中国大陆基底构造的地球物理解释

中国大陆地震构造及现今地球动力学若干问题~

叶洪　陈国光　郝重涛　周庆
（中国地震局地质研究所，北京　100029）
摘要　在现今地球动力学体制下，中国大陆板块内部的构造活动表现为6个各具特色的构造运动及内部变形的一级块体（青藏块体、甘新块体、东北块体、华北块体、华南块体及东南沿海块体。中国大陆地震活动与现代构造运动受制于特提斯－喜马拉雅构造带及西太平洋构造带两方面的影响。中国大陆西部现代构造运动的力源主要来自印度板块与欧亚板块的碰撞，而中国大陆东南地区及东北地区则主要分别受菲律宾海板块及太平洋板块的影响。华北的情况比较复杂，太行山以西的华北西部以特提斯－喜马拉雅构造带的影响为主，郯庐带以东的华北东部以西太平洋构造带影响为主，介于以上两者之间的华北中部地区可能是两种影响混杂的过渡地带。大陆板内各个块体之间的边界在很多段落上表现出弥散性变形的特点，它们之间的相对运动幅度是有限的，这些都与岩石圈大板块之间的相对运动及变形方式有很大不同。在上述块体内部，应变能的释放主要沿着原有的构造软弱带进行。在中国大陆东部的各个块体内古裂谷或被动大陆边缘的地壳颈化带是最重要的构造软弱带。而在中国大陆西部，一些古生代以来褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地主要的构造软弱带。大地震往往沿着上述构造软弱带成带状分布。板内大地震复发间隔的统计结果表明，中国大陆板内块体运动及变形的速率比板块边界要小一到两个数量级，这对板内块体运动学模型是一个重要的限定。
关键词　地震构造　地球动力学　中国大陆
1　引言
从本世纪初阿尔冈（E.Argand）最早提出喜马拉雅大陆碰撞的设想算起，中国大陆地球动力学问题的研究已经经历了中、外学者好几代人的努力。到目前为止，这仍是世界上地球动力学研究的一块热土。各种科学基金及国际协作组织争相立项，各国地球科学家纷至沓来，都想在中国大陆内部地球动力学的研究中占有一席之地。
中国大陆的这一科学魅力首先来自于它在全球构造格架中所占的独特的构造位置（图1）。从全球构造的角度看，中国大陆正好处在目前世界上最大的两条全球规模巨型挤压构造带：特提斯－喜马拉雅构造带与环太平洋构造带的接合部位。特提斯－喜马拉雅构造带代表着全球规模南、北大陆的聚敛与碰撞，它横贯欧、亚、非三洲自西向东延伸，在中国大陆内部东经104°附近嘎然终止。这一巨型构造在这里的突然收尾，显然是因为受到了近南北向西太平洋构造带的阻挡，在这里它的巨大的近南北向压缩变形必须以某种方式与西太平洋边缘近东西向板块聚敛运动影响下的中国大陆东部构造变形相协调。

