博文
兴都库什地区的旋扭构造运动初探
||
兴都库什地区的旋扭构造运动初探
陈立军
摘要： 本文根据地质力学的原理，采用地震学、地球物理学、地质学、大地构造学和地震构造学的资料，初步探讨了兴都库什地区深部构造变异体的旋扭运动及其在周边地区所造成的旋扭构造体系的基本特征和力学原理。
1 引言
兴都库什地区的中源地震活动，是影响我国西部地区乃至全国地震活动的重要因素之一（陈立军，2000）。人们通常认为，帕米尔、兴都库什地区是多个板块的交汇区，并且是属于多种性质的（板块）边界。然而，前苏联科学院地球物理委员会的学者渥尔渥夫基（Volvovsky B.S.,1984）等根据对该地区的地震学资料、地球物理学和地质学资料的研究结果曾经指出过，这里（指“高部亚洲”）可能是具有力学和热学性质的强应力场的集中，而与板块构造学的概念是相矛盾的。
为了探讨这个地区的地震构造问题，本文分别从WWW.USGS.GOV网站和WWW.CERI.MENPHIS.EDU网站收集了该地区1900-2000年3月7级以上地震目录和5级以上地震目录，以及国内收集的有关该地区的地震构造、大地构造和地球物理学等方面的资料。研究认为，渥尔渥夫基等的基本观点是正确的。在这个基础上，作者认为有必要进一步搞清楚这个地区的构造程式和它的力学与热学的模型。这或许对于地震活动及其力学问题大有裨益。
图1 兴都库什地区地震构造图
（据《亚欧地震构造图》改编）
2 兴都库什地区的一个特殊震源体
由图1的地震构造图上可见，大约以37°N、71°E为中心有一个直径约为200km的近似的圆形地震密集区。这里是浅源地震的密集区，同时也是中等深度的地震区，最大震源深度可达300km。采用1965～2000年5级以上地震资料，分别以图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)，并取宽度为200km，进行深度剖面扫描，结果如图2所示。由图2可见，该地区在深度为70～300km的地层里，存在一个倒立的扁圆锥状的震源体，其底朝上，沿剖面Ⅰ的长轴半径约为350km，沿剖面Ⅱ的短轴半径约为100km；其锥顶垂直朝下，深度约为300km（顶高约230km）。取震中区为北纬32°～43°、东经63°～78°作深度随时间的分布，结果如图3所示。由图3可见，该震源体内的震源深度大致可分为3层，即0～70km、70～170km和170～300km。这个结果与渥尔渥夫基等利用地震波资料和重力异常资料（Δg布格、Δg均衡、Δg深度等）的分析结果是基本一致的。而且，值得注意的是，深度为70～170km的地震，似乎有一种螺旋式上升的迹象（图中虚线所示）。
图2 兴都库什地区地震震源深度剖面图
a) 剖面Ⅰ b) 剖面Ⅱ
根据大地构造学的研究（李春昱等，1982），该震源体投影到地表的椭圆区域内，主要分布着隐生宙晚元古代基底Pt2和古生代盖层Pt eq o(sup 6(１),sdo 3(２))１２，并夹有一些中生代和新生代的中-酸性侵入岩。
图3 兴都库什地区地震震源深度时序图
3 兴都库什及周边地区地震构造的基本特征
