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重新认识我们的地球（之十三）“内波说” 对中国区域大地构造运动的认识
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重新认识我们的地球（之十三）
“内波说” 对中国区域大地构造运动的认识
池顺良
（1） 前 言
中国近代区域地质调查开始于19世纪中叶。那时，列强入侵中国，西方学者到我国进行地质调查。如美国庞培勒、维理士，德国李希霍芬，俄国奥勃鲁契夫等对中国一些地区的主要构造阶段或构造旋回作过划分，他们对中国区域构造虽提出过一些认识，但毕竟是一些零星片断的资料和概念。
辛亥革命后，章鸿钊创办我国第一个地质调查机构，与章氏一起有丁文江、翁文灏、李四光等，他们是我国地质科学的先驱和奠基人。从1924 -1950年出版了十余幅1:100万地质图，对我国区域构造的认识逐渐丰富起来。在此期间出版的一些有关中国区域地质和大地构造的专门著作中值得指出的是李四光在1939年出版的专著《中国地质》。这是一部综合性著作，它不仅从时间上论述了我国各时代的地质发展情况，而且从构造组合和动力学模型方面分析了我国的地质构造，并借以探求地壳运动的起因，提出“大陆车阀”假设，进而发展成地质力学。这是中国地质学家试图探寻地壳运动动力起源的首次尝试。
稍晚，出版了黄汲清的《中国主要地质构造单位》(1945)。此书从历史构造观点出发，划分了全国区域构造单位和大地构造旋回，总结了中国地质构造的特征，提出大地构造多旋回发展的学说。他概括出三个构造型式作为中国区域构造的基本特征：北部近东西走向的古亚洲构造型式，为古生代构造；东部的北东走向的太平洋构造型式，主要为燕山期构造；西南部的特提斯一喜马拉雅构造型式，主要属阿尔卑斯旋回（在东亚包括印支、燕山、喜马拉雅期构造）。他所划分的构造单位及其建立的三个构造型式的概念，成为我国历史大地构造领域的学术思想基础。
新中国成立后，地质事业迅速踏上了大发展的道路。在探索中国大地构造发展规律中，提出了一些不同风格的大地构造学说，逐步形成了我国不同风格和不同学术思想的大地构造学派。除地质力学和多旋回大地构造学说在解放前原有基础上得到进一步充实外，结合我国实际总结出来的学派还有断裂体系与断块大地构造学说；地壳动“定”转化递进律——地洼学说；波浪状镶嵌构造学说；中国前寒武纽构造演化概念等，使我国区域大地构造学出现了一个繁荣局面。
20世纪70年代，尹赞勋(1971)首先将板块学说介绍到我国地质界，在地学界各个领域，特别是区域大地构造学中形成了一股强大的学术新思潮，对我国区域构造学科产生了明显的影响。
近年来，应用板块理论解释中国区域大地构造的研究正方兴未艾，但中国区域大地构造主要是大陆地质问题，板块构造学说“登陆”遇到的重重困难，使板块构造观点解释中国区域大地构造的学术进展并非一帆风顺。（2002年9月在科罗拉多州丹佛市召开的“构造地质学和大地构造学的新航程”研讨会上，首次明确指出板块构造理论模式不适合于大陆地质）。
历史地、因果地、动力学地说明中国区域大地构造的形成及发展仍然是中国地质学家的愿望。
地槽一地台说是黄汲清提出中国历史区域大地构造三个构造型式概念的根据；内波假说通过莫霍面内波运动解释地槽活动与大陆扩张机制，可说是一种“新槽台说”。因此，内波说接受槽台说对中国区域大地构造形成及发展的历史、因果的解释，只是赋予其动力学内容。
（2）中国区域大地构造的主要特征
