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陳立軍 摘要： 本文根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的原理，采用地震學(xué)、地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)和地震構(gòu)造學(xué)的資料，初步探討了興都庫什地區(qū)深部構(gòu)造變異體的旋扭運(yùn)動(dòng)及其在周邊地區(qū)所造成的旋扭構(gòu)造體系的基本特征和力學(xué)原理。 1 引言 興都庫什地區(qū)的中源地震活動(dòng)，是影響我國西部地區(qū)乃至全國地震活動(dòng)的重要因素之一（陳立軍，2000）。人們通常認(rèn)為，帕米爾、興都庫什地區(qū)是多個(gè)板塊的交匯區(qū)，并且是屬于多種性質(zhì)的（板塊）邊界。然而，前蘇聯(lián)科學(xué)院地球物理委員會(huì)的學(xué)者渥爾渥夫基（Volvovsky B.S.,1984）等根據(jù)對(duì)該地區(qū)的地震學(xué)資料、地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)資料的研究結(jié)果曾經(jīng)指出過，這里（指“高部亞洲”）可能是具有力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的強(qiáng)應(yīng)力場的集中，而與板塊構(gòu)造學(xué)的概念是相矛盾的。 為了探討這個(gè)地區(qū)的地震構(gòu)造問題，本文分別從WWW.USGS.GOV網(wǎng)站和WWW.CERI.MENPHIS.EDU網(wǎng)站收集了該地區(qū)1900-2000年3月7級(jí)以上地震目錄和5級(jí)以上地震目錄，以及國內(nèi)收集的有關(guān)該地區(qū)的地震構(gòu)造、大地構(gòu)造和地球物理學(xué)等方面的資料。研究認(rèn)為，渥爾渥夫基等的基本觀點(diǎn)是正確的。在這個(gè)基礎(chǔ)上，作者認(rèn)為有必要進(jìn)一步搞清楚這個(gè)地區(qū)的構(gòu)造程式和它的力學(xué)與熱學(xué)的模型。這或許對(duì)于地震活動(dòng)及其力學(xué)問題大有裨益。 圖1 興都庫什地區(qū)地震構(gòu)造圖 （據(jù)《亞歐地震構(gòu)造圖》改編） 2 興都庫什地區(qū)的一個(gè)特殊震源體 由圖1的地震構(gòu)造圖上可見，大約以37°N、71°E為中心有一個(gè)直徑約為200km的近似的圓形地震密集區(qū)。這里是淺源地震的密集區(qū)，同時(shí)也是中等深度的地震區(qū)，最大震源深度可達(dá)300km。采用1965～2000年5級(jí)以上地震資料，分別以圖1中的剖面Ⅰ（27°N，61°E～46°N，90°E）和剖面Ⅱ(29°N，77°E～42°N，61°E)，并取寬度為200km，進(jìn)行深度剖面掃描，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，該地區(qū)在深度為70～300km的地層里，存在一個(gè)倒立的扁圓錐狀的震源體，其底朝上，沿剖面Ⅰ的長軸半徑約為350km，沿剖面Ⅱ的短軸半徑約為100km；其錐頂垂直朝下，深度約為300km（頂高約230km）。取震中區(qū)為北緯32°～43°、東經(jīng)63°～78°作深度隨時(shí)間的分布，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，該震源體內(nèi)的震源深度大致可分為3層，即0～70km、70～170km和170～300km。這個(gè)結(jié)果與渥爾渥夫基等利用地震波資料和重力異常資料（Δg布格、Δg均衡、Δg深度等）的分析結(jié)果是基本一致的。