| 全球地震、火山和地幔柱的比較研究 Seisman 0 引 言 地球動力學是研究地球內部產生和改變地球運動的力及其各種過程的專門學科。通過科學家們的努力以及國際間的合作，地球動力學已經在地質學、地球物理學、天文學、大地測量學等相當廣泛的領域得到發展。 正如趙文津院士(2007)所說，中國大陸動力學的研究是從李四光開始的。李四光創造性地提出地球表面形象變化之主因是地球自轉速度的變化引起地殼內作用力變化的見解，系統地提出了地質力學的理論和方法，討論了地質構造的動力成因，對大陸地殼的構造形跡進行了很好的力學解釋。李四光晚年曾試圖將自己的理論引申到大洋領域，他的后來者也做了很多繼承和發展，但似乎終未能如愿。 地震和火山的觀測與研究，以及地幔柱的探測，已經積累了豐富的資料，作者也曾經做過一些探討(Seisman等.2000)。在此基礎上，作者試圖沿著李四光的理論路線做一些系統的研究，從地震、火山與地幔柱的比較研究開始，接著是地震與火山的動力機制研究，中國地震構造特征的研究，中國地震時、空特征的研究，地震預測，等等，但愿能有所發現，有所前進。 1 資料的選取 本文共采用了5套不同來源的目錄，包括：中國地震局的中國強震目錄、全球強震目錄，Advanced National Seismic System網站的全球地震目錄，www.volcano.si.edu網站和Wikipedia百科全書的全球火山目錄，www.mantleplumes.org和www.ig.utexas.edu網站的全球地幔柱目錄。 本文在討論地震活動時混合采用了3套地震目錄，其中ANSS全球地震目錄提供的是混合震級，但對大尺度地震時、空分布的研究不會有太大的影響。 2 全球地震活動震源深度特征的研究 全球地震活動的深度分布如圖1所示。 對比圖 比較圖
a、（1963-2007，M≥5.5，H≤ b、（1963-2007，M≥5.5，H≥ d、（2004-2007，M≥5.5，H≤ 圖1 全球地震活動的空間分布 不言而喻，淺源地震就是震源深度在 淺源地震的分布除了與深源地震和中源地震分布相疊合的地區外，其余均為沿大洋海嶺的線條狀分布（中國地質科學研究院地質礦產所.1974.海底地貌. 內部刊物《地質礦產研究》總第一期P.132-149）。大西洋方面，淺源地震從北部的冰島以北沿之字形的海嶺一直延伸到南緯54°與南印度洋的海嶺相接。印度洋方面，淺源地震主要沿“入”字形的大洋中脊，亦稱中印度洋海嶺分布。中印度洋海嶺以東還散布著一些沿走向近南北的“九十度東海嶺”的淺源地震活動。太平洋方面，一支沿東太平洋海嶺分布，從智利高地經復活節島至科隆群島，然后分叉，分別到厄瓜多爾和墨西哥西海岸；另一支從復活節島以南仍沿東太平洋海嶺向西延伸與中印度洋海嶺相接。沿著這些大洋海嶺在全球構成了一個“W”字形展布的淺源地震帶。 3 全球火山和地幔柱的空間分布圖像 圖2是全球活火山與地幔柱的空間分布。全球已查明的火山約2342座，其中 火山噴發是巖漿等噴出物在短時間內從火山口向地表的釋放。巖漿中含有大量揮發性物質，在上覆巖層的圍壓下這些揮發性物質溶解在巖漿中無法溢出，當巖漿上升靠近地表時，壓力減小，揮發性物質急劇被釋放出來，于是形成火山噴發。火山噴發是一種奇特的地質現象，是地殼運動的一種表現形式，也是地球內部熱能在地表的一種最強烈的顯示（http://baike.baidu.com/）。 圖2中的活火山主要分布在環太平洋火山帶、東非裂谷火山帶和地中海－喜馬拉雅火山帶內（http://bbs.pep.com.cn/）。太平洋沿岸及印度洋東岸的火山活動，被稱為環太平洋火山鏈（Ring of Fire）。劉嘉麒（1999）在研究中國火山時，也將中國東北、東南沿海、山西和云南騰沖的火山活動劃歸環太平洋火山鏈。地中海－喜馬拉雅火山帶分布于橫貫歐亞的緯向構造帶內，西段的地中海和東段的喜馬拉雅山北麓火山活動較強而中段的活動較弱。東非裂谷火山帶多分布在裂谷的斷裂附近。 