印度板块与欧亚板块在兴都库什-帕米尔地区相互俯冲的动力作用分析

兴都库什-帕米尔地区是印度板块与欧亚板块相互碰撞的强烈变形区域,也是中国大陆与周边板块动力传递的关键部位,明确该地区两大板块俯冲接触的几何形态和动力作用对研究区域动力环境具有实际意义.本文首先基于Hayes等在2009和2010年提出的Slab1.0的研究思路,利用地震参数准定量地给出两大板块在兴都库什-帕米尔地区碰撞接触的几何形态.结果表明,印度板块在兴都库什地区呈现自南往北的俯冲;欧亚板块在帕米尔地区呈现由北往南的俯冲;同时在兴都库什和帕米尔之间存在俯冲交汇区,在该区印度板块以北西方向、欧亚板块以南东方向相互俯冲.其次基于哈佛大学提供的震源机制解,对不同接触部位进行了应力张量反演,结果显示在兴都库什俯冲区域主要表现为逆冲性质,帕米尔弧西段主要表现为走滑性质,且均具有较好的一致性;而在俯冲交汇区域,走滑、逆冲性质并存,表现为震源机制一致性紊乱.结合两大板块接触的几何形态和区域应力场反演结果,认为印度板块在兴都库什地区主动往北俯冲,而欧亚板块在帕米尔地区被动往南东-南向俯冲,形成两大板块的相互俯冲.本文从几何形态和应力场反演分析两大板块在兴都库什-帕米尔地区碰撞的动力作用方式,可为该区域地球动力学相关研究提供基础资料.     

西构造结—帕米尔及周边深部结构与构造探榷

帕米尔高原是五大山脉汇结之中心,被称为"西构造结".在此山高耸谷陡深是人迹罕至的无人区.应用稀少的地面重力和人工地震数据和卫星重力资料,以NNW和NEE向两条长达1620 km的十字交叉剖面,对帕米尔高原地区地壳深部结构与区域地质构造进行了研讨.帕米尔高原中心地区地壳厚度(莫霍界面深度)接近70 km,并在总体上呈向四周逐渐延展减薄(变浅)的总趋势,到帕米尔的周边地区减薄为50余km左右.这里是一个壳幔结构变异的构造强烈活动地域.     

先存薄弱带对帕米尔弧形构造带形成的影响：来自构造物理模拟实验的制约

帕米尔弧形构造带的形成与先存弧形薄弱带密切相关,这些先存薄弱带如何在印度-欧亚板块碰撞初期就被活化是地学界关注的科学问题。本文利用构造物理模拟实验,研究先存弧形构造薄弱带如何影响帕米尔弧形构造带的形成。本文依据相似性准则,设计了两组构造物理模拟实验,包括先存弧形薄弱带(对比模型)和先存弧形薄弱带加地壳滑脱层。实验结果表明:①先存弧形构造带上继承性发育从而形成帕米尔弧形构造带是完全可能的;②在先存弧形薄弱带而无滑脱层的情况下,变形逐渐由南向北传递,呈现典型的前展式的变形过程,最终变形到达先存弧形薄弱带的时间较晚;构造样式上主要表现为一系列南倾断裂控制的变形带不断向北增宽;所造成的地形格局总体上呈现向北单调递减的地形楔形态;③在先存弧形薄弱带而有地壳滑脱层的情况下,先存弧形薄弱带在变形初期就立即活化,之后变形带才表现出从推板向北逐渐传递的过程,最终当变形量足够大时,会在弧形薄弱带前缘形成前锋断裂;构造样式上,表现为一系列的冲起构造;所造成的地形格局总体上为山-谷相间的形态;④帕米尔北缘的先存薄弱带如果在新生代印度-欧亚板块碰撞初期就开始活化,必须存在滑脱层(解耦层)。该新生代早期的滑脱层是否存在、位于什么深度和界面仍有待于进一步研究。     