图1　中国及邻区现代板块及板内运动示意图

中国大陆地质的另一个重要特点是它本身的复杂拼合结构。中国大陆既不同于典型的北大陆地块（如西西伯利亚、俄罗斯），也不同于典型的南大陆地块（如非洲、澳大利亚、南美等）。它是由部分北大陆碎块、部分南大陆碎块以及若干位于南、北大陆之间的小陆块拼合而成的。在漫长的拼合历史过程中，围绕着相对比较刚性的古陆块形成了大量相对比较韧性的不同年龄褶皱带。
中国大陆基底这种软硬相间的拼合结构，加上上述两个超级构造动力学系统在这里的强烈对抗与相互协调，必然使其现代构造运动及变形表现出独特的复杂性及多样性。中国大陆内部一系列令世人瞩目的现今地球动力学现象就是在这样的构造背景下发生的。例如：青藏高原的快速隆升、缩短、地壳增厚及向东挤出；天山、阿尔泰山的再生隆起与塔里木、准噶尔盆地边缘的快速沉降；华北一系列新生代裂谷盆地的拉开与迁移；华南地块的持续缓慢隆升及东移；菲律宾海板块与欧亚板块在台湾东部斜向碰撞及其在中国东南沿海引起的挤压剪切变形等，这些都与在现今地球动力学体制下中国大陆内部软硬相间块体间的相对运动有关。这些热点课题的研究不仅具有区域性意义，而且对于认识整个地球大陆岩石圈构造行为及变形机制具有普遍意义。
地震构造分析历来是研究现今地球动力学的一个重要途径，从构造地质学的角度来看，地震就是岩石圈构造变形过程中的破裂－错动事件。目前已有日趋成熟的地震地质学及地球物理学方法可对地震与构造的关系进行系统研究，包括各次地震的构造力学背景、震源破裂过程以及地震活动在最近地质历史时期的时空分布规律等。这些研究成果对认识大陆内部现今地球动力学过程，特别是大陆内部块体相对运动及块体内部变形无疑具有十分重要的意义。
近十多年来，配合联合国国际减灾10年计划，我国在地震区划、重大工程及城市地震危险性分析等方面开展了广泛的工作，这些工作涉及到地震构造方面的一系列基础研究。由此产生的大量研究成果，是我们进一步认识中国大陆现今地球动力学过程的新的基础。在本文中，作者想应用近年来在地震区划及工程地震工作中积累与收集到的各种地震活动性、震源机制、古地震、大地震地表破裂及形变带等资料，对中国大陆地震构造特征作一次再分析，在此基础上，从地震构造的侧面对中国大陆现今地球动力学研究中大家关心的某些问题作概要的讨论。
2　中国地震构造分区及大陆板内块体
地震的空间分布曾是确定现代岩石圈板块边界的重要依据，同样，大陆板块内部现代构造运动的块体性，在地震的空间分布上也有相应的反映。但是，由于板内地震分布的弥散性，情况比较复杂，研究方法也应有所不同。对于岩石圈板块，一般根据巨型地震带的展布，就可以相当明确地划分板块边界，而对于板内块体，除了需要考虑地震空间分布外，还需要更多地从地震构造的区域特点上去进行分析，也就是首先需进行地震构造分区。
根据地震空间分布及地震构造的区域性特点。我们将中国划分为以下10个地震构造区（图2）：甘新地震构造区、青藏地震构造区、喜马拉雅地震构造区、东北地震构造区、华北地震构造区、华南地震构造区、东南沿海地震构造区、台湾中西部地震构造区、台湾东部地震构造区、南海地震构造区。
上述10个地震构造区中，有两个地震构造区，即喜马拉雅地震构造区及台湾东部地震构造区分别与喜马拉雅板块碰撞带及台湾东部板块碰撞带相对应。另有两个地震构造区，即台湾中西部地震构造区及南海地震构造区，可看作是板缘及板内构造区的过渡。其余的6个地震构造区则具有板内地震构造区的性质。
将这6个板内地震构造区的位置与前寒武纪结晶基底的分布进行对比，可以看出，上述板内地震构造区大多都是以一两个前寒武纪古陆块为核心，古陆地之外，一般围绕着古生代以来的褶皱带。例如：华北地震构造区是以著名的中朝地台为核心的；东北地震区以松嫩地块为核心，周边为古生代褶皱带；华南地震构造区以扬子地台西部为核心，东侧围绕有古生代褶皱带；东南沿海地震构造区大致以华夏古陆块为核心；甘新地震构造区由塔里木地台、准噶尔地块以及发育其间的古生代褶皱带组成；青藏地震构造区的情况比较特殊，它主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成，但其中夹杂着一系列较小的古陆块，如：柴达木地块、羌塘地块、冈底斯地块、松潘－碧口地块等。上述各个地震构造区具有各自独特的现代构造应力场特征、地壳变形和地震能量释放方式以及块体运动方向。因此应被看作是在现代构造运动体制下中国大陆板内的一级块体。

