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台湾强震成因与消减方法探讨 精选

已有 3034 次阅读 2024-4-6 17:56 |个人分类:大陆漂移|系统分类:论文交流

台湾强震成因与消减方法探讨

梁光河

本文主体选自202312月应邀为台湾中油公司专家讲座部分内容。

1 台湾地质及地震分带

台湾位于中国大陆东南沿海的大陆架上,面积3.6万平方公里,包括台湾岛澎湖列岛绿岛兰屿钓鱼岛等岛屿。台湾的原住民是高山族,共有约50万人,高山族包括泰雅、赛夏、布农、邹族、鲁凯、排湾、卑南、雅美、阿美、邵族等族群。他们的语言属于南岛语系,也就是说他们的语言与菲律宾、婆罗洲、印尼等具有相同的来源。台湾岛是怎样形成的?台湾地震带有什么特点?能不能脑洞大开采取措施消减台湾地震强度?

台湾岛上出露的最老地层为中央山脉东麓的古生界大南澳变质杂岩,是台湾岛上最古老的岩石基底,其他主要为新生界地层(图1)。这说明台湾岛不是火山岛而是一个大陆板块(陆块)。

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a)台湾造山带构造框架、(b)地质简图及(c)东西向剖面图

1台湾岛构造地震简图(黄博宏等,2022

已有的诸多证据说明,台湾是由东部的海岸山脉微陆块和中部的台湾主岛微陆块拼合形成,后期又与欧亚大陆碰撞,仰冲在欧亚大陆上,形成西部的薄皮推覆褶皱构造(图2)。

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2台湾岛成因机制图

 

前人的工作表明,台湾存在两条北北东方向展布的活动断层带,也是地震活动带,分别称之为东带和西带(图3)。东带是海岸山脉微陆块和台湾主岛微陆块的碰撞拼合带,而西带是台湾主岛微陆块和欧亚大陆板块的碰撞拼合带(图4)。

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3台湾岛活动断层分带示意图(改自黄博宏等,2022

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4台湾岛微陆块拼合分带示意图(改自Xu et al., 2020

台湾岛陆域的地震活动带主要发生在这两个陆块碰撞拼合带附近(图5),其中东带地震强度总体比较弱,因为海岸山脉微陆块体量太小,它拼合碰撞到台湾主岛微陆块的能量不够强。202443日发生在花莲的约7.3级地震就在东带的最北端区域。而真正值得注意的是西地震带,那里才更有可能发生超过8级甚至更大的地震。台湾岛北部由于存在伸展构造作用的影响,总体地震强度较小。

 

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5横跨台湾岛的地震分带剖面图

2 台湾陆块漂移动力机制模型

从地震勘探等资料结合新大陆漂移模型,我们给出了台湾岛目前漂移的动力机制模型(图6),台湾目前整体在向北北西方向漂移,漂移速度可达每年8-9cm,远高于印度向北漂移每年约5cm的速度。从该图可知,驱动台湾陆块漂移的发动机在台湾东南部的地幔上涌。

这个动力模型说明台湾岛漂移的驱动机制是其南部和东侧不断上涌的上地幔,通过热力驱动的。由于台湾陆块的快速移动,在其东侧地幔深处发生降压熔融,造成地幔热上涌,在剖面图中表现为过去难以解释的高速度异常体。这与新大陆漂移模型完全吻合,深部部分熔融导致体积增加,增加的体积受到空间的围限,因此产生推力。同时说明台湾岛东部地幔深处的地震成因是,该区域存在先存断裂系统,该断裂系统是日本大陆板块从华南裂解漂移过程中(梁光河,2020)留下的,它本属于冲绳岛弧的一部分,后期又经过吕宋岛弧改造。地震发生的条件除了断裂系统,还必须存在热流体(梁光河,2018),该区域上涌的地幔提供了充足的热流体,因此该区域地幔中发生密集地震能得到合理解释。而传统上用菲律宾海板块推动台湾陆块发生漂移,不能合理解释该区域地震的成因。

这个地质解释结果也说明,台湾陆块与欧亚大陆已经碰撞,它们在深层次的上下地壳已经融为一体,从速度结构上难以区分哪一部分原属于台湾陆块,哪一部分属于欧亚陆块。因为它们速度大致相同。但其构造变形主要发生在浅表层的台湾海峡中,即台西盆地和台西南盆地中,盆地显示的一系列从台湾向大陆方向的逆冲推覆构造,属于典型的薄皮构造,其主滑脱面在上地壳的盆地基底部分。这是由于地表是一个自由界面,在陆陆碰撞挤压力作用下褶皱更容易向上变形,因此褶皱变形主要发生在浅部。宏观上很多地区都有类似特征。

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6台湾陆块驱动机制模式图,A是速度结构图(Van et al.,2014),B是对应的地质解释。

3 降低台湾地震强度的可能方法

怎么能够减慢台湾陆块漂移速度,降低地震强度?从新大陆漂移动力机制模型可以知道,如果得知当前驱动台湾陆块漂移的主发动机位置,给发动机熄火,就可以减慢台湾陆块的漂移速度,甚至消减台湾的地震活动强度。目前驱动台湾陆块漂移的主要动力来自台湾东南部的地幔上涌,但每个地方的地幔上涌高度和强度差异很大,其最大驱动力来自图7中的黑色圆圈区域,这里重力异常强度最大。我们的方法就是类似风水先生点穴,破解方法就是在这个地方给发动机熄火,怎么给发动机熄火?最有效的方法就是深钻注水。

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7台湾岛中南部区域自由空气重力异常图及深钻注水位置示意图

理论上这种深钻注水能够减缓台湾陆块漂移速度并降低台湾地震强度的方法还可以有经济效益。具体是(1)同步可以地热发电。(2)制造氢气,因为到达上地幔附近会发生水岩反应。但难点是深钻可能需要达到13km左右,这对当前的深钻技术提出了新挑战。这种注水方法肯定会诱发密集的地震,但这种注水诱发形成的地震大多数情况下小于5级,因此它相当于缓慢释放的地下深处聚集的能量。

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4 深入研究台湾东部和南部海域强震成因

台湾东部和南部也是强震多发区,其成因机制一直以来没有得到很好解释,因为台湾东部就是宽阔的大洋板块(菲律宾海板块或者太平洋板块),正常情况下大洋板块是完整的板块,不会发生强震,但为什么这些区域会发生强震。这必须结合日本陆块的漂移形成的断裂带和后期台湾陆块、菲律宾陆块和欧亚大陆板块漂移形成的构造活动来解释。

日本本州岛陆块是一个准克拉通陆块,其漂移路径琉球岛弧充满断层,且是深大断裂,在欧亚挤出俯冲带地壳流配合下,形成地震带至台湾东部。欧亚和台湾碰撞挤压地壳流体沿台湾漂移尾迹活动断层优势方向直达台湾南部,伴随菲律宾北西漂移,形成台湾南部强震带(图8)。

日本本州准克拉通陆块首先顺时针旋转裂离华南,在旋转过程中由于旋扭作用发生下地壳拆沉,形成中源地震,然后它向北东方向漂移,形成路径(琉球岛弧)上的中源地震带(图9),这也是我国领土上唯一的中源地震区带。而珠江口区域是九州四国陆块漂移区,它是一个造山带陆块(非克拉通),厚度小切割浅,因此漂移路径上形成弱震区。

参考文献:略



https://blog.sciencenet.cn/blog-1074480-1428456.html

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