帕米尔-兴都库什地区中源地震的空间分布和震源机制解特征

利用国际地震中心（ISC）提供的1964至2003年的高精度地震资料,给出了帕米尔－兴都库什地区中源地震带更完整、更明确的几何形态.兴都库什中源地震带（H带）和帕米尔中源地震带（P带）的倾向和最大深度沿走向有变化,可以进一步划分为HW段（H带西段）、HE段（H带东段）、PSW段（P带西南段）、PM段（P带中段）和PNE段（P带东北段）.H带在170～190 km 深度附近存在地震空区,其下方地震带的倾角明显大于上方,接近垂直.同时,空区下方的地震带沿东西方向成连续的倒“V"字形,两个分支的交角接近垂直.西段分支属于HW段,较浅,没有双层结构;东段分支属于HE段,较深,有双层结构.中源地震的震源机制解规律明显.兴都库什地区主要以近垂直的T轴和近水平的垂直于地震带走向的P轴为特征.帕米尔地区的震源机制解由西南到东北逐渐由P轴近水平并沿地震带走向,转变为B轴近水平并沿走向,直至T轴近水平并沿走向.同时,P轴方向由西向东逐渐转为恒定地与地震带的走向相垂直.最后,我们讨论了这一地区地震活动可能的动力学成因.     

帕米尔高原沙克达拉穹窿变质作用及新生代下地壳演化

帕米尔高原从西到东展布的8个新生代变质穹窿构成帕米尔高原变质地壳的主体,沙克达拉穹窿是其中最大的一个。沙克达拉穹窿变质杂岩中石榴矽线石片麻岩峰期组合(Grt+Ky+Bi+Rt+Pl+Qz)变质作用温压条件为T约810 ℃/P约10 kbar, 石榴石单斜辉石基性麻粒岩峰期组合(Grt+Cpx+Rt+Pl+Qz)变质作用温压条件为T约824 ℃/P约16.3 kbar, 榴闪岩退变较强,其残留峰期组合(Grt+Pl+Hbl+ilm+Qz)变质作用温压条件为T约683 ℃～873 ℃/P约8.6～11.7 kbar。基性麻粒岩变质锆石的U-Pb年龄为19～35 Ma,反映了从晚始新世到早中新世帕米尔高原下地壳加热加厚过程。帕米尔穹窿的变质作用可以与高喜马拉雅结晶岩系类比,在新生代印度亚洲大陆碰撞过程中,帕米尔陆内各地体沿前新生代缝合带的陆内俯冲可能是帕米尔下地壳加厚的主要动因。     

帕米尔弧形构造带晚第四纪以来的不对称径向逆冲:多时空尺度变形速率的启示

帕米尔弧形构造带作为印度-欧亚板块碰撞带变形最为强烈的地区之一,该构造带前缘发育了一系列呈弧形形态展布的活动断裂系;其向北突出的弧形形态的形成是数十年来国内外的研究热点。但关于该弧形形态的形成时间、形成机制以及帕米尔弧形构造带的演化过程仍存在很大的争议。沿弧形构造带发育的活动断裂系运动学的时空变化是揭示帕米尔弧形构造带新生代以来形成演化过程的重要窗口,但是鲜有对这些构造的多时空尺度的系统性研究。文章根据这些沿弧形构造不同的构造样式,重点总结了主要活动构造在不同时间尺度下的变形速率,并分析这些构造沿帕米尔弧形前缘的时空变化。结果表明,晚第四纪以来,帕米尔弧形构造带前缘的构造变形速率基本保持稳定,且前缘主要的逆冲和走滑运动呈现强烈的不对称特征。我们认为帕米尔弧形构造带晚第四纪以来的变形模式基本保持一致,主要表现为不对称径向逆冲的运动学模式,这一运动学模式的形成可能受控于帕米尔边界条件的差异。     