图2　中国震中分布及地震构造分区

Ⅰ—甘新一级地震构造区；Ⅱ—青藏一级地震构造区；Ⅲ—喜马拉雅地震构造区；Ⅳ—东北一级地震构造区；Ⅴ—华北一级地震构造区；Ⅵ—华南一级地震构造区；Ⅶ—东南沿海一级地震构造区；Ⅷ—台湾中西部地震构造区；Ⅸ—台湾东部地震构造区；Ⅹ—南海地震构造区
这些大陆板内块体的边界一般沿袭先存的断裂带或古陆块缝合线发育，但并不一定与前期构造单元的边界完全吻合。
与板块边界的情况不同，板内块体边界的地震活动性在许多段落上表现出明显的弥散性，地震活动的强度也很不均匀。依据地震活动性的强度及分布特点可以将板内一级块体的边界分为三种类型：
（1）线性快速运动边界。例如青藏块体北边界，沿着阿尔金断裂、祁连山山前断裂发生大规模走滑运动，地震密集分布，这类板内块体边界，类似于板块边界，边界两侧块体间的相对运动速率较大，最大可达到1cm/a左右的量级。
（2）弥散型运动边界。例如青藏块体东缘及华北块体与华南块体边界的西段，地震沿着多条断裂呈宽带状分布，块体间的相对运动，总体来说可能有相当大的幅度，但位移不是沿着一、两条主干断裂发生的，而是通过有相当宽度的弥散型变形（distributed deformation）来实现的。
（3）微弱运动边界。例如华北块体与东北块体的边界，华北块体与华南块体边界的东段，华南块体与东南沿海块体之间的边界，地震活动性不强，块体间的相对运动微弱。
板内块体边界地震活动的这些特征说明大陆板块内部块体的相对运动与板块间的运动相比，在活动强度与方式上均有很大差别。
3　中国大陆板内一级块体运动模型
在现今地球动力学体制下，中国大陆内部的各个板内块体，都以各自不同的方式进行着相对运动及内部变形调整[25]。地震的震源机制解及大地震所产生的地表破裂带为研究大陆内部现代构造应力场及块体构造运动模型提供了重要依据（图3、图4）。根据我国大量地震震源机制解[5]及50多个大地震的地表破裂带[3,4,23,27～29,31～36]，我们对大陆内部块体的现代构造运动得到如下认识：
中国西部受印度板块推挤向北运动，总的来说表现为近南北方向的地壳压缩变形并相对于中国东部向北作右旋扭动。其南部的青藏块体内主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成。虽然内部及边缘有小块古陆块卷入，但总的来说比较韧性，因此，内部变形调整量较大，整个块体发生强烈压缩变形，地壳加厚，地面隆升。由于它处在特提斯－喜马拉雅构造带的尾部，南北向挤压具有明显的不对称性，其西侧的挤压强于东侧的挤压，造成青藏块体在向北运动过程中同时向东呈喇叭型挤出，其北部向北东东方向运动，其南部向南东东方向运动。位于青藏地块以北的甘新块体主要由刚性较强的古陆块组成，在古陆块之间夹持着相对比较韧性的褶皱带。在青藏块体的推挤下，甘新块体向北运动，现代构造应力场主压应力方向近南北向，内部变形调整主要表现为古陆块间的褶皱带的压缩变形与地壳增厚，致使原来已经夷平的天山、阿尔泰等古生代褶皱带上升形成再生山脉。