在中国大地构造的发展中起着重要作用的两个因素：其一是我国夹在西伯利亚地台和印度地台两大稳定地质单位之间。因此，可以说中国大地构造位置是夹在南北两大稳定大陆之间，呈东西向延伸的相对活动地带。在这个宽广的活动带中，有相对稳定的近东西向延伸的华北一塔里木中轴大陆，它在中国大地构造演化中占有重要地位。其二是东临太平洋。中国恰处于太平洋洋壳与陆壳交接与转化的地带。这对中国大地构造演化起着特殊的作用。由于陆壳与洋壳的交接线呈北北东方向展布，所以中国北北东向构造特别强烈，与上述东西向构造成交叉的形式。这样，使得中国大地构造具有近东西向和北北东向分区的特征，见图1。
图1. 中国及邻区大地构造简图（据李春昱修改，1981）
1．前寒武纪地块及盖层；2．前寒武纪准地台或中间地块及盖层；3．加里东褶皱带及盖层；4．海西褶皱带及盖层；5．印支褶皱带；6．燕山褶皱带；7．新生代褶皱带
从图1.可见，这些褶皱带的年代分布，有明显的规律性。如天山一兴蒙地槽系，环绕西伯利亚地台呈向南突出的弧形展布，愈远离西伯利亚地台形成褶皱带的时代愈新，反映了以西伯利亚地台为核心，陆壳逐渐增长的过程。而滇藏地槽系，都围绕印度地台呈向北东方向突出的弧形分布。中生代前的地槽有远离印度地台时代变新的趋势；中新生代地槽则从南、北两侧向冈底斯地区变新。中国大陆就是在这样的大格局下逐步形成的。
（3）地槽活动和中国大陆的形成
地史学眚诉我们，在地质时期早期，大陆占的面积很少，主要是大片海洋覆盖着地球表面，海中分布着一些较小的陆地。以后，围绕陆核边缘发生陆屑沉积与地槽活动，大陆逐渐从海中生长起来。北美大陆围绕古地盾陆核生长与扩大的图像在图2中显示得特别明晰。
图2. 北美地质的概略格局和年龄比较（Wyllie，动力地球学，1978）
图中数据为地质年龄，单位：亿年。
从中国大地构造分区，地槽系的空间分布和迁移演化可以看出中国大陆的生长发育与北美大陆的生长发育有相似之处，中国大陆也同样具有从海中逐渐生长的演化过程。但是中国大陆与北美大陆生长的周边环境不完全相同：北美大陆陆核周边有足够大的海洋空间可供大陆自由生长；但中国大陆北边有巨大的西伯利亚地台，南有印度地台，作为中国大陆古陆核的扬子地台的面积却相对较小。中国大陆的生长与最终形成主要通过围绕巨大的西伯利亚地台周边地槽的活动为主逐步向南扩张完成的。围绕南边的印度地台向北生长与围绕扬子地台向南、北两侧生长的规模就显得相对地较小。这在任纪舜等编著的《中国及其邻区地槽迁移示意图》上反映得十分明显(图3)。[1，2]
图3中国及其邻区地槽迁移示意图（引自文献[1]）
围绕古西伯利亚地台周边不断向南扩张的地槽带构成了我国西部巨大的东一西向山带，并具有明显的向南年龄变年青的格局。
这样一幅逐渐生长，逐步扩展的构造发展演化图像，勾画出了中国大陆形成的历史。各地块相互之间的空间、时间次序都有了相对确定的关系。以围绕古陆核的地槽活动、大陆生长的观点，黄汲清、任纪舜先生给出的中国大地构造演化的整体图像是相当清楚的。
从魏格纳提出大陆漂移说到板块说确立为大地构造学主流学说，活动论观点已占据主导地位。固定论已被当作观点陈旧、落后的代名词。在区域大地构造研究中，关于超大陆的裂解，大陆碎块的重新拼贴、增生等超活动论观点十分活跃，各种大陆拼合方案层出不群。其结果是搞得大家一头雾水，把基本的参考框架都搞没了。看来，以为越活动越好的观点是片面的。该固定就固定，该活动才活动。实践才是检验真理的唯一标准。
（4）关于青藏高原的隆升
青藏高原是全球海拔最高的巨型构造地貌单元，有“世界屋脊”之称，很早就引起中外地质学界的瞩目，被国际地质学界视为解决全球重大地质理论问题的关键地区。
青藏高原西起帕米尔高原，东接秦蛉，东西长约2 700 km，南北宽达1400 km．总面积约250万平方公里，占我国陆地总面积的1/4。喜马拉雅山脉自西北向东南延伸，呈向南突出的弧形展布在青藏高原的南缘，俯瞰着印度次大陆的恒河和阿萨姆平原。高原北缘的昆仑山、阿尔金山和祁连山以4 000—5 000 m的高差与塔里木盆地及河西走廊相连，高原东部与四川盆地相邻。
