亚洲—澳洲—太平洋过渡带的地球动力学,四方谈微信公众号文章

【矿业澳洲点评】矿业澳洲最近工作重点放到了澳洲的地质环境研究中，相信很快我们就可以找到灵感来进行进一步的探矿活动。本文译自1989年5月苏联作者访问中国科学院地球物理研究所时留下的手稿。

《亚洲——澳洲——太平洋过渡带的地球动力学》

最近几年，全球积累了大量亚洲——太平洋过渡带地球动力学方面的资料。这些资料常根据先验的固定论或新移动论概念来进行研究。例如，从新动论的观点，专家C.描述了过渡带的地球动力学。根据他的意见，弧后盆地应当分为两种:白令和菲律宾型的边缘海是以岛弧与海洋分开。另一种盆地的产生与岛弧有成因上的联系。

后一种盆地的形成主要是以扩张带的存在和扩张过程为条件的。根据专家M.K.的模式，扩张带可以是主动型的，它伴随有地幔底辟作用。古老的和现代的扩张带在菲律滨和日本海、冲绳岛冰川谷及其它盆地区都已确定出来了。在许多情况下，海洋板块在深海沟的俯冲对弧后盆地的扩张有积极影响。根据C.的观点，南中国海扩张过程与印度次大陆和欧亚大陆碰撞的影响有关的思想是引人注目的。

按H.A.博格达诺夫的意见，由于从上白垩纪到中渐新世期间弧后的扩张，形成了白令海的科曼多尔斯克盆地。在该盆地的扩张和海洋型地壳的形成过程中伴随着东边的奥流多尔斯克——甚尔绍夫斯克岛弧和西边的卡拉金斯柯——伏威斯基增积棱柱构造的产生。科曼多尔斯克型的局部扩张带，看来在古生代和中生代就已广泛波及到亚洲东北的褶皱带。

H.伊肖扎克分析了日本海异常磁场图后指出，日本海的开裂始于1千9百万年前，终于1千5百万年前，这个过程持续了5百万年，开裂速度为3.4cm/年。然而，H.尼特苏玛根据分析本州岛上的古地磁资料得出结论，1千4百万年前日本海开始扩张，并且伴随着日本海及其边缘地区所有盆地的闭合、日本西南部沿顺时针转动了45°。东北部沿反时针方向转动了20°，并且伴随了日本西南部西南沿岸大规模的酸性岩浆作用。按B.N.奥陶富吉的意见，在2千1百到1千2百万年前的时间段内，日本海裂开，并且在1千5百万年前是开裂的高峰期。日本西南部从日本海张裂开始时沿顺时针转动了54°，转动的中心点坐标为东经129°，北纬34°；东北部分，围绕东经146°和北纬44°的坐标点，沿反时针方向转动了50°。

看来，可以认为所有关于日本海开裂的时间和日本的转动幅度的资料能比较好地互相印证。检查一下日本海的海底扩张间题，第一，所有作者都提到“1千5百万年”这个数字。大概应当把它看成日本海底运动最活跃的时间。第二，他们一致认为，日本海底的扩张过程只发生在确定的时间段内—中新世。H.尼特苏玛确定的日本西南部和东北部的转动幅度比E.N.奥陶富吉确定的小，可能前者研究的时间段比后者短。

M.基姆拉和M.K.卡萨哈拉仔细研究了中国东海的冲绳岛冰川谷的结构和地球动力学。他们指出，甚至在离爆炸点150km的地方都没有记录到莫霍界面的折射波，这证明地壳厚度很大。在上部剖面中确定出界面速度为6.8；6.0和4.1kms/的波。海底地震仪观测表明，冲绳岛冰川谷轴部的地震活动性很高。震深深度不超过16km。在地震记录图上确定出了一种波，按其性质，它应属于固体——液体界面的波。同时这里热流值很高，这就可以认为，在冲绳岛冰川谷存在着岩浆源。

上述情况表明，冲绳岛冰川谷是近代高度活动的构造单元。在马里亚纳冰川谷的中心部位(在北纬20°)同样确定出地震震源。同样这里已经发现枕状熔岩。这些资料是马里亚纳和冲绳岛冰川谷扩张的证据。在日本海的雅玛道盆地看来没有发生过这种过程。