图3　中国地震震源机制解


图4　中国大地震地表破裂带

中国大陆东部的基底由松辽、华北、扬子、华夏等古陆块及围绕着这些古陆块的古生代至早—中生代褶皱带组成。以上述古陆块为核心，自北向南形成东北块体、华北块体、华南块本及东南沿海块体，其中受西部动力学过程影响最大的是华北块体。华北块体的西部现代构造应力场主压应力方向为北东东向。受甘新块体及青藏块体向北及北东方向运动的影响，沿着近南北及北北东方向的断层发生右旋张扭运动并在尾端形成北东或近东西向的拉张盆地。这一运动形式在太行山以西表现得最为典型，并可部分影响到郯庐带以西的华北中部地区。郯庐带以东的华北东部地区现代构造应力场主压应力方向为近东西向，地震断层往往表现为北东及北西两组共轭剪切断层的活动，这一情况与华北西部地区的以北北东向右旋扭动为主的张扭性活动方式明显不同，说明华北东部地区的现代构造活动主要是受西太平洋边缘板块运动的影响。震源机制结果还表明：这一来自西太平洋边缘构造带的影响可以越过郯庐带影响到华北中部地区。因此位于太行山以东及郯庐带以西的华北中部地区是受东西两种影响混杂的过渡地带。以华夏古陆残块及沿海晚古生代，早中生代褶皱带为基底的东南沿海块体明显受到菲律宾海板块吕宋弧与台湾陆壳碰撞的影响，现代构造应力场主压应力方向为北西西向，沿海有一系列等间距排列的北西－北北西向张扭性断裂及北东东向压扭性断裂，北东走向的山地缓慢隆起，地震活动强度从沿海向内陆海逐渐减弱。位于东南沿海块体与青藏块体之间的华南块体其西半部基底为扬子古陆块，东半部基底由加里东褶皱带组成。在东南沿海块体及青藏块体的东西两侧挤压下缓慢隆升，现代构造应力场主压应力方向也为北西向，但现代构造活动较弱，是中国大陆地震活动强度最低的块体。东北块体的基底为松嫩古陆块及其周围的褶皱带，受太平洋板块俯冲及日本海小板块反向俯冲的影响，现代构造应力场主压应力方向为近东西向。
4　大陆块体内部变形及应变能释放方式
4.1　块体内部构造软弱带
地震的空间分布表明中国大陆板块内部应变能的释放除了沿着上述板内一级块体的边界进行外，还有相当一部分是在块体内部沿着各种先存的构造软弱带进行的。当先存的构造软弱带方向与现代构造应力场最大剪应力方向相近时，具有最大的活动性。
中国大陆东部的前寒武纪古陆块特别是华北地块，在中、新生代时期曾普遍遭受过裂谷作用的改造。在裂谷强烈扩张时期，沿着裂谷带上地幔软流圈上拱，地壳减薄，形成地壳颈化地带[17]。地壳颈化带是中国大陆东部重要的构造软弱带，华北的板内大地震大多沿着这些地壳颈化带展布。例如，汾渭带、银川－河套带、华北平原带、郯庐带中段等。东南沿海最重要的一条地震带——广东滨海地震带，则与南海第三纪扩张时形成的被动大陆边缘地壳颈化带有关。
在中国大陆西部，一些晚古生代或中生代褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地最重要的构造软弱带，许多大地震沿着这些地带分布。
4.2　块体内部主要变形方式
4.2.1　走滑及共轭剪切网络
从地震震源机制及大地震地表破裂及变形带上可以看出，走滑断层作用是中国大陆板内地块内部最常见的变形方式。无论是中国东部地区还是西部地区，大部分地震都是以走滑错动分量为主的。走滑一般沿着那些与现代构造应力场的最大剪应力方向相近的原有构造软弱带发生。由于最大剪应力是成对出现的，因此在适当的条件下会形成各种规模的共轭剪切网络。例如，在华北地块的中部，主压应力方向以北东东向为主，地震大多沿着北北东向古近纪古裂谷地壳颈化带及北西西向古裂谷横向断裂发生，形成锐角指向北东东的共轭剪切网络。在东南沿海地块存在着锐角指向北西西的较小规模的共轭剪切网络。
4.2.2　走滑拉分
走滑断层引起的尾部拉张或错列部位拉张，是中国大陆东部地区常见的另一种块体内部变形方式。中国大陆东部有一部分地震的震源机制解具正断层性质，它们都是由走滑拉分引起的。特别是华北地块的西部，因受到青藏地块向东北方向的推挤，沿着北北东方向及近南北向的右行走滑断层发育一系列北东走向至近东西走向的走滑拉分盆地。这些盆地的边缘及内部主要断层大多以正断层或正－走滑断层为主。例如图3所示河套盆地1979年五原地震，即是典型的正断层。
4.2.3　逆冲及地壳缩短
在中国西部，除了走滑断层引起的地震外，尚有相当一部分地震是由逆冲断层引起的。例如图3所示的1963年乌恰地震、1965年乌鲁木齐地震、1969年乌什地震，以及1985年乌恰地震等。地震资料还表明，在中国西部即使是走滑断层性质的地震也往往都含有逆冲断层的分量。由此可见，逆冲作用以及与此相伴的地壳缩短作用在中国西部板内地块内部的变形中起了重要作用。可以这样说，在中国西部，板内块体内部变形及应变能的主要释放方式是走滑加逆冲，而在中国东部，则是走滑加拉分，两者形成明显对比。
4.2.4　块体旋转
近来块体旋转在大陆板内块体运动及内部变形中所起的作用日益受到重视。一些研究结果曾指出华北地块西部的鄂尔多斯块体存在着反时针旋转。另一些研究结果则指出在青藏地块的东缘，存在着一系列北西向小地块的顺时针旋转。我们设想由于板内块体运动受到周围环境的限制，不可能像岩石圈板块那样作大幅度的平动，因而往往需要用块体转动来调整各自的位置及释放应变能量。
著名的“南北地震带”沿着特提斯－喜马拉雅构造带收尾的部位展布。它是中国西部大陆相对于东部大陆作右旋扭动的结果。沿着南北地震带，发生较多的块体旋转不是偶然的，它说明块体旋转可能在调节中国西部及东部这两个截然不同的构造变形区方面，起了相当重要的作用。由于西部大陆相对东部大陆作右旋扭动，因此南北地震带以西的块体转动多为顺时针方向，其以东的块体旋转多为反时针方向。
5　大地震复发周期与板内块体运动及内部变形速率
近十多年来迅速发展起来的史前地震研究对现有地震资料是一个极有意义的补充与外延，它不但大大拓宽了我们对地震空间分布的视野，并且使我们对地震事件在最近地质历史时期的时、空分布规律开始获得某些认识[24,26]。
我国现在通过野外地震地质考察发现并进行过年代测定的全新世史前地震遗迹已达近百处[6]。在很多地方通过详细的槽探工作，证实了史前地震事件的多次重复，并采用14C，热释光，ESR等多种测年手段估算了大地震的复发间隔。
从表1列出的史前地震复发间隔时间可以看出，青藏块体及其周边大地震的复发间隔一般在1000～2000a；甘新块体大地震的复发间隔约为2000～3000a；华北块体的大地震复发间隔一般为2000～5000a或更长，这与板缘地震带大地震复发间隔仅为100～200a相比，相差了一到两个数量级，这一事实与上面提到的板内块体边界运动的弥散性及微弱性均表明大陆板内块体的相对运动速率及规模是有限的。在周边板块的推挤下，中国大陆内部块体之间存在着一定幅度的相对运动，并以此来调节板块间的运动，但是否像某些外国学者所认为的那样普遍存在水平运动年速率高达厘米级的大陆挤出运动（continental escape），看来是很值得商榷的。

