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仇勇海的博客

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关于我

1970年中南矿冶学院地球物理勘探专业毕业后留校任教,从事电法勘探的教学和科研工作。1984年获得国家自然科学基金的资助,该项目“电流场与金属矿晕”1989年获中国有色金属工业总公司科技进步三等奖。1997年晋升为教授。“铜电解液净化工业生产试验”1999年获国家有色金属工业局科技进步三等奖。2000年获得政府特殊津贴。著作:地电化学基础及应用,译著:自然电场法文集,均为中南工业大学出版社出版。

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日本3.11大地震的成因 地震 日本国的母亲  

2011-03-18 07:52:30|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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贝尼奥夫带由和达清夫1935发现,经贝尼奥夫1954研究证实,故又称和达清夫—贝尼奥夫地震带。深源地震震中与深海沟之间的距离相当大。如图1所示。

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图1   和达清夫—贝尼奥夫地震带的震源深度分布

地壳是莫霍面之上的地球最外层。地壳表层由很不均匀的岩石组成,大陆地壳由沉积岩、花岗岩和玄武岩组成,而海洋地壳仅有玄武岩,缺失花岗岩。

地壳厚度变化很大,在海洋下,一般仅为几公里;而在大陆下,平均厚度为30~40公里;在大山脉之下,厚度更大,如我国青藏高原,地壳最厚可达70公里。

地球的莫霍面以下至650km深处称为上地幔。在上地幔上部存在一个软流圈,其特征是出现地震波低速层。低速层在地球中所构成的圈层被称为软流圈。地壳和上地幔顶部盖层(软流圈以上),由坚硬的岩石构成,合称为岩石圈。岩石圈的厚度约从70km(大洋板块)延伸到250km左右(大陆板块)。

由图1可见,太平洋板块呈30°的倾角俯冲到欧亚大陆板块之下。

厚度为几十公里的太平洋板块之下是软流圈,厚度为200公里左右的欧亚大陆板块之下同样是软流圈。在大陆板块与大洋板块的接触带,两个板块相互叠加,因此,该接触带岩石圈的厚度比大陆板块的厚度还要厚。两个板块相互叠加部分我们称之为:“门槛”。

太平洋中脊扩张,使得太平洋板块深深插入欧亚大陆板块之下,在板块的接触带压应力增加,特别是大洋板块必须弯曲变形。贝尼奥夫地震带相当于在欧亚大陆板块与软流圈之间插入了一个楔子。注意到,太平洋板块不是轻而易举插入到欧亚大陆板块之下,它必须克服由于叠加板块厚度增加而产生的阻力。

板块叠加增加了叠加板块的浮力,叠加板块将向上整体抬升,从而可以有效减小板块叠加的厚度。据估算,软流圈的温度可达700~1300度,已接近超基性岩在该压力下的熔点温度,因此一些易熔组分或熔点偏低的组分便开始发生熔融,因此,它成为岩浆的主要源地之一。叠加板块部分物质的熔融也可以减小板块叠加的厚度。

日本海下倾覆的贝尼奥夫地震带最大震源震中深度可达700km左右,倾角为30°,根据该两个数据,太平洋板块俯冲到欧亚板块之下的“贝尼奥夫地震带”的长度已接近1 200km。由于岩石圈板块是刚体,太平洋板块漂移速度在10cm/a左右,因此,经过12 000ka左右时间的大洋板块漂移,大洋板块才能插入到大陆板块下700km左右的垂直深度。

岩石圈始终处于重力与浮力的动态平衡之中。

相隔一定时间,板块接触带压应力相当大,在该情况下,当它超过了岩块弹性形变的极限时,就发生地震。地震的结果,部分叠加板块向上抬升。也就是说,太平洋板块必须跨过“门槛”才能逐步向下延伸。

这是日本3.11大地震的发生的根本原因。

据中国地震台网中心:日本强烈地震强余震统计:2011年3月11日13时46分日本强烈地震,截至2011年03月15日15时00分共记录到M≥6.0级余震30个。其中6.0~6.9级地震29个,7.0~7.9级地震1个。如图2所示:

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图2    日本3.11强烈地震6.0级以上余震分布图                    

 从有地震历史记录以来,日本国及其周围的地震分布如图3所示。图中左上角的湖泊,即为我国黑龙江省鸡西市东侧、中俄边境交界处的兴旋湖;兴旋湖的东北方向是俄罗斯的锡霍特山。由图3可见,绝大部分地震发生在日本深海沟西、北方位。在北海道的东南附近海域,曾经发生过8.0级以上大地震。

