10月 282013
 

多年来,经全球学者的广泛研究。已经获知莫霍面是一个全球性的地球内部分界面。莫霍面及其分布特征反映了地壳的演化和壳幔的相互作用。对应不同的地球动力学过程和构造单元,莫霍面性质与分布特征有所不同。稳定地块的莫霍面呈一级速度间断面,分布较稳定,通常具有较强的地震反射;活动造山带的莫霍面常呈现出速度梯度变化,分布不稳定,地震反射通常较弱,有时缺失。莫霍面作为建立地壳和岩石圈结构三维几何模型的重要组成部分,是了解区域构造演化的关键。莫霍面深度(通常表征地壳厚度)记录了地壳的生长与经历的地球动力学过程,因而莫霍面深度是人们认识地球演化的关键证据。由于地震波在莫霍面上传播特征和产生的强弱反射最为明显,能够为人们直观识别,因此地震学探测(主动源和被动源)一直是探知莫霍面深度的主要方法。青藏高原,作为地球上海拔最高的大陆地区,地壳最厚达80—90 km。其巨厚的地壳厚度一直是研究青藏高原深部结构和大陆动力学的重要参数,为全球地学界所关注。自20世纪50年代至今,大量被动源地震观测和主动源地震探测资料的获得揭示了青藏高原的地壳与上地幔结构。

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10月 282013
 

深地震测深(Deep Seismic Sounding),也称之为宽角反射与折射(wide.angle reflection and refraction),是用于研究深达几十公里的地壳上地幔结构的一种有效地震探测方法。目前来说,特别对确定莫霍面深度是比较有效的方法。在20世纪60年代的国际上地幔计划、70年代的地球动力学计划以及80年代的岩石罔计划的实施过程中,深地震测深研究在全球获得了大量的成果,几乎遍布所有构造单元.比较精细刻画了地球内部结构,反映出地壳上地幔复杂的结构及不均匀性。

“深地震反射剖面”(Deep Seismic Reflection Profiling)是研究岩石圈精细结构最有效的方法,能获取地壳内部和莫霍面的细微变化。青藏高原的深地震反射剖面探测可追溯到1958年柴达木盆地的反射地震法地壳调查(曾融生等,1961),首次揭示了柴达木盆地的地壳厚度。INDEPTH项目首次将多次覆盖的深反射地震方法应用于青藏高原的探测研究,发现喜马拉雅山北坡莫霍面深度可达72.76km(Zhao,et a1.,1993)。1992年,“格尔木.额济纳旗”地学断面项目组在青藏高原北缘的祁连山进行了深地震反射剖面探测试验,揭示出横过盆山结合部位莫霍面由北面河西走廊44 km向祁连山下加深到50km(吴宣志等,1995)。1998.2000年中国地质科学院岩石圈研究中心在跨越西昆仑.塔里木、阿尔金山.塔里木盆山结合带完成2条深地震反射剖面探测。发现莫霍面的强反射特征,为研究青藏高原北缘碰撞变形的深部过程提供了有力证据(高锐等,2000,2001a,2001b)

宽频地震观测
近年来,随着数字化观测技术的迅速发展,宽频地震观测(Broadband Seismic Observation)方法被广泛采用,研究地震观测台阵下方地壳和上地幔结构,结果层出不穷,特别是接收函数逐渐成为研究地壳上地幔结构的一种简易高效的方法。青藏高原宽频地震观测始于1991年,曾融生与吴大铭的中美合作计划中,沿格尔木到日喀则一线布置了11台宽频带地震仪,揭示了剖面沿线的莫霍面深度变化(曾融生等,1992;吴庆举等,1998)。1992.1994年,中法合作进行了青藏高原天然地震合作研究,沿着青藏高原主干公路布设了宽频地震仪(姜枚,1994)。1995.1998年,又完成了青藏高原北缘的观MY(姜枚等,1999)。INDEPTH.III“德庆.龙尾错”宽频地震观测穿越了班公湖.怒江缝合带,并进入了羌塘地体,对高原内部深部构造特征进行了研究(Tilmann,et a1.,2003;吴庆举等,2004)。1997.1998年,大陆学者与中国台湾学者合作进行塔里木.西昆仑北部的宽频地震观测,发现西昆仑下莫霍面的叠置现象(Kao,et a1.,2001)。进入21世纪后,在青藏高原又进行了大量的宽频地震观测,其中包含了穿越喜马拉雅的“Nepal—Tibet”计划和“Hi—Climb”项目(Pelkum S.。et a1.,2005;钱辉等,2007;李海鸥等,2008;姜枚等,2008),以及穿越青藏高原东缘龙门山断裂带的“川西高原”和“林芝.永川”观测(xu,eta1.,2007;王椿镛,2008)。目前,横跨青藏高原各主要地体都实施了宽频带地震观测(图1),累积长度达10000余公里。