表1　中国大陆史前地震事件重复间隔

从大震复发间隔的时间来看，可以认为在中国大陆内部年速率达厘米级的板内块体水平运动是很个别的。板内一级块体的边界及内部主要活动断裂一般具有毫米级的水平运动速率，西部较高、东部较低。同时在中国大陆东部相当普遍地存在着低于毫米级的缓慢或极缓慢板内断裂活动。需要指出的是，在这里“缓慢”或“极缓慢”仅只是相对于板缘的活动速率而言的。这些“缓慢”或“极缓慢”的板内断裂活动同样可以造成破坏性地震的发生并留下各种构造形迹，只不过其复发周期相对较长，时间非线性特征更加复杂而已。而这，正是板内地震预报及工程地震安全性评价的难点之所在。
6　结语
地球动力学研究的进展，在很大程度上依赖于观测技术的发展。在某种意义上甚至可以说，有什么样的观测技术，就会有什么样的地球动力学。
尽管近十多年来，人们在深部探测、地球物理资料解释、空间技术的应用、地球化学及地质测年技术方面取得不少重要进展。但是应该看到，就整体而言，我们对地球深部的探测能力及对地质历史的追溯能力目前仍然是相当有限的。存在着许多观测能力上的“盲区”及“模糊区”。在这种情况下，目前的不少推断与解释（包括本文中提出的一些认识）只具有阶段性的意义，其中有一些日后可能被证实为不充分资料基础上的误解。
在未来的一二十年内，地球动力学研究能取得多大进展不完全取决于地球科学家的努力，它在很大程度上还取决于人类整体科学技术水平所能提供给地球科学家的技术支持能力。不过，作为一个地球科学家也不应该仅仅只是等待别的学科的发展给自己带来新的“技术利剑”，而应该主动地到别的学科的武器库中去寻找，应该主动跟踪别的学科的技术发展前沿，或者再加上自己的“创意”，组装出地球科学新一代的“干将”与“莫邪”。
致谢　本论文是在国家自然科学基金项目（编号49572155）及中国地震局重点项目（编号85-07-01及95-05-02）的支持下完成的。作者感谢丁国瑜、马宗晋、汪一鹏、邓起东、张裕明、时振梁、高维明，多年来在地震地质工作中给予的各种支持与帮助，感谢北京大学钱祥麟老师在中国区域构造及大陆结晶基底方面给予的热情指教。此外，周永东、杨文龙、张华等曾在不同程度上参与本项工作，在此一并致以诚挚谢意。
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围绕青藏高原即地球最典型的大陆碰撞造山带开展地学基础研究，提出了一套全新的大陆碰撞成矿理论，阐明了大陆碰撞带成矿系统和大型矿床的动力背景、深部过程和发育机制，创建了以大陆碰撞型斑岩铜矿为代表的 5 种矿床新模型，揭示了大陆碰撞过程中成矿机制和成矿机理。建立中国成矿体系和成矿模型，发展区域成矿理论、大陆板内成矿理论、多岛弧盆系构造成矿理论，为矿产勘查评价提供重要指导。发展了矿床模型综合地质信息预测技术、地质力学矿田构造找矿理论，以及成矿地质体－成岩成矿构造－成矿流体作用标志“三位一体”找矿预测方法、构造叠加晕找盲矿法，并在找矿工作中得到实践检验。
中国第一口科学深钻开展的基础地学研究，针对中国的中央超高压变质带，发现了来自地幔深处的新矿物，建立了结晶岩地区地球物理理论模型和解释标尺，发现地下极端条件下生存的大量微生物，确定地下生物圈的底界。三口科学钻的实施确定了汶川特大地震的地下主滑面，发现了罕见巨厚断层泥，实时检测到了流体异常与余震的相关关系，为进一步解释汶川特大地震产生机理提供理论和数据基础。
经创新研究，发展形成了大陆动力学、造山带深部构造演化、区域成矿、岩溶碳循环等一系列中国特色的地学理论。一是编制了全球、跨洲、亚洲和中国 10 多种1∶100 万～ 1∶500 万综合地质图件，解决了一些全国性、洲际性及全球性的重大地质科学问题。二是发现了辽西中华龙鸟等一批珍稀古生物化石，在热河生物群、关岭生物群、瓮安生物群、罗平生物群等重要生物群演化方面取得一批具国际影响的原创性研究成果。三是获得宜昌黄花场等 8 条全球地层“金钉子”剖面，进一步完善中国大陆地层系统，地层学研究跻身世界前列。四是中国大陆构造演化研究取得系列新认识。探讨中国大陆构造演化和成矿的关系，重点开展了重要地质单元深部结构探测，研究了大别、秦岭、祁连 — 阿尔金等造山带的造山作用过程。五是青藏高原隆升及大陆动力学机制研究进一步深化，在基底构造、地层格架、构造 — 岩浆序列、东特提斯形成演化、地体拼合和碰撞造山及对成矿的制约等方面取得新认识，在油气资源战略选区评价方面也取得重要进展。六是建立中国成矿体系和成矿模型，发展区域成矿理论，为矿产勘查评价提供重要指导。建立陆相成钾新理论，拓展钾盐勘探领域，推动罗布泊钾盐的产业化进程。七是以全球变化的地质记录为研究对象，在古近纪以来古气候古环境演化方面取得重要阶段性成果，尤其是岩溶作用与碳循环研究成果显著。八是新构造研究为主要活动断裂带地应力测量与监测提供了新的认识。九是极地地质和月球地质研究成果提升了中国在南极和月球的地学话语权。

