科学家通过地震地层流体压力观测首次实现对洋壳性质的直接测定

加拿大地质调查局太平洋地球科学中心研究人员近日在学术期刊Geophysical Research Letters发表关于洋壳研究的最新成果，通过对地震引发的地层流体压力变化的分析首次实现了对洋壳性质的直接测定。

洋壳的自然结构包含裂隙和断层，这些裂缝是热液通道，使得热量、水以及化学溶液得以在海洋和岩石圈之间流动，从而形成热液循环作用。洋壳热液循环在海洋水圈与岩石圈的水、热和化学成分交换、地壳与上地幔液化以及其对于海底微生物圈的支持等方面发挥着基础性作用。传统上，科学家们利用地震波来揭示海洋地壳的性质，包括岩性和结构。当地震纵波或P波沿断层方向传播时，波速基本上不受影响。已有研究发现，当地震波穿过局部断层和裂隙时，地震速度比沿着构造方向要慢20%。此外，先前研究使用远程地震探测来绘制大范围洋壳的地震速度。

在该项新研究中，加拿大地质调查局太平洋地球科学中心研究人员则是直接采取现场测量流体压力和地震数据的手段，揭示洋壳在地层尺度上的力学特性。研究人员利用了与加拿大海洋网络“海王星”观测站相连的CORK钻孔监测系统。“海王星”观测站遍布胡安·德富卡板块和北美板块。为了了解地壳的可压缩性，研究小组比较了地震表面波应变和由远方大地震引起的地层流体压力变化。虽然将地层流体压力作为应变的表征已经应用于其他环境，但该研究首次将该方法应用于近海环境中的地震频率分析。对年龄为360万年的胡安·德富卡板块的压缩性测定结果表明，地层基质可压缩性的方位变化系数约为5（沿构造方向的压缩性与沿构造扩展方向的压缩性的比值），其中地壳在板块扩张方向上的可压缩性最强，这意味着地震波传播速度将会减慢50%以上，远远高于标准地震测量值（如前所述，通常低于20%）。由此证明在洋壳上层的数百米可能普遍存在此前未被识别的断裂现象。该研究借助新的技术手段首次实现了对洋壳性质的直接测量，为洋壳乃至地球内部结构的研究开辟了新路径。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2021年第24期，张树良 编译。