本区地震构造（国家地震局地质研究所，1981）的一个显著特征，就是以兴都库什山脉为中心，活动断裂在第Ⅰ、Ⅲ象限呈旋转状展布。兴都库什的西部，沿伊朗高原的北缘，发育着一组右旋走滑断裂带，表明土兰平原的新第三纪以来的压性盆地向南运动而赫尔曼德河平原的新第三纪以来的压性盆地向南偏西方向运动。兴都库什的南部，沿苏莱曼山脉和基尔达尔山脉发育着一组左旋的走滑断裂带，表明印度河平原的新第三纪以来的压性盆地向北运动。兴都库什的北部，可能受到西伯利亚和帕米尔高原的抵挡，形成高曲率的弧形构造带。该弧形构造分三支向北、向东呈扇状发散出去。一支（喜山支）沿喜马拉雅山脉的弧形构造发育着一组右旋的走滑断裂带，表明喜马拉雅南麓恒河平原的新第三纪以来的压性盆地向西、向北方向运动而青藏高原的中生代褶皱系则向东偏北方向运动。强烈的压扭性相对运动，必然带动喜马拉雅山脉现今仍以3.2～12.7mm/a的速率上升（丁国瑜，1991，p438）。一支（昆仑支）沿塔里木盆地南缘，呈左旋性质，表明塔里木盆地的新第三纪以来的压性盆地向西、向北运动。另一支（天山支）沿天山山脉大致呈NEE方向展布，一直延伸到中国阴山山脉以东。由于塔里木盆地的西移和西伯利亚平原向南的挤压，造成断层的高压逆冲活动，引起强烈的山前差异运动和盆地的压性与压扭性变形，因而沿这一支的断层活动总体呈逆断层或左旋走滑逆断层性质，并伴有一系列NW-NWW向的右旋逆走滑断层（丁国瑜，1991，p471～481）。
值得指出的是，从伊朗高原的东部到兴都库什然后向东沿喜马拉雅山断续分布的前寒武系或前震旦系的结晶基底也被旋扭带动呈弧形状，沿着这一线的新生代褶皱系、酸性侵入岩与各类喷出岩等也被旋扭带动而呈弧形状分布。另外，根据我国西部断裂两盘在水平面上相对运动的平均速率的计算结果，近几万年来，喜马拉雅的南麓平原地区向北运动的速率为43～64mm/a，青藏高原向东运动的速率为15mm/a，向北运动的速率为28mm/a，塔里木盆地向北运动的速率为14mm/a（丁国瑜，1991，p144～148），表明这些地区仍处于继承性的旋扭运动状态。
图4 兴都库什变异体的旋扭运动模型示意图
a) 变异体的原始状态 b) 变异体的旋扭运动对纬向构造的改造
上述构造程式，是一种典型的旋扭构造体系。假定以兴都库什山的一套前寒武系或前震旦系的结晶基底（国家地震局地质研究所，1981）及其深部的特殊震源体为轴心，发生某种逆时针的旋扭运动，结果将印度河平原盆地、恒河平原盆地、塔里木盆地和土兰平原盆地拉向轴心而将青藏高原和赫尔曼德河平原盆地挤出轴心。在图1和图5中以燕尾形箭头表示了这种活动方式各个相关构造单元的运动方向。同时，在各个构造单元相对运移的接触带上，由于强烈的挤压作用而抬升，形成一系列端部指向轴心的巨型山系，诸如喜马拉雅山脉、昆仑山脉、天山山脉、苏莱曼山脉、帕罗帕米苏斯山脉，等等。
可以进一步假定，本文前面所论证的兴都库什地区特殊的震源体的长轴方向历史上曾经是近东西向的，在某种力偶的作用下发生逆时针旋扭运动，扭至今天的NE-NNE方向上，上述构造活动程式则可以得到完全合理的解释（图4）。
图5 北印度洋海底地貌图
（据地矿所改编）
4 兴都库什地区旋扭运动的力源问题
由地质力学的原理（李四光，1976）我们知道，由于地球自转的作用，构成地球外层的物质，整体上被水平力推向赤道，从两极至南、北纬45°作用力不断加大，然后从这个位置向赤道又不断减小；在赤道和两极为零。根据这个原理，作出亚欧大陆受力作用的示意图如图6所示。图中的下箭头表示由北极向北纬45°作用的加大。
图6 亚欧动力学模型图
（据李四光改编）
由图5中北纬45°以南的俾路支、印度古地台以及印度洋北部的海底地貌①（地矿所情报组，1974）可见，东边的印度地台以印度洋中脊北端的走向近南北向的查戈斯拉克代夫海台（Chagos-Laccadives）为依托，对于由北极向赤道的作用力构成强大的对抗（图中上箭头所示）；西边海底的欧文断裂带（图5）呈左旋性质，其北端与兴都库什南部的左旋走滑断层恰曼断裂（图1）相连，正好为兴都库什西南的赫尔曼德河盆地向南运移提供了力学条件。
-------------------------