王懋基

（地质矿产部航空物探遥感中心，北京　100083）

摘要　区域地球物理研究对了解中国大陆基底构造做出了重要贡献。重力趋势模式和磁异常特征可用来绘制前寒武纪基底。具有不同构造特征地体的成对重力异常，提供了识别缝合带及有关俯冲方向的方法，横穿数条缝合带的地球物理断面支持这一论据。应用区域均衡异常和自由空间异常有利于深入了解大尺度地壳构造和近代板块动力学。

关键词　区域地球物理　基底构造　中国大陆

1　引言

当今对中国基底构造存在不同的认识，利用新近编制的重力和航磁图研究基底构造有了重要进展。重磁数据通过适当的滤波和分析处理，结合地质和其他地球物理资料可用来研究基底构造——主要是应用重力趋势模式和磁异常特征划分前寒武纪基底，根据成对重力异常标志识别古缝合带，根据均衡异常和自由空间异常分析古构造的性质。本文提出了中国大陆基底构造格架和主要构造带分布特征的新认识。

2　重力和航磁数据来源

编制中国1∶5000000比例尺的重力及航磁图利用了已有的数据库。航磁数据是从地质矿产部航空物探遥感中心获得的，测线间距从500m,1～2km直到5～20km^[1]。为了进行数据处理，原始观测数据内插成5km×5km网格。对各测区的磁场水平进行了统一调平，从数据中消除国际地磁参考场，进行背景场改正。重力数据由地质矿产部区域重力调查方法技术中心根据不同测量数据编制而成。选择了大约20000个重力点，测点密度东部约为每378km²一个点，西部约为每644km²一个点^[2]，数据内插成10km×10km网格用于数据处理。重、磁数据用计算机绘制等值线，并绘成彩色立体阴影图。

3　前寒武纪基底填图

前寒武纪基底填图的目的是圈定前寒武纪地块的分布，并确定其基底岩性。我们用剩余重力异常和水平重力梯度确定重力趋势和重力场分区。趋势可以看成是主要岩石单元走向的反映，而重力域确定了地壳中相关构造的主要区域。异常趋势在确定基底构造中非常有用，它们具有大的幅度和确定的模式^[3,4]。

在异常趋势图上（图1），可以圈定前寒武纪地块的分布，并确定相邻地块的相对年代，趋势被边界斜截的地块要比边界的年代老，而趋势与边界平行的地块要比其他地块年青，并与边界的年代相同。

图1　根据局部重力异常描绘的重力趋势图

粗线是大的重力梯级带（成对重力异常），表示重力域边界；长细线是根据趋势推断的边界；短线表示重力异常轴

前寒武纪地块基本上是以明显不规则的趋势为特征，例如准噶尔地块（XIV）、塔里木地块（XII）、阿拉善和西宁-兰州地块（VII）等。圈定前寒武纪地块后，再根据磁场特征（幅度、形状和方向）确定地块的基底性质，可识别出相应不同地质年代的四类前寒武纪基底：磁性（AR—Pt₁）、中等磁性（Pt_1-2）、弱磁性（Pt_1-3）和无磁性（Pt₃）基底，其中磁性基底特征最为明显，显示高幅度和块状形态。图2表示中国大陆磁性基底的分布。中等磁性地块显示平稳场中的宽缓正、负异常，弱磁性地块显示弱的正、负磁场背景。

