壳幔物质与深部过程
壳幔混合成因-概述说明以及解释
壳幔混合成因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述壳幔混合成因是地球科学领域的一个重要研究课题。
它涉及到地球内部的壳层和地幔层之间的相互作用和交换过程。
壳幔混合成因的研究在地质学、地球化学和地球物理学等多个学科领域都有广泛的应用和意义。
地球是由不同层次组成的，其中最外层是地壳，下面是地幔。
地壳是我们生活的地方，它包含了岩石、土壤和水等。
地幔则是地球内部最大的层次，占据了地球半径的大部分。
由于地壳和地幔在性质和组成上存在差异，它们之间的相互作用会对地球的演化和动力学过程产生重要影响。
壳幔混合成因的现象主要发生在地壳板块俯冲带和拆沉带等地球构造活动的区域。
在这些区域中，地壳板块在俯冲或拆沉过程中与地幔发生相互作用，导致地壳物质与地幔物质的混合。
这种混合作用使得地壳物质中富含地幔物质的成分，同时也使得地幔物质中富含地壳物质的成分。
壳幔混合成因的研究有助于我们理解地球内部的物质循环和岩石循环过程。
它对地球内部的物质分异、地球表面的地质过程和构造演化等都具有重要意义。
通过分析和研究壳幔混合成因的过程，我们可以揭示地球内部的动力学机制和地球表层的构造变化。
这对于预测地震、地质灾害等自然灾害具有重大意义。
综上所述，壳幔混合成因是一个涉及地球内部物质交换和相互作用的重要研究领域。
通过深入研究壳幔混合成因的过程和机制，我们可以更好地理解地球的演化过程和构造变化，为地球科学的发展做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以编写如下：文章结构部分旨在介绍整篇长文的组织架构，让读者对文章的脉络有一个清晰的认识。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
首先，我们会对壳幔混合成因这一主题进行概述，简要介绍其背景和重要性。
接着，我们会详细说明文章的组织结构，包括各个部分的主要内容和章节的逻辑顺序。
最后，我们会明确文章的目的，即通过分析壳幔混合成因的要点，提供读者对这一问题更深入的理解。
壳幔作用的途经和判定这一作用的地球化学方法
壳幔作用的途经和判定这一作用的地球化学方法摘要壳幔相互作用是当代地球科学,特别是深部地质和大陆动力学研究的重要课题。
本文介绍了壳幔相互作用的途经：底侵作用和拆离作用；以及判定这一作用的地球化学方法和证据。
关键词壳幔作用底侵作用拆离作用地球化学地球是已知太阳系中唯一一个具有演化的(安山质或英云闪长质) 大陆地壳的行星, 而其它行星, 如月球的月壳由基本未经演化的玄武岩组成。
大陆地壳这种独具特色的组成是如何形成的? 现有研究已证实, 原始地壳是由地幔通过部分熔融产生的岩浆上侵和喷发而成。
因此,为了回答上述地球科学的基本理论问题, 人们必须了解以下壳—幔双向物质交换机制和质量迁移量〔1〕: ①地幔是如何通过部分熔融作用形成地壳的?②地壳物质又是如何通过再循环( recycling)过程返回地幔的?③地壳形成和演化机制在地质历史上是否发生过明显变化?由于软流圈是地幔岩浆的主要策源地, 因此,软流圈地幔和岩石圈地幔以及地壳三者之间的物质交换过程对于认识大陆动力学至关重要。
众所周知, 板块构造在解决大陆地质问题时遇到了许多困难。
例如,大陆地壳为何可保存长达数十亿年而不被消减掉? 大陆内部为何有岩浆作用?为何古老造山带通常是没有山根的? 含柯石英和金刚石的超高压变质带为何会大面积折返暴露地表? 近年来,底侵作用(underplating)和拆沉作用(delamination)受到地质、地球物理和地球化学家们共同重视的另一壳—幔交换过程,被用来解释软流圈、岩石圈地幔和地壳三者之间的物质交换以及随之而造成的山脉隆升、盆地形成过程和陆内大规模岩浆作用等现象。
1 壳幔作用的途经1.1 底侵作用(underplating)底侵作用是指来自深部的岩浆向上侵位、添加和囤积的过程, 它实际上包括两种情况:(1)来自上地幔部分熔融产生的基性岩浆侵入或添加到下地壳底部;(2) 下地壳(包括壳幔混合层) 岩石的部分熔融形成的岩浆向中上地壳的侵位和添加[2]。
地球系统的多圈层构造
地球系统的多圈层构造摘要:地球系统多圈层构造学的基本理论框架是：（1）将大地构造研究从地壳和岩石圈构造扩展到整个地球系统的多圈构造。
(2)由地球系统和宇宙天体系统共同驱动的全球动力学：太阳能、地球系统的多层相互作用以及宇宙系统中天体运动的共同作用是各种地质作用的驱动力。
(3)大陆-海洋转换理论：大陆和海洋是两个对立而统一的地质单元，可以相互转化;大陆和海洋都不会永远存在;不存在大陆增生或海洋消亡的单向发展;简单的单向大陆加积理论被认为是无效的。
(4)大陆地壳和地幔具有多层的特点，不同的层容易沿着它们之间的界面滑动，但需要证实大陆是作为一个整体运动的，甚至是自由漂移的。
(5)循环进化理论：地球构造的发展不是一种匀速变化，而是一种螺旋式向前演化，其特征是非匀速、非线性、渐变和突变相结合;摘要不同的地球演化阶段（构造旋回）具有不同的全球构造格局和特征，不能将同一种构造模式应用于不同的构造旋回或演化阶段。
(6)地球的结构和演化具有非对称性和非均匀性，一种构造模式不可能适用于世界不同地区。
(7)大陆地壳的多旋回演化:大陆地壳是由多环构造和岩浆作用,而不是简单的横向或垂直吸积。
(8)深大断裂的作用:深断裂带切割通常通过不同层的地壳和地幔构造演化中扮演重要角色。
例如,现在的大洋中脊断层、转换断层区和贝尼奥夫带概述全球构造格局。
不同的构造周期和地球的进化阶段必须有自己的独特的深层断层系统,控制全球构造格局和演化过程在不同构造周期和阶段。
以Jason（太平洋）和Tuzo （非洲）两个地幔超地幔柱为起点，研究中国及亚洲其他地区中新生代构造格局大变革、大重组过程中壳幔组成与结构的演化过程，是对地球系统多圈构造理论的一个很好的论证。
关键词:深断裂、全球动力学、旋回演化理论、多圈层构造、陆海转换理论、地球系统科学1 引言19世纪中叶以来，出现了两种具有代表性的大地构造理论：地槽-地台理论和板块构造理论。
地槽-地台理论提出于19世纪中叶，盛行于20世纪上半叶，标志着地质学家对地壳构造及其演化理论研究的开始。
地球内部物质组成及其动力学
地球内部物质组成及其动力学地球是我们所生活的星球，从表层看，它是一个蓝色的星球。
