关于2013年9月巴基斯坦地震的思考

2. 巴基斯坦地震的构造环境

陈立军

1.      巴基斯坦的2次强震概况：http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-728797.html

2.     巴基斯坦地震的构造环境

3.     巴基斯坦的地震活动背景（待续）

2. 巴基斯坦地震的构造环境

2.1 全球的大陆漂移活动

图2.1为全球GPS年度成果图及近地表运动模式示意图。作者从http://sideshow.jpl.nasa.gov网页收集到1990～2010年代部分GPS年度成果图皆为如此大同小异的图像，说明这些图像是相对稳定的（陈立军，2013）。

由图2.1可见，20～21世纪全球近地表的构造运动表现为：东半球总体呈顺时针旋转，西半球总体呈逆时针旋转，优势速率2～175px/a，共同分裂大西洋，压迫太平洋。这是一种典型的大陆漂移现象。

这种大陆漂移现象，必然是全球地壳构造活动的最积极的因素之一，应该会衍生出各式的一级构造活动。

仔细分析图2.1，在一级构造的两侧构成GPS观测到的运移方向相反的有4大构造行迹。一是大西洋洋底中脊（简称中洋脊），宽度1500～2000km，两侧的地表位移完全相反。二是印度洋内的东经90度海岭，近南北走向，长6000多公里，为世界上最长最直的线状构造（据地矿所情报组，1974），使得非洲和大洋洲的地表位移方向明显差异。三是马里亚纳海沟（东经140度）长2550km，宽70km，深11033m（据地矿所情报组，1974），两侧的地表位移方向和幅度迥异。四是太平洋东部的西经90度海岭（或称东太平洋海岭），地势较为平缓，宽2000～4000km，比大洋盆地高出二、三千米（据地矿所情报组，1974），两侧的地表位移性质迥异。

这4个一级构造单元中，大西洋洋底中脊和西经90度海岭存在海底扩张现象，东经90度海岭似为左型走滑型（详后），马里亚纳海沟有深源地震活动，最大深度600多公里，三维空间分布沿海沟近于直立。

图2.1 全球GPS年度成果图及地表运动模式示意图

（据http://sideshow.jpl.nasa.gov网页（2011）改编）

根据近50年来的全球地震目录（ANSS），全球约有20多个地方有深源地震或中、深源地震活动，最大深度740km。这些深源地震活动区地震的立体空间分布犹如一个个倒立的地震圆锥体（seismic cylinder），据此作者定义了24个地震柱（陈立军2012，2013），如图2.2中橘色圆点所示。据统计，全球95%以上的壳内强震（7级以上，或6.5级以上）和87%的活火山均发生在则24个地震柱的影响区之内。

根据近50年来的全球地震目录（ANSS）和火山月报（GVP），全球的海岭，包括大西洋海岭，只有浅源地震和少量的火山活动。2004年以前，海岭的最大震源深度可达40km，2004年以后震源深度的测定技术得到改进，海岭的震源深度基本在20km以内。

鉴于这样的区别，作者将地震柱活跃的深源地震带称为热机带，而将海岭地震活动称为冷机带。前者呈M型，后者呈W型。两者错位倒扣，位差约为地理90°。

另外，根据Vincent Courtillot（2003）和Raffaella Montelli（2003）等的结果编制而成深度为500km至2850km地幔层中地震波速层析图像（陈立军，2008），发现全球有两大超级地幔柱，分别位于非洲南部和太平洋中南部（夏威夷）。两大超级地幔柱深度可达2850km，中心位置大约相距地理180度。

综合以上诸多构造要素，可以组成全球的一级构造单元如图2.2所示。图中的构造行迹基本上是关于地球的自转轴对称分布的。由于这些一级构造单元差异的继承性运动，便会产生诸如纬向构造、经向构造、旋扭构造等二级的构造单元。李四光的地质力学提供了这些构造单元分析的最好理论和方法。

图2.2 全球一级构造单元草图

2.2 印度洋的洋壳构造

印度洋的洋壳构造颇为复杂（图2.3）。印度洋中脊系统在印度洋当中呈倒“Y”形展布，称为中印度洋海岭，由一系列平行中脊轴的山脉组成。北段称为卡尔斯伯格海岭，南面分为两支。卡尔斯伯格海岭被一些断裂带错开。欧文断裂带在阿拉伯湾之西、亚丁湾之东，一直延伸到索马里深海平原，为印度洋北部最重要的断裂。其北端与兴都库什的NNE向平移断裂带相连。东经73°左右有一近南北向的弧形海底高原，即查戈斯拉克代夫海台(Chagos-Laccadives)，在查戈斯群岛之南与中印度洋海岭山脉合并在一起。整个海台属所谓微型大陆性质。海台以西为阿拉伯海盆。东经90度海岭近南北走向，把东印度洋海盆分成两部分。西部为锡兰深海平原，东部为沃顿海盆（据地矿所情报组，1974）。

由于海岭的继承性运动，出现大量的平移断层，将海岭加以截切。根据海岭截切的运动方向大致可以判断，阿拉伯海盆似乎呈现左旋的趋势，而锡兰深海平原似乎呈现右旋的趋势。至于它们是否能以块体的方式向北俯冲，则不在本文的讨论之列。

