(俄羅斯科學院地質研究所，莫斯科Pyzhevsky 7號，109017，俄羅斯)
本文敘述了在完成國際巖石圈計劃ⅱ-2“世界主要活動斷裂圖”過程中，歐亞大陸活動斷裂的研究成果。本文討論了歐亞大陸活動斷裂的壹般規律:板塊邊界地區的寬斷裂帶以走滑運動為主，現代拆離構造的表現，以及計算活動帶現代地球動力學參數的方法和結果。
全新世；晚更新世；形變速率張量；活動斷裂拆離構造
1簡介
20世紀40年代，美國作者和歐洲作者分別引用同義詞“活斷層”和“活斷層”(中文譯為“活動斷層”和“活動斷層”)來表示與近期或近期可能發生的構造運動有關的斷層。由於斷層構造的運動在時間上是不均勻的，這就產生了正確解釋斷層活動、運動方向、平均速度和相關自然現象的特征時間問題。對於活動帶來說，這個時間段是晚更新世和全新世，也就是大約最晚的6.5438億+年。但這個時間段不足以估算地臺區的活動斷層作用參數，地臺區的斷層運動強度要低得多，與強震有關的脈動也比活動帶小得多。因此，確定地臺斷層的活動性不僅要依據最近654.38+百萬年發生的運動，還要依據中更新世即最近70萬年發生的運動[3]。
1989年，考慮到研究活動斷層的重要性，國際巖石圈計劃確定了以V.G.Trifonov為首的項目II-2“世界主要活動斷層圖”[4]。這個項目的參與者建立了世界上唯壹的活動斷層數據庫，包括斷層性能、參數和地震影響的數據庫。歐亞大陸的研究取得了最大的進展。歐亞大陸的活動斷裂已編制成1 ∶ 5萬的初步圖，許多地區還編制了詳細的圖件和說明。
本文提供了歐亞大陸活斷層的分析結果，討論了活斷層位置和位移的壹般規律，以及利用活斷層資料計算現代地球動力學參數的結果。
2.歐亞大陸活動斷裂構造位置和位移的壹般特征
歐亞大陸活動斷層的斷層分析表明，其位移的垂直分量通常是由逆沖或逆斷層運動引起的，而不是由正斷層運動引起的。對於活動帶和中弱活動區的斷層來說，情況確實如此。因此，大陸的大部分現在處於額外的側向擠壓，這與通過不同方法獲得的當前應力的估計值壹致[5]。
歐亞活動帶壹半以上的活動斷裂都有走滑運動分量，相當於或大於垂直分量。在走滑帶，最大的內陸運動速率是最常觀察到的。這壹事實表明，走滑所消耗的能量小於逆沖斷層、逆斷層甚至正斷層運動所消耗的能量。我們對近幾十年來大陸最強地震的震級和每次地震的影響進行了相關性分析。這種影響表現為地震破裂的長度和長度乘以最大地震位移。走滑地震斷層的這些特征比同震級地震產生的其他特征要明顯得多[6]。
在歐亞大陸主要活動斷層圖上(圖1)，標註了運動速率大於1mm/a的活動斷層。圖中顯示最長的斷層構成了現代板塊和小盤的分界線。這壹邊界通常不是由單個斷層顯示的，而是由壹個活動斷層帶顯示的。大多數活動斷層集中在活動斷裂帶和活動斷裂帶內的活動構造帶。圖2顯示了所有活動斷層，不考慮其運動速率，這兩個區域表現良好(圖2)。
造山帶上的活動帶(如亞洲的阿爾卑斯造山帶)以山脈或山系為特征，其間的穩定斷塊與現代沈積作用形成相對坳陷。這種穩定的斷塊在活動帶匯聚的區域較窄，形成山間盆地。這就是帕米爾和天山之間盆地的起源，是塔裏木小板塊的延續。活動帶內的活動斷裂控制著小隆起(山脈)和小沈降(盆地)的新構造形態。與相鄰的山脈相比，這種盆地通常對應於由更致密的巖石(如超基性巖中的蛇綠巖及其碎片)組成的區域。新構造運動前，盆地表面經歷了平衡沈降。因此，現代擠壓造山帶中的許多或全部山間盆地不能定義為Argan(術語)“基底向斜”[7]。它們是由基底的非均質性決定的，相當於活動帶之間的穩定斷塊的殘余，或者相當於活動帶內的地殼高密度區。