而对于地球的内部，我们所知甚少。
地球内部的物质组成及其动力学一直是一个备受科学家研究的话题。
在本文中，我们将探讨地球内部的物质组成及其动力学历程，带领读者一起深入了解地球的内部世界。
一、地球内部物质组成地球的内部分为三个层状结构：地核、地幔和地壳。
地壳包裹在地幔外侧，地幔又包裹在地核之外。
1. 地壳地壳是地球最外层的固体壳体，分为海洋地壳和大陆地壳，厚度普遍在7-70公里之间。
地壳的物质组成丰富多样，包括硅酸盐矿物、石膏、盐川石、炭黑、煤炭等。
海洋地壳主要由玄武岩构成，而大陆地壳则以花岗岩和基性岩为主。
2. 地幔地幔是地球内部的一层，包裹在地核和地壳之间，厚度约为2770公里。
地幔也是地球上体积最大的部分，其物质主要是含有铁、镁和硅的矿物质，比如橄榄岩、辉石岩等。
地幔的物质密度也比地壳高，因此地幔的厚度也比地壳要大得多。
3. 地核地核是地球内部最深处的一个部分，厚度约为3480公里。
地核主要由铁和镍构成，它们的密度比地壳和地幔高得多。
地核分为外核和内核两部分，外核温度很高，主要是通过对流而产生的随机涡流动作生成地磁场。
内核则相对凉爽一些，但温度依然异常高。
二、地球内部的动力学过程除了知道地球的内部物质组成，我们还要了解地球内部的运动过程以及它们对地球表面的影响。
地球内部通常被认为是一个诡异、活跃、变幻无常的环境。
1. 热对流地幔的一部分被加热并且为了释放掉这些热量，发生了对流。
这种对流是由于温度和密度的差异而产生的，热的部分会上升，冷的部分则下降。
这种对流的运动也是一个传热的过程，这种传热对于地球的温度保持非常重要。
2. 岩浆运动地幔中的岩浆也会通过对流运动而经常穿过地壳达到地表。
在地表，岩浆冷却后变成了岩石。
这种过程便构成了火山的形成过程。
不仅如此，岩浆也是地球表面的重要构成，而且还是各种金属矿物的重要来源。
3. 地震和板块构造最引人注目的地球内部动力学现象之一是地震。
第四章 化学地球动力学及深部过程地球化学示踪
（接上页） 球层圈的相互作用，包括壳/幔、上/下地幔、以至核/幔过渡带 的物质交换与再循环等，来解释多种地幔端元的成因。也就是 说由地幔化学结构的多样性，进而产生了从地球圈层相互作用 来揭示地球动力学的构想。 *多同位素体系线性和非线性数值模拟技术的发展，使有可能 模拟地球、地幔不均一化学结构的形成与层圈相互作用，以期 揭示壳幔演化历史及地球动力学。 因此，产生了将地球视为一个统一的动力学系统，以层圈 的相互作用为主导，以揭示壳、幔化学组成和演化为基础，探 讨地球发展历史与动力学的化学地球动力学(chemical geodynamics)的构想(Allegre,1982; Zindler & Hart,1986)。
北太平洋型陆块省：铅同位素具有NHRL 特征，分布于北美西部以及亚洲的西伯利 亚与华北之间； 东冈瓦纳型陆块省：具有较高的 206Pb/204Pb和DUPAL异常特征，范围包括 澳洲西部、南部非洲、印度、印度支那和 华夏（华南）；
西冈瓦纳型陆块省:具有高206Pb/204Pb和高μ 值特征， 范围包括非洲中部、南美、南极和澳洲东部； 劳亚或北大西洋型陆块省：具有低206Pb/204Pb和近于 原始地幔的低μ 值特征，范围包括欧洲、格陵兰、北 美东部、西伯利亚、华北和塔里木。 与大洋同位素省对比前三个陆块省可分别相当 于三个大洋省，只有北大西洋型陆块省还没有找到对 应的大洋省。
各类型地幔端元的同位素组成特征
143Nd/144Nd 87Sr/86Sr 206Pb/204Pb 176Hf/177Hf
0.5131~ 0.5133 0.7020~ 0.7024 15.5 ~ 17.8
0.2831 ~0.2835
高U/Pb值地幔(HIMU)
I 型富集地幔(EM I) 流行地幔（PREMA） 原始地幔(PM)
青藏高原东北缘新生代构造演化与深部动力学过程
附件10“青藏高原东北缘新生代构造演化与深部动力学过程”重大项目指南青藏高原的侧向生长与深部过程，是了解大陆碰撞变形与演化机理的关键，也是研究陆内造山过程的“金钥匙”。
青藏高原东北缘是正在发育的青藏高原和正在破坏的华北克拉通之间的构造转换带。
该地区晚新生代以来构造变形十分强烈，遍布全区的第四纪褶皱、逆冲和走滑断裂，表明整个地区都正在遭受着地壳缩短和水平剪切，并且伴随着垂直隆升作用，构成了青藏高原最新的、正在形成的组成部分。
青藏高原东北缘是“南北地震带”与海原-六盘山-渭河地震带的交叉处，地震活动强烈，历史上有过多次8级以上强震，其地震灾害与地表变形和深部过程的关系，是国家近年围绕可持续发展战略而制定的重要科学目标，也是探索青藏高原岩石圈变形及向外围克拉通构造域转换过程与动力学的关键部位和绝佳实验场所。
众多青藏高原隆升扩展的动力学模型都可通过该地区岩石圈结构变形研究及动力学数值模拟来甄别验证。
在既有工作基础上，补充关键地区的地质观测和高分辨率地球物理探测资料数据，并利用高分辨率超大规模并行有限元数值模拟技术，对该区域既有和全新的概念性演化模型进行充分甄别、检验、进一步完善和提升，从而获得四维地球动力学时空演- 1 -化模型，推进青藏高原隆升过程及其对周缘演化和陆内造山机制的认识，提升我国地球动力学界在国际学术界的影响力，并为我国防震减灾工作奠定新的理论基础。
一、科学目标通过青藏高原东北缘构造演化的时空过程恢复、结合高分辨率地球物理探测、开展多时空尺度的三维有限元建模与数值模拟，厘清深部结构与岩石圈变形行为、浅部构造演化与深部时空演化形变之间的关系，阐明青藏高原侧向生长及陆内造山的地球动力学过程和机理，探索青藏高原东北缘地区构造演化和地震孕育环境之间的内在联系，实现地表构造变形、断层地震活动与深部三维构造活动相联系的定量化模型计算，探索统一的大陆地球动力学解释。
二、研究内容（一）东北缘构造变形几何结构、运动图像完善与演化过程恢复。
高级岩浆岩石学复习题-答案
一、岩浆岩的成因1．岩浆岩成因包括哪两个基本过程？什么是原生岩浆和演（进）化岩浆？什么是部分熔融？固体地幔与地壳发生部分熔融产生原生岩浆的基本缘由是什么？岩浆岩成因包括岩浆的起源与演化。
岩浆的起源：在合适的温压条件下地壳或上地幔发生部分熔融，产生原生岩浆的作用过程。
岩浆的演化：就是原生岩浆通过各种作用派生为多种多样进化岩浆及岩浆岩的过程。
其中主要发生了分异作用，岩浆混合作用和同化混染作用。
