广东海洋大学
廖永岩
(电子信箱:rock6783@126.com)
根据前一回的“地幔浮力面理论”,我们现在来分析冰川形成时的造海作用。
为了便于理解冰川作用的机理,我们先来分析一下诱发地震。诱发地震是人类活动引发的地震。主要有水库地震、矿山地震等。
水库蓄水时,大量水转入,在水库处形成巨大荷载。根据“地幔浮力面平衡”原理,水库处将相对“地幔浮力面”下降,这样就引起水库处地面下陷而形成地震。
矿山开采时,大量矿物(如煤炭)转出,在矿山处形成巨大卸载。根据“地幔浮力面平衡”原理,矿山处将相对“地幔浮力面”上升,这样就引起矿山处地面上升而形成地震。
石油开采形成的地震和矿山地震类似。
虽然水库地震和矿山地震的发震机理,目前尚有争议(Gupta, 1992; Gupta, 2002; 秦四清和张倬元, 1995)。但地震界一致公认,印度的Koyna水库6.4级(11-12-1967)(Gupta, 1985; Agrawal, 1972; Murthi, 1968)和中国的新丰江水库6.1级(19-03-1962)地震(Chen and Talwani, 1998; Rui 1978),都是由于水库蓄水后引发的地震;德国东部Suna钾碱矿区5.2级(24-06-1975)和波兰Lublin铜矿区4.5级(24-03-1977)(张少泉等, 1994)及中国湖南邵东煤矿3.2级(04-09-1997)地震,都是由于采矿或采煤引起的地震(Gibowicz and Guterch, 1982; Gibowicz, et. al., 1981; Cook, 1970; 肖和平, 1998)。
据统计发现(1981):10m <坝高≤90m的11000座大坝,发生水库地震的概率为0.63%;90m <坝高≤140m的大坝,发生水库地震的概率为10%;坝高≥140m的大坝,发生水库地震的概率为21%(易立新等, 2003)。这说明,水库地震的发生,明显与坝高和库容呈正相关;坝越高,库容越大,发生水库地震的可能性就越大。矿山地震,也与矿井深度和开采量正相关(肖和平, 1998; 陈德贻等, 1996)。
Koyna水库蓄水5年后发最大震(震源深度27 km),新丰江水库蓄水2年后发最大震(震源深度5 km)(易立新和车用太, 2000)。水库地震,具有明显的滞后性,这说明水体对岩石的作用,是一种缓慢作用过程。
水库区域能发生地震,就说明水库水体作用于岩石,已引起了岩石层的断裂。Koyna水库,库深100m,库容2.78×109m3,库面积1.15×102km2,玄武岩底质;新丰江水库,库深97m,库容1.15×1010m3(约1.15×1013 kg),库面积3.9×102km2,花岗岩底质(易立新和车用太, 2000; 杨清源等, 1996)。这说明,象Koyna和新丰江水库这样的水深和库容(水体质量),能引起玄武岩或花岗岩岩石层断裂,引发6级以上的地震(杨清源等, 1996)。
从以上可以看出,虽然水库蓄水和矿山采矿,致岩石层断裂发生地震的机理,尚有待进一步研究(秦四清和张倬元, 1995),但水库蓄水和矿山采矿能致玄武岩或花岗岩层断裂,已是不争的事实。和诱发地震一样,冰川引起造海作用,也是由于巨大质量的转移造成的(Kivioja, 1967)。因为水库地震的发生,明显与坝高和库容呈正相关;坝越高,库容越大,发生水库地震的可能性就越大。可以想象一下,假设南极不是冰盖而是一个水库,当一个水库贮水高度达到2450米,也就是Koyna水库或新丰江水库的坝高的24倍,你能保证这个超级“水库”不会引发地震吗?你能保证这个超级“水库”处不下沉吗?因为90m <坝高≤140m的大坝,发生水库地震的概率为10%;坝高≥140m的大坝,发生水库地震的概率为21%(易立新和车用太, 2003),你估计一下,这个“坝高”2450米的南极巨无霸“水库”发生地震的概率是多少?所以,当面积1.4×107 km2、重约2.64×1019kg、平均厚2450m、最厚处4645m的南极冰盖形成时(秦大河和任贾文, 2001),引起南极下陷,及引起地球岩石圈最易破裂处的花岗岩或玄武岩质岩石圈开裂,是很自然的。
现以南极冰盖为例,分析冰川形成时的造海作用。
南极冰盖未形成时,岩石圈和地幔处于流体静力学平衡状态(见图3,a)。当南极冰盖形成时,2.64×1019kg的海洋水转移至南极,引起海退;海洋岩石壳上的重量将减少,南极大陆岩石壳上的重量将大大增加(见图3,b)。因这种作用是缓慢进行的,地球将表现出明显的塑性(刘本培和蔡运龙, 2000)(见图3,c-f)。根据“地幔浮力面平衡”原理,南极冰盖下的岩壳将大幅度下降(见图3,c-f)。