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图3    日本历史地震图

人类观测地震的历史是如此之短。就以大地震千年一遇而言,我们如果以12 000ka来计算,那么,在该地区已经发生过12 000次特大地震了。注意到,地球已经有46亿年的历史,哪怕以1亿年来计算,在该地区已经发生过10万次特大地震了。

中国地震台网中心赵 旭、黄志斌给出了日本地震震源破裂时空过程的初步研究结果,如图4所示。

他们认为:断层面上的最大滑动量可能高达3000cm,甚至更高。总体来讲,此地震为一次不对称的双侧破裂事件。在地震发生后约10秒内,破裂扩展很缓慢。10秒后,破裂以更快的速度,沿西南向和东北向两侧同时扩展。破裂总持续时间多达200秒,其中主要能量在50 -110秒内释放。整个断层面上的滑动分布并不均匀。在震源上方浅部区域,沿走向方向,形成了震中以北约90 km和以南约170 km 长的高滑动量集中带。破裂平均速度要小于剪切波传播速度(3.0km/s),最终形成了总长度为500 km左右的断层。此次地震震源复杂破裂过程,亟需强震波形、GPS资料或野外考察数据等更多资料,有待作进一步的研究工作。

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图4    滑动分布模型在地面上投影

破裂初始位置(东经142.369/北纬38.321°/深度24 km)

CMT确定的矩心点分别表示为红色和绿色五角形;黄色圆圈为Mw 5级以上余震

地形高程色标(右上图上)和比例尺(右上图下)

日本地震专家指出:太平洋板块插入欧亚板块之下,海底地壳发生变形,欧亚大陆板块突然发生反弹,形成了长度达到500公里、宽度达到200公里的反弹区域,欧亚大陆板块隆起达到几米高度;与此同时,海水向上方隆起。在日本3.11大地震发生后的5、6分钟,海平面至少升高了3、5米,仅仅半个小时,3米以上高的海浪就涌向大陆。

日本3.11地震海啸给地震界留下了宝贵的资料。

 

据中国地震台网测定,北京时间2010-10-22 01:53 在加利福尼亚湾(北纬24.8,西经109.2) 发生7.0级地震,震源深度10.0公里(图5)。

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                                                                                            图5  

       据中国地震台网测定,北京时间2010-06-30 15:22 在墨西哥(北纬16.6,西经97.7) 发生6.4级地震,震源深度10.0公里(图6)。

 

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图6

据中国地震台网测定,北京时间2007-09-10 09:49 在哥伦比亚沿岸(北纬3.0,西经78.2) 发生7.0级地震,震源深度33.0公里(图7)。

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 图7

据中国地震台网测定,北京时间2010-05-19 12:15 在秘鲁(南纬5.1,西经77.6) 发生6.2级地震,震源深度100.0公里(图8)。

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 图8

据中国地震台网测定,北京时间2007-08-16 07:40 在秘鲁海岸近海(南纬13.3,西经76.5) 发生7.8级地震,震源深度33.0公里(图9)。

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图9

据中国地震台网测定,北京时间2011-03-06 20:31 在智利北部地区(南纬18.1,西经69.4) 发生6.0级地震,震源深度90.0公里(图10)。

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 图10

据中国地震台网测定,北京时间2010-02-27 14:34 在智利(南纬35.8,西经72.7) 发生8.8级地震,震源深度33.0公里(图1 1 ) 

                                                                

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图11

太平洋中脊扩张的结果,太平洋东部板块插入到南美洲、北美洲板块下方。大西洋中脊扩张的结果,推动南美洲板块、北美洲板块向西漂移。它们共同作用的结果,在太平洋东海岸深海沟附近,形成了如图5至图11所示的南美洲、北美洲的沿海地区已经形成了徒立的山脉。

据中国地震台网测定,北京时间2010-12-23 22:00 在阿留申群岛(北纬53.2,东经171.2) 发生6.4级地震,震源深度20.0公里(图12)。

       据中国地震台网测定,北京时间2010-10-08 11:26 在安德烈亚诺夫群岛附近海域(北纬51.4,西经175.3) 发生6.4级地震,震源深度20.0公里(图13)。

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                                图12                                                                            图13

千页群岛、在阿留申群岛的形成,同样与日本3.11大地震的形成机理相同。

夏威夷群岛的岩石性质非常单一,它们都是清一色的玄武岩,是火山多次喷发的产物。

 无论是北美洲的阿拉斯加山脉、落基山脉、西马德雷山脉还是南美洲的安第斯拉山脉,都是由不同地质年代的各式火山岩、变质岩、沉积岩组成的。在美国有著名的盐湖城,玻利维亚的盐湖高程为海拔3 660米。

总之,沿太平洋深海沟分布的群山,是多少亿年中成千上万次特大地震活动以后抬升的产物。

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