原生岩浆：是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形成的成分未发生变异的岩浆进化岩浆：经分异作用产生的派生岩浆又可成为进化岩浆导致固体地幔/地壳发生部分熔融的基本缘由（1）地温异样：由于软流圈上隆、地幔柱上升、或板块俯冲引起地温异样，超过源岩的固相线温度（即起始熔融温度）。
（2）挥发份的加入：由于挥发份的加入使源岩的固相线温度降低。
三种体系。
（3）压力变更：由于地幔对流、拆沉、去根作用或大断裂诱发的减压熔融；在某些状况下，增压也可以引起部分熔融，增压熔融。
2．限制原生岩浆类型与成分的主要因素有哪些？（1）源岩及源区的性质和组成；（2）起源温度与熔融程度；（3）起源压力与深度；（4）挥发份的类型及含量3．岩浆的三大源区指的是什么？这些不同源区分别能产生哪些岩浆？（1）地幔岩浆：各类玄武岩浆（碱性玄武岩浆、拉斑玄武岩浆），金伯利岩浆、碳酸岩浆。
（2）陆壳岩浆：花岗岩类岩浆（3）俯冲洋壳：埃达克岩浆、钙碱性或岛弧拉斑质岩石组合（玄武岩——玄武安山岩——安山岩——英安岩——流纹岩）4．说明相图中以下名词：固相线温度与固相线矿物，液相线温度与液相线矿物，熔融区间固相线温度：物体起先由固态变为液态的最低温度固相线矿物：是指与固相线的岩浆平衡共生的矿物液相线温度：物体部分熔融到最终一个矿物结束熔融时的温度液相线矿物：是指与液相线的岩浆平衡共生的矿物(从理论上讲,矿物的数量为无穷小)熔融区间：物体它的熔化温度是在一个范围进行的，即由起先熔化温度和熔化终了温度组成，这个区间叫做熔融区间。
6-岩石圈热结构
第6章岩石圈热结构岩石圈热结构是指一个地区壳、幔两部分热流的配分比例及其组构关系。
壳幔热流的配分影响到深部温度的分布、地壳及上地幔的活动性。
人们很早就关注热结构的问题，但直到20世纪60年代才有所突破。
1968年，Birch等(1968)提出地表所观测到的热流由两部分构成：一部分源于地壳浅部放射性元素U、Th、K衰变所释放的热量；另一部分为该层之下，来自地壳深处和上地幔的热量。
稍后，Blackwell (1971)正式提出热结构一词，以表征大陆地区壳、幔热流构成和配分情况。
可以认为，壳、幔热流的划分及热结构概念的提出是理论地热学研究的一项重大突破。
在以后二十多年时间里，人们始终致力于累积不同地质构造单元壳、幔热流的实际资料，而对热结构的内涵未作进一步论述。
随着研究工作的不断深入，汪集旸和汪缉安(1986)认为热结构概念应进行补充和引申：热结构不单指一个地区壳、幔两部分热流的构成和配分，而且还应当包括地壳内不同岩层之间的热流构成和配分比例，应当将地壳温度也考虑进去。
这样做的目的是：第一，深部地球物理探测研究表明，大陆地壳结构十分复杂，在许多情况下已无法用传统的地壳结构加以概括，在了解壳，幔热流构成及其配分比例的同时，不应忽视地壳内部各岩层之间的热流构成；第二。
七地壳是各种构造运动包括地震活动最活跃的场所，研究地壳热结构对阐明区域构造的稳定性和地震形成机制等问题有益；第三，就沉积盆地而言，了解地壳最上部10多公里范围内的热量配分和温度状况，对于了解整个沉积盆地的发生、发展与油气生成聚集期之间的关系具有更为直接的现实意义。
岩石圈热结构对地球动力学过程有着重要影响。
岩石圈热状态决定着岩石圈的流变和物理性质，从而影响着构造变形的特征和地质演化过程，也影响着地震波传播的速度和衰减及地磁、重力等地球物理场分布（石耀霖，1990）。
因此，岩石圈热结构研究已成为地质学、地球物理学和地球化学共同的研究对象，在石油、天然气、矿山、地热等与国民经济密切相关的方面将发挥出巨大的作用。
第四章 化学地球动力学及深部过程地球化学示踪
图4 中国主要地体上地幔Nd-Sr-Pb(206、207、208)同位素 组成的五维拓扑空间投影图解
1.华南陆快；2.南半球和冈瓦纳；3.华北陆块；4.北太平洋（朱炳泉，1991） 。
图5 全球麻粒岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
G-L:格陵兰…拉布多拉； Le：苏格兰路易斯； In：印度； A：澳大利亚； Si：西伯利亚； An：南极； SF： 南非； SA：南美；NC：华北；SC：华 南；SG-W：南戈壁乌拉山群；J：佳木斯麻山群（朱炳泉，1998）。
~0.5128
0.7026~ 0.7030
~0.707 0.7035 0.7045
21.0 ~ 22.0
16.5 ~17.5 18.5 ~ 19.5 18.3 17.35~17.5
~ 0.2893
0.2826~ 0.2827 0.2828 ~~ ~~
0.5123~ 0.5124 0.7045~ 0.7060 0.5130 0.512438
图6 中国大陆不同块体铅同位素206Pb/204Pb分布柱状统计图（
Zhu, 1995） (A) 新生代玄武岩；(B)中生代花岗岩长石. 1－华北；2－扬子；3－华南；4－东北 兴安岭地区；5－西藏。
4．关于地幔区域不均一性形成的争议与启示
争议：概括为两类：（1）地球地幔原始均一后来演化为不均一； （2）地球地幔原始不均一后来再发生演化。 *地球地幔原始均一后演化出不均一说：地球原始是均一的 ，后自身分异，尤其 是 层圈相互作用和再循环导致不均一。这是 迄今地球化学的统治思想。表现为对全球地幔采用统一的原始地 幔标准。如对于南半球地幔显示出的同位素组成特殊性，认为是 异常。对其形成，尽管存在着密集的俯冲碰撞使大量地壳物质带 入地幔成因说（Allegre & Turcotte, 1985）及幔核边界层物质上涌 形成说（Hart, 1988; Castillo,1988）之争，但均是从统一原始地幔 考虑问题的。 *地球地幔原始不均一加后来演化说: 根据天体化学揭示的 原始地球物质在空间上 的 不均一 性 ，而且全球地幔化学不均一性 的某些规律又非能由层圈再循环所 能 解释，因而提出了地球原始 非均一论，向均一论发起挑战（欧阳自远等，1994，1995）。
第二章地球表面特征内部构造和动力系统.ppt
3. 全球活动构造系统及其特征
• ☆大洋中脊-全球裂谷系统； • ☆全球破裂带系统-转换断层； • ☆全球海沟系统； • ☆造山带； • ☆火山及地震带
4、地球深部物质运动、 大地构造与地表过程的动态相互作用
• 地球内部经历了长期而复杂的分异演化，形 成了与其它行星大不相同的的地质地形，如 褶皱带、台地沉积分布与环形山
