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大陆漂移与地震成因

2018-3-2 8:35:20 来源:中国矿业报社 作者:梁光河

当前对地震成因机制的解释是Reid提出的弹性回跳假说,并在后续的研究中Julian等人提出了用双力偶震源机制模型来描述地震的成因机制,从而使地震学研究进入科学时代。

其实,这两个假说模型都存在很大问题。弹性回跳假说虽然可以对浅源地震进行一定程度的解释,但对于深达几百千米的地震无法解释,因为在这样深的地方岩石已具有塑性,不会发生弹性回跳。而双力偶震源机制模型是基于各向同性弹性介质中的直立走向滑动断层模型建立起来的。越来越多的证据表明,地球内部往往表现各向异性,而且也不是弹性刚体,许多实际观测到的地震的震源机制与双力偶模型不符,这类地震大小不一,发生在各种地质环境,尤其是火山和地热地区。

诸多证据表明,地震主要能量是由断裂运动激发引起的地下带电超临界流体的相变爆炸,大地震形成必须具备两个充要条件:一是要有高温高压的超临界流体;二是要有活动的深断裂。活动的深断裂一旦发生运动,导通地下高温高压超临界流体库,瞬间降温降压,使地下深处的超临界流体发生相变爆炸,超临界水相变成水蒸气,体积增大数百倍。汶川大地震就是因龙门山断裂带突然活动引发的一系列隐爆形成的,类似一个沿断裂破碎带深部的定向爆破过程。地震过程中也会释放大量负电荷,从而引起发电磁异常现象,而且地震过程与成矿过程密切相关。

有关证据显示,全球大陆平均地温梯度为3℃/100米,由此推测大陆40千米之下温度可达1200℃,在这一温度下大部分岩石会发生熔融或部分熔融,大洋地温梯度远高于大陆。新大陆漂移模型认为,大陆板块可以在热力驱动下自己发生漂移,动力机制是大陆板块漂移划开洋壳引起岩浆不断上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。我们可以形象地把大陆漂移比喻成“平底热锅里的黄油会自己跑”。这个运动过程是基于大陆板块首先发生裂解,产生了一个裂缝和岩浆上涌,在初始阶段,大陆漂移与海底扩张一致,但洋中脊喷出的岩浆很快会被海水熄灭,因此海底扩张不能持续,但大陆板块漂移后在其后面持续不断地涌出岩浆并不断被海水熄灭,这个热力推动过程才能持续推动大陆板块向前漂移。该模型有如下特征:一是大陆板块的最前方因受到挤压,增压升温产生地壳流,洋壳隆起;二是大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带;同时地壳流的上涌会在大陆板块前部的部分薄弱带出现伸展构造;三是在大陆板块后部产生巨厚沉积和正断层;大陆板块在尾部会有拖尾隆起,可能留下火山岛链、大陆碎片遗撒物。四是在大陆板块漂移过程中,软塑的中下地壳受剪切力易产生低角度拆离断层,使部分大陆板块的下地壳发生拆沉,形成缓慢下沉的板块碎片。这个模型说明大陆板块漂移的前部会产生高压地壳流,也存在大量的逆冲断裂。满足产生大地震的两个充要条件,即超临界流体和活动深断裂。而大陆板块漂移的后部,是相对开放环境,难以聚集超临界流体,虽然有一系列正断层,但不能形成强震。

部分大陆板块产生的拆沉古板块,在下沉过程中随着温度上升,下沉板块发生分异和相变,部分轻物质上升,而重物质继续下沉。这个下沉的板块再与其它漂移的大陆板块发生碰撞,产生超临界流体,从而发生深源地震。

这个新的大陆漂移模型,不但可以合理解释大陆漂移的动力机制,也可以对当前全球地震和我国地震进行合理解释。新大陆漂移模型科学合理解释全球地震带分布特征,环太平洋地震带是由于其处于大陆板块的前方,存在高温高压地壳流和活动的深断裂,从而会产生大地震,而环大西洋则处于大陆板块漂移的后方,整体处于拉伸开放环境,不易聚集能量而无大地震。特提斯地震带主要是由于当前非洲大陆板块整体向北漂移伴随轻微右旋,并与欧亚碰撞的结果。也就是说大陆板块运动的前方是地震带,而其后方则无地震带。

研究表明,日本到我国东北部的深源地震是一个叫Izanagi的呈三角形的拆沉古大陆残片与欧亚板块碰撞的结果。推测南美洲东部也存在一个拆沉的长条形古大陆残片,其与南美洲大陆板块碰撞造成该地区的深源地震。新西兰北部等地也存在类似拆沉板块情况。

深源地震的成因机制目前仍有不少争议,但诸多证据表明,和拆沉古板片有关,推测拆沉古板片会随着深度增高增温,发生熔融并分异出流体,在上覆板块运动过程中使软流圈发生扰动,产生降压发生爆炸。也可能是蛇纹石在高温高压下发生晶格爆炸,地震波速显著降低。但蛇纹石的产生需要水的参与并与橄榄岩发生水岩反应才能形成,这同样说明需要拆沉的大陆地壳带来丰富的含水岩石。虽然深源地震成因机制仍然不清。但拆沉的大陆板片分异和相变出来的榴辉岩和尖晶石因密度较大会下沉,堆积在410千米~660千米,形成地震反射界面。

为什么660千米是深源地震的最大深度?推测拆沉的大陆板块中的重矿物密度正好在此深度与地幔密度平衡,拆沉的板片不能进一步下沉所致。□(作者单位:中国科学院地质与地球物理研究所)

网站编辑:宫莉

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