板块构造学说和地震活动性

板块构造学说和地震活动性

大量的地震学资料是板块构造学说的重要依据之一，同时，地震学验证了板块构造学说的某些预测。反之，板块理论对地震学某些研究方向提供了一种新的合理的框架。

通常，以地震震级和频度为基础去研究全球和区域的地震活动性，例如涉及最大观测震级，地震能量，地震应变，地震矩释放率，每年震级大于等于某给定值的地震频度和平均复发周期等等。

地震活动性研究的地震资料和样本必须是完整和均匀的，也就是说，它必须包括某个时段内，某个截止震级以上的全部地震，而且震级必须使用同一震级标度。此外，这些资料必须是准确的，而且足够多。地震活动性研究的基础资料是全球和区域的地震目录。（

1 全球地震活动空间分布和地震带（区）划分

板块构造学说假定全球表层被划分为几个大的刚性板块，板块相互作用的边界是板块形变集中的地带，因而，地震活动将集中发生在板块的边界及邻近地带上。

1 ）Gutenberg和Richer（1954）的全球地震活动带（区）的划分。

Gutenberg和Richer在1954年指出，全球的主要地震活动集中在活动构造带上，但是在裂谷带和稳定地块的也有不少的地震活动；活动地带的应力机制有两大类，分别出现在褶皱构造和块体构造中。褶皱构造主要表现为弧形构造，典型分布在环太平洋和地中海—喜马拉雅地区，而在块体构造区域中，则是产生剪切断层的应力机制。

全球的地震活动主要集中分布在四个狭窄的带上，以及散布在某些大陆地区。第一，环太平洋地震带，第二，地中海—横贯亚洲地震带，第三，大洋脊地震带，第四，裂谷地震带，第五，东亚和北美大陆地震区。

2）板间地震和板内地震

大洋脊地震带，环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带上的浅缘地震，基本上是板间地震；而大陆地震区的地震基本上都是板内地震。把地震这样划分的原因，是板内大地震断层上单位长度释放的地震矩总是大于板间大地震，两者的差别是五倍左右，相应的应力降高得多。

2 全球浅缘地震，中源和深源地震活动空间分布特征

Gutenberg和Richter(1954)把地震深度划分为三类：浅源地震（深度小于70千米），中源地震（深度在70千米和300千米之间）和深源地震（深度大于300千米）

全球浅源地震空间分布特征

比重大，占全部地震活动的百分之七十六；分布广，在所有的板块边界和与板块边界有关的板内地区中，浅源地震组成狭窄的地震带，与板块的海洋洋脊上的离散（扩张）边界，海沟（汇聚）边界和陆—陆碰撞（汇聚）边界相一致；在大陆内部，特别是在欧亚，美洲和非洲大陆内部的浅缘地震，相对于海洋上的狭窄地震带，显得异常分散；大陆内部的亚洲浅源地震最为活跃；强度大，全球特大的地震（M>=8.5）都是浅缘地震。

全球中深源地震带（W-B带）

中源地震极少发生在海洋岩石圈板块内，中源地震震中绝大多数出现在海沟（汇聚）边界和陆—陆碰撞（汇聚）边界上，欧亚大陆内不多的中源地震发生在阿富汗兴都库什、缅甸弧和罗马尼亚的弗朗恰地区。深源地震震中绝大多数显现在西太平洋和南美的海沟（汇聚）边界上，唯一例外的是西班牙南部的1954年3月29日的深源地震。

兼有浅源地震和中源地震的地带，主要是沿着太平洋板块的西和北边界，南美版块西边界以及印度—澳大利亚板块边界上的印尼海沟段落。兼有浅缘，中源和深源地震的地带，主要是沿着太平洋板块的西边界，南美板块西边界中段以及印度—澳大利亚板块边界上的印尼海沟

段落。

在20世纪上半叶就已经发现了在岛弧沟系统中，由中深源地震组成的Wadati-Benioff zone (简称W-B带)

