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[徐敏]一个课件讨论引发的思考 (Seismic Moho & Petrological Moho)

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jlinwhoi 发表于 2011-11-6 13:23:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jlinwhoi 于 2011-11-6 13:30 编辑

刚才一直在算我的波形反演,由于WHOI所里每个周六晚上自动备份所有的服务器数据,速度突然变得奇慢无比。刚好想起几天前收到的hongfeng的一个关于seismic moho和petrological moho讨论的邮件,这个邮件是发给林老师一门课的参与者,虽然我没有去上过课,但是我一直在邮件名单里头。乘着这个空档,我总结一下这个话题,希望大家尽量修正和补充。暂时没有太多时间,到时再好好来总结一下。

1. 虾米是Moho?

    Moho(Mohorovicic Discontinuity的简称)是地壳和地幔的分界面,也称作不间断面。在地质学上的,不间断面(Discontinuity)指的是地震速度有较大变化的面,Moho就是其中的一个。在海洋里头,Moho界面的平均深度是6公里,也有资料说是8公里,我觉得前面的一个比较合理。大陆上的Moho界面平均深度是32公里。
   
    Moho界面是在1909年由Andrija Mohorovicic发现的(我办公室附近的水池旁边还有一张纪念他诞生100周年的邮票)。Andrija Mohorovicic是克罗地亚的一个地震学家。他发现地震射线传播的速度跟传播过程中的物质密度是相关的。他当时认为地震射线在地球内部的加速是因为物质组成(深部物质密度的增加)的变化造成的。他当时所谓的高密度物质就是我们现在所说的地幔物质了,低密度物质也就是地球表面下的地壳物质了。经过密度的计算,他得出在玄武岩性的海洋地壳和花岗岩性的大陆地壳底下有一个密度类似于橄榄岩富集的物质。这种地震速度差异->密度差异 ->岩性的差异就是最初始的Moho界面的发现了。

2. Moho是虾米?

    地震学家定义的Moho界面(速度和深度)是由地震射线在地壳地幔边界的反射走时反演推断的,一般认为在地壳一下,P波速度会超过8 km/s。这样得出的Moho就是我们所谓的“seismic moho”,通常在反射地震图上显示的是一个非常明显的信号。但是长期以来,Moho界面的性质(petrological side)一直存在争论。一些人认为Moho界面是一个同样化学物质的gabbro(地壳)和eclogite(地幔)的相变面,另外一些人认为它是一个mafic rocks(地壳)和peridotite rocks(上地幔)的化学边界,后面这种观点被越来越多的人所接受。在某些慢速扩张的洋中脊,Moho也被认为是完全,部分的和新鲜的serpentinized peridotite(蛇纹石化橄榄岩)的边界。

    在快速扩张洋中脊(例如太平洋),Moho界面一般定义为gabbro(mafic rocks,基性岩)和 peridotite(dunite)(ultramafic roks,超基性岩)的边界。但是这两种边界又可以分为两种情况,gabbro-in-dunite和dunite-in-gabbro(这是从Oman ophiolite观测到的):在Moho的过渡区域,前一种情况,gabbro表现的是倾入dunite/wehrlite的岩带(band)或是岩席(sill),这时过渡带相对比较平缓。后一种情况,dunite/wehrlite是后倾入的物质,它们倾入到地壳演示里头,甚至到达sheeted dike complex的底部,局部的gabbro/dunite过渡区域比较尖锐,有一些后倾入的dunite(wehrlites)也包含一些amphiboles(闪石?水含量较高)。所以可以这么说,Moho就是一种peridotite和gabbro相互反应的区域。Dunites/wehrlite可能就是它们相互反应的结果,所以Moho在洋中脊的地方就开始形成了(可以查看Singh et al., Seismic reflection images of the Moho underlying melt sills at the East Pacific Rise, 2006, Nature)。



3. 你想“亲眼”看看Moho么?反正我是很想!

    至今为止,还没有任何人真正见过Moho。即使是深钻也还没有钻到Moho,原因有二:第一,钻井那是相当的昂贵,第二,深部的高温度和高压力状态让深钻变得非常困难。大家都知道,全世界最深的深钻在前苏联(现在的俄罗斯),现在也只是钻到12公里。大家会想这个深度远远超过洋壳的平均厚度,为啥不去钻洋壳呢?具体我也不知道为啥,现在的深海钻探也还没有真正的钻到Moho,或许钻到同一深度,海洋钻探比陆地钻探要困难更多吧。好消息是,日本的深海钻探船CHIKYU或许会给我们带来惊喜!

