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1、第9章:100128956(2005)0420359213第9章天山地震成因带的地壳应力状态由地震学(地震)、地球动力学(现代运动)、地质(造山作用)资料得出,天山地震成因带地壳处于复杂的应力状态中,目前造成应力作用的因素不清楚,因而,不能对地壳内大地构造过程增强或减弱的时间和强度作出预测。但是,我们研究了可能能量源的作用,这有助于解释地壳内现代构造及其引发的地震。地球体内的应力取决于内生(地球起源)力和外营(宇宙成因)力。内生力9.1地球内部地质作用的能量特征是不一样的。9.1.1地壳结构不均匀性的应力天山地震成因带地壳
2、的内部结构是不均匀的,地层成分和厚度的不均匀性形成密度和压力随深度分布的大差异。压力P由垂直和水平分量组成,P=1(PX+PY+PZ).3式中,PX、PY、PZ表示法向主应力,Z轴表示向下,X轴表示向东,Y轴表示向北。PX、PY、PZ决定于上覆岩层的深度和重量。如果把地壳当作具有密度Ρ的均匀液体层,那么就可将公式中深度Z的垂直分量写成PZ=gΡz。式中,g为重力加速度模量。可是,地壳是由结合成层、断块等不同岩层构成,对于由平行平面层(厚度H和密度Ρ)构成的地壳,压力PZ按下式nPZ=g∑Ρi·Hii-1计算。按此式计算的地
3、壳压力值列于表9.1。由表可见,压力PZ分布极不均匀,莫英库姆斯克和克罗亚断块地壳内观测到高值PZ,而北天山断块地壳具有低值PZ特征。压力水平分量PX和PY按公式ΕX=PX-Τ(PY+PZ)]/E计算。式中ΕX表示水平应变,E表示杨氏模量,Τ表示泊松系数。在横向应变情况下,ΕX=0,PX=PY,PX=Τ/(1-Τ)]PZ。因而,当泊松系数和压力垂直分量PZ随深度分布规律已知时,就可估计压力的水平分量变化特征。为此,计算出北天山和克罗亚断块及其之间的伊犁过渡带地壳的深层的泊松系数值(表9.2)。可按公式(VP/VS)2-/2
4、VP/VS)2-Μ=21进行计算。式中,VP、VS表示纵波和横波速度。由表9.2得出结论,水平分量随深度增加,同时,在不同构造单元地壳内的同一深度上,PX值有显著差别。例如在20—30km深度上这种差别达到800—1000kg/cm2。岩石应变伴随着剪切应力Σmax作用,由于PX≠PY≠PZ的不均衡而形成剪切应力。在一定深度上的总压力P写成P=PZ±4Σmax.3表9.1天山地震成因带若干构造岩石圈内的压力PZ分布PZ(kg/cm2)H(km)莫英库姆斯克断块巴尔喀什断块克罗亚断块伊犁过渡带北天山断块24610141822
5、263032343638404244464850525456585361082163427603905506162237397858591859787103931100311615530106616102714383049606102725284128996958410176107721137011972125801322013870145501523415920166061724253010641604269838104960610473008494908696721020410848114581210812780134
6、5614134148141549016174168581704453010641600268037704872600071648364895495501014410734113221190612486130761368014340150081568016354170305421088163427303832494260607192835889509550101481074611340119301251613190137721435614954155661619416858当压缩时,如果-PX=-PY(负号表示压缩分量),则
7、Σmax=(-PZ+PX)/2。按此式计算表明,天山地震成因带地壳内Σmax值在很大幅度内变化(表9.3)。此时,在地壳中等深度(20—25km)上出现Σmax最显著偏离围压,这个深度上围压将达1500—2000kg/cm2。压力的这种分布为深度16—30km和44—56km上产生水平附加应力创造了有利条件,因而,在北天山断块和伊犁过渡带地壳内同一深度上的岩石,将经受不仅是上覆岩层重量而且3614期第9章天山地震成因带的地壳应力状态还有横向压力的作用,其值达200—400kg/cm2。由于地壳内地质不均匀性,从而形成水平拉
8、伸(压缩)应力,例如,如果断块下沉到地幔,那1么偏应力量可以达到∃ΣXX=-。对北天山断块地壳,式中h=55km,Ρ3=2Ρ3gh(1-Ρ3/ΡM)2850kg/cm2,ΡM=3300kg/cm2,g=10m/s2,则∃ΣXX≈1100bar。压力随深度分布的不均匀性,不仅在地壳内,而且在上地幔也有表现
