具体描述
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《地壳动力学前沿：从深部到表层的连续性研究》 内容提要： 本书深入探讨了地球内部从地幔深处到地表构造边界之间，物质运动和应力场传递的复杂动力学过程。全书聚焦于地壳、上地幔以及俯冲带等关键区域的动力学机制，旨在建立一个多尺度、跨尺度的地质过程统一模型。我们不仅仅关注宏观的板块运动，更细致地解析了控制岩石圈变形的微观流变学特性，以及这些微观机制如何通过介质的非线性响应，向上、向下耦合至更大的构造单元。 本书的结构分为四个主要部分：地幔对流与岩石圈响应、俯冲带的构造物理学、大陆拉张与裂解的动态演化，以及构造过程的量化模拟与数值方法。 第一部分：地幔对流与岩石圈响应 本部分首先回顾了当前地幔对流模型（如粘滞对流、对流失稳等）的最新进展，重点讨论了富集区（例如大洋中脊下方或板块边缘的深部）地幔物质的成分异质性如何影响对流模式和板块拉张的启动。 章节一：地幔流变学与物质输运：详细阐述了在高温高压条件下，橄榄石等主要地幔矿物的流变律，包括扩散蠕变、位错蠕变及其在不同应力状态下的切换机制。引入了“粘滞边界层”的概念，解释了软流圈的低粘度层如何有效地隔离了岩石圈的刚性变形与深部地幔的驱动力。 章节二：岩石圈的刚性与塑性耦合：研究了岩石圈（地壳和上地幔顶部）在受力时的非均匀响应。通过分析热力学平衡和冷却模式，建立了一个地壳厚度与板块俯冲潜力的关系模型。重点讨论了岩石圈薄弱带的形成机理，这些弱带是未来构造断裂和裂谷发育的初始缺陷。 章节三：大洋岩石圈的减薄与再循环：考察了古老、寒冷的大洋岩石圈在俯冲过程中，如何因热力学不稳定性而发生“减薄”或“破碎”现象。讨论了俯冲板片与上覆地幔楔之间的流体迁移和热交换过程，这些过程显著影响了弧后伸展和火山活动的类型。 第二部分：俯冲带的构造物理学 俯冲带是地球上最活跃、信息量最丰富的构造单元。本部分集中于俯冲过程中应力、应变和流体循环的复杂相互作用。 章节四：板片断续俯冲与板块边界锁定：分析了俯冲速率、板片弯曲刚度与俯冲角之间的动态平衡。引入了“准稳定状态俯冲”的概念，并探讨了在某些情况下，板片如何发生深度断裂或完全停止俯冲（板片折叠）。讨论了俯冲带锁定机制与大地震复位周期的关系。 章节五：流体在俯冲带中的角色：这是俯伏冲带研究的核心。我们详尽分析了脱水反应（从脱水到脱气）对上覆楔和板片力学的耦合效应。重点讨论了俯冲带深部流体逃逸路径的阻力，以及这些流体如何润滑界面或引发地幔楔的熔融，从而影响弧火山的化学组成和地震活动性。 章节六：增生楔的构造构造与物质沉积：研究了俯冲带前缘物质的堆积过程。通过分析沉积物的孔隙度、有效应力与剪切强度之间的关系，揭示了增生楔如何通过反冲和地层倾斜，成为一个动态变形区，向地表迁移并影响海沟的形态。 第三部分：大陆拉张与裂解的动态演化 本部分转向了大陆构造的解体过程，特别是裂谷系统的形成、成熟与最终的大洋扩张。 章节七：大陆裂谷的启动与应力场集中：探讨了地幔热柱上升（Plume-related rifting）与被动拉张（Passive rifting）这两种主要模式的动力学差异。利用有限元模型模拟了地壳在均匀拉张场中，如何通过预先存在的垂直不连续性（如古老的造山带）选择性地形成正断层系统。 章节八：地壳的断裂与熔融耦合：专注于大陆地壳在拉张过程中，从脆性变形到延性流变的转换。分析了在裂谷底部快速热流作用下，晶体熔融如何降低局部强度，并加速拉张的进程，导致地壳“减薄”和“腺化”（necking）。 章节九：海洋扩张的启动与初始洋中脊形成：研究了从残留大陆块体到形成新生大洋盆地的过渡阶段。讨论了初始裂谷的“二分法”（bifurcation）过程，以及新的洋中脊构造如何通过快速的岩浆作用，取代原有的伸展构造，从而确立新的板块边界。 第四部分：构造过程的量化模拟与数值方法 本部分强调了现代构造地质学中计算模拟工具的重要性，并介绍了用于求解复杂非线性问题的先进数值技术。 章节十：非线性粘塑性本构模型：详细介绍了如何将高温高压下的流变学实验数据转化为适用于大尺度模型的三维本构方程。重点讨论了损伤力学（Damage Mechanics）如何纳入模型，以模拟岩石的破裂和非弹性应变积累。 章节十一：多尺度耦合的数值策略：介绍了在处理构造问题时，如何有效地将微观尺度的流变学参数与宏观尺度的有限元或有限差分模拟相结合。讨论了自适应网格技术在处理快速变形区域（如断层带）时的应用优势。 章节十二：构造历史的约束与反演：讨论了如何利用地质记录（如热年代学数据、岩石的变形历史）来约束和验证数值模型的参数。介绍了基于模型预测的构造应力场反演技术，以重建过去构造事件的动力学路径。 目标读者： 本书面向地球物理学、构造地质学、岩石学及相关工程地质学领域的研究人员、研究生以及致力于地质过程动力学建模的工程师。它既可作为高阶本科生和研究生课程的教材，也是寻求深入理解构造演化复杂性的专业人士的重要参考资料。本书的深度和广度，旨在推动学科交叉，促进对地球形成和演化统一动力学框架的构建。
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