① 中国地质科学院地矿所情报组，海底地貌概述，地质矿产研究，1974，No.1（内部刊物），132～149
北部的乌拉尔南北构造向南的推动力和南部的同样近南北向的印度地台以及查戈斯拉克代夫海台的对抗力不在同一条作用线上，构成一对力偶，可能是导致兴都库什震源体旋扭运动的真正力源，是造成中亚这一宏伟旋扭构造的主因。同时，由于本区震源体的特有性质，为地幔热物质的上涌和热能的传递提供了便利的通道，引起近地表物质的变异，有利于震源体的旋扭，有利于周边介质的热形变，为旋扭运动创造了热力学的条件。
5 讨论和结论
就地球岩石圈来说，总体上应该被视为连续的介质，只是由于历史的或者运动学与动力学等方面的原因，造成了某些不同规模、不同性质、不同活动程度的变异带或者变异体。本文所论证的兴都库什的特殊震源体或许就是一个典型的深部构造变异体。当然，这还需要地震学的，或者地球物理学的，或者地质学的进一步论证。
兴都库什地区倒置的扁圆锥形中深源震源体（构造变异体）的存在及其与周边介质的差异，为旋扭运动提供了热力学的条件。在地球自转作用力的驱动下，走向近南北方向的乌拉尔山古老褶皱系向南的挤压和同样走向的印度洋中脊的抵挡作用，在兴都库什地区构成一对力偶，为旋扭运动提供了运动学的力源。在旋扭运动的驱使之下，周边地区上地壳层各个时代的地层、各种地质构造单元，乃至地表的自然景观，无一没有受到改造。
兴都库什的旋扭运动或许开始于阿尔卑斯运动时期，因为从伊朗高原到喜马拉雅一线的前寒武系或前震旦系的结晶基底分布也被改造成了弧形分布。迄今仍然在进行着继承性的旋扭运动。
本文得到地震地质高级工程师张玉岫先生的指点与帮助，谨此致谢。
（2000.9.26 初稿）
附记：
为了支持我这篇文章中的说法，郭良迁先生曾于2002年7月5日给我发来一张图片，是东经55～91度、北纬25～48度的GPS测站年速率位移矢量图，以本区的整体位移为基准计算得出的数据。这是他当时处理GPS资料的最新成果。
从这张图上可以清楚地看到，兴都库什地区的确存在某种左旋运动的趋势。可惜由于兴都库什以西、以南地区缺少GPS观测资料，总觉得还缺乏足够的说服力，一直不敢引用。
GPS网是观测地壳运动的一种最新式的手段。有心的GPS者应当充分利用这些资料的处理，从中有所发现，有所发明，有所创造，去求索有关地壳运动理论的新思维。然而，不少的GPS者在获得第一批资料时便急急忙忙地为板块构造寻找佐证，不能不令人啼笑皆非。我曾经在多次会议上说过，板块构造学说绝不是地震预报的唯一出路。
郭良迁先生是GPS者中难得的有心人之一。我非常感谢他的支持，也非常赞赏他的工作。他曾经告诉我，在我国境内，他找到了多个类似于兴都库什这样的旋扭中枢。
Seisman 2011.1.8
参考文献
陈立军，2000，中国地震震源深度与中国强震活动状态研究，地震地质，Vol.22，
No.4，358-370
丁国瑜主编，1991，中国岩石圈动力学概论，北京：地震出版社
国家地震局地质研究所，1981，亚欧地震构造图，北京：地图出版社
李四光，1976，地质力学方法，北京：科学出版社，1～28
李春昱、王荃、刘雪亚、汤耀庆，1982, 亚洲大地构造图，北京：地图出版社
Volvovsky B.S. and Volvovsky I.S.,1982,“高部亚洲”岩石圈的地球动力学，
国家地震局科技监测司编,大陆地震活动和地震预报国际学术讨论会论文
集，北京：地震出版社，1984，224～228
https://blog.sciencenet.cn/blog-552558-445020.html
上一篇：地震地热说原理—18兴都库什地震地幔柱
下一篇：地震地热说应用—本尼奥夫剖面的分布及其特征