在造山運動期間，山脈和山間盆地之間的地形差異增大。山脈被侵蝕，負荷變輕，而盆地被碎屑物質填充，負荷變重。這種平衡的不平衡被深層巖石的橫向運動所補償。橫向運動反映在破碎或塑性地層中，因此其密度低於鄰近地層。因此，盆地基底富含與盆地成因無關的重質組分。
3.活動拆離構造
地表識別的活動斷層大多只切割上地殼，不壹定切割到巖石圈下層，在那裏以其他方式變形。現代分離的證據已經發表在特裏福諾夫等人的文章，1984，Yu.M. Pushcharovsky和V.G. Trifonov，1990。與暴露於侵蝕面的較老拆離構造的特征不同，現代拆離構造不能被直接觀察到。它們是震中在近水平帶的集中分布，或者是巖石圈不同層面上的構造形態和活動斷裂不同。在這種情況下，不可能用相關的地球物理和地球化學異常來確定深部活動構造單元。與地表的活動構造相比，這種構造單元有時在地表表現出不壹致的構造特征。不同深度活動構造的差異，大多是不同流變性質的巖石對基本相同的載荷反應不同造成的。但在日本中部、東天山等地區，巖石圈各層的應力方位和運動方向是不同的。在擠壓活動帶中，發現了最復雜的活動拆離構造特征。它們的表現取決於該地區的構造位置。
俯沖是大洋巖石圈和亞大洋巖石圈的特征，壹般與俯沖巖石板塊的碎屑或改造物質在亞洲東緣以相對較低的角度沖到外來板塊的地殼下有關[10]。克裏特島和小安德烈亞斯型島弧是特例，因為那裏的俯沖伴隨著外來板塊或其地殼部分的疊加。在愛琴海地區，這種疊加現象是由安納托利亞小板塊向西移動的側向擠壓和該地區巖石圈構造破壞引起的地幔異常擡升同時產生的張力造成的。這種機制來源於對活動斷層的分析[3]，並被GPS測量數據的解釋結果所證實[11]。同樣的疊加現象也可能出現在太平洋島弧[12]上，但那裏以俯沖為主。
圖1歐亞大陸主要活動斷層圖(圖上只顯示運動速度大於1mm/a的斷層)。
該圖由V.G.Trifonov、丁國宇、A.I.Kozhurin和R.V.Trifonov利用國際巖石圈計劃II-2的“世界主要活動斷層圖”數據庫編制而成。
圖2歐亞大陸活動斷層初步圖
由V.G.Trifonov利用國際巖石圈計劃II-2的“世界主要活動斷層圖”數據庫編制而成。
在最大板塊匯聚和擠壓的地區，典型的碰撞和相互作用是殼幔的解耦和獨立變形，有時還伴有地殼分層成若幹滑塊(如旁遮普-帕米爾和阿拉伯-小高加索山脈弧束)。這兩個山弧束中的上地殼活動結構基本相似。這裏推覆褶皺構造發育，活動走滑斷層廣泛分布。除了改造引起的走滑，斷層的壹側相對於另壹側整體發生位移(如阿拉伯板塊與印度板塊的西邊界和東北邊界上的斷層)，還有旋轉分離巖體與最大擠壓帶的走滑斷層[6]。後兩種走滑斷層使碰撞帶橫向縮短，使兩側巖石重新分布。
在山弧束中，下地殼和地面(地幔頂層)的特征是不同的。在帕米爾-喜馬拉雅地區，上地幔與上覆地殼分離，有些地方已經虧損榴輝巖化，比周圍巖層冷，所以密度較高，沈降在地幔中，變形相當大[13]。這個地幔的震源區深度為270公裏。作為上地殼和上地幔不同變形的邊界帶，下地殼具有最大差異運動和最強變形的特點。
在阿拉伯-小高加索山弧束及其周邊地區，地幔頂層異常加熱，可能富含地幔深部分異的產物。這個被加熱的區域表現為壹條年輕的橫向火山帶，在山弧束的北部被稱為外高加索隆起[14]。在從南到北的大高加索地區，晚第四紀火山巖帶將異質構造帶與前寒武紀阿拉伯板塊分開。阿拉伯板塊出現裂谷型玄武巖火山活動，巖漿源淺(30 ~ 40公裏)，地殼厚度約35公裏。該帶向北分為不同地殼厚度(30 ~ 40 km)的高山強變形帶和可能是中生代特提斯洋地殼的榴輝巖板塊。這裏的晚第四紀火山活動屬於鈣堿性序列，以安山巖為主。