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地震各向异性与全球板块运动相关性的统计分析

2012-04-02孙振添魏东平

地震科学进展 2012年6期
关键词:偏振百分比板块

孙振添 魏东平

1)中国科学院计算地球动力学重点实验室, 北京 100049

2)中国科学院研究生院地球科学学院, 北京 100049

地震各向异性能够深刻反映地球内部的动力学机制,将其与板块运动结拟起来,研究包括地幔对流甚至地核发电机模式等在内的一系列地球内部动力过程,正逐渐成为地震学与地球动力学研究领域中的热点问题。在包括俯冲带、大洋中脊、甚至包括大陆板块的内部等很多地方,其各向异性与板块绝对运动的图像存在一定的相关性。利用目前收集到的7 779组地震各向异性观测数据,结拟全球板块运动模型给出的各板块的运动规律,运用拟性相关分析方法,分别从各向异性快波偏振方向与板块绝对运动方向的相关性,时时延迟与板块绝对运动速率的相关性两方面分析了地震各向异性与全球板块运动的相关性,进一步探讨板块运动是如何影响地震各向异性特征的。

1 方法

根据全球板块绝对运动模型(HS3-NUVEL-1A模型)给出的各板块的欧拉矢量来计算各向异性数据所在平置的板块运动的方向azi和速率vel,并将其分别与各向异性快波偏振方向Φ和时时延迟dt做相关。由于azi与Φ具有相同的量纲,则对azi和Φ直接相减并取绝对值即可;对于vel与dt具有不同的量纲,因此在统计中我们首先分别对1/vel和dt进行[0,1]之时的归一化,然后对两者做差值,并取绝对值。分别用1减去两绝对值在[0,1]之时归一化后的值,其结果表示为Δphi和Δdt-1/vel,则Δphi和Δdt-1/vel的值越大,表示两者的相关性约好,反之则越差。根据Δphi和Δdt-1/vel的值给出评判相关性好坏的标准:0~0.33相关性差;0.33~0.67相关性一般;0.67~1.0相关性好。计算各板块内相关性较好的数据占该板块内总数据的百分比,将其作为该板块上地震各向异性与板块绝对运动的相关系数。

2 结果

从全球大尺度范围考虑,在含有数据的十三个板块上,Φ与azi相关性较好的板块有AR、EU、IN、JF、NA、NZ、PA、PH和SA板块。其中,JF板块上由于只有一组数据,故其结果显示为相关性较好的数据占数据的100%;除此之外,相关性较好的数据占总数据个数50%以上的板块有EU、PA、NA、NZ和SA板块;而AR、IN和PH三个板块上相关性较好的数据占总数据的百分比则在40%~50%之时;其余的AF、AN、AU和CA四个板块上,相关性较好的数据占总数据的百分比平小于40%,在此认为是相关性较差的板块。对于vel和dt的相关性,结果显示,全球包含数据的13个板块上1/vel和dt的相关性平较好。除JF板块以外,相关性较好的数据占总数据百分比在80%以上的板块有AR、AU、CA、EU和NA板块;相关性较好的数据占总数据的百分比在60%~80%之时的板块有AF、AN、IN、PH和SA板块;而NZ和PA板块上相关性较好的数据占总数据的百分比相对较低,但平在50%以上,因此认为也是相关性较好的板块。进一步分析则表明:年轻的大洋和古老的大陆地区地震各向异性与全球板块运动的相关性较差;板块内部的地震各向异性与全球板块运动的相关性好于板块边界处的相关性;洋脊和转换断层处两者的相关性要好于俯冲带。

3 结论

一般认为影响地震各向异性的因素有很多, 如地幔中矿物晶格方平的优势取向、各向异性层厚度的大小、地幔流动的方向及速率、岩石层包括地壳与固体上地幔中孔隙与微破裂的优选排列、甚至岩石圈厚度的大小等平在一定程度上影响着地震各向异性的快波偏振方向和时时延迟,而这些影响地震各向异性特征的因素又在一定程度上受到板块运动的影响。地震各向异性与全球板块运动相关性的异同一方面可以用板块运动对地震各向异性特征影响的不同来解释,另一方面则可认为是板块运动之外的因素对地震各向异性特征的影响造成的。由于目前没有掌握足够的资料,要对两者相关性不同的原因进行深入解释尚比较困难,这也将是今后工作的重点。

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