专家走进造岩矿物学课堂

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2021-04-19

程哲整理

专家信息：

武澄泷 副研究员

中国科学院地质与地球物理研究所

研究方向：

地震波各向异性

教育背景：

中国石油大学（华东）地球物理学士学位；

中国科学院地质与地球物理研究所固体地球物理博士学位；

研究项目：

造山带壳幔变形机制

孙老师：

今天，我们请到中国科学院地质与地球物理研究所的武澄泷副研究员。

他的研究方向可能大家现在还有点陌生，叫地球物理，具体为地震波各向异性。他是我们兄弟院校的校友，毕业于中国石油大学（华东）。博士是在中国科学院地质与地球物理研究所获得的。目前他正在参与造山带壳幔变形机制的深地项目。

我给他起了个名字叫做“给地球深部探伤的人”。武老师，您可以简单的给我们介绍一下所谓的深地到底是多深呢？

武老师：

深地这个概念其实是有不同的层次。就是根据我们探测目标的不同，它可以从地表的几公里的浅层地壳一直到几百公里的上地幔的尺度。然后根据探测目标和研究目标的不同，我们利用不同的地球物理的手段来进行探测。比如说，对于浅层地壳，我们可以利用背景噪声成像以及人工源的初至波成像来研究浅层地壳的速度结构。对整个地壳的尺度，我们可以利用地震曲线里面的“P”波接收函数来研究地壳的莫霍面的形态以及壳内界面的形态。通过背景噪声的技术可以研究地壳内部的速度结构以及上地幔顶部的速度结构。至于岩石圈的尺度，我们则是可以通过“S”波接收函数来研究岩石圈与软流圈的界面形态以及岩石圈内部，包括岩石圈中部的一个界面MLD（岩石圈内部不连续面）一个这样的界面形态。再往深里说就是一个连接上地幔和下地幔的地幔过渡带，它位于410km和660km两个相界面的之间，我们也可以通过接收函数的震相来研究地幔过渡带的起伏的形态变化，进一步来反演相关的地球动力学过程。

好，谢谢孙老师。

孙老师：

嗯，好的。那按照您刚才说的，深地项目不光是研究地壳，还包括岩石圈地幔，壳幔过渡带，那现在会涉及到地核吗？

武老师：

因为深地项目，我们主要是探测深部的背景和地表的资源的情况。通过地球物理的深部探测得到一个地壳上地幔的一个背景知识和背景的框架，然后来约束地表浅层的资源效应。比如说什么地方容易成矿。虽然地球物理也可以探测地心包括地核，外核、内核，这些内部的一些结构以及一些各向异性，包括地核内外核一些旋转的特征，但是目前这个深地项目探测的目标来说，我们主要还是以探测和地表的一些成矿资源相关的地壳上地幔这个尺度一些结构的探测目标为主。而地核一些研究的方向也是一个非常前沿的方向，但是目前和深地的探测目标是不太一样的。

孙老师：

好的，那我本人是搞地球化学的，我在研究的过程中也会遇到地球化学的数据解释和地球物理的数据解释会有一些不一样，那请问你们在遇到这些问题的时候会怎么处理呢？

武老师：

我们可能或多或少在研究的过程中也会碰到类似的问题，但是我觉得应该首先明确一个概念，就是地球物理的观测，包括一些地壳上地幔的一些结果，它都是一些现今的状态，现今的结果。而岩石学和地球化学，在我的理解看来，它是一种过去和现在的多种过程的混合。可能它收到的干扰因素比较多，也存在较强的多解性。我觉得我们更应该把地球物理已经达成共识的一些经典的一些结果作为一个基本的约束条件，比如，它可以使我们在研究区有一个对壳幔结构的背景知识的相关了解，在这个条件下继续进行我们相关的研究。比如说在华北克拉通地区，我们通过接收函数得到的华北东部的岩石圈非常薄，只有60-80km，而在它的西部鄂尔多斯的块体，它岩石圈的厚度可以达到200km，所以我们应该基于这些深部的背景知识的前提下，再进一步结合岩石学包括地化以及地层学构造地质相关的结果，包括现在比较流行的地球动力学数值模拟的一些证据，如果能共同结合起来，来解释我们的研究结果，相信是更有说服力的。