第二章、地球表面特征、内部构造 和动力系统
1、大陆和大洋的分布及物质组成
地球表面并不是一成不变的，地球表面形态仅 仅是整个地球动力系统中一个环节。地球表 面不断受到内部和外部动力过程作用而改变 自己的形态。所以当我们讨论地球内部和外 部发生的过程时，首先要认识其表面的特征， 同时将这些表面特征或者作为限定条件，或 者作为最终判别标准去研究与其有关的动力 学模型。
• 在中朝克拉通东部，在中生代时期大约有100Km厚的太 古宙岩石圈由于伸展作用而发生大规模的裂解（裂谷作 用），导致年轻富集的地幔上侵到太古宙岩石圈地幔根 部，并伴随着地壳上升作用、盆地形成和大规模的岩浆 作用。
6.岩石圈地幔、莫霍面与地壳演化
• 莫霍面特征及其意义 • 地震证据表明莫霍面通常是一个起伏不平、厚度不一的
1、大陆和大洋的分布及物质组成
1.1大陆和大洋的分布 • 地球表面有两个基本的单元：海洋和大陆。 • 地球表面 70％以上为大洋; • 65%以上的大陆集中在北半球，在北半球有47%的
陆地53%的海洋，而在南半球11%的陆地，89%的 海洋; • 大洋是洋脊扩张作用的产物; • 被动大陆边缘多以盆-岭地貌; • 活动大陆边缘则以高山峻岭的山脉为特征 • 结论：大陆和大洋的分布及地形地貌都是地球动力 学在地表的表现。
壳幔相互作用深部过程的(精)
二、秦岭商丹古会聚带洋壳俯冲与壳幔再 循环论证
（一）研究基础：
1 会聚带共存着能代表古洋岩石圈残留的松树沟蛇绿 岩片（构造侵位时代为983 ±140 Ma)与形成于洋内岛 弧的丹凤群以玄武岩为主的火山岩系（984 ±36 Ma)， 它们的岩石可提供古洋岩石圈及岛弧岩浆的化学组成 信息，为研究设置本区域壳幔的具体约束； 2 古洋岩石圈特征：
图3 丹凤群基性火山岩 Ti/1000(×10-6) 对 Mg(%) 图解, 显示岩浆的演化趋 势
a: 岩浆A; b: 岩浆B; c: 混合 岩浆 C. 演化线 a 起点处的断 线圈代表早期结晶岩石的包 体; 演化线 b起点处的实线圈 代表具有接近 N-MORB 化学 成分的镁铁质岩石包体.
图4 丹凤群和二郎坪群基性火山岩Y/Tb-Y图解
图1 丹凤群玄武 岩εNd-Nb/Th、 εNd-La/Nb和 εNd-Ba/Nb图解 (据李曙光, 1994) 基础数据引自张 旗等(1995).
图2 丹凤群变玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb图解（Pearce,1983) (引自张旗等，1995） DM: 亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩（N型）；OIB：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为 三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；×：LREE亏损型玄武岩.
壳幔相互作用深部过程的 地球化学论证
以古洋壳和陆壳俯冲-再循环为例
张本仁 欧阳建平 张宏飞 赵志丹 凌文黎
一、引 言
壳幔相互作用是推动大陆发展的直接动力， 是整个地球动力学系统的重要组成部分。 壳幔物质再循环是壳幔相互作用的重要表现， 揭示壳幔物质再循环是探讨壳幔作用及其动 力学的必经途径。 已提出的壳幔再循环类型有： 1 板块会聚带与B型俯冲有关的壳幔再循环； 2 岩石圈的底侵和拆沉； 3 陆壳俯冲有关的超高压变质岩的形成和折返。
第三章地幔对流和地幔动力学分解
• 4）地幔柱的活动是连续的，但是在地质时间尺度上 它又具有一定的间歇性，这可以用以解释热点轨迹 分布的图象。
4、地幔对流的结构模型
目前对D”层的认识： l） D”层为一个厚度 100一300km的薄层，它
1、地幔对流假说的科学依据及对流模型
• 本世纪初，魏格纳的大陆漂移假说震撼了整个地 球科学，尽管魏格纳列举了大量的地质学、地理 学、气候学和古生物学的证据，论证了我们这个 行星的几个大陆在两亿年前曾经是一个古大陆， 后来被分裂、漂移，形成了现代的格局。但当时 大陆漂移学说却面临绝境，因为没有人能够解释 大陆为什么能漂移。与之相反，著名的地球物理 学家Jeffreys从理论上证明固体的硅铝层地壳和 硅镁层地幔之间存在的巨大摩擦力使大陆不可能 漂移。
3. 外部力驱动下的地慢物质流动
3.2俯冲板块的角度问题
• 这与观测结果显然不同，表明必定有别的力作用于 俯冲板块的上部或下部，托起下俯冲板块以保持俯 冲角度。作为一个模型可以用地幔物质流动来讨论 俯冲板块下插入“可流动”的地幔中产生的对流以 及它们作用在俯冲板块上的力及重力矩的平衡问题 （Fig.1）。以一定速度向下俯冲的板块可以延伸至 无穷远并将地幔分成两个部分，岛弧角部分和海洋 角部分。由此可以看出，无论是岛弧角方面作用于 下俯冲板块上表面的吸力，还是作用其下面的托力 都使其抗拒重力作用而保持一定的俯冲角度。
1、地幔对流假说的科学依据及对流模型
• 地幔作为地球结构中最大的部分，成为研究中一个 最重要环节。研究地幔对流在地幔中运行的模式， 探讨它对地壳、岩石圈构造、运动，和对地核物质 运动的影响，以及研究它们之间的相互作用已成为 当代固体地球科学研究的最优先研究的课题之一。
天山造山带壳幔速度结构及深部构造过程综述
天山造山带壳幔速度结构及深部构造过程综述崔冉;崔清辉;周元泽【期刊名称】《地球与行星物理论评（中英文）》【年(卷),期】2024(55)4【摘要】天山作为陆内造山带的典型地区,其深部构造一直是国内外地学界关注的热点问题.天山造山带下方速度异常结构的分布特征,是天山造山带深部构造过程响应的深刻体现,对深入理解其活化机制具有重要的指示作用.本文系统总结了天山不同区段的壳幔速度异常结构研究结果,讨论了天山造山带下方不同速度异常结构的形成机制以及天山隆升变形的动力学演化过程.天山造山带不同区段的层析成像结果以及接收函数图像等多种地震学探测与GPS观测研究成果显示,区域速度异常结构分布特征与天山造山带及周边地区的地质构造特点、动力学演化过程具有相关性:天山造山带下方高速异常结构的倾斜方向、形态、位置,凸显了天山地区独特的陆内俯冲机制;不同区域的低速异常结构表明,存在软流圈热物质上涌形成的小地幔柱或小尺度地幔对流,以及岩浆底侵作用导致壳内物质发生部分熔融.