[科普中國]-莫霍洛維奇間斷面

概念

莫霍洛維奇間斷面簡稱莫霍面、莫氏面或莫霍界面。常用M表示，又稱M間斷面或M界面，是指地殼與上地幔的分界面。2

研究簡史1909年10月8日，南斯拉夫地震學(xué)家、氣象學(xué)家莫霍洛維奇(Andrija Mohoroviic)在研究距克羅地亞境內(nèi)薩格勒布約40千米的地震記錄后，發(fā)現(xiàn)：在P波之后有一明顯的波群P，他認(rèn)為是在地表下50千米深度處由于物質(zhì)發(fā)生急劇變化，使下層縱波傳播速度大于上層縱波傳播速度所致。根據(jù)時(shí)距曲線P波速度(vP)由7～6千米/秒激增到8.0～8 2 千米/秒，S波速度(vS)由3 8千米/秒激增到4 4～4 6千米/秒。后經(jīng)觀測證實(shí)這一間斷面不僅在歐洲，而且在全球都普遍存在。于是為了紀(jì)念莫霍洛維奇對地震研究的貢獻(xiàn)，人們將莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)的這個(gè)間斷面命名為莫霍洛維奇間斷面。界面以上的物質(zhì)稱為地殼，界面以下的物質(zhì)稱為地幔。3

莫霍洛維奇間斷面是一個(gè)突變的邊界，標(biāo)志著在化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)方面的一種變化，而不是物質(zhì)從硬到軟的一種突然的轉(zhuǎn)變。因此，近些年來，一些學(xué)者又提出了莫霍界面是地殼的輝長巖(玄武巖)和上地幔內(nèi)在化學(xué)上相當(dāng)于榴輝巖巖石之間的相的邊界假說，認(rèn)為這個(gè)設(shè)想能夠說明構(gòu)造方面的問題：在地下深處，在這種相轉(zhuǎn)換地區(qū)發(fā)生的壓力和溫度的改變，會(huì)引起地球表面的上升或沉降。4

從20世紀(jì)50年代以來，科學(xué)家通過人工源地震深部探測方法，研究了地殼與上地幔比較精細(xì)的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)有些地區(qū)的莫霍洛維奇間斷面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一級(jí)間斷面只是其中一種可能的情況。比較普遍的解釋是，莫霍洛維奇間斷面是一個(gè)總厚度為數(shù)千米的過渡帶，帶內(nèi)地震波速度隨深度增大而增加，即為一速度正梯度層，或者是由若干個(gè)速度逐漸增大的均勻薄層組成的層面。另一種解釋是，莫霍過渡帶為多個(gè)高、低速相間的薄互層結(jié)構(gòu)。由于大陸地區(qū)的莫霍洛維奇間斷面埋藏很深，人們還不能很直接觀察其真實(shí)面貌。海洋地區(qū)的莫霍洛維奇間斷面比大陸地區(qū)淺得多，因此科學(xué)家曾提出“莫孔計(jì)劃”，即在大洋深處地殼較薄的地方鉆孔，一直鉆穿莫霍洛維奇間斷面，通過鉆孔巖芯可以直接觀察莫霍洛維奇間斷面的細(xì)結(jié)構(gòu)。這個(gè)設(shè)想無疑對地球科學(xué)家有巨大的吸引力。5

特征莫霍洛維奇間斷面這一層的巖漿可以流動(dòng)，大陸在這些巖漿上面非常緩慢地朝著某個(gè)方向移動(dòng)，這就是板塊漂移。巖漿的溫度大約在1100℃，巖漿噴發(fā)出地表形成熔巖，熔巖冷卻后又固化變成巖石，這個(gè)過程不斷繼續(xù)，熔巖不斷冷卻便形成了火山。6

莫霍洛維奇間斷面的深度各地不同，一般大洋較淺，為5～15千米：大西洋和印度洋為10～15千米；太平洋中央部分只有5千米；島弧地區(qū)為20～30千米。大陸一般深為30～40千米，高山地區(qū)最深，在中國西藏高原及天山地區(qū)深達(dá)60～80千米。3

莫霍洛維奇間斷面是一個(gè)地震波的強(qiáng)反射面，在天然地震和人工地震測深記錄圖上都能觀測到很強(qiáng)的反射縱波和反射橫波，一般還能觀測到到莫霍洛維奇間斷面下方的折射縱波。運(yùn)用這些信息，能反演界面的結(jié)構(gòu)。早期用天然地震資料研究得到的莫霍洛維奇間斷面是一個(gè)簡單的一級(jí)間斷面，即地震波傳播速度在界面兩側(cè)發(fā)生突變的間斷面。

莫霍洛維奇間斷面同時(shí)也是巖石性質(zhì)的分界面。地震學(xué)觀測和實(shí)驗(yàn)室?guī)r石樣品的高溫高壓測試結(jié)果已經(jīng)證明，莫霍洛維奇間斷面上方下地殼主要由基性麻粒巖組成，而上地幔的成分是以橄欖石為主的超基性地幔巖或榴輝巖以及二輝橄欖巖。5

運(yùn)用及意義①從20世紀(jì)70年代以來，在中國華北及東北地區(qū)進(jìn)行了大量的深地震探測研究。不少研究學(xué)者通過對該地區(qū)的深地震探測研究的總結(jié)和梳理，探討了該區(qū)的莫霍面深度與變化及其地球動(dòng)力學(xué)意義。結(jié)果表明：華北地區(qū)最深的莫霍面出現(xiàn)于內(nèi)蒙褶皺帶內(nèi)，最淺的莫霍面出現(xiàn)于渤海灣盆地。東北地區(qū)最深的莫霍面出現(xiàn)于大興安嶺地區(qū)，最淺的莫霍面出現(xiàn)于依蘭-伊通斷裂帶內(nèi)；大興安嶺-太行山重力梯度帶為一重要的莫霍面陡變帶，其西側(cè)的莫霍面一般大于40km，東側(cè)的莫霍面一般小于36km，郯廬斷裂帶及其北延的依蘭-伊通斷裂帶內(nèi)，莫霍面沿線均有隆起，但幅度不一。渤海灣盆地及方正斷陷(位于依蘭-伊通斷裂帶內(nèi))莫霍面上隆顯著，敦密斷裂帶有莫霍錯(cuò)斷現(xiàn)象；在出露古老結(jié)晶基底巖石的塊體內(nèi)，其莫霍面深度要深于相鄰盆地；莫霍面在太行及燕山山前深度明顯加大。這些特征說明華北及東北地區(qū)拼合到一起后共同經(jīng)歷了太平洋構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，而大興安嶺-太行山梯度帶限定了太平洋構(gòu)造域的影響范圍，太平洋板塊的向西俯沖的前緣可能位于太行山以東,郯廬斷裂帶以西。7

②近垂直深地震反射剖面對莫霍面變化的觀測，強(qiáng)有力地說明大陸莫霍面的復(fù)雜特征記錄了巖石圈的構(gòu)造歷史。橫過大別山造山帶前陸的深地震反射剖面長約140km，記錄時(shí)間達(dá)30s，探測深度超過莫霍面深達(dá)巖石圈地幔。深地震反射剖面揭示出揚(yáng)子陸塊與大別山造山帶結(jié)合部位的巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)、清晰的莫霍面及其變化特征。8