【莫霍面的复杂性】
莫霍面在部分区域是双层或多层结构,而不是简单清晰的单一界面。这是现代地球物理学对莫霍洛维奇不连续面(简称莫霍面)认识的一个重要深化。
传统教科书将莫霍面定义为地壳与地幔的分界面,全称为莫霍洛维奇不连续界面,是一个地震波速度(特别是P波速度)从地壳的~7.0km/s突然增加到地幔的~8.1km/s的尖锐界面。
然而,大量的地震测深、广角反射和折射实验发现,在许多地区,这个速度变化不是一步完成的,而是表现为一个复杂的、有内部结构的过渡带。这个过渡带就可以被解释为“双层莫霍面”。
出现“双层莫霍面”的主要原因与地壳的形成、演化和深部过程有关,以下是几种主要的解释:
1. 蛇绿岩套模型(Ophiolite Model) ——经典的双层结构;这是解释大洋莫霍面双层结构最著名的模型。蛇绿岩是逆冲到大陆上的古大洋地壳碎片,它提供了一个观察大洋岩石圈的完美剖面。一个完整的蛇绿岩套自上而下为:海洋沉积物→玄武质熔岩(枕状玄武岩)→席状岩墙群→辉长岩(具堆晶结构),这被认为是“上莫霍面”或“地震莫霍面”;莫霍面过渡带(由辉石橄榄岩等组成)→地幔橄榄岩, 这被认为是“下莫霍面”或“岩石学莫霍面”。
在这个模型中:①上莫霍面,是地壳的基性堆晶岩(辉长岩)与地幔超基性岩(橄榄岩)之间的界面。由于存在巨大的波速差异,它形成了一个强烈的地震波反射面,即通常用地震方法探测到的“地震莫霍面”。②下莫霍面,是岩石学上真正的地壳(所有岩浆成因的岩石)与地幔(未熔融的残余地幔岩)的分界。它可能不是一个尖锐的地震界面。
2. 壳幔过渡带(Crust-Mantle Transition Zone);在许多地区,尤其是古老的地块下方,莫霍面表现为一个厚达数公里的复杂层状序列,而不是一个面。这可能由以下过程形成:
底侵作用(Underplating):地幔部分熔融产生的基性岩浆上升,但未能喷出地表,而是横向侵入并冷凝在地壳底部。这使得地壳底部不断加厚、变基性,形成一个由辉长岩、榴辉岩等高速物质组成的层。地震波在这个层内和其底部都会发生速度变化,从而形成多层反射。
幔源岩浆的结晶分异:岩浆在地壳底部的大型岩浆房中发生结晶分异,重的矿物(如橄榄石、辉石)下沉形成堆晶层,轻的矿物上浮。这种垂向的成分变化形成了良好的层状物理结构,能够产生多组地震波反射。
3. 俯冲带(Subduction Zone)的复杂性,在俯冲带区域,构造活动极其强烈,莫霍面的结构更是复杂。
大洋板块俯冲时,其上的大洋地壳(玄武岩)可能部分被刮削下来,增生到大陆地壳底部,形成复杂的叠瓦状构造。
俯冲的洋壳在高压下可能转变为密度更大的榴辉岩,其地震波速度与地幔相似,这会使得传统的利用速度差定义的莫霍面变得模糊或出现多解性。
体现莫霍面复杂性的常见区域:
大洋中脊:普遍存在一个壳幔过渡带。
大陆造山带根部(如喜马拉雅山、阿尔卑斯山):由于大陆碰撞、叠覆、折沉等作用,莫霍面结构非常复杂,常表现为多层层状结构。
大陆裂谷区:伴随地幔上涌和强烈的岩浆活动,底侵作用显著,莫霍面多为过渡带形式。
#地球动脉[超话]#莫霍面在部分区域的双层或多层界面特征,是我们对地球内部结构的认识从静态的、简单的层状模型向动态的、复杂的、演化中的系统的转变。研究莫霍面的精细结构,对于理解地壳的形成、增生、改造以及地球内部的物质循环具有至关重要的意义。对于地震预测科研探索而言,在动态触发、同频共振、库仑应力转移等诸多课题上,莫霍面局地“多面性”的特征是重要的参量。#地脉系统深地探索#