相关研究结果对进一步理解天山陆内俯冲、地壳缩短变形、岩石圈拆沉和软流圈热物质上涌等动力学过程具有重要意义,并对深入研究天山地区地震活动性分布规律提供有利的参考依据.【总页数】18页(P381-398)【作者】崔冉;崔清辉;周元泽【作者单位】中国科学院大学地球与行星科学学院中国科学院计算地球动力学重点实验室;中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.中亚造山带中新生代壳幔相互作用特征与过程——新疆北部幔源岩浆岩系对比研究2.秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程3.大别造山带与郯庐断裂带壳、幔结构和陆内"俯冲"的耦合效应4.大同—阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造5.天山造山带壳幔结构与陆内变形机制研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第三章 地幔对流和地幔动力学
3. 外部力驱动下的地慢物质流动
3.2俯冲板块的角度问题
作用于俯冲板上的力示意图 （据Turcotte and Schubert,1982）
4、地幔对流的结构模型
• 地幔中可能存在五 种形态的对流： 1）全地幔对流； 2）上地幔对流； 3பைடு நூலகம்层状对流； 4）D”层中极小尺度 对流； 5）热柱对流。 ☆上述形态的对流都 将影响地球表面的 运动和构造。
4、地幔对流的结构模型
• 地幔柱作为地幔热动力系统的一个单元，在地幔热 动力学和岩石圈动力学中起了很重要的作用。但应 注意的问题是： • 1）地幔热柱并不能作为全球板块运动的驱动力； • 2）与全球板块运动相比较，地幔热柱可以看作为一 个不动的或极缓慢运动的系统，可构成一个不动的 参考框架去描述板块绝对运动； • 3）因为地幔柱中物质垂直运动的速度比周围地慢运 动速度快得多，它将吸进一些 D”层甚至地核顶部的 物质并把它们带到上地幔甚至地表； • 4）地幔柱的活动是连续的，但是在地质时间尺度上 它又具有一定的间歇性，这可以用以解释热点轨迹 分布的图象。
3. 外部力驱动下的地慢物质流动
☆对流稳定性分析表明，对流可分受迫对流和 自由热对流。所谓受迫流动意为流体在边界运 动或者外部压力驱动下的流动，例如管道中液 体的流动，河流的流动或者飞机附近气体相对 于机体的流动等。而热对流却反映了流体在外 部加热或内部加热情况下由于温度分布扰动而 产生的流体质量分布扰动，从而在重力场作用 下产生自由对流。冰后期回升和俯冲板块的角 度问题则是典型的地幔物质受迫对流的例子。
当代花岗岩研究的几个重要前沿_肖庆辉
当代花岗岩研究的几个重要前沿肖庆辉1, 邢作云2, 张 昱3, 伍光英3, 童劲松3(1.国土资源部信息中心,北京100812;2.中国地质大学,湖北武汉430074;3.中国地质大学,北京100083)摘 要:近10多年来,人们已认识到大多数花岗岩浆的发育和演化受岩石圈上地幔作用过程的制约,开创了把壳幔相互作用研究与花岗岩形成演化紧密结合的新方向,这个新的研究方向的科学前沿主要是花岗岩形成与大陆生长和深部过程的关系;花岗岩形成的深熔作用和热源以及花岗岩的成因类型与构造环境。
这些前沿研究试图从大陆生长及大陆动力学的层次去认识花岗岩成因,以期能建立起一个它们之间相互关联的框架,并进一步通过这一框架追索它们形成时热能传递的机理及其体制。
因此,研究花岗岩不仅可以获得花岗岩物质来源和构造环境的信息,而且可以获得壳幔物质运动的状态、过程、动力学等问题的本质、深部能量(热能)的传导、转化的重要信息。
探索和解译这些信息,对于认识大陆生长具有/纲举目张0的作用,是解决当今大陆地质演化,建立大陆动力学关键问题之一,是继花岗岩物质来源、构造环境研究的花岗岩研究的第三个里程碑的开始,因而具有重要的战略意义。
关键词:花岗岩;大陆地壳生长;深熔作用;构造环境中图分类号:P588.12+1 文献标识码:A 文章编号:10052321(2003)03022109收稿日期:20030606;修订日期:20030728基金项目:中国地质调查局/中国花岗岩重大地质问题研究0项目(200113900018)作者简介:肖庆辉(1939) ),男,研究员,博士生导师,构造地质学专业,现从事花岗岩大地构造学和中国岩石圈三维结构研究。
20世纪70年代以来,地质学家在认识花岗岩成因方面先后经历了3个认识层次。
(1)1974年Chappell 和White 发现[1]花岗岩成因受成岩物质源岩控制,将花岗岩划分为I 型和S 型,在花岗岩研究中掀起了研究花岗岩源岩的思潮;(2)1979年Pitch -er [2]根据板块构造理论,把按源岩划分的不同成因类型花岗岩与不同构造环境结合,提出了花岗岩形成的构造环境分类,使花岗岩研究深入到探索构造环境的新阶段。
壳幔作用途经及其判定的地球化学方法
壳幔作用途经及其判定的地球化学方法前人研究证明，形成地球的原始地壳是由地幔通过部分熔融产生的岩浆上侵和喷发而成。
由于软流圈是地幔岩浆的主要发源地，因此，软流圈地幔和岩石圈地幔以及地壳三者之间的物质交换过程很关键，且近年来，底侵作用和拆沉作用被用来解释三者之间的物质交换及其造成的山脉隆升、盆地形成过程和陆内大规模岩浆作用等现象。
1 壳幔作用的途经1.1 底侵作用（underplating）底侵作用是指来自深部的岩浆向上侵位、添加和囤积的过程，它包括两种情况：来自上地幔部分熔融产生的基性岩浆侵入或添加到下地壳底部以及下地壳（包括壳幔混合层）岩石的部分熔融形成的岩浆向中上地壳的侵位和添加。
目前探明的壳幔混合层中的“层状”，一方面可能是物质成分的互层，另一方面也可能是不同时期多次底侵作用的结果。
如澳大利亚东南部大量下地壳包体主要为基性辉石麻粒岩和石榴石麻粒岩。
该区的下地壳是在很长时间内通过多次基性岩浆底侵作用形成的。
反射和折射地震成果也证实这个底侵层状基性岩体代表了壳—幔过渡带（5～15km），Vp从6.5 km/s渐变为7.5km/s，符合壳幔混合层的波速结构和岩石特点。
底侵作用不仅是壳幔混合层的物质来源，也是混合层物质过程的驱动因素之一。
底侵作用提供的热可以使壳幔混合层内的物质部分熔融并进一步向中上地壳侵位。
壳幔混合层的不断加厚，还会引起拆沉作用，促使壳幔混合层的物质重新返回地幔，构成壳幔物质循环。