而且，值得注意的是，深度為70～170km的地震，似乎有一種螺旋式上升的跡象（圖中虛線所示）。  圖2 興都庫什地區(qū)地震震源深度剖面圖 a) 剖面Ⅰ b) 剖面Ⅱ 根據(jù)大地構(gòu)造學(xué)的研究（李春昱等，1982），該震源體投影到地表的橢圓區(qū)域內(nèi)，主要分布著隱生宙晚元古代基底Pt2和古生代蓋層Pt eq o(sup 6(１),sdo 3(２))１２，并夾有一些中生代和新生代的中-酸性侵入巖。  圖3 興都庫什地區(qū)地震震源深度時(shí)序圖 3 興都庫什及周邊地區(qū)地震構(gòu)造的基本特征 本區(qū)地震構(gòu)造（國家地震局地質(zhì)研究所，1981）的一個(gè)顯著特征，就是以興都庫什山脈為中心，活動(dòng)斷裂在第Ⅰ、Ⅲ象限呈旋轉(zhuǎn)狀展布。興都庫什的西部，沿伊朗高原的北緣，發(fā)育著一組右旋走滑斷裂帶，表明土蘭平原的新第三紀(jì)以來的壓性盆地向南運(yùn)動(dòng)而赫爾曼德河平原的新第三紀(jì)以來的壓性盆地向南偏西方向運(yùn)動(dòng)。興都庫什的南部，沿蘇萊曼山脈和基爾達(dá)爾山脈發(fā)育著一組左旋的走滑斷裂帶，表明印度河平原的新第三紀(jì)以來的壓性盆地向北運(yùn)動(dòng)。興都庫什的北部，可能受到西伯利亞和帕米爾高原的抵擋，形成高曲率的弧形構(gòu)造帶。該弧形構(gòu)造分三支向北、向東呈扇狀發(fā)散出去。一支（喜山支）沿喜馬拉雅山脈的弧形構(gòu)造發(fā)育著一組右旋的走滑斷裂帶，表明喜馬拉雅南麓恒河平原的新第三紀(jì)以來的壓性盆地向西、向北方向運(yùn)動(dòng)而青藏高原的中生代褶皺系則向東偏北方向運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)烈的壓扭性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必然帶動(dòng)喜馬拉雅山脈現(xiàn)今仍以3.2～12.7mm/a的速率上升（丁國瑜，1991，p438）。一支（昆侖支）沿塔里木盆地南緣，呈左旋性質(zhì)，表明塔里木盆地的新第三紀(jì)以來的壓性盆地向西、向北運(yùn)動(dòng)。另一支（天山支）沿天山山脈大致呈NEE方向展布，一直延伸到中國陰山山脈以東。由于塔里木盆地的西移和西伯利亞平原向南的擠壓，造成斷層的高壓逆沖活動(dòng)，引起強(qiáng)烈的山前差異運(yùn)動(dòng)和盆地的壓性與壓扭性變形，因而沿這一支的斷層活動(dòng)總體呈逆斷層或左旋走滑逆斷層性質(zhì)，并伴有一系列NW-NWW向的右旋逆走滑斷層（丁國瑜，1991，p471～481）。 值得指出的是，從伊朗高原的東部到興都庫什然后向東沿喜馬拉雅山斷續(xù)分布的前寒武系或前震旦系的結(jié)晶基底也被旋扭帶動(dòng)呈弧形狀，沿著這一線的新生代褶皺系、酸性侵入巖與各類噴出巖等也被旋扭帶動(dòng)而呈弧形狀分布。另外，根據(jù)我國西部斷裂兩盤在水平面上相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平均速率的計(jì)算結(jié)果，近幾萬年來，喜馬拉雅的南麓平原地區(qū)向北運(yùn)動(dòng)的速率為43～64mm/a，青藏高原向東運(yùn)動(dòng)的速率為15mm/a，向北運(yùn)動(dòng)的速率為28mm/a，塔里木盆地向北運(yùn)動(dòng)的速率為14mm/a（丁國瑜，1991，p144～148），表明這些地區(qū)仍處于繼承性的旋扭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 圖4 興都庫什變異體的旋扭運(yùn)動(dòng)模型示意圖 a) 變異體的原始狀態(tài) b) 變異體的旋扭運(yùn)動(dòng)對(duì)緯向構(gòu)造的改造 上述構(gòu)造程式，是一種典型的旋扭構(gòu)造體系。