    虽然我们暂时还不能在深度看到Moho,但是,在很多地方,由于各种地球构造运动,地幔物质被带到了地表。在这些地方,地壳地幔界面的物质也存在。在陆地上,我们称之为Ophilite(哪个同学来总结总结?),在大洋里,我们称之为Oceanic Core Complex (这个话题详细请见全球大洋版,为我们版做个广告,哈哈!)。

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镜音レンforYou 发表于 2011-11-6 14:19:30 | 显示全部楼层
Discontinuity译作不连续面比较好。
 楼主| jlinwhoi 发表于 2011-11-6 14:24:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 jlinwhoi 于 2011-11-7 07:28 编辑

徐敏起了一个非常好的讨论题目。

从上世纪六十年代年起,深海钻探计划(DSDP,1968-1983年)的梦想就是要钻透莫霍面(Moho)。后来经过延续的大洋钻探计划(ODP,1983-2003年)和综合大洋钻探计划(IODP,2003-2013年),在太平洋和印度洋的钻井孔越来越靠近莫霍面了,但至今还未达到莫霍面。因此钻透莫霍面还是一个未竟的目标。

为什么要钻透莫霍面?目的是要了解覆盖地球表面三分之二的海洋地壳的完整的地质构造和地球化学成分。
徐敏 发表于 2011-11-6 22:55:13 | 显示全部楼层
回复 2# 镜音レンforYou

是的,应该是间断面,或者是不连续面,累了一天,写的时候脑子已经坏了!
 楼主| jlinwhoi 发表于 2011-11-7 07:34:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 jlinwhoi 于 2011-11-7 10:47 编辑

“莫霍计划”的历史故事
(根据http://www.hudong.com/wiki/深海钻探计划http://zh.wikipedia.org/zh/深海钻探计划http://zh.wikipedia.org/wiki/大洋钻探计划

1957年,美国科学家W.H.蒙克(Walter Munk)和H.H.赫斯(Harry Hess)倡议用深海钻孔穿过莫霍面,以研究地幔的物质组成,这就是“莫霍计划”(MOHOLE)。该计划于1961年在美国加利福尼亚湾外试钻,接着在墨西哥西岸外钻到了玄武岩,以后虽因多种原因中途夭折,但为深海钻探积累了经验。

1964年5月,迈阿密大学海洋科学研究所、哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测所、加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所及伍兹霍尔海洋研究所联合组成了地球深部取样海洋研究机构联合体(Joint Oceangraphic Institutions Deep Earth Sampling,JOIDES),不久华盛顿大学加入联合体。1965年,JOIDES 在美国佛罗里达半岛东海岸钻了14口井,取得了一些很有价值的成果。1966年6月24日,美国国家科学基金会指定加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所为 JOIDES 的操作单位,与之签订协议,由基金会提供1260万美元实施深海钻探计划,以取代耗资不菲的莫霍计划。1968年,深海钻探计划的专用钻探船,由环球海洋钻探公司建造的“格罗玛·挑战者号”建成下水并交付使用。

在1968年至1983年的15年里,“格罗玛·挑战者号”完成了96个钻探航次,总里程超过60×104公里,在624个钻位上钻探了1092个深海钻孔,采集深海岩心总长超过97公里,采集范围覆盖了除北冰洋之外的全球各大洋。随着第一阶段(1-9航次)、第二阶段(10-25航次)和第三阶段(26-44航次)的顺利展开,1975年,苏联、联邦德国、英国、日本等国也加入了该项计划,深海钻探计划进入了大洋钻探的国际协作阶段(International Phase of Ocean Drilling,IPOD)。

1983年11月,“格罗玛·挑战者号”退役,接替它的是更加先进的“乔迪斯·决心号”,深海钻探计划也随之改称为大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,ODP)。1985年,随着钻探船“喬迪斯·決心號”的试航,该项目正式开始运作。从1985年到2003年间,大洋钻探计划共实施了111个航次的调查,行程355781海里,足迹遍布全球各大洋。1999年2-4月在南海实施的184航次就是ODP航次之一。

2004年ODP计划发展成为综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program,IODP),并将实施到2013年。

目前各国正在讨论2013年后的国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program)。英文缩写还是IODP,但其科学内涵将从“大洋钻探”扩展到“大洋发现”。新的IODP计划的具体格局还在讨论中,希望中国能在新的一轮的国际合作计划中起更多的共同领导作用。
滚滚长江都是水 发表于 2011-11-7 11:37:06 | 显示全部楼层
awsome report!!
SunZhen 发表于 2011-11-27 21:19:33 | 显示全部楼层
在大洋核杂岩上不是打了钻了么?难道没看到莫霍面,而是直接看到了地幔?
张涛 发表于 2011-11-30 10:20:54 | 显示全部楼层
回复 7# SunZhen


   我一直觉得Oceanic Core Complex大部分还是辉长岩。Moho感觉如果从钻探这个分辨率上讲,肯定不是个面,应该是个区域。当然从地球物理的分辨率上看,可以认为是个面。
zhangzq 发表于 2011-11-30 11:33:03 | 显示全部楼层
很有意思, 学习了.  大陆Moho面和大洋Moho面成分和性质会一样么?
ocean1 发表于 2011-11-30 11:54:10 | 显示全部楼层
在大洋核杂岩上不是打了钻了么?难道没看到莫霍面,而是直接看到了地幔?
SunZhen 发表于 2011-11-27 21:19


IODP已经在几处的oceanic core complex上打了钻,比如在北大西洋中脊的Atlantis Bank和西南印度洋中脊的735B。但到现在为止,钻孔底部多为辉长岩,还不到地幔。
SunZhen 发表于 2011-11-30 21:45:13 | 显示全部楼层
上周,林秋婷同学刚给我们做了一个ophiolite的报告,她的博士论文也是做这个。有空可以请她上来给大家写点东西。
汤民强 发表于 2011-12-1 12:59:36 | 显示全部楼层
地球号钻探船现在有什么新动作?前几年好像一直在打俯冲带的钻孔。
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