1.2 拆沉作用（delamination）拆沉作用的概念最初是由Bird[2-3]提出的。
他分别讨论了喜马拉雅造山带的花岗岩浆作用、变质作用和伴随的隆升作用机制以及科罗拉多高原岩浆作用机制。
前者热模拟表明，逆冲断层和放射性产生的热不足以造成地壳熔融产生喜马拉雅花岗岩和变质作用而需要另外的热源。
后者，板块俯冲作用难以解释科罗拉多高原的隆升和岩浆作用。
Bird[2-3]用拆沉作用引起软流圈上升至地壳底部带来的热和岩浆活动来解释两种情况。
地质学中的壳幔相互作用
地质学中的壳幔相互作用地质学是一门研究地球物质、地球构造和地球历史的学科，而壳幔相互作用就是在这门学科里重要的一个概念。
壳幔相互作用是指地球外核以下的地球圆球上，岩石圈和上地幔之间的相互作用。
这个过程不仅对地球的构造和演化有着重要的影响，也对我们研究地球上的振荡、岩浆和火山等现象提供了重要的依据。
一、壳幔相互作用的定义壳幔相互作用所涉及的岩石圈是地球表面由岩石组成的薄层，而上地幔则是岩石圈下方井底下方达到660千米厚度的岩石层。
壳幔相互作用是指岩石圈和上地幔之间的相互作用，在这个交界处存在着一系列的物理和化学变化。
这个过程对地球的构造和演化有着重要的影响。
二、壳幔相互作用的基本过程壳幔相互作用是一个复杂的过程，它包括地球的内部物质流动、岩石的变形以及物质的交换等多个方面。
然而，基本的过程包括岩石的上升和下沉、岩浆的运动等。
地球内部物质的流动是动力学驱动的，也就是说，内部地球物质的热量和动量会导致物质的运动。
岩石的上升和下沉也是由于物理和化学因素的影响，例如，温度、压力、成分等，这些因素的变化可以导致岩石的流动。
此外，岩浆的运动也是壳幔相互作用的一种形式，岩浆的运动是由于地球内部物质的热量和压力的影响而产生的。
三、壳幔相互作用对地球的影响壳幔相互作用是地球内部物质流动和交换的基本过程之一，它不仅塑造了地球的演化历史，也对地表的构造和变化发挥了重要的影响。
例如，岩石圈的扰动和碎裂是由于上地幔物质的向上运动所导致的。
此外，岩浆的运动也是壳幔相互作用的一种形式，它是由于地球内部物质的热量和压力的影响而产生的。
四、结论壳幔相互作用是地球内部物质流动和交换的基本过程之一，它对地球的演化历史和地表构造的变化都有重要的影响。
通过研究壳幔相互作用的基本过程，我们可以更好地理解地球的内部结构和演化历史，对地球上的各种地质现象也能够得出更加合理的解释。
尽管研究壳幔相互作用是一项复杂而艰巨的任务，但如果我们能够深入地了解壳幔相互作用的本质，我们就能够更好地应对地球内部的挑战。
多尺度壳幔流变结构及其对地震和火山活动的作用机制
多尺度壳幔流变结构及其对地震和火山活动的作用机制1. 引言说到地震和火山，很多人第一反应可能就是“哇，太吓人了！”确实，它们像是不定期的小“派对”，不过是那种你根本不想参加的派对！那么，今天咱们就来聊聊它们背后的那些秘密，特别是多尺度壳幔流变结构这一玩意儿，听起来复杂，其实就是地球的“内部调料”！这玩意儿和地震、火山活动有啥关系呢？别急，慢慢说。
2. 壳幔结构的多尺度特性2.1. 壳与幔的关系首先，咱们得知道，地球的结构就像是洋葱，一层一层的。
最外层是地壳，就像是洋葱的皮，下面是更厚的地幔。
这些不同的层次在不同的尺度上运作，简直是个“层层递进”的故事。
壳和幔之间就像老友一样，互相影响着。
地壳活动得厉害了，幔层可能就会跟着“躁动”，就像朋友之间的情绪一样，相互传染。
2.2. 流变学的趣味再说说流变学，这可是个大词，但简单来说，就是研究材料在受力后怎么变形。
地壳和幔的流变特性就像是“粘稠的糖浆”，在压力下，它们的表现可不一样。
有些地方“软绵绵”的，有些地方“坚硬无比”。
这种不同的流变特性，让我们能更好地理解地震和火山的“情绪变化”。
3. 地震活动的机制3.1. 地震的成因说到地震，大家可能都听过“板块运动”这词。
对，就是这帮调皮的板块，像小孩一样在地面上推推搡搡。
有时候它们就会在某个点上“较真”，产生了巨大的压力，一旦这个压力释放，就会像打开了气球，啪的一声，地震就来了！在这个过程中，壳幔的流变特性就发挥了重要作用，决定了这个“啪”的力度。
3.2. 多尺度效应而且，地震的影响可不止在发生的那一瞬间，它的余波可以传递得远远的，影响到周围的地区。
想象一下，这就像一颗扔进湖里的石头，荡起的涟漪，渐渐扩散开来。
不同尺度的壳幔结构会导致这些涟漪的形状和强度也不一样，所以有的地方地震很强，有的地方却只是一阵小颤动。
4. 火山活动的机制4.1. 火山的形成说到火山，这真是个“火辣辣”的话题！火山的形成和地震类似，也是因为地壳和幔层之间的互动。
地壳结构的特点
地壳结构的特点地球的地壳结构是一个复杂的系统，它的特点是分层结构，形成了七个地壳层，从上至下依次为大气层、幔幔层、地幔层、深海箝层、中海屏层、深部交界层和半拉尔层。
大气层是地球表面最大的地壳层，直径约为12700千米，是地球表面空气层，厚约50千米，其中有一层空气，空气层主要是由氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等气体所组成。
幔幔层是地球第二层地壳，直径约为11500千米，厚度约200千米，与大气层相接，和大气层分界处是热膨胀界限，幔幔层是由一层玻璃质的硅酸盐组成的复合地壳，具有光泽、易受热收缩的性质，它的含量比大气层的少得多。
地幔层是地球第三层地壳，厚度约3000—6000千米，它是由一层脆石质、熔融状的岩石构成，地幔层是地球最深层地壳，它不仅地球上最深，而且有着巨大的温度和巨大的热能含量，坚硬而又质疏，含有地球上大量的稀质元素，是太阳系内最大的岩石层。
深海箝层位于地幔层下部，厚度约6750千米，它是由一层熔点介于火成岩类和地幔岩之间的如细碴状岩石构成的，整个层的特点是十分脆弱，具有很高的热膨胀系数，仅占地球总体的0.6％，但却含有丰富的化学物质，具有重要的地质意义。
中海屏层是地球最顶层的地壳，但只有中国、印度、美国、日本等岛屿国家有这样的地质特征，厚度约900千米，主要由火成岩、火山岩和分流岩等岩石构成，是一个活跃的地壳，具有非常的复杂的构造，其地质意义是非常重要的。
深部交界层位于中海屏层之下，是非常薄的地壳层，厚度约250千米，主要由砂岩、沙砾岩和火山岩等岩石组成，是一个极为脆弱的整体，它也具有很大的地质意义，它也是大陆地质构造极大变化的部位。
