岩石层应力场的起源(一)

英文篇名：Origin of the lithospheric stress field
中文刊名：世界地震译丛
英文刊名：Translated World Seismology
作者：C．Lithgow-Bertelloni ; J．H．Guynn ; 张永庆
英文作者：C. Lithgow-Bertelloni J. H. Guynn
出版日期：2005-02-15
机构：中国地震局地壳应力研究所,
年：2005
期：01
出版单位：世界地震译丛

摘要

构造应力场是地质学一项很重要的研究内容,因为它是记录岩石层动力过程的一个重要因素。在阐述现今岩石层应力状态的起因时,我们利用有关地球岩石层的有限元模型来计算地幔流动、地壳非均匀性、地形等诱发的应力,并且将其与板内应力的观测结果(如世界应力图)进行比较。我们探索了岩石层非均匀性的两种模型,一种是基于地震和其他观测约束的模型(Crust 2．0);另一模型假定地球处于均衡补偿状态。我们在对地幔牵引力的计算中考虑了两种不同的地幔密度非均匀性模型:一种是基于过去 180Ma的板块消减历史的模型,这一模型在精确重现现今大地水准面和新生代板块速度方面证明是成功的;另一种是从地震层析成像结果推断出的模型。我们考察了不同的地幔粘性结构假设对计算结果的影响,以及由软弱板块边界表现出的横向粘性变化对计算结果的影响。尽管在一些地区预测值和观测值的一致性较差,但我们仍发现,将地幔和岩石层应力源都包含在内的综合模型计算结果与应力场观测值符合程度是最好的(约有60%的方差减小量)。只引入地幔牵引力所得到的应力场显示出更大程度上的长波结构,比在应力观测中所看到长波成分更明显,在某些径向地幔牵引力明显较强的地区 (如东南亚和西太平洋),计算结果与观测值的一致性非常好。单由岩石层非均匀性所产生的应力场强烈依赖于我们所假定的地壳模型:尽管根据地球均衡补偿模型计算出的结果与观测值出入很大,但基于Crust 2．0模型的计算结果与观测结果一致性却很好,与只含地幔牵引力模型的结果拟合程度差不多,并且在某些地形因素影响很大的地方(如安第斯山脉,东非)拟合得也非常好。对此有一个可能的解释,那就是应力场受地幔粘性横向变化的影响显著。该横向变化使得岩石层和地幔之间出现不同程度的解耦现象, 这就使得地幔特征在某些地方占优势,而地壳特征在另外一些地方占优势。均衡补偿地壳模型的计算结果与观测结果一致性较差以及两种地壳模型之间存在的较大差别,这两者说明了研究地形动态变化的重要性,并且地壳结构和流变性也确实存在着不确定性。另外,我们也考虑是否存在这样一种可能性,即从浅层地壳获得的应力观测值也许不能反映整个板块的应力状态;由于岩石层流变性横向和径向的变化,板块上部的应力至少可能部分地与大尺度板块驱动力解耦。

引文