第三节  软流圈

不同学者定义的软流圈，因其概念不同其底界也不尽相同。本书采用热力学和地震波定义的软流圈概念，即软流圈是位于两个不连续界面之间，上、下分别为岩石圈地幔下部与过渡地幔上部的地震波低速带，它是一个容易蠕动变形的薄弱带，一般可分为上、下两部分，上部大致与地震波低速层相吻合。低速层以低的地震波速、低Q值①和高电导率为特征，η值②明显降低。地震波，特别是S波的衰减程度比上、下层都高得多。地壳下部VS为（4.6～4.7）km/s，至软流圈上部低速层降为（0.2～0.3）km/s，低速塑性层（深灰色网纹）轮廓不清。塑性层（软流圈）向地核延伸流动和释放应力。图中黑圆点代表震源，虚箭头表示大陆在洋盆上的可能运动，实箭头表示软流圈在整个岩石圈上的假设滑动。图上方的深灰色不规则柱体代表岩浆或熔岩表明这一低速层具有较高的可塑性，是易于蠕动变形、缓慢流动的软流层。上地幔低速层位于地表下60～250km处（图2.7），大陆上地幔低速层一般从100～200km埋深处开始，厚约100km，大洋从50～80km埋深处开始，厚约200km。下部，学者们认为还应包括20°间断面及之下由蠕变造成的那些软弱层，即可向下延伸至700km左右。这样软流圈的下限就有：400km，660km，670km，1050km等不同划法，但大多数地质学家、地震学家和地球物理学家都采用670km作为软流圈的下限，原因是在660km深处有一个地震不连续面，自此向下，波速及密度的增加都高于地幔内的其他界面。150～670km之间的地幔物质，它的Q值和η值都较低，而最深的深源地震也发生在700km深处，这似乎都表明，软流圈下限放到670km深度可能是比较适宜的。

正像大陆和大洋岩石圈的圈层性质并不相同一样，大陆和大洋岩石圈下伏较流圈的性质也有差别，除低速层的顶面埋深大陆比大洋深，而厚度大陆又比大洋小外，大陆岩石圈之下软流层的粘度也高于大洋岩石圈，温度则比同一深度的大洋软流层为低。它们也有共同点，那就是不论大陆或大洋，其软流圈顶部低速层的埋深随岩石圈形成年代的变新而变浅（图2.8）。

上述软流层的不同分布特点，与产生软流层的条件有关。一般认为，软流层的形成需要高温条件，以及水和挥发性组分的加入等因素。地球内部的温度随深度的增加而增高，一般至100km深时，温度便接近于地幔开始熔融的固相线温度，这时在水和挥发性组分的参与下，开始产生选择性熔融，逐渐形成固流体软流层。由于该软流层是位于岩石圈底部的巨厚（100～350km）软弱层，它的平均密度[（3.20～3.22）g/cm3]比上覆大洋岩石圈的（3.31g/cm3）小，但比大陆岩石圈的大，而顶面又起伏不平，洋中脊与海沟之间的高差为30～40km，大陆盆—山系之间的高差为20～30km，故该层是造成上覆岩石圈严重失稳及导致大洋岩石圈板块下滑、潜没、漂移、扩张的决定性因素，也是大陆岩石圈在软流层上漂移（也只能是漂移而不能向下潜没）的原因所在。

软流圈的形成是一个漫长的地质演化过程。软流圈熔岩产生时所需的热能、水和挥发性物质，主要由放射性元素衰变和地球圈层分化过程释放出来。释放出来的热能和轻组分上升到低温、刚硬的岩石圈底部时，受到岩石圈的阻挡而逐渐积累起来，从而导致该部位最终形成软流层，所以软流层的形成是地球发展到一定阶段的产物。没有软流圈便不会有岩石圈，特别是大洋岩石圈；没有软流圈，大规模密度倒转现象也不会发生，也不会出现贝尼奥夫带，以及由贝尼奥夫带所提供的板块大幅度漂移的应变空间，因而，也就没有了板块运动。所以，也可这样认为，板块构造是地球圈层分化到较流圈阶段之后才产生的。

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①   Q值是描述地球非弹性性质的介质品质因素，无量纲。它是一个周期（或一个波长距离）内振动所消耗的能量△E与总能量E之比的倒数，即1/Q＝△E/2πE。Q的大小与地震波（特别是横波）的衰减程度和波速有关。Q愈小，介质的非弹性性质愈显著。对于一定的介质，不同的波有不同的Q值。Q值对温度和部分熔融的反应特别灵敏，岩石圈Q值较高，Qs（S波Q值）为500，QP（P波Q值）约为1000；软流圈较低，Qs为90～105，Qp为180～240。
②   粘度η是切应力与所产生切应变之比，η值越大，越不易发生粘滞性流动。一般认为，地壳和地幔盖层的粘度较高，η值在1022～1021泊之间，软流圈为1020～1021泊。