图2.3 印度洋的洋壳构造

2.3兴都库什的旋扭构造

作者在《青藏高原的地震构造与地震活动》一文中，提出了青藏高原的地震构造模式如图2.4所示，重点在兴都库什的旋扭构造运动（陈立军，2013）。将构造模式展示在Google Earth地图上，则如图2.5所示。

由图2.4可见，帕米尔-兴都库什这里汇聚了五座大的山系：喜马拉雅山脉，昆仑山脉，天山山脉，苏莱曼山脉和帕尔帕米斯山脉。五大山系相间五个平原或者高原：青藏高原，塔里木盆地，土兰平原，赫尔曼德河平原和印度河平原。五座大山汇聚于一点，即帕米尔-兴都库什地区。同时，相间的五个平原（或高原）也尖灭于此处。

图2.4的地震构造模式恰如伸出左手抓起一坨泥巴逆时针地缓慢旋扭所形成的大地地貌。按照李四光（1976）的泥巴实验模式，完全可以设计一套实验装置来模拟这个旋扭过程。于是，青藏高原和赫尔曼德河平原被挤了出去，印度河平原被拉了进来，塔里木盆地（顺时针旋扭，据牛之俊等，2007，2008和郭良迁的私人通信^①，2002）与土兰平原由于天山山脉受旋扭运动影响较小则在原地扭动着。如果把苏莱曼山脉和喜马拉雅山脉的原始地貌假定为单一的纬向构造，把昆仑山脉和帕尔帕米斯山脉的原始地貌也假定为单一的纬向构造，天山山脉则基本保留纬向构造的态势，于是旋扭运动及其影响就更加形象化了。

图2.4 青藏高原及邻区地震构造图

（据国家地震局地质研究所（1981）、李春昱等（1982）等改编）

图2.5更加形象地表现了这种模式。该图的附图上，在帕米尔可以见到兴都库什旋扭与天山山脉之间的牵引现象，就是重要的证据之一。

兴都库什这里有中深源的地震活动，最大震源深度可达300km以上，三维空间上构成一个倒立的圆锥体，作者定义为兴都库什地震柱。兴都库什地震柱正是兴都库什旋扭运动的主因。

巴基斯坦地震发生在苏莱曼山脉之中。苏莱曼山脉受到兴都库什旋扭运动的影响成左型走滑性质。

图2.5 青藏高原及邻区地震构造卫星图片

（据Google Earth 2013版编制）

2.4 巴基斯坦的地震构造

巴基斯坦地震构造的资料较少。据Peter D.Clift等（2004）关于印度河盆地的区域地质图，7.7级地震的发震构造应为Chaman断裂。该断裂正是左型走滑型，与地震的机制解一致。该断裂走向NNE，一直延伸到瓜达尔海边，即新生小岛的位置。

根据印度洋洋壳的构造分析，Chaman断裂与阿拉伯海盆的欧文断裂是相连接的。但是，这两条断裂的活动性质不一致。Chaman断裂呈左型走滑型，而欧文断裂则呈右型走滑型，表现了断裂活动的分段性。正因为如此，在阿拉伯海盆的北部边缘，即瓜达尔附近地区，有可能出现一个引张区。

新生小岛的出现，可能是这个引张区提供了地壳深部液体（或气体）涌出的通道。在某种特定的条件下，地壳深部液体（或气体）由于高温高压而喷涌，携带着地壳上部物质拱起而成小岛。澳大利亚墨尔本大学地质学者加里·吉布森认为，这座小岛是一座“泥火山”，缘于甲烷气体在强烈地震中推升一些物质（http://news.ifeng.com/world/special/bajisitandizhen/detail_2013_09/26/29884409_0.shtml）。作者很赞同这个观点。

图2.6 印度河盆地的区域地质图

（据PeterD.Clift等（2004）改编）

       巴基斯坦地震的发生可能受到兴都库什地震柱的控制，在某种意义上或许也能做出预测。详情且听下回分解。

（20131001 初稿）

参考文献：

1.陈立军.青藏高原的地震构造与地震活动[J]. 地震研究，2013，Vol.36，No.1，123-131

2. 陈立军.地震地热说原理与应用[J]. 内陆地震，2012，Vol.26，No.2，108-122

3. 陈立军.地震柱的概念及其基本特征[J]. 华南地震。2013，Vol.33，No.1，1-14

4. 陈立军. 全球地震、火山和地幔柱的比较研究[OL].http://blog.sciencenet.cn/blog-552558-439534.html ，2008

5. 地矿所情报组. 海底地貌概述.地质矿产研究.1974年第一期（总第一期），内部刊物，P.132-149

6. 李四光，1976，地质力学方法[M]，北京：科学出版社

7. 牛之俊，游新兆，杨少敏. 利用GP S分析天山现今地壳形变特征[J].大地测量与地球动力学，2007，Vol.27,No.2,1-9

8. 杨少敏，李杰，王琪.GPS研究天山现今变形与断层活动[J]. 中国科学D辑：地球科学，2008，Vol.38，No.7，872～880

9.Peter D.Clift,Ian H.Campbell,Malcolm S.Pringle, et al. Thermochronology of the modernIndus River bedload: New insight into the controls on the marine stratigraphic record.TECTONICS, VOL.23, TC5013, doi: 10.1029/2003TC001559, 2004