地震地热说原理与应用

（中）

本尼奥夫剖面的切片术

陈 立 军

（3）地震地幔柱中的本尼奥夫剖面

俗称中的本尼奥夫带其实不能成带。它只是地震地幔柱中的一个剖面（图7）。

① 所谓本尼奥夫剖面，就是横过地震地幔柱的某一个竖直的切面，即纵向剖面。对比图7和图3可见，它只能存在于地震地幔柱之内，无法向外伸展。相邻地震地幔柱的本尼奥夫剖面无法横向沟通。

② 已经考察过的地震地幔柱一致表明，地震地幔柱的活动以柱内自下而上逐层驱动的热力活动为主。柱外若有冷物质下降，也是因为热的对流所牵动。

③ 地震地幔柱大多近于直立，当然也有斜立的，比如南智利、日本、北马里亚纳和菲律宾等地震地幔柱，画出来的剖面自然就是人们所喜欢的那种斜面。但是，在一个圆锥形柱状体内画出的剖面，其底边只是一条线而不是一个“带”。

在地震地热说里，本尼奥夫剖面将是一个很重要的工具。由图7的切片术可见，我们要想研究未来地震或者火山的活动地点，很可能要对地震地幔柱进行切片处理，以寻找直下型的中深源地震活动规律。

（4）地震地幔柱的成因与工作机理

设计中的开水试验或许能说明地震地幔柱的工作机理。烧杯注水，置于平板热源之上。当温度适当时，杯底出现气泡，随即破裂。随着水温升高，气泡不断地上升—破裂，水面渐渐变形。当气泡能够上升到近水面时进入“响水不开”阶段，随后即沸腾了。地震和火山的预测就是寻找“响水不开”的时机。

开水试验中的“气泡”可以是地幔中的气体，也可能是地幔矿物在高温高压条件下由液态向气态的转化。火山气体中就包含有“固体矿物的蒸气”（http://baike.baidu.com/view/1453016.htm#sub1453016）。

空泡动力学或许可以解释开水实验中“气泡”的成核、生长、移动和溃灭的机制。揭示地震地幔柱的的工作机理，或许能为深源地震的机制研究找到新的出路。

（5）地壳的属性

地表，或者说近地表，毫无疑问存在着大量的断裂构造。这些断裂把地震工作者们搞糊了，似乎可以用这些断裂，或者用地震的条带分布来划分地块，于是画了很多很多的地块，甚至用地块活动来解释地震成因。

北美洲的震源深度分布说明，15km以内地震受到地表构造控制，以下则只与深部地震活动一致（图8）。

中国及邻区震源深度分布说明，上地壳内的地震受到地表构造控制，以下则只与深部地震活动一致（图9）。

全球震源深度分布说明，4级以上地震和5级以上地震在深度15km内受到地表构造控制，以下不存在5大地震带的分布，6级以上地震自地表以下就不存在5大地震带的分布（图10）。15km以下的地震只受m型热机带得控制。

物探资料表明，大多数断层深度局限在上地壳内，只有几公里或者十几公里，能控制深部地震活动的断裂很少。地球大陆的地壳平均厚度大约33km，能够到达地壳底部的超壳断裂，即所谓深大断裂极少。（见http://blog.sciencenet.cn/u/seisman）

大量研究表明，与上地壳的脆性比较，下地壳具有流变性。多地发现下地壳物质流，或称层流或管流。大地电磁观测揭示青藏高原东部存在两条中下地壳物质流（白登海等，2011），弥补了地表对高原缩短剩余物质消耗的不足。

全球GPS网公布的年度成果图显示一种半球性的运动，东半球地表呈顺时针旋转，西半球地表呈逆时针旋转，或许与地球自转的速度变化、极移和章动有关（李四光，1976）。利用全球大洋中脊在地球自转发生改变时的继承性错动方向，可以合成半球性运动的效果（图11）。

因此，某种意义上来说，就整个地壳而言，大体上应该算是连续的介质。各类“地块”可以作为地学的统计单元，如果作为地质实体就要十分慎重了。

（待续）

版权所有，引用请注明。                                （2011.6.15初稿，2011.10.6修订）

参考文献

[1] 陈立军.中国地震震源深度与强震活动状态研究[J].地震地质.2000,Vol.22,No.4：360-370

[2] 刘嘉麒.中国火山.[M].1999.北京：科学出版社

[3] 李四光.地质力学方法[M] .1976.北京：科学出版社.

[4] 白登海、腾吉文、马晓冰，等. 大地电磁观测揭示青藏高原东部存在两条地壳物质流. 中国基础科学 ·研究进展，2011.

图7  菲律宾地震地幔柱切片术及本尼奥夫剖面

图8  北美洲地震的震源深度分布

图9  中国及周边地震的震源深度分布

图10  全球地震的震源深度分布

图11  大洋中脊的继承性运动及其对GPS结果的解释