东亚地幔流动速度研究
Mantle flow velocity of East Asia
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摘要: 提要：用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料，计算地幔垂直和切向流动形式及流动速度，得到东亚及西太平洋大体分为3个区域物质流动大致方式：东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为下部会聚上部扩散的地幔上升流，尤其对于南海来说，大致勾勒出南海地区构造特征——从上到下的大体结构可能是上部呈“工”字型结构、中间为圆柱型、底部呈发散形的地幔上升流；西伯利亚地幔物质上部会聚下部扩散的“人”字型下降流；青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带上部会聚下部扩散的“人”字型地幔下降流。东亚西太平洋分为3个区域地幔对流与地表的西太平洋构造域、古亚洲构造域和特提斯构造域相吻合。东亚中部的物质在地幔深部无明显流动趋势。地幔上升流起源于核幔边界，主要表现在下地幔和上地幔下部，到上地幔顶部和地表与现代热点位置符合。地幔垂直流动速度每年1～4 cm，切向速度为每年1～10 cm。Abstract: Abstract: Based on the high-resolution body wave tomographic images and relevant geophysical data the authors calculated the form and vertical and tangential velocities of mantle flow. Mantle flow in East Asia and the Western Pacific may fall into three patterns: (1) in the East-Asia marginal rift system and western Pacific marginal seas the mantle flow is marked by an upwelling mantle flow, characterized by flow convergence in the lower mantle and divergence in the upper mantle, especially for the South China Sea, where the structure of the upwelling mantle flow may be roughly outlined as a “工” shape in the upper mantle, a column shape in the middle and a divergent shape at the bottom; (2) in Siberia there is a “人”-shaped downwelling mantle flow, characterized by mantle material convergence in the upper mantle and divergence in the lower mantle; and (3) in the Qinghai-Tibet Plateau-Burma-Indonesia Tethys subduction zone, there is a “人”-shaped downwelling mantle flow, which is also characterized by flow convergence in the upper mantle and divergence in the lower mantle. The three regions of mantle convection beneath East Asia and the Western Pacific are in agreement with Western Pacific, Paleo-Asiatic and Tethyan tectonic domains. The material in the central part of East Asia shows no trend of flow in the deep interior of the mantle. The upwelling mantle flow originates from the core-mantle boundary and is mainly manifested in the lower mantle and lower part of the upper mantle. At the top of the upper mantle and at the surface, its location coincides with that of modern hot spots. The rate of vertical mantle flow is about 1 to 4 cm per year and the tangential rate is 1 to 10 cm per year.
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1. 研究目的（Objective）
碳酸钙是全球应用最广泛的非金属矿物材料之一，它不仅是建材、造纸、塑料、涂料、橡胶、油漆、冶金等行业的原料或改性功能材料，而且在日用化工、食品、医药、卫生保健等领域发挥着独特的作用。广西贺州大理岩矿产丰富，被誉为全国“重钙之都”，但石灰岩矿（轻质碳酸钙）勘查程度低，为了加快传统产业转型升级和新经济新业态转化培育，贺州市以粤港澳大湾区市场需求为引领，将重质碳酸钙领域拓展到轻质碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙领域，构建绿色高端碳酸钙千亿元产业集群，本次在贺州市水声肚地区开展了石灰岩矿的勘查研究工作。
2. 研究方法（Methods）
通过开展详查工作，采用大比例尺地质填图圈定含矿层位；采用勘查线的布置形式，地表施工槽探、深部系统施工钻探揭露控制，最终通过全孔采样分析，圈定有色冶金熔剂用石灰岩矿体，估算资源量，实现了快速找矿突破。同时研究分析了水声肚矿区石灰岩矿体的主要赋矿层位，矿体规模、形态、产状、厚度、品位，矿石结构构造、矿物成分、化学成分、矿石类型，确定找矿标志。
3. 结果（Results）
通过项目实施，水声肚矿区熔剂用石灰岩矿的主要含矿层位为融县组下段（D3r1）和桂林组上段（D3g3）（图 1a）。融县组下段岩性为浅灰色-灰白色中厚层亮晶微晶粒屑灰岩夹纹层状含生物屑微晶灰岩，厚50~60 m；桂林组上段岩性为深灰色生物碎屑灰岩夹多层层孔虫灰岩，厚67~131 m。
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图 1 水声肚矿区地质简图（a）、层孔虫灰岩矿石和镜下照片（b）及1号勘查线剖面图（c）Figure 1. Simplified geological map of the Shuishengdu area (a), microscopic photos of stromatoporoid limestone ore (b) and section of No.1 exploration line (c) in the Shuishengdu area通过系统工程控制和采样分析，圈出了①号熔剂用石灰岩主矿体，矿体走向延长约2350 m，倾向延长约1650 m，水平投影面积约2.05 km2。矿体剖面形态呈单斜厚大层状、板状（图 1b）。矿体平均倾向193°，平均倾角21°。通过45个钻孔施工，控制矿体厚度11.01~179.53 m，平均99.02 m。单工程品位：CaO 53.75%~54.84%，平均54.44%；MgO 0.52%~1.17%，平均0.75%；SiO2 0.20%~1.33%，平均0.48%。
矿石结构以生物碎屑（含层孔虫、腕足类）泥晶结构（图 1c）、微晶结构为主，构造主要为块状构造。矿石矿物成分主要为方解石（约98%），含少量的泥质（约2%）。据组合分析结果：Al2O3平均含量0.24%；Fe2O3平均含量0.08%；S平均含量0.022%；P平均含量0.0019%；烧失量平均43.57%。表明矿区熔剂用石灰岩有害组分含量极低。矿石工业类型为有色冶金熔剂用石灰岩，均达一级品，部分达特级品。
4. 结论（Conclusions）
(1) 本次勘查在水声肚矿区新发现超大型有色冶金熔剂用石灰岩矿床，共估算石灰岩矿石资源量（控制+推断）为72956.46万t，矿区北部直接出露地表的石灰岩矿石量超2亿t，为贺州市碳酸钙产业转型升级提供资源保障，也为贺州市创建“广西东融先行示范区”迈开了加速步伐。
(2) 确定水声肚地区有色冶金熔剂用石灰岩矿的主要赋矿层位为融县组下段和桂林组上段。
5. 致谢（Acknowledgements）
项目实施过程中得到了广西贺州市自然资源局的大力支持，谨此表示感谢。
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