深源月震机理理论研究——震源热应力场与潮汐应力场分析

论文摘要

作为离地球最近的天体,月球为研究包括地球在内的太阳系行星内部结构及动力学演化提供了天然实验室。从1969年到1972年,在阿波罗计划中陆续布置的月震仪在截至1977年的工作期间记录了大量月震数据,为研究月球内部结构提供了重要依据。根据记录的震源深度及其形成原因,可将月震划分为四类:深源月震、浅源月震、热震、陨石撞击。相比于其它类型月震,深源月震发生的次数最多,其特点也更为鲜明:一是其发生的时间具有约27天的周期性,二是其震源位置大约在800-1200km深度范围内并具有丛集性。对于深源月震的丛集性尚未得到很好的解释,但大量研究表明深源月震的周期性是由地球对月球潮汐作用导致。尽管如此,地球对月球的潮汐差应力远小于深源月震发生所需的差应力,不足以成为主导深源月震发生的原因,但可能起到触发作用。对于处于一定应力临近破坏状态下的岩石,如果潮汐应力变化使其莫尔圆与岩石破裂线之间位置发生相对变化,就可能会触发月震。但是什么地质过程才能够在地质时期长时间提供载荷、造成弹性能量积累,并以月震形式释放积累的弹性能量?根据已有研究推测,由于月球冷却收缩造成的热应力很可能是主要控制因素或控制因素之一。因此,本工作中,我们对于深源月震处潮汐应力和热应力进行了定量分析。潮汐应力方面:基于观测数据,应用有限元方法,建立百万网格三维分层月球模型,通过并行算法,对月球潮汐应变场和应力场进行模拟,得到65个深源月震震源位置处的应力分布图。热应力方面:以三维分层月球有限元模型为基础,建立三维球对称分层的月球温度场及应力场模型。利用表征对流过程中热传递效率的Nusselt数,将月球地质历史上对流部分传热计算采用参量化模型来近似处理,计算了月球岩石圈形成以后,不同深度在从热对流主导转变为热传导为主导后的冷却过程中的热应力。综合以上结果,我们绘制了65个深源月震震源位置处的潮汐应力场、热应力场;讨论二者的综合作用,分析月球冷却收缩导致的热应力在深源月震中的作用。此外,我们还初步探讨了深源月震的不对称性和丛集性原因,为未来对于月球内部结构进行三维非球对称数值模拟的深入研究提供基础。

论文目录

文章来源

类型: 国内会议

作者: 陶莎,石耀霖,朱伯靖

关键词: 深源月震,潮汐作用,热应力,应力场

来源: 2019年中国地球科学联合学术年会 2019-10-27

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国科学院大学地球与行星科学学院,中国科学院计算地球动力学重点实验室,中国科学院云南天文台,中国科学院天文大科学研究中心

分类号: P184

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.063186

页码: 35-36

总页数: 2

文件大小: 412k

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