拿一个我现在正在研究的一个在胶东地区的研究结果来说，我们现在在华北华南块体的碰撞边界在郯庐断裂带的西侧，它的碰撞边界我们通常认为是秦岭-大别超高压变质带是华北华南碰撞的一个缝合带。而在郯庐断裂的东侧，就是缝合带的位置还存在一些争议，那么就是有一些学者根据地表的一些研究推断在五连断裂带是它的一个华南华北的构造边界。而另一些研究学者根据地表的岩性和构造分析他们认为是在五连断裂带的北侧。因为它在五连断裂带的附近发现岩性是和华南更相似。然而他们只能得到一些地表的一些构造地质信息，但是对于地壳，包括上地幔深部的一些变形的结构通过这些研究是无法获得的。我的研究就是通过地壳和上地幔的一些震相的剪切波分裂，我得到了在沿着五连断裂带这个方向，它这个地壳的变形是非常强而且和断裂的走向比较接近，所以我的结果是更支持华南华北碰撞的缝合带是位于五连-燕台断裂带的边界，可以说和地质的研究是一个不同尺度的概念，就是我们地球物理可以提供更深部的一些约束。

好，谢谢孙老师。

孙老师：

好的，那看我们同学们今天还有什么问题。

同学：

您好，武老师，我想问两个问题，第一个问题就是我在世界地体图上面看到中国大陆被印度板块碰撞比较褶皱，那个边缘，印度板块北边基本比较平坦的，这是为什么呢？第二个问题就是为什么印度板块北部比较平坦而它的南部却就有一些低矮的丘陵和山地而没有高山呢？

武老师：

你说的是印度板块是印度大陆这个区域吗，还是说青藏高原的区域？你说的是印度板块这个区域的北部比较平坦还是在青藏高原海拔内部是比较平坦的，我没有听清。

同学：

印度板块北部比较平坦但是它接壤的中国大陆发育褶皱，我比较好奇印度板块北部比较平坦而它的南部存在一些低矮的丘陵和山地，但却没有高山。

武老师：

对，我觉得是这样的，因为我的研究区域之前主要集中在青藏高原内部的区域。印度板块北边比较平坦，它和欧亚大陆碰撞的边界是喜马拉雅造山带，它非常高是世界屋脊。印度板块北部我觉得它是因为这个碰撞还在持续进行，就是没有俯冲到欧亚大陆的边界，边界带可以理解是非常褶皱的，但是印度板块的北部可能你说的这个平坦的区域还没有俯冲到俯冲边界，所以它比较平坦的。至于说印度板块的南部存在丘陵和山地，这个我关注的比较少，因为我研究的区域集中在青藏高原内部，南部是不是会有其他的一些地形或者碰撞带之类的，对于这个问题我可能以后需要去继续关注一下。谢谢您的提问。

同学：

好的，谢谢老师！

孙老师：

好的，那武老师就是不知道您学地球物理是从大学本科开始的吗，因为我们的学生可能会涉及到这样一门课，那么请问您在后续的研究中，您本科所学的这个地球物理的课程对您的帮助是起到一个启蒙的作用还是说现在使用的这些知识全部都是在当时所学到的呢？

武老师：

孙老师是这样，我本科和博士基本上都是学固体地球物理，因为我一直从事这个专业，所以在本科期间主要的一些基础课都是在为后续的一些研究打基础，就是面比较广，包括涉及重磁电震，就是重力、地磁、电法还有地震勘探，就是很多方面，那么到了博士期间的工作主要是以地震学来探测地球的，地壳上地幔这些深部结构为主。我觉得本科学习最重要的是接触的面要广一些，从而可以选择自己更感兴趣的一些点然后为今后的博士，包括一些选题就可以有一个更全面的认识，更容易找到自己的兴趣点。

好的，谢谢孙老师。

孙老师：

好的，谢谢武老师，并且也感谢您和您的研究团队在向地球深部进军的过程中所付出的贡献。

谢谢武老师今天的分享。

武老师：

感谢孙老师，谢谢同学们。