對比圖2和圖 地幔柱或稱熱點的概念目前在國際上還沒有統一的定義，一般趨向于認為是自核幔邊界上升、在地幔中演化、到近地表與地殼發生殼幔相互作用的圓柱狀地質體，最深可達 2 全球活火山和地幔柱的空間分布 圖3是根據Vincent Courtillot（2003）和Raffaella Montelli（2003）等的結果編制而成的，顯示了深度為 由圖3可見，在南太平洋的不同深度層面上都顯示為超級的地幔柱（superplume）,而在非洲的南部和西部以致歐洲的大部，可能在 目前關于地幔柱的結果還具有很大的不確定性，但地幔柱的存在、地幔柱是地殼和巖石圈能量與物質交換的供給者之一似乎是不容置疑的。究其根本原因，是因為地球具有一個高熱的內核。地核具有高熱，而且其自轉速度可能比外圈更快（宋曉東.1998，楊學祥.1998），是地球內部的一個十分積極的因素。因此，在考察地球的活動規律時，地球的自轉—自轉角速度的變化、進動、章動和極移，與地核的熱作用應該是地球活動的兩大主因。當然，后者在一定意義上也受制于前者。
圖3 全球不同深度地幔層地震波速度層析結果示意圖 （據Vincent Courtillot, 2003; Raffaella Montelli, 2003編繪） 4 對地震、火山、地幔柱進行比較研究的意義 地震活動空間分布圖像，人們通常的做法是引出了板塊構造的概念，按照淺源地震活動的圖像劃分出若干構造板塊的邊界（http://pubs.usgs.gov/）。然而，作者更傾向于引入中國的地震區帶劃分方法（汪良謀等.1993，張裕明等.1994）。地震區帶的劃分并沒有將地殼乃至深部的地球物質劃分為若干塊體，只是將地震活動劃分成為若干的統計單元，以便于由表及里的分析研究，探求地殼運動的真諦。
圖4 全球地震活動的區帶劃分圖 a)泛太帶，b)地中海—喜馬拉雅地震帶，c)東非大裂谷地震帶，d)海嶺地震帶 關于全球地震活動區帶的劃分，作者傾向于全球火山研究的方法，即將全球所有深源地震劃分為同一個地震帶（圖4），或稱之為泛太平洋地震環帶（Pan-Pacific seismic circum belt），簡稱泛太帶（Seisman.2008，待刊）。這樣做對中國地震活動的研究很有利。泛太帶西部以龍門山—橫斷山—緬甸—爪哇島為界，中國東部的地震活動就可歸結為泛太帶西部兩大分支之間的過渡活動。李四光關于東亞和中國東部新華夏構造體系的論述可以支撐這樣的提議。上世紀70年代中國渤海灣與南北地震帶的劇烈互動就是歷史證據（Seisman等.2007）。 前已述及，火山與中源地震以及深源地震似乎具有互通的機制。對于深源地震和中源地震的震源機制，目前仍無定論。在深部的高溫條件下，已經不能發生象淺源地震那樣的脆性破裂。因此，火山或許就是沖出了地表的中、深源地震，而中、深源地震似乎也就是沒有沖出地表的火山，只是規模不一，表現形式不一而已。 火山釋放的能量遠大于地震。據測算，一次特大的噴發相當于一次10.3級地震，一次噴發指數（Volcanic Explosivity Index）VEI=7的噴發相當于一次9.8級地震（http://bbs.pep.com.cn/）。 如果說火山和中、深源地震都是熱能由高溫空間向低溫空間的轉移，那么火山的熱能主要噴發到地表和空氣之中，無法存儲，而中、深源地震的能量轉移則有可能以地幔柱的形式存儲在其上層的低溫空間，從而為再上層的地震活動或地殼內的淺源地震活動積累能量，構成地震地熱效應（Seisman.2000）。 地幔柱是溝通地核與巖石圈之間能量和物質交換的橋梁。地幔柱的能流自然是火山與中、深源地震能量的直接來源之一。有些火山與地幔柱就同在一處。由圖3可見，太平洋由表及里廣布的地幔柱、超級地幔柱，或許正是環太平洋地震極為活躍的根源。環太平洋西部的深源地震活動明顯多于東部，或許還與地球的自轉有關。 （2008.4初稿，2010.8改編）
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