半拉尔层是地球最底层的地壳，厚度约200千米，主要由岩石组成，但它的组成结构比其他层更加稀薄，它被认为是半拉尔洞一类的洞穴，在一定程度上也被称作“最后一层”，它也是人们认识地球构造的重要性基础。
地幔流体作用引发壳幔物质混染叠加成矿研究
地幔流体作用引发壳幔物质混染叠加成矿研究滇西三江地区构造-岩浆-流体活动强烈且频繁，具有长期活动性。
在晚古生代，区域构造运动主要表现为拉张与断陷；而从华力西晚期到印支期转为以挤压活动为主；进入燕山期，该区构造运动表现为先挤压后拉张；到喜山期则以推覆运动为主。
进入碰撞造山阶段，可分为3个碰撞期：主碰撞（65~41Ma）、晚碰撞（40~26Ma）和后碰撞（25~0Ma）三个阶段。
尤其是晚碰撞期成矿作用十分强烈，主要分布在青藏高原东缘构造转换带上，成矿高峰期集中于35±5Ma。
与此相关的4个重要成矿事件中，与大型剪切系统有关的剪切带型金成矿事件形成了著名的哀牢山大型金矿带。
其中，滇西老王寨金矿即发育在陆内转换造山环境，严格受大规模走滑-推覆-剪切作用控制，受控于统一的深部地质作用过程，与软流圈上涌导致的幔源或壳幔混源岩浆-流体活动关系密切。
滇西新生代老王寨金矿是哀牢山金成矿带上的大型金矿床之一，发育在印度板块与扬子板块的拼接部位，处于极不稳定的过渡型构造单元及深大断裂构造强烈活动地带，这种地带既有利于构造-岩浆-深部流体活动，提供成矿物质，又有利于构筑良好的赋矿环境，从而有利于成矿。
本文在已有研究基础上，结合现代成矿理论并运用现代分析测试技术和方法重点对滇西老王寨金矿开展深入研究和探讨，论证并提出了地幔流体作用引发壳幔物质混染叠加成矿机制，建立了地幔流体作用及其演化成矿模式。
取得了以下主要成果：（1）据滇西老王寨金矿区围岩、矿化岩、矿石和脉体的岩相学鉴定发现，伴随多种蚀变（硅化、碳酸盐化、硫化物化、硅灰石化、纤闪石化等）和多期蚀变叠加，岩矿石中发育沿矿物解理缝、裂隙、粒间贯入或穿插有黑色不透明物质；经扫描电镜、能谱及电子探针分析确认，该物质主要是一种由硅酸盐、石英与硫化物、碳酸盐不均匀混熔或分熔并富含白钨矿、金红石和镜铁矿（磁铁矿）的超显微隐晶集合体物质，这些不同微晶矿物在显示沉淀共晶结构的同时又表现出熔离交生关系。
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壳幔物质与深部过程的研究崔海峰壳幔物质与深部过程是大陆动力学研究的关键科学问题之一。
壳幔物质的组成与性质、化学与物理学控制深部过程及其动力学。
壳幔内物质的密度差异驱动物质对流，温度差异驱动热对流，两者常常相互伴生。
密度的大小既依赖于温度，又与物质组成、挥发份含量密切相关。
对流或流动尚需一定的粘度条件。
因此，壳幔物质在化学和物理学上的不均一性是对流的驱动力，又是壳幔内多种作用过程留下的记录。
化学与物理学的某些参数之间还有复杂的相互依赖关系。
地球化学研究主要揭示化学不均一性；岩石学手段除了主要揭示化学不均一性，还可反演某些物理学不均一性；地球物理方法则主要揭示物理学的不均一性；流体的种类与含量既影响化学不均一性，又对物理学不均一性产生重要制约。
下面从岩石学、地球化学和地球物理以及对流体的研究几个方面来介绍有关壳幔物质相互作用与岩石圈演化方面的研究热点（大陆岩石圈地幔结构组成特征与演化、地幔不均一性及其成因机制、地幔柱理论及应用、深部地质流体、动态条件下熔融和物性实验、Re-Os体系在地幔研究中应用等）的现状与进展。
1. 深部过程的研究途径与方法1.1 研究深部过程的新技术研究深部作用过程的新技术包括以下几个方面：（1）岩石学、地球化学与地球物理学的结合：①火山喷发可比喻为深达壳幔的巨型超深钻：上地幔与下地壳深源捕虏体或捕虏晶为天然样品；火成岩记录了源区物质的组成与温压等物理学信息，壳幔混合型岩浆的侵入或喷发记录了壳幔相互作用的各种信息。
②前寒武纪变质岩系常常是抬升地表的深部陆壳剖面，变质岩PTt轨迹记录了岩石圈形成与构造隆升的历史信息。
③痕量元素与同位素地球化学示踪深部物质与深部过程。
④各种地球物理场获得深部结构与物理过程：地学大断面与多种地球物理成果的再开发，热结构与壳幔地震层析成像。
⑤岩石学、地球化学与地球物理学的结合关键与纽带是深部岩石高温高压相平衡实验、岩石物理性质实验与热力学研究。
（2）岩石圈运动的主要要素的反演：岩石圈运动是深部过程的响应，主要包括岩浆作用、沉积与盆地形成、造山作用、构造变形、区域隆升、地震活动和成矿作用等。
（3）实验、理论与计算机数值模拟：①深部过程与动力学；②驱动力系统与岩石圈运动各要素之间的耦合关系。
1.2 岩石学途径的主要理论与实验依据（1）岩石物理化学与热力学理论，以及岩石高温高压实验提供地球物质相平衡、相转变与岩石物理性质的深度温度网格，以及岩浆源区物质的组成和性质。
（2）在上述深度温度网格中，矿物组成的变化确定地质温压计，它是岩石学途径推导壳幔热结构的主要基础。
（3）熔融反应研究提供理解火山作用与地球化学分异的基础，为软流圈的埋深与性质提供重要约束。
（4）低于固相线（subsolidus）的相平衡、相转变与物理性质提供理解壳幔岩石学结构（Petrological structure）的基础，它与地震学方法确定的壳-幔结构有好的可对比性。
（5）基于流体力学的原理发展起来的岩浆与流体动力学实验为理解深部过程提供了重要基础。
（6）深部过程诱发的壳幔物质在组成和性质上的转变，必然会导致壳幔物质在化学上的不平衡与物理学上的不稳定性，为理解岩石圈运动提供“钥匙”。
1.3 地球化学方面（1）同位素的研究一个简单的事实（部分熔融作用形成的岩浆将具有源区的同位素成份特点）引起了同位素地球化学两个方面的重要发展。
首先，特定的源区以其特征的同位素组成而能够被识别；其次，同位素组成各异的的源区间的混合作用亦能够被识别。
因此，同位素地质学的主要问题之一就是识别地壳和地幔中的不同源区，尽可能地突出其特征。
①放射性成因同位素可以用来识别一个特定岩浆岩套中的不同源区组分的贡献，同时可以限定岩浆岩源区演化的模型。
现代同位素地质学的主要成就之一就是建立了地壳和地幔储库相互作用以及它们如何获得其目前组分的岩石学模型，并把储库组成与控制板块构造过程联系起来。
例如，基于Pb同位素的模型，主要展示地壳储库的特征，对人们认识大陆地壳的演化起着重要作用。
这种模型化过程称为铅大地构造学（Plumbotectonics）（或者为地幔柱大地构造学）。
另外，同位素失踪剂之间的相关关系必然导致人们寻找解释这些现象的原因，从而产生了一系列关于地球化学的大地构造模型。