中深源地震，特别是深源地震引起了地震学家的浓厚兴趣，原因是，它们超乎寻常，其活动占全球地震活动的24%；大多数的中深源地震发生在消减带中的深海沟和火山岛弧地带，显然，其倾斜面上群集的W—B带说明了地幔最上部对环流下降问题的关键，识别W-B地震带是20世纪伟大的地球物理成就之一；地震学家更多使用深源的体波去研究地核、地幔和地壳构造，这是因为深源地震具有较多的脉冲源，从震源到台站射线的体波震相可以穿过不均匀的地幔的最上部，在地震图上体波震相与面波不相混淆；深源地震的机制与浅缘地震不同。

全球W-B带的地震发生频率随深度变化

全球W-B 带的地震400千米深度以上的地震发生频率随深度呈指数衰减；在400~600千米深度，地震又有增加的趋势；在600~680千米之间的深度上地震突然减少或停止。

4）W-B带中的双层地震带结构

双地震带通常是沿着消减板块上和下界面附近出现，那里的应力状态一般分别是下倾的压缩和拉张应力，应力可能来源于弯曲板片的松弛（拉直）或热弹性应力或消减板块的下沉等。目前，在Cape Mendocino、东阿留申、台湾东北、新西兰和智利北部等地都观测到双地震带。

5）W-B带地震机制的一般特征

影响冷岩石圈板片消减到热地幔的因素有许多，并且复杂，只有通过数值方法才能估计这些影响。采用有限差方法计算包括粘滞消耗、绝热压缩、相变和放射性等产生热的温度场，研究不同参数的影响。在250-400千米的深度上，板片的温度仍然比周围地幔的低，在约650千米的深度上，板片与周围地幔达到热平衡。在650千米深度以上，板片的温度仍然比周围地幔的低，才能发生突然脆性破裂的地震，这样可能解释700千米以下高热环境下，板片被终止下插，因而缺失深源地震的事实。另外，缓慢运动的板片与周围地幔达到热平衡的时间可能比较短，因而下插深度小，也许板片在深度400千米处被终止下插；而快速运动板块可以下插到约700千米深。

科学家研究了全球区域内1900个中源地震震源机制解的应力方向，其主要特征有三类：下倾压缩，下倾拉张和两者都不是。在以下倾主应力为主的区域中，发现共轭应力轴显示出优先的垂直板片的方向；观测到应力方向明显受热结构控制的趋势，较冷的板片有较大的下倾压缩分量，较热的板片有较大的下倾拉张分量。在那些不是以下倾主应力为主的区域中，许多事件表现为在板片平面上，近水平主应力轴的侧向应力形式。认为约束中源地震深度的应力状态，岩石圈的年龄和俯冲速率起着互补的作用，支持热力学模型（解释下倾压缩机制的中源地震，是冷和密的板片的负浮力和因黏性增加或相变阻止板片下插到地幔的阻力等相互作用的结果）和岩石学浮力模型（主张板片内的热异常使相变边界发生扰动是发生中源地震的应力主要来源）。

基于在形变和相变处于平衡的条件下，压力或温度的升高导致反裂纹的生长；当反裂纹的密度处于临界值时，由反裂纹的连接形成宏观断裂；而应力集中导致了宏观断裂端部反裂纹的生长和扩展等理论和实验研究，认为400千米以下深源地震是反裂纹机制。宁杰远和臧绍先曾给出不同计算模型的消减带的热结构和P波速度异常，以及通过与地震观测结果的对比，推断可能的相变模型和亚稳态橄榄石的可能存在深度的基础上,根据一种准动力学计算方案，用有限元方法计算了不同模型消减带的热结构，支持了消减带的深源地震是可能由反裂纹机制所控制的。

板块构造学说与地震活动性之间的关系是相互影响和互为依存的。地震活动时空强的观测和