關於2013年9月巴基斯坦地震的思考(2)

2. 巴基斯坦地震的構造環境

陳立軍

1.     巴基斯坦的2次強震概況：

2.     巴基斯坦地震的構造環境

3.     巴基斯坦的地震活動背景（待續）

2. 巴基斯坦地震的構造環境

2.1 全球的大陸漂移活動

圖2.1為全球GPS年度成果圖及近地表運動模式示意圖。作者從http://sideshow.jpl.nasa.gov網頁收集到1990～2010年代部分GPS年度成果圖皆為如此大同小異的圖像，說明這些圖像是相對穩定的（陳立軍，2013）。

由圖2.1可見，20～21世紀全球近地表的構造運動表現為：東半球總體呈順時針旋轉，西半球總體呈逆時針旋轉，優勢速率2～175px/a，共同分裂大西洋，壓迫太平洋。這是一種典型的大陸漂移現象。

這種大陸漂移現象，必然是全球地殼構造活動的最積極的因素之一，應該會衍生出各式的一級構造活動。

仔細分析圖2.1，在一級構造的兩側構成GPS觀測到的運移方向相反的有4大構造行跡。一是大西洋洋底中脊（簡稱中洋脊），寬度1500～2000km，兩側的地表位移完全相反。二是印度洋內的東經90度海嶺，近南北走向，長約6000km，為世界上最長最直的線狀構造（據地礦所情報組，1974），使得非洲和大洋洲的地表位移方向明顯差異。三是馬裡亞納海溝（東經140度）長2550km，寬70km，深11033m（據地礦所情報組，1974），兩側的地表位移方向和幅度迥異。四是太平洋東部的西經90度海嶺（或稱東太平洋海嶺），地勢較為平緩，寬2000～4000km，比大洋盆地高出2-3km（據地礦所情報組，1974），兩側的地表位移性質迥異。

這4個一級構造單元中，大西洋洋底中脊和西經90度海嶺存在海底擴張現象，東經90度海嶺似為左型走滑型（詳後），馬裡亞納海溝有深源地震活動，最大深度600km以上，三維空間分布沿海溝近於直立。

圖2.1 全球GPS年度成果圖及地表運動模式示意圖

（據http://sideshow.jpl.nasa.gov網頁（2011）改編）

根據近50年來的全球地震目錄（ANSS），全球約有20多個地方有深源地震或中、深源地震活動，最大深度740km。這些深源地震活動區地震的立體空間分布猶如一個個倒立的地震圓錐體（seismic cone），據此作者定義了24個地震柱構造（陳立軍2012，2013），如圖2.2中橘色圓點所示。據統計，全球95%以上的殼內強震（Ⅰ級地震柱7級以上地震，Ⅱ級地震柱6.5級以上地震）和87%的活火山均發生在則24個地震柱構造的影響區之內。

根據近50年來的全球地震目錄（ANSS）和火山月報（GVP），全球的海嶺，包括大西洋海嶺，只有淺源地震和少量的火山活動。2004年以前，海嶺的最大震源深度可達40km，2004年以後震源深度的測定技術得到改進，海嶺的震源深度基本在20km以內。

鑑於這樣的區別，作者將地震柱構造活躍的深源地震帶稱為熱機帶，而將海嶺地震活動稱為冷機帶。前者呈M型，後者呈W型。兩者錯位倒扣，位差約為地理90°。

另外，根據Vincent Courtillot（2003）和Raffaella Montelli（2003）等的結果編制而成深度為500km至2850km地幔層中地震波速層析圖像（陳立軍，2008），發現全球有兩大超級地幔柱，分別位於非洲南部和太平洋中南部（夏威夷）。兩大超級地幔柱深度可達2850km，中心位置大約相距地理180度。

綜合以上諸多構造要素，可以組成全球的一級構造單元如圖2.2所示。圖中的構造行跡基本上是關於地球的自轉軸對稱分布的。由於這些一級構造單元差異的繼承性運動，便會產生諸如緯向構造、經向構造、旋扭構造等二級的構造單元。李四光的地質力學提供了這些構造單元分析的最好理論和方法。

 

圖2.2 全球一級構造單元草圖

2.2 印度洋的洋殼構造

印度洋的洋殼構造頗為複雜（圖2.3）。印度洋中脊系統在印度洋當中呈倒「Y」形展布，稱為中印度洋海嶺，由一系列平行中脊軸的山脈組成。北段稱為卡爾斯伯格海嶺，南面分為兩支。卡爾斯伯格海嶺被一些斷裂帶錯開。歐文斷裂帶在阿拉伯灣之西、亞丁灣之東，一直延伸到索馬利亞深海平原，為印度洋北部最重要的斷裂。其北端與興都庫什的NNE向平移斷裂帶相連。東經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臺(Chagos-Laccadives)，在查戈斯群島之南與中印度洋海嶺山脈合併在一起。整個海臺屬所謂微型大陸性質。海臺以西為阿拉伯海盆。東經90度海嶺近南北走向，把東印度洋海盆分成兩部分。西部為錫蘭深海平原，東部為沃頓海盆（據地礦所情報組，1974）。

由於海嶺的繼承性運動，出現大量的平移斷層，將海嶺加以截切。根據海嶺截切的運動方向大致可以判斷，阿拉伯海盆似乎呈現左旋的趨勢，而錫蘭深海平原似乎呈現右旋的趨勢。至於它們是否能以塊體的方式向北俯衝，則不在本文的討論之列。

 