这些模型受到同位素资料及我们目前对大地构造过程的理解两个方面的制约。
②稳定同位素是研究轻的元素如H，C，O，N和S的一个强有力的手段。
这些元素通常是组成具有重要地质意义的流体的主要组分，因此可用于直接研究流体以及水-岩相互反映效应的一个重要途径。
另外，稳定同位素可以用来作为确定元素物质来源的示踪剂，也可以用作古温度计和研究地质过程中扩散和反应机制的手段。
稳定同位素研究的主要目的就是要把它作为研究地质过程的一个手段，以同位素的质量而非它们的化学成分为依据，讨论这些过程引起同位素之间的相互分馏。
这种作用称为同位素分馏。
（2）微量元素的反演技术微量元素在现代岩石学中的最重要的用途之一，就是进行地球化学过程的模拟。
微量元素的反演技术是利用一套同源火成岩石的元素浓度变化，来确定其源区的成份和矿物学特征、引起元素浓度变化的物理过程（如，分离结晶作用、部分熔融作用或者其它作用过程）及其进行的程度（如，分离结晶程度、部分熔融程度或者其它作用程度）等未知因素。
所以，反演方法强调由微量元素数据限定模型，提供解决地球化学问题的最大可能性的答案。
1.4 地球物理方面（1）地球深部物质电学性质实验研究全球性地球物理测量能提供地球深部从地幔到地核的物理参数，但对这些参数的解释最终还得依赖于对地球深部各圈层物质组成及其矿物学、地球物理、地球化学性质的了解。
然而，目前受取样深度的限制，对地球深部的大部分物质不可能进行直接研究，但浅部的信息又没有足够的理由向地球深部外推，因而开展高压超高压条件下的模拟实验研究以了解地球深部的物质成分、性质和状态显得非常重要。
高温高压下测定地球内部物质（岩石、矿物、流体等）的电学性质是其中最重要的内容之一。
高温高压下对地球内部物质电导率的实验室测定可以获得独立于地震观测的地球内部物质的许多传导信息，可与地震观测资料相互补充和限制。
此外，电导率测量还能提供地球内部相态变化、流体和熔体的形成与分布以及氧化状态等信息。
地球内部存在许多高导层（HCL），根据地球内部物质电导率测定结果及有关地球化学和地球物理观测资料解释高导层微观物理和化学性质、及产生的机理也是探讨地球内部结构和组成的重要内容之一。
（2）层析地震技术（CT）层析地震技术是借鉴医学上的CT技术，但用于地球则出现射线路径非直线性问题。
尽管许多理论问题尚待解决，但它仍是80年代地球科学引人注目的重要进展之一。
美国首次公布了全球三维速度结构、全球密度的三维分布、热流和大地水准面变化以及地幔对流模式等新信息。
最引人注目的是用CT技术对核幔边界起伏情况的了解，若放大比例尺，其起伏之峰，不亚于地表的起伏，其地震波垂直走时，低频峰值高达1s左右。
地震ＣＴ技术加深了人们对岩石圈厚度有明显变化、软流圈不具普遍性、大洋中脊下部在200～300Km以下并不一定存在上涌的热物质等岩石圈动力学问题的认识。
地震ＣＴ最新研究成果表明，位于2890Km深度的核幔边界地形有±5Km的起伏，在该界面上部的Ｄ"层，其厚度为280～300Km，存在明显的横向不均匀性，这些都已成为当今地球科学新的研究热点，有待于用地震CT技术作进一步的探索。
（3）大地电磁技术（MT）大地电磁技术是以天然电磁波作场源探测地球内部视电阻率分布的一种方法。
它的探测深度大，对高导层分辨率高，不受高阻层屏蔽的干扰，设备比地震仪器轻便，费用较低。
现多与地震法的结果综合使用，互相约制，以提高解释的水平，但在MT的解释中还存在不少问题有待解决。
（4）全球地震台网（GSN）由美国及多国参与共同投资，在全球共设置了上百台高精度、宽频带地震遥测仪，实行了标准地震台站系统和交换地震数据的统一格式。
地震遥感仪采用甚宽频带（VBB）三维分量传感器，具有反馈系统，以保障动态范围和线性。
这种台网的建成，可对全球地幔内的非均质进行三维填图，从而可判断岩石圈和软流圈的物理化学性质，对预报地震及地球深部研究提供重要信息。
据最新消息，在美国加州南部利用地震仪新网络———Trinet监测网，能够精确测量出震级大得多和小得多的地面运动。
研究人员金森说：“通过日常收集地面脉动，Trinet监测网将使地震工作能够通过累加小地震的地面运动而预测大地震的地面运动。
”（5）大陆反射地震剖面（COCORP）大陆反射地震剖面是在石油地震勘探基础上发展起来的，可以探测地壳的深部结构构造，解释地表地质构造形成的深部原因，进而揭示大地构造格架与单元的形成和发展特点搞清整个地壳构造的演化规律。
该技术在美国一些地区取得了轰动世界的成果，在老地层之下找到了石油，引起石油界的极大兴趣，从而推动了这一技术的发展。
西欧各国纷纷开展了这一简称为COCORP的探测技术，于是有了英国的BIRPS，德国的DEKORPS，法国的ECORS及澳大利亚的ACORPS计划等。
我国有INDEPTH计划，是与美国合作的。
石油地震勘探记录时间一般为5～6s，其探测深度为10余公里，而大陆地震反射剖面的记录时间为10～15s，甚至可达50s，其探测深度可达整个地壳，甚至岩石圈地幔。
震源在海上多用气枪，在陆地用可控震源车，4～6台震源车同时震动，在我国除部分地区可用震源车外，因山地多，中、西部地壳厚，而改用爆炸震源（6）磁卫星（Magmat）美国首次发射了Magmat磁卫星，用它进行了全球磁力矢量测量，将整个地球磁场分为核心场、壳源场和外部场三部分。
采用调和样条函数建立模型，侧重于了解磁源的区域分布特征，建立不同地壳类型的岩石圈磁模型。
（7）卫星重力利用卫星轨道参数的变化，可获得多级大地水准面形态及地球南北半球非对称关系。
不同级次大地水准面，可能反映不同深度、不同尺度的地球密度的不均匀分布，并显示岩石圈的三维结构趋势。
多阶卫星重力资料可用于研究全球和区域重力场特征。
2. 大陆结构的多层性及偶合与非偶合性大量的地球物理、地球化学和岩石学资料表明，大陆岩石圈在垂向结构上存在着明显的流变分层性，特别是在中下地壳普遍具有一层或几层软弱层。
通常脆性行为出现在中、上地壳以及下地壳和上地幔的镁铁质和超镁铁质岩石中，而韧性行为发生在5～10Km之下（取决于地热梯度）的富石英岩石中。
异常热体制，如上升的地幔柱、逆掩断层造成的地壳双加厚或来自于地幔的岩浆贯入，都会大大增强地壳的整体韧性。
这样不同层次的脆性和韧性行为构成大陆岩石圈不同于大洋岩石圈的“三层”或“四层”流变学结构，或所谓多层软心结构（Blundell et al.，1992，NSF，1993）。