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4月 272012
 

早在1926年,美国地球物理学家古登堡就注意到,地表下100—200千米处上地幔的地震波速有减缓的现象。1955年他又发现,在地面下140千米深处,纵波波速比莫霍洛维奇界面波速下降6%。1957年,苏联地震学家戈尔什科夫进一步发现,千岛群岛和库页岛下面约55—60千米的地方,地震纵波波速下降,横波消失。这些发现意味着那里的岩石处于熔融状态。地质学家根据地震波传播速度的变化,把上地幔分为三层:最上层叫盖层,盖层下面是低速层,低速层下面是地震波传播速度比较均匀的均匀层。

中间的低速层是岩石圈之下的具有塑性、可以缓慢流动的地层,称为软流层,也叫软流圈。目前确定的范围是地表下100—220千米,大洋区为70—220千米。在这个深度范围内,温度增加大于压力增加。部分岩石局部熔融,具有很大的可塑性,其中的物质作水平方向流动。软流层顶部和底部界面不十分确定,与岩石圈之间无明显界面,具有逐渐过渡的特点。 

软流圈的形成是一个漫长的地质演化过程。软流圈熔岩产生时所需的热能、水和挥发性物质,主要由放射性元素衰变,在地球圈层分化过程中释放出来的。释放出来的热能和轻组分上升到低温、刚硬的岩石圈底部时,受到岩石圈的阻挡而逐渐积累起来,从而导致该部位最终形成软流层,所以软流层的形成是地球发展到一定阶段的产物。

软流层具有流动性。坚硬的岩石板块就“漂浮”在这个具有流动性的软流层上。软流层的作用类似润滑剂,可以大大降低岩石板块和地幔之间的摩擦力。岩石圈就在软流层上漂浮,现代板块构造运动就在它上面进行。

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4月 272012
 

地球表面任何一点的地磁场总强度矢量与水平面之间的夹角。地磁场强度方向在水平面之下的,为正磁倾角;而在水平面之上的,则为负磁倾角。

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4月 272012
 

→软流圈 指地壳岩石圈以下的圈层在地表以下70—100公里至地下1000公里之间,位于地幔上部。地震波的波速在这里明显下降;又称低速带。据推测,这里温度约1300℃左右,压力有3万个大气压,已接近岩石的熔点,因此形成了超铁镁物质的塑性体,在压力的长期作用下,以半粘性状态缓慢流动,故称软流圈。板块构造理论的地幔对流运动,就是在软流圈中进行的。岩石圈板块就是在软流圈之上漂移的。

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4月 272012
 

岩石圈是地球上部相对于软流圈而言的坚硬的岩石圈 层。厚约60~120公里,为地震高波速带。包括地壳的全部和上地幔的上部,由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。

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4月 272012
 

在软流层之下,直至地球内部约2900公里深度的界面处,属于地幔圈。由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波(S波及横波,横波只能在固体中传播)不能穿过此界面在外核中传播。P波(指纵波)曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的,所以以古登堡界面为此命名。它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。通过此界面向下,纵波突然下降,横波完全消失。

