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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
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