4　古缝合带的地球物理标志

沿一系列主要地壳块体的边界出现延伸的正、负成对重力异常，这些异常比相邻异常有高的幅度，其中有许多延伸很长。它们通常被认为是碰撞缝合带的一种标志^[5～7]。在地壳块体上目前认为是成对异常的重力梯级带示于图1。研究证明，重力高一般位于年青地体上，负异常总是跨在边界上或大多位于老地壳内，所以接触带通常倾向重力高^[7]。当年青地壳向老地壳逆冲时就会发生形变，从而变得更厚、更致密。虽然成对异常的极性对于缝合地体的相对时代是始终一致的，但两种碰撞：陆-陆和陆-弧碰撞会产生不同的重力标志。在某些地区，构造边界上的磁场标志也是明显的，其中正磁异常带与钙碱质岩浆弧有对应关系。应用成对重、磁异常，结合地球物理断面确定缝合带位置可以用下面几个实例加以说明：

图2　中国大陆磁性基底分布图

画阴影线面积指示磁性基底区域：1—准噶尔-哈密；2—伊犁；3—南塔里木；4—敦煌；5—柴达木；6—西宁-兰州；7—阿拉善；8—北鄂尔多斯；9—燕山-吕梁山；10—河淮；11—秦岭-大别；12—扬子

克拉麦里缝合带（图3）　此缝合带以复杂的正、负磁异常带表示出来，沿正异常出现的蛇绿混杂岩带和“I”型深成岩^[8]支持准噶尔板块与西伯利亚板块间的碰撞。

中天山缝合带（图3）　此缝合带位于中天山南缘，显示成对重力异常。重力高位于准噶尔板块，重力低位于缝合带上。由于塔里木地块与准噶尔地块间的汇聚作用，发育岩浆弧^[9]，形成一条正磁异常带。这个岛弧与大陆块的碰撞过渡为塔里木板块与哈萨克斯坦—准噶尔板块间的陆-陆碰撞带。

西昆仑缝合带（图3）　沿西昆仑山南部，此缝合带位置表示为一条陡重力梯级带，在较薄和较致密的塔里木地块上为较高的重力值。这种特征暗示塔里木地块与昆仑岛弧的碰撞。

喀喇昆仑-澜沧江缝合带（图4）　此缝合带位于冈瓦纳大陆的北缘，以成对重力异常带和重力趋势模式的变化为标志，负异常直接位于沱沱河沿南面的俯冲带上方。西藏板块的地壳密度和厚度大于华南板块，它表征了西藏板块与华南板块碰撞的活动边缘。

雅鲁藏布缝合带（图4）　此缝合带以陡重力梯级带和冈底斯火山弧及雅鲁藏布蛇绿岩带产生的强正磁异常带为特征。元古宙西藏地块的地壳比太古宙印度克拉通的地壳厚和致密。这些特征标志着印度与西藏陆-陆碰撞形成的重要缝合带。

图3　穿越西伯利亚、准噶尔和塔里木板块的阿勒泰—日土地学断面的简化密度模型

密度单位为t/m³，实心圆表示计算重力异常。主要构造单元：①额尔齐斯断裂；②克拉麦里缝合带；③中天山缝合带；④中塔里木断裂；⑤西昆仑缝合带；⑥班公-怒江缝合带

图4　穿越华北、华南和西藏板块的亚东—格尔木地学断面的简化密度模型

密度单位为t/m³。实心圆表示计算重力异常。缝合带：①昆仑—秦岭；②喀喇昆仑—澜沧江；③班公-怒江；④雅鲁藏布江

5　巨型重力线性体

图5给出波长为500～1000km的均衡重力异常图。在中国西部以正、负异常交替为特征的七条引人注目的NW走向巨型线性异常具有重要意义。它们是阿尔泰、准噶尔—哈密、天山—祁连山、南塔里木—柴达木、昆仑—巴颜喀拉、西藏—滇西以及喜马拉雅线性异常，理论应力研究认为，这些异常横向尺度大，不能用岩石层支持的质量来解释，所以主张它们可能是地球企图恢复均衡平衡的遗迹^[10]。如果是这种情况，它们代表岩石层的基本划分，并指示古老构造体制的性质，它们的边界通常是缝合带。

图5　中国的中波均衡重力异常图

实线表示正异常，虚线为负异常，等值线距为5×10^-5m/s²，粗线表示大的剪切带。主要构造特征的位置：1—阿尔泰隆起；2—准噶尔-伊犁盆地；3—哈密-三塘铺坳陷；4—天山；5—秦岭；6—南塔里木盆地；7—柴达木盆地；8—西宁-兰州坳陷；9—昆仑山；10—阿尼玛卿山；11—巴颜喀拉山；12—西藏地块；13—滇西隆起；14—喜马拉雅山；15—四川盆地；16,17—江南隆起；18—右江裂陷槽；19—浙闽火山岩区；20—华北坳陷；21—鄂尔多斯-阿拉善地块；22—黄河地堑；23—胶辽隆起；24—松辽坳陷；25—佳木斯隆起主要剪切带：（1）—阿尔金；（2）—狼山—林芝；（3）—郯庐

