被教科书严重低估了的地壳下层温度及大陆板块密度

Severely underestimated temperature of the lower crust and continental plate density by Textbooks

（本文是2014年第三届地球系统科学大会邀请报告部分内容）

梁光河

2014-7-10

在地球科学研究中，我们对地球深处的温度估计主要有三个渠道: （1）地球物理推测；（2）地球化学推测；（3）超深钻推测。它们给出的结果相差悬殊，您更相信哪个呢？我更相信超深钻结果。

为了比较方便，我们将三种方法对温度的推测统一到40公里深度上。看看有多大差别。

一、教科书上用地球物理方法（主要是地震勘探方法）推测40公里深度的温度为400°—1000°。如图1所示。

图1 地球物理方法给出的地球深处的温度估计（摘自教科书）

二、地球化学推测40公里深处的温度为620°

图2在下地壳流研究中采用干的和含水的流变实验结果得出的不同大陆环境下岩石圈的流变强度（Jackson, J., 2002）

三、超深钻推测40公里深处的温度超过1200°

2013年刚刚完钻的山东黄金第一深钻深度4公里，井底温度120°，也就意味着在40公里应该是1200°左右。德国KTB超深钻深度9101米，发现越往深部地温梯度增大越快。而且实际井底温度远高于钻井前的预测值，达到了265°。由此推测10公里处温度应该近300°。进而推测40公里处也应该至少1200°。

图3德国超深钻温度预测与实测结果（Rolf Emmerman et al, 1997 ）

实际上超深钻目前钻的最深的是前苏联的KOLA超深钻，深度12.2公里，我国在东海县也实施了深达5公里的深钻。但遗憾的是这两个深钻由于技术原因都没有得到完整的井底温度结果，因此对其上部的温度测温结果也难以肯定，这里不予引用。

由此我们可以看出，三种方法对同一深度40公里处的温度估计结果相差很大，分别是

方法	对40公里深度的温度估计
地球物理	平均700°（400°-1000°）
地球化学	620°
超深钻	大于1200°

   作者当然知道地球物理和地球化学对温度的估计误差比较大，当然更相信超深钻给出的温度估计结果。那是更直接的估计结果，应该更接近真实情况，在40公里1200°情况下，大部分岩石应该都处于部分熔融状态。当然在古老完整的克拉通地区，地温梯度会相对其他地方更低，应该作为温度的下限。

四、对大陆地壳密度的估计偏差

  过去都把地壳的密度假定为2.7（图4）。实际上这是地壳浅表层的岩石密度，在地下高温高压下，中地壳和下地壳密度显著增大。

图4 传统的地壳结构及密度（据童亨茂）

中国东海超深钻研究结果和国外研究都把代表大陆地壳的长英质麻粒岩密度确定为3.0而不是2.7（图5）。

图5 对地壳密度的新认识

五、高温高压试验表明：相同深度压力下，陆壳物质比玄武岩更难熔融（图6）

 

图6 Possible P-T path for exhumation of UHP rocks of theWestern Gneiss Region, Norway (Gordon et al., in press). Omphacite fabrics inHP and possibly UHP eclogite suggest constriction strain, consistent withtranstension (measured by STAMP’s Roxanne Renedo and Nick Seaton). Schematicrepresentation of fold-strain relationship in the UHP terrain; although it issomewhat counter-intuitive, folding of horizontal layering should be common intranstension/oblique divergence (fold drawing courtesy of Haakon Fossen).

六、大陆板块会漂移吗？ 如果陆壳密度2.7，洋壳2.9，且都是刚性的，那它们中间的摩擦力惊人，魏格纳给出的力不可能推动大陆往前跑（图7）。

图7 魏格纳给出的大陆漂移模型（据童亨茂 ） 

   但考虑到新的温度认识和新的密度，我们可以得到如下新的大陆板块和洋壳关系模型（图8）。

图8 新的大陆板块和洋壳关系模型

   由此作者给出新大陆漂移动力模型：板块运移划开洋壳引起部分熔融岩浆上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。并在后面留下了尾迹（图9）。逻辑很简单：大陆板块运动中其前面处于挤压环境，地下深处的岩浆无法外泄。而大陆板块滑过洋壳并切割洋壳，其后面处于开放环境，地下深处的岩浆上涌，推动大陆板块向前运动。

图9 新大陆漂移模型

   该模型必然有如下特征：

（1）大陆板块的最前方因受到挤压产生下地壳流（图9中灰白色部分），洋壳隆起（类似挤牙膏）；

（2）大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带；

（3）大陆板块后部正断层，存在巨厚沉积物；

（4）大陆板块尾部会有拖尾隆起，可能留下火山岛链（根据切割深度不同）、刮蹭堆积、遗撒物

   这些特征在当前地球的板块上都能得到体现。

   具体见：探密地球http://hi.baidu.com/liangguanghe1

   当然这个要推动板块运动必然要有一个初始动力，这个初始动力可以是其它板块的碰撞，也可以是陨石及其他星体的撞击。具体参见：改变地球面貌的两次陨石事件http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1074480&do=blog&id=738873

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