地幔动力系统与演化最新进展评述

摘要：

评述了90年代以来地幔动力学研究的一些最新的观测和理论模拟的进展,探讨该领域的几个主要热点问题,包括地幔内部转换带和核-幔边界的物理化学性质与演化,俯冲板片热结构及其与地幔的相互作用,热点物理化学性质与地幔柱动力学模拟,地幔对流系统及其对表层地质过程的影响等.这些结果是在多学科交叉研究的背景下取得的.地震层析的结果超越了80年代取得的大尺度地慢结构,得到了越来越精细的结构,如俯冲板片的结构,660 km间断面的的起伏,CMB的超低速层和各向异性等.俯冲板片在某些区域平躺在上地幔底部,造成660 km间新面的凹陷.已有明显的迹象表明,俯冲板片至少在某些区域达到了地幔底部,说明下地幔是驱动地表板块运动的地幔对流不可分隔的一部分.全地慢对流模式对地幔中存在不司的地幔地球化学源区的看法提出重大挑战,计算机模拟三维球坐标地幔对流已经成为现实,新的研究正试图把地表板块加入到对流的模拟之中,并再造板块运动的动力学演化史.最后,对这些领域的最新进展提出自己的分析和看法,认为地球动力系统演化研究所面临的难题是地球内部动力状态演变的历史记录问题.而这样的记录,尤其是早期记录,只能从地球表面的造山带和盆地记录中去寻找.认为建立地质记录与地球内部热动力状态之间的联系将是解决地球动力系统演化的关键.地球表层岩石圈演化节律性形成的原因和机制无疑与地球内部动力系统的演化过程密不可分.地球起源和早期演化总的格架尽管已被大多数科学家所认同,但许多细节,尤其是动力学系统的细节还不为人所知.目前看来,探索这段早期历史只有借助于超级计算机的模拟手段,而成功模拟的关键取决于动力学模型构造的边界条件及主要参数的取舍和强有力的算法.地球动力学模拟近几年虽有长足的进步(尤其是中新生代板块运动的模拟),但仍有许多问题一直困惑着人们,例如地球早期层圈分异对地球动力系统的影响,作为动力热源为放射性核素的再分布规律,地球内部物质相变对热力学参数的影响,地球内部各圈层的相互作用和物质交换问题,地幔柱起源和演化的动力学过程等等.文章在综合分析的基础上,对深部地球动力学领域将来的发展方向进行了展望.

关键词：地幔过渡层、CMB、地幔柱、板片、地幔动力学模型

所属期刊栏目：5

分类号：P31;P58(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)

资助基金：国家攀登计划CLC P31,P58

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：11-39