在图5上还识别出代表巨型剪切带的穿越中国大陆的3条巨型线性体，它们是东部的郯庐断裂、中部的狼山-林芝断裂和西部的阿尔金断裂。根据这些线性体两边主要异常的匹配情况，认为这些断裂属左滑性质。

6　区域自由空间重力异常及其与大地构造的关系

局部和区域尺度的自由空间重力异常对影响近代板块作用和古老作用的力提供重要的依据。在长波（λ＜1000km）自由空间重力图上（图6），存在四个明显的重力异常，即西北部的一个负异常、华北和东北的一个正异常、华南的一个负异常以及青藏地区的一个正异常。它们可能是由地幔中的深部质量集中引起的，可能与早期地球的质量分布有关，或者是由近代应力和热状态引起的。宽阔的正异常解释为由于区域挤压和随后的区域隆起；在稳定地块上的负异常是由于区域下降引起的。这些异常暗示在负异常带内的准噶尔、塔里木、柴达木、阿拉善和扬子地块在古元古代可能曾经是一个统一的陆块。东北的松辽地块与华北克拉通可能有成因上的关系。显然，关于塔里木与华北为原始大陆的传统概念不能认为是正确的。

图6　中国长波自由空间重力图

实线表示正异常，虚线为负异常，等值线距为5×10^-5m/s²

7　中国的基底构造格架

中国的基底构造略图示于图7。基底构造格架是伴随着对主要构造单元的识别而建立的，其中包括古大陆边缘、不同时代前寒武纪地块的分布、主要断裂以及其他单元。对下面构造问题的认识具有特别重要的意义（图8）：

（1）中国大陆由几个不同的陆块镶嵌而成，中间被增生褶皱带所分开；（2）古元古代时，天山与祁连山可能连接在一个统一的造山带中；（3）当祁连海槽打开时，阿拉善地块从柴达木地块分裂出来；（4）介于祁连山与北秦岭之间的西宁－兰州地块是从柴达木地块被狼山－林芝左旋走滑断层分离出来；（5）塔里木与柴达木地块原来曾经是单一地块，可能在新元古代时被阿尔金走滑断裂所切割而分开；（6）中国东南部曾经是一古陆块^[11～13]，新元古代时沿绍兴—萍乡—茶陵—北海界线与扬子地块拼接。随后，自古生代和中生代以来，经历了几期地壳再造，从多次拉张和侵入及火山活动所表征的复杂构造，以及在地块边界上和横贯地块的裂陷槽中重力异常趋势的变化，可以证明地壳的再造作用。

图7　中国大陆基底构造略图

前寒武纪基底：1—磁性（AR—Pt₁）;2—中等磁性（Pt_1-2）；3—弱磁性（Pt_1-3）;4—无磁性（Pt₃）;5—再造地块；6—古缝合带；7—古俯冲带；8—逆冲带；9—主要断裂；10—裂谷（a）和裂陷槽（b）;11—构造单元；12—褶皱带（括弧内字母代表褶皱时代）

8　结论

区域地球物理对了解板块构造在中国大陆发展中的重要因素做出了贡献。承认前寒武纪板块构造是基于对不同构造单元的识别，其中特别是古大陆边缘。中国大陆的基底地块及其盖层的主要特征是多期基底活化的结果，反映在重力异常趋势模式、成对重力异常和航磁异常上。地壳块体间的边界往往对应于地壳构造的突变或大的逆冲，地壳的再造通常发生在老地块与年青地块拼接的边界，经再造的前寒武纪地块的某些地区没有明显的地质和地球物理界线。

图8　表示可能的前寒武纪地块和主要褶皱带略图

括弧中的数字为前寒武纪地块：（1）—准噶尔；（2）—吐鲁番；（3）—马宗山；（4）—阿拉善；（5）—伊犁；（6）—塔里木；（7）—柴达木；（8）—西宁—兰州；（9）—羌塘；（10）—冈底斯；（11）—若尔盖；（12）—保山；（13）—华北；（14）—扬子；（15）—松辽；（16）—佳木斯

有两种重力异常对大地构造分析最有用：一种是由古老构造特征和岩石层形变引起的短波和长波自由空间重力异常；另一种是与已知地质密切相关的均衡重力异常。

根据已有资料，我们提出了对中国大陆基底构造架的新认识，主要是对古缝合带、前寒武纪地块及其构造属性以及主要构造特征的识别。了解古构造体制对于基底构造的认识是特别重要的。

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