对青藏高原隆升机制的认识分歧仍然很大，主要有两种意见：一种认为，青藏高原的隆起是印度板块俯冲到欧亚大陆板块下面地壳增厚造成的；另一派意见则认为高原隆起是与深部物质运动有关的垂直运动的结果。随着板块构造说的兴起，板块俯冲观点逐渐占居主导地位。但是已经提出的多种板块俯冲模式由于与高原地质资料间存在诸多矛盾，至今还没有一个模式为大家公认[3]。
90年代以后，对深部动力作用在高原隆升过程中的重要地位更为重视。在青藏高原隆升板块俯冲说盛行的时候，我国仍有部分地质学家坚持高原隆起的垂直运动观点，提出自己观点的依据与理由。
白文吉通过对青藏高原蛇绿岩分布、高原隆升史、高原周围盆地分布及沉降史、高原隆升量与盆地沉降量的对比等研究指出，年轻的蛇绿岩广泛分布于藏北高原，因此所谓的板块碰撞和雅鲁藏布缝合线均属无稽之谈[4，5]。对喜马拉雅山脉和青藏高原隆升史的研究指出，青藏高原周围山脉，内侧平缓，外侧地势陡峭与盆地联接。图4是青藏高原及其相邻盆地地壳厚度等值线图。
图4青藏高原及其相邻盆地地壳厚度等值线图
1．厚度等值线；2．断层
从图可见，包围高原的盆地面积与高原面积大致相当。对青藏高原隆升与周囿盆地沉积史的研究进一步指出，盆地的形成与高原的隆起是同时、等量的紧密相关事件。根据沉积物厚度计算指出，山脉的高度、上升速度与山旁盆地（山前拗陷）的沉积物厚度、沉积速度几乎相同。[4，5]
例如，旁遮普喜马拉雅山平均高程为7 759 m，尼伯尔喜马拉雅山平均高程为8 135m，它们山前拗陷的沉积物厚度分别为7 802 m和8 158 m，两者十分接近。更新世旁遮普地区卡利瓦建造厚度为1460 m，平均沉积速度为0.92 mm/a。黄汲清等估计，在更新世期间西藏高原和昆仑山的平均抬升速度为1.0 mm/a。表明山脉的上升速度与山旁盆地的沉积速度几乎相同[6]。说明山体物质实际来自盆地底部物质的补偿。
整个西藏高原物质运动状况用郑剑东的说法是“上出下入” [7]。上部地壳物质一方面被流水剥蚀搬运作用带向洼地和大海，另一方面在自重作用下向四周流展。上部地壳物质的亏损，通过周围地壳物质从下部集拢得到补充。
白文吉提出了如图5. 的青藏高原隆升模式。白文吉将此归纳为盆地、山脉形成的统一性，并用盆山运动一词表述。盆山运动强调盆地和山脉形成的同时性，包括同时发生的沉积作用、山脉隆升、地壳变形、地壳变质、火成活动和地震等。强调盆地和相邻山脉的形成机制是统一、不可分割的。
图5. 青藏高原隆升模式（引自文献 [4]）
1．陆壳；2．地幔；3．地幔蠕动方向；4．地壳蠕动方向；5．火山活动；
6．深成花岗岩浆活动；7．磨拉石；8．地震带；9．水平蠕动
白文吉认为，由于地幔深部热作用而使上地幔活动，产生相对隆起和坳陷式的波动，打破了区域性的重力均衡和应力平衡。在重力均衡作用影响下，导致上地幔和下地壳物质的流动和蠕变。上地幔隆起区的下地壳物质经流变和蠕动而变薄，被减薄部分则蠕变移动到上地幔坳陷区。由于上地幔隆起区下地壳的减薄导致上地壳下沉，遂形成盆地。相邻的上地幔坳陷区的下地壳物质相对加积变厚导致山根形成并迫使山体上隆形成山脉。从青藏高原及其相邻盆地地壳厚度推测，三个大盆地的地壳一部分，都汇集到青藏高原底部，青藏高原由于三面发生的这种汇集作用而被抬升。众所周知，仅印度河扇和孟加拉扇两大盆地的沉积物体积就相当于两个半喜马拉雅[8]，因此，通过底部物质的迁移形成青藏高原巨大体积，从物质总量平衡上是可能的；部分不足的物质来源，极可能通过地幔物质在特殊地热条件下的分异得到补充。
该模式的实质与内波说一致，强调高原隆升起因于深部物质定向迁移。但白文吉设想的盆地下地壳物质向高原底部的流动和蠕变与上地幔物质从幔坳区向幔隆区的运动都是逆重力方向的，只有在某种定向力的作用下，消耗某种能源才会发生。内波说正好补充并指出了白文吉等提出的青藏高原隆升模式中，下地壳及上地幔物质更合理的运移方式及动力来源。