假定以興都庫什山的一套前寒武系或前震旦系的結(jié)晶基底（國家地震局地質(zhì)研究所，1981）及其深部的特殊震源體為軸心，發(fā)生某種逆時(shí)針的旋扭運(yùn)動(dòng)，結(jié)果將印度河平原盆地、恒河平原盆地、塔里木盆地和土蘭平原盆地拉向軸心而將青藏高原和赫爾曼德河平原盆地?cái)D出軸心。在圖1和圖5中以燕尾形箭頭表示了這種活動(dòng)方式各個(gè)相關(guān)構(gòu)造單元的運(yùn)動(dòng)方向。同時(shí)，在各個(gè)構(gòu)造單元相對(duì)運(yùn)移的接觸帶上，由于強(qiáng)烈的擠壓作用而抬升，形成一系列端部指向軸心的巨型山系，諸如喜馬拉雅山脈、昆侖山脈、天山山脈、蘇萊曼山脈、帕羅帕米蘇斯山脈，等等。 可以進(jìn)一步假定，本文前面所論證的興都庫什地區(qū)特殊的震源體的長軸方向歷史上曾經(jīng)是近東西向的，在某種力偶的作用下發(fā)生逆時(shí)針旋扭運(yùn)動(dòng)，扭至今天的NE-NNE方向上，上述構(gòu)造活動(dòng)程式則可以得到完全合理的解釋（圖4）。  圖5 北印度洋海底地貌圖 （據(jù)地礦所改編） 4 興都庫什地區(qū)旋扭運(yùn)動(dòng)的力源問題 由地質(zhì)力學(xué)的原理（李四光，1976）我們知道，由于地球自轉(zhuǎn)的作用，構(gòu)成地球外層的物質(zhì)，整體上被水平力推向赤道，從兩極至南、北緯45°作用力不斷加大，然后從這個(gè)位置向赤道又不斷減?。辉诔嗟篮蛢蓸O為零。根據(jù)這個(gè)原理，作出亞歐大陸受力作用的示意圖如圖6所示。圖中的下箭頭表示由北極向北緯45°作用的加大。  圖6 亞歐動(dòng)力學(xué)模型圖 （據(jù)李四光改編） 由圖5中北緯45°以南的俾路支、印度古地臺(tái)以及印度洋北部的海底地貌①（地礦所情報(bào)組，1974）可見，東邊的印度地臺(tái)以印度洋中脊北端的走向近南北向的查戈斯拉克代夫海臺(tái)（Chagos-Laccadives）為依托，對(duì)于由北極向赤道的作用力構(gòu)成強(qiáng)大的對(duì)抗（圖中上箭頭所示）；西邊海底的歐文斷裂帶（圖5）呈左旋性質(zhì)，其北端與興都庫什南部的左旋走滑斷層恰曼斷裂（圖1）相連，正好為興都庫什西南的赫爾曼德河盆地向南運(yùn)移提供了力學(xué)條件。 ------------------------- ① 中國地質(zhì)科學(xué)院地礦所情報(bào)組，海底地貌概述，地質(zhì)礦產(chǎn)研究，1974，No.1（內(nèi)部刊物），132～149 北部的烏拉爾南北構(gòu)造向南的推動(dòng)力和南部的同樣近南北向的印度地臺(tái)以及查戈斯拉克代夫海臺(tái)的對(duì)抗力不在同一條作用線上，構(gòu)成一對(duì)力偶，可能是導(dǎo)致興都庫什震源體旋扭運(yùn)動(dòng)的真正力源，是造成中亞這一宏偉旋扭構(gòu)造的主因。同時(shí)，由于本區(qū)震源體的特有性質(zhì)，為地幔熱物質(zhì)的上涌和熱能的傳遞提供了便利的通道，引起近地表物質(zhì)的變異，有利于震源體的旋扭，有利于周邊介質(zhì)的熱形變，為旋扭運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了熱力學(xué)的條件。 5 討論和結(jié)論 就地球巖石圈來說，總體上應(yīng)該被視為連續(xù)的介質(zhì)，只是由于歷史的或者運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)等方面的原因，造成了某些不同規(guī)模、不同性質(zhì)、不同活動(dòng)程度的變異帶或者變異體。本文所論證的興都庫什的特殊震源體或許就是一個(gè)典型的深部構(gòu)造變異體。當(dāng)然，這還需要地震學(xué)的，或者地球物理學(xué)的，或者地質(zhì)學(xué)的進(jìn)一步論證。 