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。
研究簡史
1909年10月8日,南斯拉夫地震學家、氣象學家莫霍洛維奇(Andrija Mohoroviic)在研究距克羅地亞境內薩格勒布約40千米的地震記錄後,發現:在P波之後有一明顯的波群P,他認為是在地表下50千米深度處由於物質發生急劇變化,使下層縱波傳播速度大於上層縱波傳播速度所致。根據時距曲線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。後經觀測證實這一間斷面不僅在歐洲,而且在全球都普遍存在。於是為了紀念莫霍洛維奇對地震研究的貢獻,人們將莫霍洛維奇發現的這個間斷面命名為莫霍洛維奇間斷面。界面以上的物質稱為地殼,界面以下的物質稱為地幔。
莫霍洛維奇間斷面是一個突變的邊界,標誌著在化學成分和晶體結構方面的一種變化,而不是物質從硬到軟的一種突然的轉變。因此,近些年來,一些學者又提出了莫霍界面是地殼的輝長岩(玄武岩)和上地幔內在化學上相當於榴輝岩岩石之間的相的邊界假說,認為這個構想能夠說明構造方面的問題:在地下深處,在這種相轉換地區發生的壓力和溫度的改變,會引起地球表面的上升或沉降。
從20世紀50年代以來,科學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的結構,發現有些地區的莫霍洛維奇間斷面結構比較複雜,一級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總厚度為數千米的過渡帶,帶內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,莫霍過渡帶為多個高、低速相間的薄互層結構。由於大陸地區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面貌。海洋地區的莫霍洛維奇間斷面比大陸地區淺得多,因此科學家曾提出“莫孔計畫”,即在大洋深處地殼較薄的地方鑽孔,一直鑽穿莫霍洛維奇間斷面,通過鑽孔岩芯可以直接觀察莫霍洛維奇間斷面的細結構。這個構想無疑對地球科學家有巨大的吸引力。
特徵
莫霍洛維奇間斷面這一層的岩漿可以流動,大陸在這些岩漿上面非常緩慢地朝著某個方向移動,這就是板塊漂移。岩漿的溫度大約在1100℃,岩漿噴發出地表形成熔岩,熔岩冷卻後又固化變成岩石,這個過程不斷繼續,熔岩不斷冷卻便形成了火山。
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;島弧地區為20~30千米。大陸一般深為30~40千米,高山地區最深,在中國西藏高原及天山地區深達60~80千米。
莫霍洛維奇間斷面是一個地震波的強反射面,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。運用這些信息,能反演界面的結構。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簡單的一級間斷面,即地震波傳播速度在界面兩側發生突變的間斷面。
莫霍洛維奇間斷面同時也是岩石性質的分界面。地震學觀測和實驗室岩石樣品的高溫高壓測試結果已經證明,莫霍洛維奇間斷面上方下地殼主要由基性麻粒岩組成,而上地幔的成分是以橄欖石為主的超基性地幔岩或榴輝岩以及二輝橄欖岩。
運用及意義
①從20世紀70年代以來,在中國華北及東北地區進行了大量的深地震探測研究。不少研究學者通過對該地區的深地震探測研究的總結和梳理,探討了該區的莫霍面深度與變化及其地球動力學意義。結果表明:華北地區最深的莫霍面出現於內蒙褶皺帶內,最淺的莫霍面出現於渤海灣盆地。東北地區最深的莫霍面出現於大興安嶺地區,最淺的莫霍面出現於依蘭-伊通斷裂帶內;大興安嶺-太行山重力梯度帶為一重要的莫霍面陡變帶,其西側的莫霍面一般大於40km,東側的莫霍面一般小於36km,郯廬斷裂帶及其北延的依蘭-伊通斷裂帶內,莫霍面沿線均有隆起,但幅度不一。渤海灣盆地及方正斷陷(位於依蘭-伊通斷裂帶內)莫霍面上隆顯著,敦密斷裂帶有莫霍錯斷現象;在出露古老結晶基底岩石的塊體內,其莫霍面深度要深於相鄰盆地;莫霍面在太行及燕山山前深度明顯加大。這些特徵說明華北及東北地區拼合到一起後共同經歷了太平洋構造運動的影響,而大興安嶺-太行山梯度帶限定了太平洋構造域的影響範圍,太平洋板塊的向西俯衝的前緣可能位於太行山以東,郯廬斷裂帶以西。
②近垂直深地震反射剖面對莫霍面變化的觀測,強有力地說明大陸莫霍面的複雜特徵記錄了岩石圈的構造歷史。橫過大別山造山帶前陸的深地震反射剖面長約140km,記錄時間達30s,探測深度超過莫霍面深達岩石圈地幔。深地震反射剖面揭示出揚子陸塊與大別山造山帶結合部位的岩石圈精細結構、清晰的莫霍面及其變化特徵。