圖2.3 印度洋的洋殼構造

2.3興都庫什的旋扭構造

作者在《青藏高原的地震構造與地震活動》一文中，提出了青藏高原的地震構造模式如圖2.4所示，重點在興都庫什的旋扭構造運動（陳立軍，2013）。將構造模式展示在Google Earth地圖上，則如圖2.5所示。

由圖2.4可見，帕米爾-興都庫什這裡匯聚了五座大的山系：喜馬拉雅山脈，崑崙山脈，天山山脈，蘇萊曼山脈和帕爾帕米斯山脈。五大山系相間五個平原或者高原：青藏高原，塔裡木盆地，土蘭平原，赫爾曼德河平原和印度河平原。五座大山匯聚於一點，即帕米爾-興都庫什地區。同時，相間的五個平原（或高原）也尖滅於此處。

圖2.4的地震構造模式恰如伸出左手抓起一坨泥巴逆時針地緩慢旋扭所形成的大地地貌。按照李四光（1976）的泥巴實驗模式，完全可以設計一套實驗裝置來模擬這個旋扭過程。於是，青藏高原和赫爾曼德河平原被擠了出去，印度河平原被拉了進來，塔裡木盆地（順時針旋扭，據牛之俊等，2007，2008和郭良遷的私人通信^①，2002），土蘭平原由於天山山脈受旋扭運動影響較小則在原地扭動著。如果把蘇萊曼山脈和喜馬拉雅山脈的原始地貌假定為單一的緯向構造，把崑崙山脈和帕爾帕米斯山脈的原始地貌也假定為單一的緯向構造，天山山脈則基本保留緯向構造的態勢，於是旋扭運動及其影響就更加形象化了。

 圖2.4 青藏高原及鄰區地震構造圖

（據國家地震局地質研究所（1981）、李春昱等（1982）等改編）

圖2.5更加形象地表現了這種模式。該圖的附圖上，在帕米爾可以見到興都庫什旋扭與天山山脈之間的牽引現象，就是重要的證據之一。

興都庫什這裡有中深源的地震活動，最大震源深度可達300km以上，三維空間上構成一個倒立的圓錐體，作者定義為興都庫什地震柱構造。興都庫什地震柱構造正是興都庫什旋扭運動的主因。

巴基斯坦地震發生在蘇萊曼山脈之中。蘇萊曼山脈受到興都庫什旋扭運動的影響成左型走滑性質。

 圖2.5 青藏高原及鄰區地震構造衛星圖片

（據Google Earth 2013版編制）

2.4 巴基斯坦的地震構造

巴基斯坦地震構造的資料較少。據Peter D. Clift等（2004）關於印度河盆地的區域地質圖，7.7級地震的發震構造應為Chaman斷裂。該斷裂正是左型走滑型，與地震的機制解一致。該斷裂走向NNE，一直延伸到瓜達爾海邊，即新生小島的位置。

根據印度洋洋殼的構造分析，Chaman斷裂與阿拉伯海盆的歐文斷裂是相連接的。但是，這兩條斷裂的活動性質不一致。Chaman斷裂呈左型走滑型，而歐文斷裂則呈右型走滑型，表現了斷裂活動的分段性。正因為如此，在阿拉伯海盆的北部邊緣，即瓜達爾附近地區，有可能出現一個引張區。

新生小島的出現，可能是這個引張區提供了地殼深部液體（或氣體）湧出的通道。在某種特定的條件下，地殼深部液體（或氣體）由於高溫高壓而噴湧，攜帶著地殼上部物質拱起而成小島。墨爾本大學地質學者加裡·吉布森認為，這座小島是一座「泥火山」，緣於甲烷氣體在強烈地震中推升一些物質（http://news.ifeng.com/world/special/bajisitandizhen/detail_2013_09/26/29884409_0.shtml）。作者很贊同這個觀點。

 圖2.6 印度河盆地的區域地質圖

（據Peter D. Clift等（2004）改編）

       巴基斯坦地震的發生可能受到興都庫什地震柱構造的控制，在某種意義上或許也能做出預測。詳情且聽下回分解。

（2013.10.1 初稿，2020.7.22 校訂）

初見：

參考文獻：

1.陳立軍.青藏高原的地震構造與地震活動[J]. 地震研究，2013，Vol.36，No.1，123-131

2. 陳立軍.地震地熱說原理與應用[J]. 內陸地震，2012，Vol.26，No.2，108-122

3. 陳立軍.地震柱構造的概念及其基本特徵[J]. 華南地震。2013，Vol.33，No.1，1-14

4. 陳立軍. 全球地震、火山和地幔柱的比較研究[OL]. ，2008

5. 地礦所情報組. 海底地貌概述.地質礦產研究.1974年第一期（總第一期），內部刊物，P.132-149

6. 李四光，1976，地質力學方法[M]，北京：科學出版社

7. 牛之俊，遊新兆，楊少敏. 利用GP S分析天山現今地殼形變特徵[J].大地測量與地球動力學，2007，Vol.27, No.2, 1-9

8. 楊少敏，李傑，王琪.GPS研究天山現今變形與斷層活動[J]. 中國科學D輯：地球科學，2008，Vol.38，No.7，872～880

9. Peter D. Clift, Ian H. Campbell, Malcolm S. Pringle, et al. Thermo-chronology of the modern Indus River bed load: New insight into the controls on the marine stratigraphic record. TECTONICS, VOL. 23, TC5013, doi: 10.1029/2003TC001559, 2004