興都庫什地區(qū)倒置的扁圓錐形中深源震源體（構(gòu)造變異體）的存在及其與周邊介質(zhì)的差異，為旋扭運(yùn)動(dòng)提供了熱力學(xué)的條件。在地球自轉(zhuǎn)作用力的驅(qū)動(dòng)下，走向近南北方向的烏拉爾山古老褶皺系向南的擠壓和同樣走向的印度洋中脊的抵擋作用，在興都庫什地區(qū)構(gòu)成一對(duì)力偶，為旋扭運(yùn)動(dòng)提供了運(yùn)動(dòng)學(xué)的力源。在旋扭運(yùn)動(dòng)的驅(qū)使之下，周邊地區(qū)上地殼層各個(gè)時(shí)代的地層、各種地質(zhì)構(gòu)造單元，乃至地表的自然景觀，無一沒有受到改造。 興都庫什的旋扭運(yùn)動(dòng)或許開始于阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)時(shí)期，因?yàn)閺囊晾矢咴较柴R拉雅一線的前寒武系或前震旦系的結(jié)晶基底分布也被改造成了弧形分布。迄今仍然在進(jìn)行著繼承性的旋扭運(yùn)動(dòng)。 本文得到地震地質(zhì)高級(jí)工程師張玉岫先生的指點(diǎn)與幫助，謹(jǐn)此致謝。 （2000.9.26 初稿） 初見：http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-445020.html 附記： 為了支持我這篇文章中的說法，郭良遷先生曾于2002年7月5日給我發(fā)來一張圖片，是東經(jīng)55～91度、北緯25～48度的GPS測站年速率位移矢量圖，以本區(qū)的整體位移為基準(zhǔn)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)。這是他當(dāng)時(shí)處理GPS資料的最新成果。  從這張圖上可以清楚地看到，興都庫什地區(qū)的確存在某種左旋運(yùn)動(dòng)的趨勢?？上в捎谂d都庫什以西、以南地區(qū)缺少GPS觀測資料，總覺得還缺乏足夠的說服力，一直不敢引用。 GPS網(wǎng)是觀測地殼運(yùn)動(dòng)的一種最新式的手段。有心的GPS者應(yīng)當(dāng)充分利用這些資料的處理，從中有所發(fā)現(xiàn)，有所發(fā)明，有所創(chuàng)造，去求索有關(guān)地殼運(yùn)動(dòng)理論的新思維。然而，不少的GPS者在獲得第一批資料時(shí)便急急忙忙地為板塊構(gòu)造尋找佐證，不能不令人啼笑皆非。我曾經(jīng)在多次會(huì)議上說過，板塊構(gòu)造學(xué)說絕不是地震預(yù)報(bào)的唯一出路。 郭良遷先生是GPS者中難得的有心人之一。我非常感謝他的支持，也非常贊賞他的工作。他曾經(jīng)告訴我，在我國境內(nèi)，他找到了多個(gè)類似于興都庫什這樣的旋扭中樞。 Seisman 2011.1.8 參考文獻(xiàn) 陳立軍，2000，中國地震震源深度與中國強(qiáng)震活動(dòng)狀態(tài)研究，地震地質(zhì)，Vol.22，No.4，358-370 丁國瑜主編，1991，中國巖石圈動(dòng)力學(xué)概論，北京：地震出版社 國家地震局地質(zhì)研究所，1981，亞歐地震構(gòu)造圖，北京：地圖出版社 李四光，1976，地質(zhì)力學(xué)方法，北京：科學(xué)出版社，1～28 李春昱、王荃、劉雪亞、湯耀慶，1982, 亞洲大地構(gòu)造圖，北京：地圖出版社 Volvovsky B.S. and Volvovsky I.S.,1982,“高部亞洲”巖石圈的地球動(dòng)力學(xué)，國家地震局科技監(jiān)測司編,大陸地震活動(dòng)和地震預(yù)報(bào)國際學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，北京：地震出版社，1984，224～228 |
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