登高望远分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qsqhopeiggcas 天马行空,寻求真谛

博文

探索马里亚纳型俯冲带应力状态与震级的奥秘 精选

已有 5005 次阅读 2018-10-9 09:18 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 马里亚纳型俯冲带, 应力状态, 震级

      大家晓得,质疑与批判是科学精神的重要组成部分,对前人提出的某些理论、方法与观点等(人类科学史上业已公认并得到实践认可的科学理论除外),不要盲目相信,要敢于挑战,这对推动科学发展大有裨益。需注意的是,质疑与批判任何已有的理论、方法与观点等,得有理有据才行,否则为“无厘头”哦,人家可“以默克杠”【1】

俯冲带的经典分类是UyedeKanamori【2】1979年根据岛弧是大陆弧或大洋弧、上下盘耦合程度,提出的智利型(Chiles)和马里亚纳型(Marainas分类(图1)。智利型和马里亚纳型的主要区别为:


1 俯冲带分类图解以及形态特征区别

1)应力类型,智利型处于挤压构造背景之下,马里亚纳型是在拉张背景下;

2)俯冲角度,智利型俯冲角度比较平缓,而马里亚纳型比较陡;

3)地震震级,智利型俯冲带发育有大量高震级地震,尤其是M≥8.0的逆冲断层型地震几乎都发育在智利型俯冲带上,而马里亚纳型发生的地震震级较低,一般认为不超过8.0级,但尚存争议【3】;

4)岩浆类型,智利型岩浆类型为安山岩-英安岩-流纹岩类型,且安山岩十分发育,安山岩在大陆弧和成熟岛弧比较发育,马里亚纳型则以玄武岩为主,安山岩较少;

5)俯冲板块的年龄,智利型年龄较为年轻,马里亚纳型则较老。年轻的俯冲板块较热,板块浮力大,所以形成的俯冲角度小,而老的俯冲板块较冷,密度大,俯冲板块下沉变重,形成的俯冲角度自然也较大。

上述观点虽已被诸多学者认可,但仍缺乏强有力的震例数据支撑。当然,广为认可的观点不一定是正确的认识。资深科学家伙们深知:科学前进的标志常常是新认识推翻旧认识,且真理往往掌握在少数人手里。那么,前人对马里亚纳型俯冲带应力状态与震级上限的认识正确吗?咱依据孕震断层多锁固段脆性破裂理论以及岩石力学基本知识,并结合典型震例进行剖析,看看上述认识是否靠谱。

有比较才能有鉴别,我们划定的北马里亚纳群岛地震区属于马里亚纳型,而北海道地震区则属于智利型。考虑到:(1)这两个地震区(图2)尺度相差不大,可大致认为其相应级别锁固段的尺度无悬殊差异;(2)这两个地震区近邻,可大致认为其板块俯冲带的运动速率相差不大,不会有大量级的差别。因此,选择这两个地震区做对比,有一定的代表性,适合玩“对对碰”。

image.png

全球地震区划分图(2.0版)

(编号37为北马里亚纳群岛地震区,编号38为北海道地震区)

咱先讨论第一个问题,即马里亚纳型俯冲带是否处于拉张应力状态。

学过岩石力学的童鞋们知道,一般岩石抗拉强度约为抗压强度的0.05~0.1倍,岩石的抗剪强度约为抗压强度的0.10.2。再者,如果岩石含有某些优势方向的显著裂隙,可认为其抗拉强度很小,可忽略。我们的研究表明,孕震锁固段处于压(拉)剪应力状态。前人的研究亦表明,北海道地震区处于压剪环境,这没有争议。基于这些认识,可做如下简单推理。如果北马里亚纳群岛地震区的锁固段处于拉剪应力状态,由于拉剪作用下锁固段的强度远低于压剪作用下锁固段的强度,且北马里亚纳群岛地震区标志性地震震级小于北海岛地震区标志性地震震级,那么可合理推测前者锁固段的承载力(与其强度和沿断层面尺度成正比)远低于后者。如此,在板块运动速率相差不大的前提下,且考虑到峰值应力与损伤应力呈一定比例锁固段体积膨胀点到峰值强度点的演化历时,前者会远小于后者,即北马里亚纳群岛地震区相邻标志性地震(图3)的历时远小于北海道地震区相邻标志性地震(图4)的历时。事实是否如此呢?

image.png

3 北马里亚纳群岛地震区1606.1.23-2016.2.24之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取ML≥7.0级地震事件;误差修正已被考虑)

image.png

4 北海道地震区144.2.15-2016.2.24之间CBS值与时间关系

(数据分析时选取MW≥7.0级地震事件;误差修正已被考虑)

有史以来,这两个地震区均有3次标志性地震记录。从图3看出,北马里亚纳群岛地震区相邻标志性地震历时分别约42年和62。从图4看出,北海道地震区相邻标志性地震历时分别约为54年和59。由于其历时并无显著差异,故不支持马里亚纳型俯冲带处于拉张背景的观点,而支持其处于压剪应力状态的观点。

再讨论第二个问题,即马里亚纳型俯冲带能否发生M≥8.0地震

某地震区发生的标志性地震或主震震级,取决于锁固段的强度和尺度,即使锁固段强度较低,其可储存的最大应变能密度也较低,但如果尺度足够大,积累的能量也可能达到发生M≥8.0地震的水平,这是地震预测与危险性评估中需注意的问题。北马里亚纳群岛地震区已发生37.8-7.9标志性地震,从我们的震例研究情况看,大部分地震区在发生3次震级相差不大的标志性事件后,通常会“三震出局”,即发生一次较高震级的标志性事件。因此,预计该地震区下一次标志性地震震级很可能8.3级左右。至于最后一次标志性地震——主震,根据震例类比分析,预判主震震级不会低9.0级。

我们的研究表明,在环太平洋地震带,除个把较小的地震区外,其他地震区主震震级不会低于9.0级,甚至更大。这么说,估计有童鞋感觉生涩难懂,能不能用一句通俗易懂的话作总结发言,说清楚“为什么马里亚纳型俯冲带还未有M≥8.0地震记录,而智利型俯冲带已有多次M≥8.0地震、甚至有M≥9.0地震记录呢?”嗯,这个可以有,咱做个形象的比喻。您去北京王府井溜达,若不出意外能看到不同年龄段的人群,如有的是青年,有的是壮年,有的是老年。对地震区也一样,每个地震区所处的演化阶段不同,如处于“青年”阶段,或不发生M≥8.0地震;到了“壮年”阶段,则能发生M≥8.0地震;而到了“老年”阶段, M9.0地震也可能会冒泡。一句话,乃所处演化阶段不同使然耳。

做科研嘛,若孤立、静止的观点”观察事物,往往会“百思不得其解”;而用“发展、变化的观点”思考问题,往往会豁然开朗。

参考

【1】Overcome Master Gang with Smilence

http://blog.sciencenet.cn/blog-731678-1139443.html

2】张继,李海平,陈青,张航,周波. 俯冲带研究进展与问题[J]. 地质调查与研究,2015,38(01):18-27+34.

3欲揭地球老底”

http://tech.sina.com.cn/d/2017-06-09/doc-ifyfzaaq5737624.shtml




http://wap.sciencenet.cn/blog-575926-1139756.html

上一篇:Q哥是如何炼成“麦霸”的?
下一篇:科研经验:让联想力帮个忙呗

10 郑永军 吴斌 李培 周忠浩 吴晓娲 杨正瓴 黄永义 苏德辰 张国宏 徐晓

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-3-6 01:58

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部