在冲绳岛冰川谷的中心部位确定出一个裂谷，宽约10km，在其轴部发现一个火山型结构。从裂谷中心部位取出了酸性安山岩、英安岩、泡沫岩，这些岩石的年龄为l百万年，还取出了氧化硅含量较高的玄武岩，其年龄为50万年。根据M.基姆拉的意见，这些资料证明，冲绳岛冰川谷是处于大陆裂谷形成初级阶段的边缘海。他指出，雅玛道盆地东坡上取出的比较新的枕状熔岩，其年龄大约比晚中新世更年轻；西坡上取出的安山岩熔岩的年龄为1千3百万年。从日本海南部，通过雅玛道盆地中部到鞑靼海峡南部，M.基姆拉追踪了中央山脉型结构，这种山脉具有轴心盆地，轴心盆地的宽度在南面为40km，中部为40——80km，在鞑靼海峡南部为80——150km。雅玛道盆地中的山脉估计由上新世后的玄武岩组成。M.基姆拉认为这个上新世后的裂谷是从南向北发育起来的。

M.基姆拉在引用H.H.左尼山的话时指出，在维尔霍扬斯克地区存在具有碱性玄武岩火山活动的主动型裂谷系。这促使它从冲绳岛冰川谷通过日本海的雅玛道盆地、鞑靼海峡、维尔霍扬，直到北冰洋裂谷带来追踪裂谷系，并由此追踪到大西洋的洋中脊山脉。从台湾岛向南裂谷系与会聚边界(俯冲带)连接。裂谷系是从冲绳岛冰川谷经过北冰洋到大西洋发展起来的，这证明扩张速度不大，在冲绳岛冰川谷不超过2cm/年，在格陵兰的纬度上裂谷的扩张速度最大。

M.霍申诺提出与上面相反的意见(1986)，他把侏罗系末以后的时间定为玄武岩时代。与其有关的是地球扩张10——20km、裂谷的形成以及海平面升高5km。红海、北海、东菲、中国的渤海、巴拉省、印度洋和大西洋的大陆边缘等诸裂谷的产生也是在这个时候。M.霍申诺认为，洋中脊坐落在大陆地壳上。地球最显著的扩张发生在人类起源的时候(上新世时期)。

M.霍申诺否定了由于地球固体壳表面的弯曲而产生深水海沟、深水盆地、裂谷、山间盆地和其它盆地的思想。根据他的意见，这些结构是由于地球的扩张和玄武岩浆流出使其边缘增大而产生的。海平面的升高能使这些盆地填满沉积物。他提出，只是由于火山物质从内部冲出和地下水的活动才会产生拗曲。

据M.霍申诺的意见，冈瓦纳的裂开和其碎片——现今大陆的水平迁移是表面形象。事实上，大陆位于它原先形成的地方，但由于公海水面升高和陆桥的沉没，大陆之间的联系就断了，这些陆桥在过去时代将大陆彼此相连，而今大陆被海水分开了。需要指出，M.霍申诺的一些观点，尤其是相反学说的相互作用:地球的扩张、公海海平面上升、陆桥沉没、裂谷形成等是独出心裁的并且能有效地解释一系列地质现象。尤其是关于陆桥淹没的思想。

根据重力模式M-10B计算出了过渡带及其附近的亚洲和太平洋地区的岩石层内由地幔中密度对流引起的应力场。计算表明，在白令海——勘察加、鄂霍茨克海、日本海扇形区及中国东海是张应力区(图3)。之后，这个拉张带向南，然后向东南延伸，它包括菲律宾列岛、新几内亚岛及其附近的水域。菲律宾海的大部分地区位于挤压区。在中国南海和印度尼西亚压缩和拉张区交替出现。该模式的低阶谐波对应着很深的高密度异常体，而高阶谐波对应着浅部密度异常体，这样，由计算中可以得到唯一解:深度越大，应力场的结构越简单。

上地幔的主要特征是，挤压区和拉张区交替出现。它们的平均宽度为1000km。亚洲应力场与活动边界和海洋应力场之间的差别很明显。在大陆上挤压带和拉张带分布紊乱，在活动边缘区及在海洋，它们有规律地形成一个接一个的半圆，圆心在米德——巴粹弗克山中部，压缩和拉张区的交替性是由过程的波动性概念引起的，这种波动性形成了所研究的应力场的规律变化。

如果认为这个过程的运动速度等于扩张速度，即10cm/年，那么，由此可以得出结论，它们的起源在5——6千万年前(古生代)在米德——巴粹弗克山的中部产生。考虑到其它资料，譬如亚洲——太平洋活动带的形成时间，这个意见是合理的。