在大高加索地區，由於南部帶的俯沖，地殼厚度增加到45km，基本上是酸性火山活動[15]。根據這些數據，我們可以認為深部加熱帶的頂部位於30 ~ 40公裏的深度。這條帶不僅占據了地幔，還占據了南方的下地殼。它的存在使得地殼更容易分離並向北擠壓。最終使原本存在於高加索山脈的準特提斯盆地完全隆起於早中新世地層之上。在高加索的西部和東部，如黑海和南裏海，仍然保存著這壹盆地系統的重組碎片。在高加索地區，受到巖漿分異產物的加熱，以及富含這種產物的較輕的地幔頂層，沒有沈入地幔。然而，在鄰近的東部，在阿普舍倫海脊上，向北傾斜的地幔源區位於100公裏的深度。
“推壓”是導致現代最大碰撞帶變形分布和向北移動的主要機制。這在中亞和東亞的廣大地區是很有特點的。這種機制與印度板塊向北漂移，引起相鄰小板塊和地殼斷塊的變形和運動，進而引起相鄰構造帶的運動有關。這種變形和運動集中在小板塊和斷塊的邊界上，這主要取決於它們的形狀。新構造褶皺和拆離的強度向最大碰撞帶的北部和東北部減弱，代之以以走滑運動為主的純斷層型構造。伸展構造(貝加爾湖和山西裂谷系)發育在大型剪切帶的彎曲段上。
現代地殼拆離和“推壓”發生在歐洲阿爾卑斯山和地中海地區，但不明顯，具有局部特征，與巖石圈的拉伸特征有關，後者以裂谷帶和對稱盆地為代表，如潘諾寧和愛琴海盆地。該構造的廣泛產生可能與地殼薄、巖石圈熱的環境下(如與中亞相比)板塊與斷塊相互作用造成的地幔底辟有關。
4利用活斷層數據確定現代上地殼的地球動力學
現在我們來討論中亞碰撞帶(北緯26 ~ 56，東經64 ~ 104)(圖2)。包括天山、阿爾泰、薩彥、帕米爾、興都庫什山、昆侖山、西喜馬拉雅山以及鄰近的阿富汗、巴基斯坦、蒙古西部和包括西藏在內的中國西部。
我們用活動斷層的參數來計算現代地球動力學場。計算過程中不考慮活動褶皺引起的變形，因為它很難測量，而且與整體變形相比很小。利用該區的活斷層資料建立活斷層參數數據庫。這些數據是在國際巖石圈計劃ⅱ-2“世界主要活動斷層圖”的實施過程中收集的。首先，使用了丁國玉、N.V .盧基納、P .莫爾納爾、T .中田、A.A .尼科諾夫、V.P .索洛年科、P .塔波涅爾、V.G .特裏福諾夫、K.E .阿布德拉赫馬托夫、鄧啟東和V.S .布特曼。根據馬卡羅夫、謝爾曼、辛哈、季穆什和葉芝的文章建立了壹個數據庫
該數據庫包括每個故障的以下參數:①編號和名稱(如果有)；②信息來源；(3)位置，用明確地理坐標的點數表示；④斷層面傾向:無(ne、N、NW、w)，或祖(SW、S、SE、e)；⑤傾斜角度，度數:min-MP-max；⑥運動橫向分量的方向:D(右撇子)或S(左撇子)；⑦張力分量的存在，e；(8)運動垂直分量方向:R(逆沖或逆斷層)或N(正斷層)；⑨橫向運動平均速度，mm/a:min-MP-max；⑩拉伸的平均速率，mm/a:min-MP-max；？垂直運動的平均速度:mm/a，min-mp-max。其中“min”表示參數的最小值，“mp”表示最大可能值，“max”表示最大值。計算了晚更新世和全新世的平均速率。如果不能用野外資料確定傾角或平均速度，我們就用斷層區壹般的新構造和地震資料來計算它們可能的取值範圍。平均速度可能是罕見強震時的蠕動或位移脈動。我們使用地質學、地貌學和稀有的地震或大地測量數據來計算。如果沿斷層的任何參數(④ ~？)有變化，就把它分成單獨的段。
提出了上地殼的“流體動力學”模型。例如，活動斷層的分散位移在形式上表示為大時空範圍內粘性流體流動的統壹過程。這種分散連續流動過程的宏觀參數之壹是應變率張量。它是作為壹個大時空範圍內的有效平均參數計算的。這個參數乘以粘性系數就是應力張量。
