消溶在上地幔形成热室。这是上地幔在结构和温度上不均匀的原因，也是激发控制全球变化的头等重要因素。 相似文献
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四年来利用各种地震震相与地震技术广泛地研究了地球内部的深部构造。大部分研究着重围绕在对地核和地幔横向速度非均匀性的定量的三维描述上。据认为,这些非球面的速度变化是与对流过程有关的热和结构的非均匀性的直接体现。地球深部横向速度变化第一代全球模型的提出,提供了反映非稳态热对流系统的大尺度构造的令人神往的图象。地幔上部400公里的深部具有最强的横向速度变化,横波速度达±10％。不要求先验区域化的面波分析表明,地面构造区域与地幔顶层的速度变化有着密切的联系。因此,上地幔200公里深部的热和对流状态可从板块构造的角度得到可靠的解释。由于海洋和活动构造区域的速度构造差异一直延续到400公里的深度,上地幔模型证实了大陆有深根的论点。在400到670公里的过渡层以及整个下地幔内,测得波长很长的横向速度变化为百分之几。这些深部的变化与地表构造没有多少对应关系,现正开始尝试对其性质作出解释。地幔最下部200公里(D″域)的横向速度起伏与在上地幔中的那些起伏是类似的,并且有证据表明,D″层顶部存在着明显的速度不连续性。能粗略反映岩石圈面目的、结合热和结构的边界层是对这种异常区的可靠解释。核-幔边界似乎有显著的(10公里)长波长起伏,这大概是由来自深地幔对流的动力学应力来维持的。内核可能有强的横向非均匀性或轴对称各向异性,从而表明了其复杂的热和结构的状态。在描述地幔内短周期体波频带的非弹性衰减的频率依赖性的特征方面已取得了重要的进展。用于远震 P 波衰减因子的模型是收敛的,即适合于1赫的 t~*值是0.7—1.0秒,而适合于4赫处的 t~*值为0.4—0.6秒。衰减的区域性变化也正在慢慢地被认识。 相似文献
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把磁场观测数据向导电区域延拓,是地球电磁学的经典问题之一．从准静态近似和非零矢势规范的电磁场方程出发,依据矢量的球面分解唯一性定理,本文建立支配三维非均匀电寻率分布全球地慢中的环型场、极型场和电位势场的耦合方程组烤虑地球深部研究对认识全球地幔非均匀性横向变化尺度的限制,提出横向缓变意义下三维非均匀地幔中电场和磁场的摄动理论,其零级近似不要求电导率分布一维球对称．作为零级近似可解的例证,研究了地幔深源极型场的反扩散问题,在利用地面磁场观测反演到核幔边界时,可以考虑地幄横向非均匀性影响． 相似文献
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地震层析地球内部密度分布横向不均匀研究 总被引：2，自引：1，他引：2
本文使用Woodhouse和Dziewonski等分别用S波和P波层析分析提供的,以670km深度为分界的上地幔和下地幔地震波传播所反映出的横向不均匀的球谐函数系数,假定地幔内部密度与正常水平的偏离分别与P波和S波的速度Vp和Vs成比例（下地幔δρ=γδVp,上地幔δρ=σδVS2）,并用一组新的球谐函数系数表示全地幔密度分布模型.计算结果表明:1.比例系数γ=0.199,σ=3.13×10-5时,该全地幔密度模型可以70％恢复Dziewonski提供的下地幔密度模型,50％恢复Woodhouse提供的上地幔密度模型.合成密度分布基本上反映了分别由P波和S波速度异常所提供的地幔密度分布特征;2.所有穿过太平洋中部的剖面均明显地显示出一个低密度异常从地表一直延伸到核-幔边界;3.所有大陆下部均存在一个高密度异常区,而且深入到1200-1300km深度处;4.由密度异常的正、负交替基本上将部分地区地幔分成为3层,其深度依次为:第1层25-1300km左右,第2... 相似文献
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Effects of relative plate motion on the deep structure and penetration depth of slabs below the Izu-Bonin and Mariana island arcs 总被引：2，自引：0，他引：2
An increasing number of seismological studies indicate that slabs of subducted lithosphere penetrate the Earth's lower mantle below some island arcs but are deflected, or, rather, laid down, in the transition zone below others. Recent numerical simulations of mantle flow also advocate a hybrid form of mantle convection, with intermittent layering. We present a multi-disciplinary analysis of slab morphology and mantle dynamics in which we account explicitly for the history of subduction below specific island arcs in an attempt to understand what controls lateral variations in slab morphology and penetration depth. Central in our discussion are the Izu-Bonin and Mariana subduction zones. We argue that the differences in the tectonic evolution of these subduction zones—in particular the amount and rate of trench migration—can explain why the slab of subducted oceanic lithosphere seems to be (at least temporarily) stagnant in the Earth's transition zone below the Izu-Bonin arc but penetrates into the lower mantle below the Mariana arc. We briefly speculate on the applicability of our model of the temporal and spatial evolution of slab morphology to other subduction zones. Although further investigation is necessary, our tentative model shows the potential for interpreting seismic images of slab structure by accounting for the plate-tectonic history of the subduction zones involved. We therefore hope that the ideas outlined here will stimulate and direct new research initiatives. 相似文献
