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大陸漂移與地震成因

作者:   來源:中國地質博物館  發布于:2018/8/10 17:09:39  點擊量:

 當前對地震成因機制的解釋是Reid提出的彈性回跳假說,并在后續的研究中Julian等人提出了用雙力偶震源機制模型來描述地震的成因機制,從而使地震學研究進入科學時代。

其實,這兩個假說模型都存在很大問題。彈性回跳假說雖然可以對淺源地震進行一定程度的解釋,但對于深達幾百千米的地震無法解釋,因為在這樣深的地方巖石已具有塑性,不會發生彈性回跳。而雙力偶震源機制模型是基于各向同性彈性介質中的直立走向滑動斷層模型建立起來的。越來越多的證據表明,地球內部往往表現各向異性,而且也不是彈性剛體,許多實際觀測到的地震的震源機制與雙力偶模型不符,這類地震大小不一,發生在各種地質環境,尤其是火山和地熱地區。

諸多證據表明,地震主要能量是由斷裂運動激發引起的地下帶電超臨界流體的相變爆炸,大地震形成必須具備兩個充要條件:一是要有高溫高壓的超臨界流體;二是要有活動的深斷裂。活動的深斷裂一旦發生運動,導通地下高溫高壓超臨界流體庫,瞬間降溫降壓,使地下深處的超臨界流體發生相變爆炸,超臨界水相變成水蒸氣,體積增大數百倍。汶川大地震就是因龍門山斷裂帶突然活動引發的一系列隱爆形成的,類似一個沿斷裂破碎帶深部的定向爆破過程。地震過程中也會釋放大量負電荷,從而引起發電磁異常現象,而且地震過程與成礦過程密切相關。

有關證據顯示,全球大陸平均地溫梯度為3℃/100米,由此推測大陸40千米之下溫度可達1200℃,在這一溫度下大部分巖石會發生熔融或部分熔融,大洋地溫梯度遠高于大陸。新大陸漂移模型認為,大陸板塊可以在熱力驅動下自己發生漂移,動力機制是大陸板塊漂移劃開洋殼引起巖漿不斷上涌,在陸塊后面冒泡,巨大的巖漿熱動力推著板塊往前跑。我們可以形象地把大陸漂移比喻成平底熱鍋里的黃油會自己跑。這個運動過程是基于大陸板塊首先發生裂解,產生了一個裂縫和巖漿上涌,在初始階段,大陸漂移與海底擴張一致,但洋中脊噴出的巖漿很快會被海水熄滅,因此海底擴張不能持續,但大陸板塊漂移后在其后面持續不斷地涌出巖漿并不斷被海水熄滅,這個熱力推動過程才能持續推動大陸板塊向前漂移。該模型有如下特征:一是大陸板塊的最前方因受到擠壓,增壓升溫產生地殼流,洋殼隆起;二是大陸板塊前部會產生逆沖斷層、造山帶、火山帶、地震帶;同時地殼流的上涌會在大陸板塊前部的部分薄弱帶出現伸展構造;三是在大陸板塊后部產生巨厚沉積和正斷層;大陸板塊在尾部會有拖尾隆起,可能留下火山島鏈、大陸碎片遺撒物。四是在大陸板塊漂移過程中,軟塑的中下地殼受剪切力易產生低角度拆離斷層,使部分大陸板塊的下地殼發生拆沉,形成緩慢下沉的板塊碎片。這個模型說明大陸板塊漂移的前部會產生高壓地殼流,也存在大量的逆沖斷裂。滿足產生大地震的兩個充要條件,即超臨界流體和活動深斷裂。而大陸板塊漂移的后部,是相對開放環境,難以聚集超臨界流體,雖然有一系列正斷層,但不能形成強震。

部分大陸板塊產生的拆沉古板塊,在下沉過程中隨著溫度上升,下沉板塊發生分異和相變,部分輕物質上升,而重物質繼續下沉。這個下沉的板塊再與其它漂移的大陸板塊發生碰撞,產生超臨界流體,從而發生深源地震。

這個新的大陸漂移模型,不但可以合理解釋大陸漂移的動力機制,也可以對當前全球地震和我國地震進行合理解釋。新大陸漂移模型科學合理解釋全球地震帶分布特征,環太平洋地震帶是由于其處于大陸板塊的前方,存在高溫高壓地殼流和活動的深斷裂,從而會產生大地震,而環大西洋則處于大陸板塊漂移的后方,整體處于拉伸開放環境,不易聚集能量而無大地震。特提斯地震帶主要是由于當前非洲大陸板塊整體向北漂移伴隨輕微右旋,并與歐亞碰撞的結果。也就是說大陸板塊運動的前方是地震帶,而其后方則無地震帶。

研究表明,日本到我國東北部的深源地震是一個叫Izanagi的呈三角形的拆沉古大陸殘片與歐亞板塊碰撞的結果。推測南美洲東部也存在一個拆沉的長條形古大陸殘片,其與南美洲大陸板塊碰撞造成該地區的深源地震。新西蘭北部等地也存在類似拆沉板塊情況。

深源地震的成因機制目前仍有不少爭議,但諸多證據表明,和拆沉古板片有關,推測拆沉古板片會隨著深度增高增溫,發生熔融并分異出流體,在上覆板塊運動過程中使軟流圈發生擾動,產生降壓發生爆炸。也可能是蛇紋石在高溫高壓下發生晶格爆炸,地震波速顯著降低。但蛇紋石的產生需要水的參與并與橄欖巖發生水巖反應才能形成,這同樣說明需要拆沉的大陸地殼帶來豐富的含水巖石。雖然深源地震成因機制仍然不清。但拆沉的大陸板片分異和相變出來的榴輝巖和尖晶石因密度較大會下沉,堆積在410千米~660千米,形成地震反射界面。

為什么660千米是深源地震的最大深度?推測拆沉的大陸板塊中的重礦物密度正好在此深度與地幔密度平衡,拆沉的板片不能進一步下沉所致。

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