Геотектоника с основами геодинамики - Хаин В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Внутреннее строение зон Беньофа и напряжения в сейсмических очагах. Решение фокального механизма очагов по первым вступлениям сейсмических волн дает ориентировку главных осей напряжения, что в свою очередь позволяет определить направление растяжения (сжатия) или сдвиговых усилий в области очага. Установлено, что в зонах Беньофа эти динамические параметры закономерно меняются с глубиной. Вместе с тем меняется размещение очагов относительно границ субдуцирующей литосферы (рис. 6.10). Близ поверхности - под глубоководным желобом, а нередко и на его океанском обрамлении - очаги размещаются внутри литосферы, главным образом в ее верхней части. Преобладают растяжения, ориентированные полого, вкрест простирания желоба и обусловленные, как полагают, образованием сбросов при упругом изгибе литосферы перед ее погружением в зону субдукции. С такой трактовкой сбросов согласуется, их простирание, продольное по отношению к желобу и изменяющееся при его поворотах. Нередко эти сбросы непосредственно устанавливаются сейсмическим профилированием и даже выходят на поверхность дна.
Рис. 6.10. Размещение сейсмических очагов (показаны точками) и их фокальные механизмы в субдуцирующей литосфере и над ней на примере Японской зоны субдукции. По Т. Йосии (1979), с дополнениями.
Внизу - результаты цифрового моделирования: распределение напряжений внутри субдуцирующей литосферы при учете как теплового расширения, так и сжатия в результате фазового перехода оливин - шпинель, по К. Гото и др. (1985). Для скорости погружения литосферной плиты (Vm) и угла ее наклона (?) взяты средние значения В - "вулканический фронт", - А - "асейсмичный фронт"; 1 - расчетные области растяжения; 2 - расчетные области сжатия
Максимальная сейсмическая активность сосредоточена на следующем отрезке зон Беньофа, где она порождается конвергентным взаимодействием двух литосферных плит. Очаги размещаются преимущественно на их контакте, решение фокальных механизмов указывает на усилия сдвига, направление которых соответствует относительному смещению в ходе субдукции. Глубинность этого отрезка зон Беньофа определяется толщиной надвигающейся литосферной плиты: до 60-70 км во внутриокеанских зонах, до 100км и более при субдукции под континентальную литосферу. В зонах с относительно слабым сцеплением литосферных плит здесь возникают многочисленные, но небольшие очаги. При этом на самых малых глубинах (до 20-25 км) иногда происходит почти асейсмичное скольжение, крип; в зоне Беньофа это выражается небольшим пробелом, который размещается под внутренним склоном желоба. Его объясняют резким снижением сил сцепления за счет сверхвысоких поровых давлений воды, отделение которой от осадков и от базальтов океанской коры, как показывают эксперименты, максимально именно на таких глубинах, т.е. в начале субдукционного погружения. В других зонах, где силы сцепления велики, происходит накопление упругих напряжений и возникают более редкие землетрясения большой, в том числе максимальной для зон Беньофа, магнитуды. На рассматриваемом отрезке сейсмофокальных зон бывают и другие очаги, которые размещаются внутри субдуцирующей литосферы (в ее верхней части) и обусловлены сжатием в направлении субдукции.
Глубже, где субдуцирующая плита выходит из соприкосновения с висячим литосферным крылом и погружается в астеносферу, очаги сдвиговых напряжений уже не обнаруживаются. Здесь и далее, вплоть до самых больших глубин, сейсмическое выражение субдукции обеспечивается очагами, которые возникают внутри субдуцирующей литосферы: как относительно холодное тело она отличается от окружающих пород более высокими упругими свойствами. Сейсмические очаги образуются в этой литосфере под действием напряжений сжатия или растяжения, ориентированных наклонно в направлении субдукции.
Строение этого наиболее протяженного отрезка зон Беньофа разнообразно и находится в той или иной связи с их глубинностью и профилем. Во многих случаях до глубин около 300 км прослеживается как бы двойная сейсмофокальная зона: очаги тяготеют к двум плоскостям, параллельным кровле литосферы и отстоящим приблизительно на 25-40 км одна от другой (см. рис. 6.10). К верхней плоскости (к верхам литосферы) приурочены очаги сжатия, к нижней плоскости (к средней части литосферы) - очаги растяжения. На глубинах 300-350 км нередко наблюдается ослабление сейсмической активности, а еще глубже сейсмофокальные зоны выражены главным образом очагами сжатия.
Происхождение и размещение этих сейсмогенных напряжений сжатия и растяжения внутри погружающейся литосферы еще в конце 60-х годов интерпретировали Б.Айзекс и П.Молнар. Предложенная ими и получившая широкую известность модель признает литосферу эффективным проводником напряжений. При гравитационном погружении плиты в астеносферу возникают растягивающие напряжения. Глубже, при взаимодействии с подастеносферной мантией, ее сопротивление создает сжимающие напряжения, способные распространяться вверх по литосферной плите, где они начинают накладываться на растяжения, нейтрализуя их. Появляется упоминавшийся выше асейсмичный интервал. С середины 80-х годов разрабатывается и другая модель, учитывающая противоположные по своему динамическому эффекту процессы термического расширения пород литосферы по мере субдукции, а также сокращения их объема с началом фазового перехода оливин - шпинель на глубинах около 300 км. Приводимые на рис. 6.10 результаты цифрового моделирования, по К. Гото и другим, полученные для средних скоростей конвергенции плит (8 см/год) и средних наклонов зоны Беньофа (45°), дают более сложную расчетную картину распределения напряжений сжатия и растяжения в субдуцирующей литосфере, хорошо соответствующую данным сейсмологии. Эта модель объясняет формирование двойной зоны Беньофа на отрезке, где доминируют напряжения термического расширения пород. Далее, на глубинах 300-350 км, с развитием фазового перехода оливин - шпинель эти напряжения компенсируются сжатием, появляется асейсмичный пробел. Еще глубже, где определяющим становится эффект фазового перехода, моделируется сложное поле напряжений с господством сил сжатия в направлении субдукции.
