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固體地球科學新前沿

在過去的幾十年裡，地球科學正在迅速地從主要的描述性學科轉變為以過程為導向的學科，旨在建立定量模型來重建和預測固體地球中的複雜過程。這包括預測地質系統未來行為意義上的預測，但也包括預測現在存在于地下的地質模式，作為過去冰凍的證據。這兩種預測方法都同人類的基本需要高度相關:供水和資源、防止自然災害和控制地球環境退化。對人類栖息地的密集利用帶來了很大程度上未知的風險，并使我們越來越脆弱。人類對最外層固體地球的利用正在加速。迫切需要科學先進的地質預測系統，能夠準确定位地下資源，預測地震、火山爆發和地面沉降(部分人為)的時間和震級。這種系統的設計是一項重大的多學科科學挑戰。固體地球過程的預測也為海洋學和大氣科學以及氣候變化的預測提供了重要的制約因素。

1，物質交換

物質交換是指地殼某些區域的岩石被侵蝕而在另一些區域重新沉積，以及地球内部對這些逐漸變化的壓力作出反應的方式。這提出了現代地球科學的一個新前沿，即試圖定量地理解這些過程。這就需要一種研究策略，将現有的方法結合起來，一方面解決有限近地表記錄的高分辨率時間尺度問題，另一方面解決更典型的整個沉積盆地規模的長期和大規模研究方法。實現四維方法(即包括空間和時間)的關鍵步驟需要以一種結合小尺度數據和高質量現代地震成像的方式對固體地球過程進行建模。如果我們要量化和限制驅動地殼闆塊的力量，我們就需要探測地球深部，以獲得關于地球深部結構和過程的高分辨率圖像。深層地球框架提供了一個統一的主題，能夠以面向過程的方式處理地球系統的全部動力學。最近的技術進展(包括地震層析成像、面向地球的空間觀測、海洋和大陸鑽探、建模和分析技術)通過将最先進的方法和全球數據庫的組合結合起來的全球努力，為取得突破創造了良好的基礎。

2，重建地球曆史

岩石圈沉積蓋層提供了高分辨率的環境變化記錄，以及地殼、岩石圈和地幔系統在地表和不同深度的變形和物質傳遞。在過去的幾年中，一些開創性的貢獻有助于解釋岩石圈構造過程和沉積記錄之間的關系。例如，這些實驗證明了岩石圈闆塊應力場對其上方堆積的沉積層序的控制作用，以及對沉積盆地中相對海平面變化的記錄的控制作用。地球科學家也越來越意識到活躍的構造過程影響沉積盆地的方式，以及這些過程對連接地球深部和地表過程的耦合系統中的流體流動和最近的垂直運動的主要影響。岩石圈沉積蓋層記錄了地球表面以及地殼、岩石圈和地幔系統不同深度的變形和物質傳遞。在過去的幾十年裡，沉積盆地分析在整合沉積和岩石圈(以前是分離的)地質學和地球物理學領域中處于領先地位。綜合活動構造、地表過程和岩石圈動力學對這些盆地及其周邊地區的古地形進行重建是一個關鍵目标。

3，岩石圈變形機制

岩石地幔流的方式施加控制的厚度和強度岩石圈闆塊,闆塊運動之間的耦合的程度和在地球内部流動,模式和軟流層的對流速度以及更多的局部流程如地幔流的模式和速度和融化在大洋中脊提取。為了了解固體地球外部的動力學行為，特别是岩石圈伸展的動力學以及與之相關的裂谷和沉積盆地的發育，必須詳細了解地幔流動的不同區域的方式。造山帶的經典模式包括與陸-陸碰撞有關的造山作用的威爾森海開閉旋回(Dewey, 1969;威爾遜,1966)。這些模型無法解釋世界上大量造山帶的地質曆史，在這些造山帶中，變形、變質和地殼生長發生在一個正在進行的闆塊彙聚的環境中。這些帶被稱為增生造山帶，但也被稱為非碰撞造山帶或外部造山帶、科迪勒蘭型造山帶、太平洋型造山帶、Miyashiro型造山帶和突厥型造山帶(Matsuda and Uyeda, 1971;Windley, 1992;Sengor, 1993;Maruyama, 1997;恩斯特,2005)。增生造山帶形成于大洋岩石圈的俯沖部位。他們由增生楔(圖1)包含物質累積下行闆和上闆的侵蝕,島弧,蛇綠岩,大洋高原,舊大陸塊,post-accretion花崗質岩石和變質産品granulite-facies,剝露高壓變質岩和碎屑沉積盆地(Cawood et al ., 2009)。增生造山帶似乎在地球曆史的大部分時期都很活躍，并構成了大陸生長的主要場所(Cawood等人，2006年)。它們含有大量的礦藏(Groves and Bierlein, 2007)，因此提供了許多國家的礦化潛力，如澳大利亞、加拿大、津巴布韋、沙特阿拉伯、也門、尼日利亞、中國、哈薩克斯坦和蒙古。

END 本文作者：鍋 貼張 松

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