Введение
Плоская зона сейсмичности, соответствующая погружающейся плите. Зона Вадати–Бениоффа (также зона Бениоффа–Вадати или зона Бениоффа или сейсмическая зона Бениоффа) – это плоская зона сейсмичности, соответствующая погружающейся плите в зоне субдукции. Дифференциальное движение вдоль этой зоны вызывает многочисленные землетрясения, гипоцентры которых могут располагаться на глубине до… Термин назван в честь двух сейсмологов – Хьюго Бениоффа из Калифорнийского технологического института и Киёо Вадати из Японского метеорологического агентства, которые независимо друг от друга открыли эти зоны. Землетрясения в зоне Вадати–Бениоффа возникают под вулканическими островными дугами и континентальными окраинами над активными зонами субдукции. Они могут быть вызваны смещением вдоль зоны отрыва и сдвига или смещением по разломам внутри погружающейся плиты, в результате изгиба и растяжения при погружении плиты в мантию. Глубокофокусные землетрясения вдоль зоны позволяют сейсмологам картировать трехмерную поверхность погружающейся плиты океанической коры и мантии.
A Wadati–Benioff zone (also Benioff–Wadati zone or Benioff zone or Benioff seismic zone) is a planar zone of seismicity corresponding with the down going slab in a subduction zone. Differential motion along the zone produces numerous earthquakes, the foci of which may be as deep as about The term was named for the two seismologists, Hugo Benioff of the California Institute of Technology and Kiyoo Wadati of the Japan Meteorological Agency, who independently discovered the zones. Wadati–Benioff zone earthquakes develop beneath volcanic island arcs and continental margins above active subduction zones. They can be produced by slip along the subduction thrust fault or slip on faults within the downgoing plate, as a result of bending and extension as the plate is pulled into the mantle. The deep focus earthquakes along the zone allow seismologists to map the three dimensional surface of a subducting slab of oceanic crust and mantle.
Открытие
В 1949 году Хьюго Бениофф предложил метод определения приращений упругой деформации, накапливающейся при землетрясениях на конкретном разломе. Он установил, что квадратный корень энергии землетрясения пропорционален как приращению упругой деформации, так и смещению при отскоке, и разработал способ установить, генерировалась ли серия землетрясений вдоль одной структурной единицы разлома. Его исследования были сосредоточены на зоне субдукции Кермадек-Тонга и в южноамериканской зоне субдукции, и он определил, что в обоих случаях очаги землетрясений располагаются вдоль плоскостей, наклоненных под углом около 45° от желобов.
Структура
Угол наклона субдуцирующей плиты, и, следовательно, сейсмическая зона Бениоффа, в основном контролируется отрицательной плавучестью плиты и силами, возникающими от течения астеносферы. Молодая литосфера горячее и более плавучая, что приводит к образованию зон Бениоффа с пологим углом наклона, в то время как более старая литосфера плотнее и холоднее, вызывая более крутые наклоны. Сейсмическая зона Бениоффа простирается от поверхности до глубин до 670 км. Верхняя граница располагается непосредственно под слабыми осадочными породами в передней части клина зоны субдукции, а нижняя граница соответствует переходу от хрупкости к пластичности. Большинство землетрясений происходит в пределах 1000 °C изотермы, внутри плиты, которая еще не прогрелась до температуры окружающей мантии, в которую она погружается. На глубинах, превышающих толщину литосферы, землетрясения больше не генерируются в результате надвигов на границе двух плит, поскольку астеносфера слаба и не способна выдерживать напряжения, необходимые для образования разломов. В этом регионе источником землетрясений является внутренняя деформация все еще остывающей плиты. До глубины 300 км основными причинами сейсмичности являются реакции дегидратации и образование эклогита. Ниже 300 км, начиная примерно с 700 °C изотермы, происходит минералогическое фазовое изменение из оливина в шпинель, которое считается доминирующим механизмом землетрясений на этих больших глубинах.
Двойные зоны Бениоффа
В некоторых случаях зоны субдукции демонстрируют две параллельные поверхности сейсмичности, разделенные десятками километров на промежуточных глубинах (50–200 км). Ярким примером является область вдоль крупнейшего японского острова Хонсю, где зона Вадати–Бениоффа характеризуется двумя четко выраженными линиями очагов землетрясений, расстояние между которыми составляет 30–40 километров. Исследование глобальной распространенности двойных зон Бениоффа показало, что они широко распространены в зонах субдукции по всему миру. Верхняя поверхность сейсмичности локализуется в коре погружающейся плиты и связывается с реакциями обезвоживания в этой океанической коре, приводящими к образованию эклогита. Механизм, лежащий в основе нижней зоны сейсмичности, расположенной в верхней части мантии погружающейся литосферы, до сих пор остается предметом дискуссий; повсеместное распространение двойных зон Бениоффа указывает на то, что это должен быть процесс, часто возникающий в зонах субдукции. Среди предложенных механизмов нестабильности – хрупкость, вызванная обезвоживанием вследствие разложения антигорита или хлорита в гидратированной перидотитовой верхней мантии, а также выпрямление плиты. Данные сейсмических исследований свидетельствуют о том, что литосферная мантия на промежуточных глубинах, где наблюдаются двойные зоны Бениоффа, сухая, что благоприятствует предложенному механизму выпрямления плиты.