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In this work, many global tomographic inversions and resolution tests are carried out to investigate the influence of various mantle and core phase data from the International Seismological Center (ISC) data set on the determination of 3D velocity structure of the Earth's interior. Our results show that, when only the direct P data are used, the resolution is good for most of the mantle except for the oceanic regions down to about 1000 km depth and for most of the D″ layer, and PP rays can provide a better constraint on the structure down to the middle mantle, in particular for the upper mantle under the oceans. PcP can enhance the ray sampling of the middle and lower mantle around the Pacific rim and Europe, while Pdiff can help improve the spatial resolution in the lowermost mantle. The outer core phases (PKP, PKiKP and PKKP) can improve the resolution in the lowermost mantle of the southern hemisphere and under oceanic regions. When finer blocks or grid nodes are adopted to determine a high-resolution model, pP data are very useful for improving the upper mantle structure. The resulting model inferred from all phases not only displays the general features contained in the previous global tomographic models, but also reveals some new features. For example, the image of the Hawaiian mantle plume is improved notably over the previous studies. It is imaged as a continuous low velocity anomaly beneath the Hawaiian hotspot from the core-mantle boundary (CMB) to the surface, implying that the Hawaiian mantle plume indeed originates from the CMB. Low-velocity anomalies along some mid-oceanic ridges extend down to about 600 km depth. Our results suggested that later seismic phases are of great importance in better understanding the structure and dynamics of the Earth's interior. 相似文献
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计算了对应于各个ＵＴ小时的２４个经度带的Ｓq地下感应场对外部施感场的响应函数，应用Ｓｃｈｍｕｃｋｅｒ＇ｓＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅＥｕｒｉｓｔｉｃ反演方法，计算了这些经度带的地下等效层及其电导率分布，得到了地壳－上地幔电导率经向分布的大致图案。对该结果的分析研究得出，全球电导率经向分布存在着极大的不均匀性，在０－４００ｋｍ深度范围内，太平洋和大西洋为低导区；欧亚大陆与美洲大陆为高导区。电导率分布特征与岩石层结构有明显的相关性：在俯冲带，低导区由海洋向大陆下插入；在大洋中脊表现为高导电性。反演结果与地震层析成像结果的比较表明，地下高电导区和低电导区的位置分别对应于地震波低速区和高速区。 相似文献
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华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及“板块动力模型”研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于“运动模型”阶段,而没有进入“动力模型”阶段.如果地幔密度异常是驱动地幔物质流动的成因,那么就有可能基于重力学方法以“板块动力模型”的形式建立地幔密度异常驱动模式;软流圈中可能存在着动力特性不同的区块,地幔密度正异常代表物质盈余、区块内的物质要向区块外移动,地幔密度负异常代表物质亏损、区块外的物质要向区块内移动.本项目采用重力和地震资料相结合研究地球的整体分层,根据重力大地水准面联合地震波速度结构反演求解地幔密度异常,再根据地球正常密度假说和板块运动重力学机制的观点并与现有“板块运动模型”相结合,分析地幔密度异常动力区块,初步建立“基于重力学机制的板块动力模型”;为最终建立多学科机制的“全球板块动力模型”,迈出重要一步. 相似文献
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We use geodynamic models with imposed plate velocities to test the forward-modeled history of subduction based on a particular plate motion model against alternative seismic tomography models. We utilize three alternative published reference frames: a hybrid moving hotspot-palaeomagnetic, a hybrid moving hotspot-true polar wander corrected-palaeomagnetic, and a Subduction Reference Frame, a plate model including longitudinal shifts of subduction zones by matching subduction volumes imaged by P-wave tomography, to assess which model best predicts present day mantle structure compared with seismic tomography and volumetrically derived subduction history. Geodynamic modeling suggests paleo-longitudinal corrections applied to the Subduction Reference Frame result in lower mantle slab material beneath North America and East Asia accumulating up to 10–15° westward of that imaged by tomography, whereas the hybrid models develop material offset by 2–9°. However, the Subduction Reference Frame geodynamic model produces slab material beneath the Tethyan Domain coinciding with slab volumes imaged by tomography, whereas the hybrid reference