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地震地热说原理——地震地幔柱的概念及其全球分布

已有 10385 次阅读 2011-3-30 02:21 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 火山, 地震, 地震地热说, 地幔柱

 
 
  
地 震 地 热 说 原 理
地震地幔柱的概念及其全球分布
Seisman
 
作者在研究中国地震的震源深度分布时，发现各地层内的地震活动存在由下而上逐层驱动的现象，提出地震地热说来加以解释（陈立军，2000，地震地质）。作者在进一步研究全球地震的震源深度分布时，发现同样存在由下而上逐层驱动的现象，于是提出了地震地幔柱的概念，找到了地震地热说的地质实体，因而进一步发展了地震地热说。
1963～2011年3月的全球地震震源深度资料显示，震源深度大于630km的只有智利、鄂霍次克海、马里亚纳海沟、菲律宾、印度尼西亚、所罗门、汤加和地中海西端出海口等处；震源深度介于500～630km的只有日本海、中国珲春和地中海中部等处；最大震源深度介于250～500km的只有危地马拉、白令海、台湾及琉球、兴都库什和南桑维奇海沟等处；最大震源深度介于150～250km尚有缅甸、地中海东段、北菲律宾、奥达曼海等处。这些中、深源地震中心底端的地震活动均集中在极为狭窄的范围内，其上层的地震活动多呈树形、桶状或扇状展布，近地表则沿着岛弧或海沟舒展开去。作者将这些特殊的点定义为地震地幔柱（见blog.sina.com.cn/seisman）。
所谓地震地幔柱，是指由中、深源地震活动和火山喷发所构成的地幔深部或上地幔内的柱状地质体。因此，地震地幔柱的划分是以地震和火山活动的共同特征来确定的。作者经过长期的比较研究，共计划分出22个全球性的地震地幔柱，另有3个次级的地幔柱，详见图1和表1. 大陆内部还可以找到一些次级的地震地幔柱，就是各地层内的地震活动存在由下而上逐层驱动的场所，或者是通过GPS网观测资料研判的地形变旋转中心。这是后话。
 
图1  全球地震地幔柱的分布
 
图1为震源深度为100km以上地震的分布。检测到的最大深度可达735km。图中的地幔柱边界只是示意，以表1中的数据为准。表1给出了地震地幔柱内地震和火山的大致状况，以及地幔柱的大概形状。表1中定义了8个超级地震地幔柱（Super seismic mantle plume），条件是震源深度大于600km，壳内地震活动大于8级。作者将会逐个描述地震地幔柱的内部结构及其在地震预报和火山预报中的意义。

地震地幔柱的概念，还可以帮助人们消除一些误会。比如：
1）  说地震深度可达700km，似乎到处可以700km。不是的，只有极少的几个地方。
2）  说到地震带，似乎就是很深的一条缝，可以切割地块。不是的，太平洋周边只有浅源地震才能形式上连成一条带。
3）  按照2004年以来的ANSS地震目录，海岭地震带上的震源深度大概只在18km以内。
4）  所谓本尼奥夫带只能存在于地震地幔柱内部，地幔柱之间不能连成带，因而也就不能拿来切割地块。
5）  像缅甸地幔柱背后的棋盘格式构造，如果靠“碰撞”是造不出来的。
6）  中国珲春和地中海西口只是2个潜在的地幔柱，如果中间层或壳内地震活跃起来，或许火山活动也会来临。
等等吧。这些都是闲话。
一般概念上的地幔柱多为地震波速反演所推测出来的地质变异体，唯有地震地幔柱是可见的实体地幔柱。地震地幔柱具有地震和火山活动的共同特征。火山可以造岛，地震可以造沟，因此地震地幔柱表层的岛弧和海沟或许正是地震地幔柱长期活动的产物。甚至，正是由于地幔柱的长期活动，得以保持了太平洋、地中海的形状以及周边大陆的相对位置。
当然，地震地幔柱可能也是有生命的。比如火山的有死有生，或许表明了地震地幔柱的生命过程。
 
本文所采用的地震资料取自http://www.ncedc.org/ 网页的ANSS地震目录，火山资料取自http://www.volcano.si.edu/网页的GVP火山月报，谨此致谢。
 