帕米尔构造结结构特征与构造演化

位于印度—欧亚大陆碰撞造山带西段的帕米尔构造结,自震旦纪以来经历了长期的地体裂离、寒武纪至古新世俯冲增生、始新世的最终造山及始新世至全新世大型走滑—伸展、逆冲推覆及构造隆升,记录了最完整的特提斯演化及新特提斯洋关闭后陆内隆升过程。然而,对帕米尔不同地体的构造属性、原特提斯洋俯冲极性、古特提斯阶段是否存在双向俯冲、新特提斯洋俯冲导致的盆山耦合效应以及新生代大规模碱性岩浆活动的地球动力学背景等关键科学问题,仍存在很大争议。本文全面总结了前人对帕米尔构造结的研究成果,结合野外地质调查,对帕米尔构造结显生宙以来的构造演化过程做了概括性总结。研究表明,北帕米尔既不是塔里木前寒武纪基底的一部分,也不是三叠纪增生杂岩,它的主体是寒武纪原特提斯洋南向俯冲形成的巨厚增生杂岩（530~500Ma）。与昆仑—阿尔金不同的是,帕米尔地区的原特提斯洋在早古生代晚期并没有关闭,这一残留洋盆在古特提斯阶段再次扩张,形成了石炭纪—早中生代有限洋盆。随着古特提斯洋的双向俯冲,中、南帕米尔相继与北帕米尔地体发生汇聚,最终拼合的时间在180Ma左右。古特提斯洋俯冲、关闭伴随着新特提斯洋的打开和扩张,从晚侏罗世开始新特提斯洋沿Shyok缝合带北缘北向低角度或近水平俯冲（开始时间约为160~130Ma）,形成了南帕米尔—喀喇昆仑宽阔的岛弧岩浆岩带,并在中帕米尔及北帕米尔地区,发育与弧后伸展有关的地堑或半地堑沉积及具有板内特征的基性岩浆活动。新特提斯洋最终在始新世关闭（60~50 Ma左右）,导致南帕米尔与洋内俯冲形成的科西斯坦—拉达克洋内弧及印度板块的最终拼合,形成了帕米尔雏形。40Ma左右,由于俯冲板片的拆离,形成这一时期造山后碱性岩浆活动。此后,由于印度板块和欧亚板块的大陆岩石圈不断汇聚,帕米尔构造结的岩石圈厚度急剧增加,沿中帕米尔一带,可能是印度板块与欧亚板块岩石圈地幔的分界,近水平的相向俯冲导致了加厚岩石圈的拆沉,形成沿中帕米尔分布的巨量新生代碱性岩带（25~9 Ma）。     

阿尔金-康西瓦剪切-推覆系统和帕米尔推覆构造的遥感解析

通过对遥感图像的解译,发现了阿尔金康西瓦剪切推覆构造系统,并从宏观上阐述了它和帕米尔推覆构造的主要构造特征及两者间的复合关系。认为该系统使塔里木板块沿阿尔金左行平移断裂向WS仰冲于青藏地块之上,康西瓦断裂掩覆了阿什库勒、泉水沟等陆缘盆地和阿克赛钦隆起带,对研究区大地构造特征进行了全新的遥感构造解析。     

2016年阿克陶MS 6.7地震地表破裂特征和帕米尔现代构造应力场初步分析

帕米尔高原位于地中海－喜马拉雅地震带上,晚新生代以来随着印度板块向欧亚板块持续不断地挤压汇聚,其构造运动是欧亚大陆最强烈的地区。高原腹地发育一系列近SN向正断层,包括近SN向的塔什库尔干正断层所处的帕米尔中部现代区域的构造应力场以EW向水平拉张为主。2016年11月25日发生的阿克陶M_S 6.7级地震的发震构造为塔什库尔干断层分支的NWW向木吉盆地北缘断层,其具有右旋走滑兼正断性质。地震在震中附近产生同震地表形变带,全长约1km,呈近SN－NNE向水平拉伸,发育近EW—NWW向的张裂缝,为地震破裂的产物,张裂缝的最大水平拉伸位移量和最大垂直位移量分别为46cm和16cm。地表破裂带中的NE和NW向张剪裂缝只是连接贯通这些雁列的张裂缝,其水平相对位移量取决于张裂缝的水平拉伸量和张裂缝之间的几何关系。地表形变带表现的拉张性质与帕米尔高原腹地区域现代应力场最大主压应力为垂直向基本一致,可能与深部热物质上涌造成的上地壳拉伸有关。而地表形变带呈近SN向水平拉张,与区域近EW向拉张应力场之间存在显著差异,这可能是木吉盆地北缘右旋走滑正断层阶区局部应力场调整的结果。     

天山-帕米尔结合带的地壳速度结构及地震活动研究

利用流动地震台阵记录的地震数据,通过地震层析技术反演了天山—帕米尔结合带的P波速度结构,揭示出地壳结构的非均匀特征及其与地震活动的对应关系. 分析结果表明,天山和西昆仑的双向挤压导致塔里木西部边缘地壳严重变形,在山前地区形成基底隆起带,地壳深部则被断裂分割成为若干块体,有的块体可能卷入造山带内部;喀什坳陷地壳深部结构相对完整,变形程度较弱;天山和西昆仑的地壳结构显示出缩短增厚的波速特性,在与塔里木接壤的局部地区,壳幔边界附近存在热物质的侵入迹象. 大部分地震都发生在塔里木西部边缘的壳内高速块体周围,推测块体之间的相互作用和应力调整是导致天山—帕米尔结合带频繁发生地震的主要原因,伽师地震则与构造变形由天山向塔里木内部扩展以及该地区的地壳非均匀结构有关.