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海沟的低温陷井 - 妄议一下俯冲带

已有 854 次阅读 2023-9-28 16:14 |系统分类:科研笔记

      俯冲带、无处不俯冲、碰撞造山等板块理论已悄然成为主流,但质疑声不小,却拿不出太多铁证。而证明俯冲带的证据却不少,特别是天然地震观测结果,震源就在俯冲板片上;还有深地震技术的地震波速度反演结果,有大地电磁技术MT能探测到俯冲带具有低温、低速、高阻(?)、嘎波儿脆(不脆就不震了),妥妥地洋壳的冷板块跑步前进冲向大陆下面躲猫猫,还顺带快递打包大量海水下去备战备慌,就算密度低也要削尖脑袋往下冲,形成俯冲带。

      然而,一股不服输的杠精劲儿又上来了,俯冲带真的存在吗?冷的,脆的俯冲板块真是冲下去的吗?

      于是以本人长期从事地温场研究的浅薄知识,分析了一下海沟的温度场,本来也可以自已做个模拟,但偷懒一下。因已有前人做过海沟的温度场,结果如下:

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      剖面位置在:

微信截图_20230928161137.png

地形.jpg

      为嘛是这样的呢?因为大陆地表宫古岛平均气温是20度,而海沟在5-10公里深处是很冷的,只有1度左右,“冰天雪地”,这是因为海水的自然对流,水分子热上冷下,导致在海沟最深处始终保持了低温,好似一个冷源,这个低温大背景或称冷源影响极深,可达30-50公里以上。即,在海沟处有一个冷源,始终影响着洋壳的地温场,其幅度不亚于南北两极。可以这么看,在南北两极的大陆表面平均气温度约-30度,其下约2-5公里为永冻层,到10公里深度则不止1度了,会处于增温层,在0度以上;换句话说,南极大陆在10km深处,比海沟10km深处还“暖和”,温度还高些。因此,海洋洋底的冷源,相当于海面有一个-60度以上的冷源在不停地向洋壳下做传导,如冰封的火星地壳。因而,海沟及多数洋壳为冷壳,而在非热壳。从洋底向下到地层内部测温结果,看似大地热流高,其地温本质上仍是低温。

      赶脚还是云里雾里的?再换一个角度吧,大陆在10公里深处已是300度高温了,烧烤模式了,如下图,而海沟10公里深处,还是1度,冰天雪地。显然,海沟冷,对吧?再同地向下到20公里深处,大陆可能增温至600度,如人间炼域,太热了;海沟处向下呢,也会增加,可能超过300度,但肯定比600度小得多,对吧?因为海沟的冷源在不停地放出冷言冷语。再不理解?没招儿了,太笨了?

青藏与海沟的温度场.png

     因而俯冲带及多数洋壳的地温场是低温。用各种地球物理方法,如深地震反射、接收函数、大地电磁测深及天然地震震源观测,均说明俯冲带为低温,低速,含水的板片的“铁证”,其实可能是一个地大(不是天大)的误会(地大是个梗儿,我们中国地质大学(北京)简称地大北京)。上面的模拟剖面是姜效典和王硕儒(1996)完成的,因为海沟3-10km深的温度只有1-3度,它会影响到深部30-50公里的温度场,造成了低温、低速,脆性,高阻的感觉。即俯冲板片可能是一个假象,可能不存在。

      用温度场的这种差异,能解释现在俯冲带的探测的很多所谓“铁证”。上图的低温陷井就是海沟较深处,长期海底低温冷源造成了深部几十公里范围内的低温,脆性表现。

     这是证据一,海沟的温度场。

     证据二,海沟的高清地震剖面显示“俯冲带”其实是具有堑垒构造的基底。最深的马里亚纳海沟,其实是一些早期的堑垒构造基底,且被认为是俯冲带顶部的滑动面,是锯齿状,不符合野外剖面观察到的断层错断时阶步的原则,不是一个正二八经的断层滑动面,是冒牌货,如下图所示:

微信图片_20230928200727.png

     证据三,海沟处为正断层,看不出俯冲带必须的挤压应力状态。从中美洲南部哥斯达黎加海沟看,海沟处为正断层,此为大洋钻探计划中的344次航次,不是西侧(左面)的洋壳在向右侧的大陆下俯冲,而是洋壳在相对向上抬升,东侧(右侧)大陆在沉降,产生正断层F2;最左侧的洋壳内部的断层F1也是受大陆向下掉的牵连,在逐级向下掉。另外从地震应力机制解也看出,这一地区的深部应力为正断层(红色),符合了这一剖面现象。

微信图片_20230928162811.jpg

微信图片_20230928162815.png

证据四. 主流俯冲观点角度极小,按下图(Huang,2006),只有24.4度,太平洋板块俯冲到太行山脚下,是斜插;沉积盆地的地层成岩过程符合排水、孔隙减小,结晶等过程,且是垂直方向沉降,直接向下,深度增大,盆地厚度增大,其下沉速率远大于板块理论的斜插速率的垂向分量。如果非要说将斜插能将水带入地幔,沉积盆地所带的水远大于俯冲过程。然而,盆地沉积沉降后越深水越少,无论孔隙水,还是结构水,谁敢说沉积盆地在发育时将湖水带入了盆地深部如存钱一样展起来,石油人会说他是个疯子,狂徒,说外行话。"俯冲板片"斜插在浅处停留的时间更长,或成岩作用更慢,即使带入海水,也会符合沉积的成岩作用规则,更无法"将水带入"地壳下面。

板块有一个诡辩逻辑,将"测量到的大陆间的相对运动速度"当成了俯冲速度,如赵纪东(2015)在”Nature_Geosci...块向欧亚大陆的俯冲速度加快“中说(Jagoutz O,Royden L,Holt A F, et al.Anomalously fast convergence of India and Eurasia  caused by double subduction.Nature Geoscience, 2015,8(6):475-479),认为印度的漂移速度将会从50mm/a增加到150mm/a,并拿这个速度当成俯冲速度。实际上,这个数值是持续的,还是瞬间的?推过来的多余物质,都下去了?板块忽略了青藏高原抬升损失的物质,不能说印度送给了欧亚多少厘米的物质,就全转成愤怒小鸟,向下塞到青藏高原的底部?小车去和大车追尾时,不是全部以小车的速度插到大车下,而要减去小车的变形量和大车的被顶起的量,余下的才是下插速度。即需要刨去青藏抬升的物质,有结余,才是进入"俯冲"的。如果非要耍诡辩,大家都来耍吧,有计算俯冲速度不考虑青藏抬升的损失的先例,那我们计算沉积速度时,也不考虑沉降,根据黄河水下三角洲口门处沉积速率最大,平均最高值可达240cm/a之多,前三角洲沉积速率小于30cm/a,平均约15cm/a,三角洲侧缘小于50cm/a,平均约30cm/a(李广雪,1993),远大于”俯冲速度“的3.5cm/a或5cm/a,但没人说,沉积作用将渤海水带到沉积物中。

     

俯冲角度.jpg

俯冲角度2.jpg


      此乃酒后妄议,不当之处见谅(抱拳)!权当中秋、国庆谈资。


中国地质大学(北京)能源学院,毛小平

2023年9月28日,中秋节前,马上国庆了。




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