時間條件完全滿足，因為采用了晚更新世-全新世(654.38+百萬年)。我們只考慮上地殼(15km)。為了滿足空間條件，這個範圍的橫向尺度(基本窗口的線性尺度)必須大於最大斷層。另壹方面，窗口的大小也不能太大，因為我們考慮的是流量的基本體積。下面將描述為計算平均變形窗口而選擇的比例。
首先，將單個斷層段細分為走向和傾角恒定、長度為20 ~ 30公裏的基本單元。為避免位移幅度衰減，切斷斷層末端，其長度不得超過斷層總長度的5%。單元的寬度(斷層穿透深度)對應於斷層長度。根據文獻[16]:
第30屆國際地質大會會議錄第5卷現代巖石圈運動的地震地質學
其中:L是斷層的總長度；L3為單位寬度，不能超過15km。我們引入價值觀:
第30屆國際地質大會會議錄第5卷現代巖石圈運動的地震地質學
其中:s是沿元素的位移向量，L1是元素長度。我們稱m為“幾何矩”。根據該值的含義，它是作用在元件上的力矩乘以斷層的幹摩擦系數。類似於壹個震源的地震矩[17]。對於任何基本窗口，可以引入正交坐標系x、Y、Z、Y和Z(分別為東、北和垂直方向)。然後，幾何力矩張量m的分量由以下公式確定:
第30屆國際地質大會會議錄第5卷現代巖石圈運動的地震地質學
其中:l，m=x，y，z；Ls，ln，ms，mn為局部坐標系方向的余弦(n為垂直於單元平面的法線，s為沿單元的位移矢量方向)。將每個窗口中張量的所有相似分量(3)相加並歸壹化，以成為單位窗口體積和時間的量:
第30屆國際地質大會會議錄第5卷現代巖石圈運動的地震地質學
其中:n是任何窗口中單元格的數量；△V是窗口面積乘以活動層厚度(15km)；△T為晚更新世和全新世時期。按照B.V.Kostrov[17]的說法，是窗口內活動斷層運動引起的應變率張量某壹分量的平均值。
使用已知的巖石力學方法[18]，計算主變形率(M1，M2，M3)，並在窗口中心指定。
將研究區域按照地理經緯度分為兩個基本窗口:第壹個是大小為1× 1.25的非重疊窗口，第二個是大小為3× 3.75、步長分別為1和1.25的窗口。第壹次劃分更詳細，僅用於計算基本變形的方向。第二個分區顯示壹個平滑圖案，用於計算基本變形的方向和大小。因此，變形率矢量由基本上被縮短和拉長的方向(圖3和4)和尺寸(圖5和6)的等值線表示。
這個地區的主短軸(圖3)幾乎是水平的，大部分地區壹般是向北的。這個在平滑的地圖上更清晰，但是在細節地圖上可以清楚的看到這個大方向的殘留偏差。它們出現在旁遮普山弧的兩側:在東塔吉克盆地、俾路支斯坦和阿富汗東北部的山弧以東，更顯著的是在山弧以東的活動帶，如阿爾金山、西藏北部、戈壁阿爾泰、杭艾(蒙古北部)和薩彥東北部的走滑帶。在西藏和柴達木的東緣，主要的縮短軸幾乎是正東方向。
在這兩條“異常”帶中，主伸長軸(圖4)也接近水平，表明沿這兩條帶的運動是走滑運動。更復雜的情況出現在東塔吉克盆地和俾路支斯坦，那裏的主伸展軸幾乎是垂直的，相當於逆沖運動。
在這個地區的大部分地區，短軸和長軸幾乎平行，主短軸大致在北向。表明走滑運動占主導地位。後者似乎是研究領域中最常見的運動類型。同時，在某些區域，主伸長方向變得幾乎垂直。如喜馬拉雅山大部分地區、天山西部和東南部、阿爾泰東南部和薩彥。顯然，這些地區的主要運動類型是逆沖活動。有趣的是，在壹些被活動斷層輕微破壞的斷塊中，往往觀察到近垂直的主伸長方向，如藏北、柴達木、準噶爾盆地北部和內蒙古。除西藏外，這些地區大多以大規模弱變形山間盆地為代表。這些盆地中的地殼根部和上地殼底部相對於鄰近的山脈隆起。盆地中的垂直延伸和相對地面沈降的結合是不尋常的，需要補充研究。
