在過(guò)去的幾十年里，地球科學(xué)正在迅速地從主要的描述性學(xué)科轉(zhuǎn)變?yōu)橐赃^(guò)程為導(dǎo)向的學(xué)科，旨在建立定量模型來(lái)重建和預(yù)測(cè)固體地球中的復(fù)雜過(guò)程。這包括預(yù)測(cè)地質(zhì)系統(tǒng)未來(lái)行為意義上的預(yù)測(cè)，但也包括預(yù)測(cè)現(xiàn)在存在于地下的地質(zhì)模式，作為過(guò)去冰凍的證據(jù)。這兩種預(yù)測(cè)方法都同人類(lèi)的基本需要高度相關(guān):供水和資源、防止自然災(zāi)害和控制地球環(huán)境退化。對(duì)人類(lèi)棲息地的密集利用帶來(lái)了很大程度上未知的風(fēng)險(xiǎn)，并使我們?cè)絹?lái)越脆弱。人類(lèi)對(duì)最外層固體地球的利用正在加速。迫切需要科學(xué)先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確定位地下資源，預(yù)測(cè)地震、火山爆發(fā)和地面沉降(部分人為)的時(shí)間和震級(jí)。這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重大的多學(xué)科科學(xué)挑戰(zhàn)。固體地球過(guò)程的預(yù)測(cè)也為海洋學(xué)和大氣科學(xué)以及氣候變化的預(yù)測(cè)提供了重要的制約因素。
1，物質(zhì)交換
物質(zhì)交換是指地殼某些區(qū)域的巖石被侵蝕而在另一些區(qū)域重新沉積，以及地球內(nèi)部對(duì)這些逐漸變化的壓力作出反應(yīng)的方式。這提出了現(xiàn)代地球科學(xué)的一個(gè)新前沿，即試圖定量地理解這些過(guò)程。這就需要一種研究策略，將現(xiàn)有的方法結(jié)合起來(lái)，一方面解決有限近地表記錄的高分辨率時(shí)間尺度問(wèn)題，另一方面解決更典型的整個(gè)沉積盆地規(guī)模的長(zhǎng)期和大規(guī)模研究方法。實(shí)現(xiàn)四維方法(即包括空間和時(shí)間)的關(guān)鍵步驟需要以一種結(jié)合小尺度數(shù)據(jù)和高質(zhì)量現(xiàn)代地震成像的方式對(duì)固體地球過(guò)程進(jìn)行建模。如果我們要量化和限制驅(qū)動(dòng)地殼板塊的力量，我們就需要探測(cè)地球深部，以獲得關(guān)于地球深部結(jié)構(gòu)和過(guò)程的高分辨率圖像。深層地球框架提供了一個(gè)統(tǒng)一的主題，能夠以面向過(guò)程的方式處理地球系統(tǒng)的全部動(dòng)力學(xué)。最近的技術(shù)進(jìn)展(包括地震層析成像、面向地球的空間觀測(cè)、海洋和大陸鉆探、建模和分析技術(shù))通過(guò)將最先進(jìn)的方法和全球數(shù)據(jù)庫(kù)的組合結(jié)合起來(lái)的全球努力，為取得突破創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。
2，重建地球歷史
巖石圈沉積蓋層提供了高分辨率的環(huán)境變化記錄，以及地殼、巖石圈和地幔系統(tǒng)在地表和不同深度的變形和物質(zhì)傳遞。在過(guò)去的幾年中，一些開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)有助于解釋巖石圈構(gòu)造過(guò)程和沉積記錄之間的關(guān)系。例如，這些實(shí)驗(yàn)證明了巖石圈板塊應(yīng)力場(chǎng)對(duì)其上方堆積的沉積層序的控制作用，以及對(duì)沉積盆地中相對(duì)海平面變化的記錄的控制作用。地球科學(xué)家也越來(lái)越意識(shí)到活躍的構(gòu)造過(guò)程影響沉積盆地的方式，以及這些過(guò)程對(duì)連接地球深部和地表過(guò)程的耦合系統(tǒng)中的流體流動(dòng)和最近的垂直運(yùn)動(dòng)的主要影響。巖石圈沉積蓋層記錄了地球表面以及地殼、巖石圈和地幔系統(tǒng)不同深度的變形和物質(zhì)傳遞。在過(guò)去的幾十年里，沉積盆地分析在整合沉積和巖石圈(以前是分離的)地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。綜合活動(dòng)構(gòu)造、地表過(guò)程和巖石圈動(dòng)力學(xué)對(duì)這些盆地及其周邊地區(qū)的古地形進(jìn)行重建是一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。
3，巖石圈變形機(jī)制
巖石地幔流的方式施加控制的厚度和強(qiáng)度巖石圈板塊,板塊運(yùn)動(dòng)之間的耦合的程度和在地球內(nèi)部流動(dòng),模式和軟流層的對(duì)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(dòng)力學(xué)行為，特別是巖石圈伸展的動(dòng)力學(xué)以及與之相關(guān)的裂谷和沉積盆地的發(fā)育，必須詳細(xì)了解地幔流動(dòng)的不同區(qū)域的方式。造山帶的經(jīng)典模式包括與陸-陸碰撞有關(guān)的造山作用的威爾森海開(kāi)閉旋回(Dewey, 1969;威爾遜,1966)。這些模型無(wú)法解釋世界上大量造山帶的地質(zhì)歷史，在這些造山帶中，變形、變質(zhì)和地殼生長(zhǎng)發(fā)生在一個(gè)正在進(jìn)行的板塊匯聚的環(huán)境中。這些帶被稱(chēng)為增生造山帶，但也被稱(chēng)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巖石圈的俯沖部位。他們由增生楔(圖1)包含物質(zhì)累積下行板和上板的侵蝕,島弧,蛇綠巖,大洋高原,舊大陸塊,post-accretion花崗質(zhì)巖石和變質(zhì)產(chǎn)品granulite-facies,剝露高壓變質(zhì)巖和碎屑沉積盆地(Cawood et al ., 2009)。增生造山帶似乎在地球歷史的大部分時(shí)期都很活躍，并構(gòu)成了大陸生長(zhǎng)的主要場(chǎng)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(guó)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(mén)、尼日利亞、中國(guó)、哈薩克斯坦和蒙古。
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