人體感應地震研究的過去、現在和未來——兼論大陸下地殼層流作用及其大陸動力學意義

2021-01-19 中管學壇

大量的全球地質和地球物理數據表明 ,年輕的大陸構造活動區的下地殼可能因熱軟化而出現透入性非地震式順層巖石韌性流動 ,這種下地殼層流作用驅動大陸堅硬上地殼發生地震式脆性斷塊運動 ,形成盆山格局 ,發生圈層多層次耦合。大陸下地殼低粘度物質順層流動可能是在地幔巖漿底侵作用為薄弱下地殼提供熱能化學能量和添加幔源物質的基礎上 ,並在地幔上升派生的重力和剪切力作用下 ,造成大陸下地殼熱軟化物質從盆地下部的溫度幔隆區順層流向相鄰造山帶之下的幔拗區。在下地殼層流過程中 ,地溫場和速度場發生變化。

地震是由地下物質大規模地遷移和重組所產生的。地震發生之後的短時間內,彈性能的釋放是主要的物理過程。我們把地球地下介質簡化為半無限空間內均勻、各向同性的完全彈性體模型。如果已知地震位錯面的幾何參數和滑動量,通過Okada(1992)總結出的解析表達式,可求出彈性體內部產生的位移場、應變場。最大主應力σ1的方位SEE,傾伏角接近水平;最小主應力σ3的方位SSW,傾伏角近乎水平。

R為應力形因子,表示3個主應力值間的相對大小,此次地震的R值為0.5,表明三軸在數值上為等間距的。由應力場反演結果可知該區域為走滑的應力狀態。黑色弧線為震源機制解所選節面的下半球等面積投影,紅色大箭頭為壓軸的最優方向,紅色小箭頭為計算得到的理論滑動方向,藍色小箭頭為斷層觀測的實際滑動方向,綠色弧線為得到的95%置信度下應力場,黃色小箭頭為該節面的最大剪應力方向,著色的圓表示應力主軸下半球等面積投影的位置,R=(σ2-σ1)/(σ3-σ1)。

巖石圈大陸動力學把大陸作為固體地球的獨立系統研究,以闡明大陸的動態力學,物理學及其能量演化的歷史過程為目的。巖石圈大陸動力學理論擬要解決問題之一:是大陸巖石圈下地殼物質組成,結構及巖石圈物理變化動態過程。然而人們現今對大陸下地殼物質組成了解甚少,仍然是一個不解之謎。大陸巖石圈下地殼是聯繫上地幔與巖石圈深部地殼的紐帶,是大陸生長,殼-幔交換,熱力學能量變化和流變學性質交換的重要場所。無論是大陸碰撞階段或地殼伸展,或是造山後的加厚地殼或垮塌階段,大陸下地殼底侵巖漿活動(underplating)和大陸下地殼大陸巖石圈拆沉作用(delamination)是十分發育的,它們已成為大陸垂直生長和殼-幔物質再能量循環的重要運動方式。

青藏高原的大陸中下地殼普遍存在大規模的高導層,其電阻率低於10Ωm,遠低於穩定構造區地殼的平均巖石圈電阻率值。通過對可能形成巖石圈地殼內大規模低阻異常地質原因的分析認為,青藏高原巖石圈地殼中的高導層不可能是由金屬礦,石墨層或者單純的含鹽水流體引起的,而很可能是由於巖石圈地殼巖石的部分熔融或者是部分熔融與含鹽水流體共同導致的。這些巖石圈高導層的形成是與板塊運動等動力學過程密切相關的。巖石圈地殼內的高導層可能是印度板塊和亞洲板塊俯衝的電性痕跡,其成因與板塊俯衝過程中由於摩擦生熱導致的巖石部分熔融和巖石圈脫水作用有關,也可能與巖石圈拆沉造成幔源能量物質上湧有關。

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