地壳和地幔之间的分界面莫霍洛维奇面被发现后不久,1914年,美国地球物理学家本诺·古登堡在对地球上一些大的地震进行分析时,发现了一种奇怪的现象:在距地表2900千米处,原来穿透力很强的地震波突然不见了;在这个区域既接受不到横波,也接受不到纵波。在对地核界面上反射和折射的各种纵、横波震相的时距曲线计算后发现,从莫霍面往下,地震波速继续增大,至2885千米深处,纵波速度增至13.64千米/秒,横波速度增至7.11千米/秒。自2885千米以下,纵波速度骤然下降为7.9千米/秒,横波突然消失,不再向下传播。表明该面以上为固相,以下为液相。这就是所谓的地震“阴影带”。

地震波的这种神出鬼没的现象一时使人难以理解。后来又经过大量反复的研究,终于发现在地球内部深处又有一个重要的界面,这就是核幔界面。后来,以发现者的姓氏命名为古登堡不连续面,简称古登堡面。又称核幔界面。

古登堡面的上层为地幔,下层为地核的上部—外核。由此可知,莫霍面对地球进行了二分,即分为地壳和地核;古登堡面则再对地球进行了三分,分为地壳、地幔和地核:地壳——从地表到莫霍面,莫霍面的深度在大陆的下面33千米,在海洋处6千米,平均约为17千米;地幔——从莫霍面向下到达古登堡面,也就是到达地下2900千米处;地核——从古登堡面到地心。现在,古登堡面的深度测定为2891千米。

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4月 272012
 

地壳同地幔间的分界面,是南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于1909年发现,故以他的名字命名,称为莫霍洛维奇不连续面,简称莫霍面(或莫氏面)。地幔与上下层不同物质的分界处称为不连续面。外面的被命名为莫霍不连续面,深处的则是古登堡不连续面。在莫霍面上,地震波的纵波和横波传播速度增加明显,弹性和密度随深度逐渐增加,地幔物质密度、硬度大于地壳。此面以上物质平均化学组成与玄武岩相似,密度约2.9×10^3kg/m^3;此面以下物质平均化学组成与橄榄岩相近,密度约3.1-3.3×10^3kg/m^3。莫霍面温度为400-1000/℃。

20世纪以前,人们把地球当作一个内部比较均匀的大圆球。这种错误认识被克罗地亚地球物理学家、气象学家安德里亚·莫霍洛维奇所纠正并推翻。

1909年10月8日和10日,巴尔干地区库勒巴山谷连续发生地震,莫霍洛维奇在研究中惊奇地发现,某些地震波到达观测站的时间比预计的要早,因此他推断地球的结构是分层的。在地下约50千米处,地震波的传播速度发生急剧变化。经过认真分析,他假定地下约50千米的地下物质并不均匀,认定地球的最外层地壳是覆盖在一层质地比较坚硬的岩层之上,而且两层之间不是逐渐过度而是明显划分开的。这样一个界面,后来根据发现者的姓氏命名,叫做莫霍洛维奇界面,又称莫霍洛维奇不连续面,简称莫霍界面、莫霍面。

莫霍洛维奇界面就是地壳与地幔的分界面。莫霍界面以上,就是通常说的地壳,界面以下一定的深度为地幔。

莫霍洛维奇的发现公布后,不少地震学家又进行大量研究,证实了在欧洲地表附近,地震波传播速度为5.6千米/秒,离地表深度50千米处为5.9千米/秒。超过50千米后,地震波传播速度不是缓慢增加,而是猛增到7.9千米/秒。后来又发现,不仅巴尔干地区和欧洲地区如此,其他地区地下深处26—60千米处,都存在类似情况。

随后,地壳和地幔的概念提出,被人们普遍接受、证实,人们对地球分层开始有了明确的划分。

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4月 272012
 

大地水准面所包围的球形体,即地球的真实形状。据卫星观测,地球南北半球不对称,北极凸出,南极凹进;中纬度南半球凸出,北半球凹进,形状不规则。

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