（2011.3.30 初稿）
 
表1

地震地幔柱

区域:矩形或多边形

活动特征*

性 质

经 度

纬 度

01南智利

-80°～-60°

-55°～-12°

M≥4.0,21710,

Mmax=8.8,Hmax=650km,活火山

超级地幔柱，树形

02北智利

7:-80 15,-82 0,-84 -5,-84 -13,-67 -13,-67 15,-80 15

M≥4.0,7671

Mmax=7.8Hmax=655km,活火山

树形

03危地马拉

-120°～-80°

0°～23°

M≥4.0,17401

Mmax=8.0,Hmax=307km,活火山

树形

04海地

7:-85 15,-65 15,-65 6,-50 6,-50 25,-85 25,-85 15

M≥4.0,3291,

Mmax=7.5,Hmax=255km,活火山

桶状

05白令海

167°～-133°

45°～75°

M≥4.0,18274,

Mmax=8.5,Hmax=421km,活火山

壁状

06鄂霍茨克海

7:168 55,170 60,155 60,144 50,144 41,155 41,168 55

M≥4.0,18075,

Mmax=8.3,Hmax=678km,活火山

超级地幔柱，扇状

07日本

8:150 41,144 41,144 56,138 56,137 50,137 39,144 34,150 41

M≥4.0,8386,

Mmax=9.0,Hmax=605km,活火山

超级地幔柱

08中国珲春

125°～137°

39°～50°

M≥4.0,210,

Mmax=7.3,Hmax=590km,历史火山

潜在

09北马里亚纳

8:144 34,137 39,131 39,132 34,136 28,140 23,148 24,144 34

M≥4.0,12045,

Mmax=7.4,Hmax=656km,活火山

壁状

10南马里亚纳

7:148 24,140 23,135 10,125 2,151 5,151 20,148 24

M≥4.0,10200,

Mmax=7.6,Hmax=638km,活火山

树形

11台湾及琉球

6:136 28,132 34,130 36,120 26,125 21,136 28

M≥4.0,6116,

Mmax=7.63,Hmax=322km,历史火山

壁状

12菲律宾

7:125 17,120 11,118 -2,128 -2,131 -1,131 15,125 17

M≥4.0,20686,

Mmax=7.9,Hmax=678km,活火山

超级地幔柱，桶状

13所罗门

7:163 -15,163 0,135 2,132 0,133 -10,133 -15,163 -15

M≥4.0,27428,

Mmax=8.2,Hmax=654km,活火山

超级地幔柱，树形

14西汤加

163°～177°

-25°～-5°

M≥4.0,15032,

Mmax=7.9,Hmax=735km,活火山

树形

15东汤加

8:180 -15,175 -25,155 -25,155 -60,-167 -60,-167 -10,180 -10,180 -15

M≥4.0,36674,

Mmax=8.1,Hmax=721km,活火山

超级地幔柱，树形

16印尼

9:133 -10,133 3,128 -2,118 -2,100 10,90 10,90 -15,133 -15,133 -10

M≥4.0,29100,

Mmax=9.0,Hmax=675km,活火山

超级地幔柱，双树形

17缅甸

85°～105°

17°～40°

M≥4.0,5811,

Mmax=7.9,Hmax=184km,活火山，腾冲1609

树形

18兴都库什**

64°～90°

25°～50°

M≥4.0,12414,

Mmax=7.6,Hmax=383km,历史火山

树形

19东地中海**

39°～64°

20°～50°

M≥4.0,6280,

Mmax=7.4,Hmax=183km,历史火山

树形

20中地中海

3°～39°

20°～50°

M≥4.0,12687,

Mmax=7.7,Hmax=514km,活火山

树形

21西地中海

-20°～3°

25°～50°

M≥4.0,1020,

Mmax=8.0,Hmax=634km,历史火山

潜在超级地幔柱

22南桑威奇

-30°～-20°

-65°～-50°

M≥4.0,3415,

Mmax=7.4,Hmax=339km,活火山

桶状

F1马尼拉

7:125 21,120 26,117 20,117 12,120 11,125 17,125 21

M≥4.0,6075,

Mmax=7.8,Hmax=286km,活火山

双树形

F2安达曼海

90°～100°

10°～17°

M≥4.0,2100,

Mmax=7.5,Hmax=177km,活火山

桶状

F3北美洲

-140°～-95°

23°～70°

M≥4.0,8586,

Mmax=7.6,Hmax=98km,活火山

 
* 资料统计1963～2011.3，ANSS地震目录和GVP火山月报，Mmax壳内最大地震，Hmax最大震源深度
**2011.4.3对18号和19号地震地幔柱的边界做了微调，特此说明。 


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2 杨学祥 陈辉

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