主縮短率M3(圖5)和主伸長率M1(圖6)的空間分布表明，在本區大部分地區二者差別不大。這意味著變形明顯是雙軸的，相當於巖石力學的純剪切變形。但在某些地區，主縮短率M3(圖5)和主伸長率M1相對較大，而M3 >: M1 .最大M2，即M3與M1之間的最大差值，發生在蒙古阿爾泰的科布多斷裂北端、塔拉斯-費爾幹斷裂帶、南天山和中天山的毗鄰部分、帕米爾北部(彼得壹世山)、阿富汗法伊紮巴德以南的查曼斷裂與赫拉特斷裂的交匯帶、喜馬拉雅的阿薩姆和比哈爾地震震中區。在西藏的東北部，M2也很大，但比上述地區要小。
圖3研究區內主要縮短方向線的長度與它們與垂線所成的角度成正比。
圖4研究區主伸長方向線的長度與垂線所成的角度成正比。
圖5按照3× 3.75的窗口大小計算研究區的主縮短率(M3)；圖中的號碼是10-9。
圖6按照3× 3.75的窗口大小計算研究區的主伸長率(m 1)；圖中的號碼是10-9。
在分析形變速率的大小時，我們註意到最大形變速率出現在印度板塊的現代北界:喜馬拉雅山脈、帕米爾-喀喇昆侖斷裂、帕米爾山脈北側及相鄰的南天山(包括塔拉斯-費爾幹斷裂中段)、達爾瓦茲斷裂和查爾曼斷裂。在西藏東部邊界(雲南北部)、阿爾金山中部和海原走滑斷裂帶(即柴達木盆地的西北和東北)、準噶爾斷裂的西北端和蒙古的阿爾泰地區出現了小但足夠大的形變速率。所有這些地區都是造山帶中小板塊的現代邊界帶。
5結論
已經指出[19]現代構造現象的形成是開放構造體系相互作用的結果。這些系統是特定尺度地質環境中壹系列相互聯系的自然作用。這些自然作用直接或間接地導致巖石圈運動和各種形式的構造發展。同時，壹個結構系統，即結構-應力系統，是由壹個參數在壹定程度上偏離其平衡狀態而引起的，這些參數可以描述為壹個熱力學系統。這個系統的等級是用單元連接和閉合的面積大小來表示的。從這個意義上說，我們有壹個全球規模的系統和不同層次的地方區域系統。
全球體系是板塊構造的變化形式，考慮了巖石圈各層的拆離、各層相對獨立的變形以及這些作用的地球動力學和構造結果[20]。地方系統的規模和結構是不同的。它們是由外部因素產生的，即全球系統或更大的局部系統內的各種功能。比如異常地幔的擡升引起上地殼的變形。另壹方面，地殼斷塊之間相互作用引起的巖石圈破裂會降低密度，引起地幔加熱，導致火山和構造的形成。
我們已經討論了侵蝕和沈積造成的平衡損失的補償對山脈隆起和山間盆地發展的影響。更復雜的構造系統相互作用表現在芬蘭斯堪的納維亞的全新世斷層活動中，在那裏，厚大陸巖石圈響應大西洋擴張的側向(NW-SE)壓縮與冰川載荷移除後的不均勻平衡隆起相互作用。地震與活動斷層的關系是明顯的，但我們也在阿拉伯-高加索地區發現了強震與含超基性巖的蛇綠巖帶的對應關系[21]。很可能，當超基性巖轉化為蛇紋石時，會使巖石體積增大，產生壹個參與地震積累過程的附加應力。
Teilhard de Chardin[22]用無限時間結構的瞬時截面來表示現在的時間。地質構造決定了該區活動構造的各種特殊性。根據活動構造的特征，可以區分發育程度不同的相似構造。例如，亞得裏亞海弧束在漸新世與現在的阿拉伯-高加索和旁遮普-帕米爾弧束相似，後來被改造。它的活動斷裂顯示了壹些新的構造單元與繼續發展的舊的山脈弧束段的結合。
因此，活動斷裂是不同構造體系在不同演化階段復雜相互作用的結果。
本研究得到了國際巖石圈計劃ⅱ-2和國際科學基金項目MPJ000的資助。
(沈德富澤、葉)
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