frame models do not, suggesting regional paleo-longitudinal corrections are required to constrain slab locations. We use our models to test inferred slab sinking rates in the mantle focusing on well-constrained regions. We derive a globally averaged slab-sinking rate of 13 ± 3 mm/yr by combining the ages of onset and cessation of subduction from geological data and kinematic reconstructions with images of subducted slabs in the mantle. Our global average slab-sinking rate overlaps with the 15–20 mm/yr rate implied by mantle convection models using a lower mantle viscosity 100 times higher than the upper mantle. 相似文献
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全球地震层析地幔密度横向不均匀及大陆动力学 总被引：4，自引：0，他引：4
地震层析为我们提供了研究全球及区域地幔横向不均匀的有力工具。本文使用Ｓ１２－ＷＭ１３［１］层析模型,假设地震波速度异常与密度异常之间呈线性关系［２］,以ＰＲＥＭ模型［３］为基础,计算了全球和部分区域的球谐展开１２×１２阶地幔密度异常分布;分析了一系列的结果,特别分析了大陆下部地幔密度异常的基本格局;讨论了其对大陆动力学研究的意义。应用于中国大陆发现,整个中国大陆下部７０ｋｍ－１５０ｋｍ深部范围内是地震剪切波的低速带或密度低的地区,而在１５０－４００ｋｍ范围中又处于密度高的异常地带。本文从地幔动力学的观念出发讨论了中国大陆岩石层构造运动的地幔动力学问题。 相似文献
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The Earth's mantle contains a mixture of primordial noble gases, in particular solar-type helium and neon, and radiogenic rare gases from long-lived U, 232Th, 40K and short-lived 129I, 244Pu. Rocks derived from deep mantle plume magmatism like on Hawaii or Iceland contain a higher proportion of primordial nuclides than rocks from the shallow upper mantle, e.g. mid ocean ridge basalts (MORBs). This is widely regarded as the key evidence for survival of a less degassed and more “primitive” reservoir within the lower mantle. We present an evaluation of noble gas composition showing the shallow mantle to have about five times more radiogenic (relative to primordial) isotopes than Hawaii/Iceland-type plume reservoirs, no matter if short- or long-lived decay systems are considered. This fundamental property suggests that both MORB and plume-type noble gases are mixtures of: (1) a homogeneous radiogenic component present throughout most of the mantle and (2) a uniform primordial noble gas component with very minor radiogenic ingrowth. This conclusion depends crucially on the observed excess of radiogenic Xe in plume-derived rocks, and is only valid if this Xe excess is inherent to the plume sources.Possible sources of the primordial component of mantle plume reservoirs—and possibly also the MORB mantle—could be mantle reservoirs that remained relatively isolated over most of Earth's history (“blobs”, a deep abyssal layer, or the D” layer), but these need a considerable concentration of primordial gases to compensate U, Th, K decay over 4.5 Ga. Earth's core is evaluated as an alternative viable source feeding primordial nuclides into mantle reservoirs: even low metal-silicate partitioning coefficients allow sufficient primordial noble gases to be incorporated into the early forming core, as the undifferentiated proto-Earth was initially gas-rich. Massive mantle degassing soon after core formation then provides the opposite concentration gradient that allows primordial noble gases reentering the mantle at the core-mantle boundary, probably via partial mantle melts. Another possible source of primordial noble gases in Earth's mantle are subducted sediments containing extraterrestrial dust with solar He and Ne, but this supply mechanism crucially depends on largely unconstrained parameters. The latter two scenarios do not require the preservation of a “primitive” mantle reservoir over 4.5 Ga, and can potentially better reconcile increasing geochemical evidence of recycled lithospheric components in mantle plumes and seismic evidence for whole mantle convection. 相似文献