在内波说中，莫霍面两侧物质的迁移是相向迁移，相互让位（没有让位，硬要夹塞需要的力很大，也不能持续）。在莫霍面上方，是薄地壳底部物质向厚地壳底部迁移；在莫霍面下方是地幔物质从幔坳区向幔隆区迁移。结果是不断加大地壳厚度的差异，直到迁移力与重力回复力达到某种平衡。
在图5中，与下地壳中指向高原山根的物质迁移箭头相对，上地幔中应有指向山根两侧盆地的地幔物质迁移箭头，莫霍面两侧物质互相让位相向迁移。此外，图中标在上地幔中的三个垂直向箭头的方向应该相反。高原下方，因为较轻的物质集聚，地幔的浮力令其上浮，将巨大的地块抬起形成高原，所以力的箭头应该向上；盆地下方上地幔中因密度较高物质集聚显得沉重而向下沉陷，引起盆地沉降，所以力的箭头应该向下。正是地幔中强大的浮力将高原抬升起来，周围盆地则因地幔浮力不足而下沉。
区域广大而又沉积了巨厚地层的青藏高原，由于沉积盖层的热反射和屏蔽作用阻挡了热流的发散，整个地区上地幔温度逐渐升高。一期又一期的地槽活动则对下部的上地幔物质造成蠕变和搅动（参见“重新认识我们的地球（之七）”），在地幔流体（HACONS）的作用下，玄武岩浆分异速率提高。“地幔溃变”，大量分异上升的玄武岩浆垫托到高原地壳底部引起高原整体抬升。
根据对青藏高原地区Q值结构反演，青藏高原下深180 km处上地幔的Q值只有34，比上地幔低速层中正常Q值(90左右)低得多。较低的Q值意味青藏高原上地幔物质可能存在部分熔融现象[9]。
根据岩石化学资料，上地幔物质中可以分异出约7% -15%的玄武岩浆 [10]。青藏高原整体抬升额外所需的物质可能与地幔玄武岩物质分异并垫托到高原地壳底部有关。
关于青藏高原深部上地幔部分熔融分异玄武岩浆垫托到青藏高原底部成为高原整体抬升的另一部分物质来源的观点正得到更多地球科学家的支持[11-14]。
参考文献：
[1]黄汲清、任纪舜等，中国大地构造及其演化，北京：科学出版社，1980。
[2]杨森楠、杨巍然，中国区域大地构造学，北京：地质出版社，5-55页，1985。
[3]孙鸿烈主编，青藏高原的形成演化，上海：上海科学技术出版社，79-99页，1996。
[4]白文吉、杨经绥，对印度板块与欧亚板块碰撞及西藏高原隆升史的讨论，中国区域地质，第4期，1988。
[5]白文吉、胡旭峰、杨经绥、周美付，雅鲁藏布缝合史与喜马拉雅山和青藏高原隆升史的分辨，西藏地质，第1期，1994。
[6]黄汲清、陈炳蔚，特提斯一喜马拉雅构造域上新世一第四纪磨拉石的形成与印度板块活动的关系，见：《国际交流地质学术论文集》编辑组编，国际交流地质学术论文集，构造地质地质力学，北京：地质出版社，1979。
[7]郑剑东，青藏高原西北缘地球动力学初探，地震地质，vol. 18，No.2，1996。
[8]王成善、丁学林，青藏高原隆升研究新进展，地球科学进展，vol. 13，No.6，1998，
[9]吴建平、曾融生，青藏高原Q值结构反演，地震学报，vol. 18，No.2，1996。
[10]邓晋福、赵海玲、莫宣学、吴宗絮、罗照华，中国大陆根一柱构造——大陆动力学的钥匙，北京：地质出版社，44—58页，1996。
[11]许志琴、姜牧、杨经绥，青藏高原北部隆升的深部构造物理作用，地质学报，vol.7，No.3，1996。
[12J张赤军、许厚泽、王勇，大地测量在研究青藏地壳运动及其机制中的作用，地球科学进展，vol. 13，No．5，1998。
[13]张赤军，由重力场的时空分布研究青藏地区地壳及其运动，地震地质，vol. 18，No.3，1996。
[14]杨晓松、金振民，部分熔融与青藏高原地壳加厚的关系综述，地质科技情报，No.1，1999。
https://blog.sciencenet.cn/blog-51667-307092.html
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