为了研究过渡带内构造过程的可能方向，K.计算出了位移速度向量场或介质粘滞运动速度向量场及在大陆和海洋块体接合处剪切形变场。计算时，假定海洋块体的密度比地幔大0.1g/cm3，而大陆地块则比地幔小0.1g/cm3。大陆地块的地表负荷为补偿负荷的50%(图4(a))。由图可以看出，在“沉重”的海洋地块下面位移速度向量向下，在大陆与海洋地块的接合处位移速度向量为水平向，在尚未补偿并相对“轻”的陆地块下面位移速度向量向上。深断层或裂口带的可能发展方向指向大陆，角度很陡，这个方向显然受控于剪切形变值的最小衰减带。

当陆块表面负荷超过补偿负荷50%时，同样计算出了位移或介质粘性流动速度的向量场及海洋和大陆地块接合处剪切形变场(图4(b))。在这个模式里介质粘滞流动的速度向量无论在海洋地壳下还是在大陆地块下都是指向下，而深断层的可能发展方向明显偏向大陆一侧，并且位于现代贝尼奥夫带附近。同样，可以预测指向海洋一侧的第二个深断裂的发展。几年前P.S.答拉卡诺伟曾预言存在这种带。

T.等综合热流方面的资料指出，过渡带是热流高异常带。1275个测点的平均值为80mw/m2，它是区域热流平均值的1.5倍。在亚洲东部和太平洋西部热流值接近平均值。

高热区的边界与从亚洲和澳洲向太平洋的过渡带明显相关。在区域内部确定出许多范围和强度都不相同的极小值和极大值。引人注目的是，澳洲的中部和东部及太平洋的西卡洛林斯克盆地位于这个异常区内。如果认为这个正异常与过渡带的强烈构造活动有关，此构造活动不是活动后期而是旺盛期，那么就可以认为澳洲的大部分及西卡洛林斯克盆地近代正在被卷入构造活动过程。

在与过渡带走向垂直的方向热流值变化很快，并且发现与地壳厚度有一定联系，如图4所示。从图4可以看出，在澳洲西部热流值不超过30mw/m2，，在其东部它增大到120mW/m2，在老尔德——豪山区又重新降到20——30mW/m2，在靠近北菲德日斯克海的地方热流值又重新增加并且变化剧烈。

在解热传导静态方程时，对于鄂霍茨克海、日本海及其附近太平洋地区，曾确定出估计为局部熔融体的顶部深度。在这里，此深度的变化范围为15至40——50km。以前，B.R.斯米尔诺夫和B.M.苏格洛包夫对于鄂霍茨克海水域得出了大约同样的数值。

为了对这些资料进行地质解释，必须明确:这些物体是不是与软流层无关的独立软流体，或者它们是软流层高高向上突出的部分。同时应当注意，在邻近地区(堪察加、千岛、库页岛、远东)高导层的深度在35——200km之间变化，大多数研究人员认为，高导层的本质与地热有关。

图5给出了沿南库页岛——南千岛群岛——太平洋测线算出的地热剖面。计算表明，为了解释千岛——堪察加深海沟的热流低值，必须假定热对流向下，速度为0.053cm/年，比俯冲速度小一个数量级以上。此外，计算表明，不假定热流向下就难以解释深海沟地区的热流异常。这同样适用于其它热流极小值地区，它们大都出现在过渡带内，南菲德日斯克海、洛尔德——豪山、澳洲西部、菲律宾海及其它地区。

在解本文作者和B.M.叶巴徨涅什尼科夫推导的热传导稳态方程时，局部熔融带的形成时间为晚渐新世——早中新世(2千5百万年——3千万年)。亚洲——太平洋活动边缘西北部的热状态现在接近稳定状态。在具有活火山的千岛——堪察加弧内，局部熔融带的顶部深度超过100km。在鄂霍茨克海，其中包括千岛深水盆地内的一些热流极大值地区局部熔融带顶部深度为8——10km。在千岛——堪察加岛弧内局部熔融带顶部的巨大深度和当代活火山的同时存在，看来可以用岩浆源范围不大、对区域热流没有很大影响这一点来解释。在鄂霍茨克海的中、下层地壳(8——10km深度)局部熔融体的存在证明这里产生了壳内侵人体。

研究区内软流层的典型特征是在贝加尔裂谷和亚洲——太平洋活动边缘存在巨厚的软流层，其厚度达200——400km，2)软流层顶部深度变化很大:在上述构造①内为10——25km，在这些构造之间地区为20Okm以上，在贝加尔和亚洲——太平活动边缘之间的区域是苏联东部古生代构造区。与此同时，如众所知，贝加尔裂谷带和亚洲——太平洋活动边缘具有强烈的晚新生代构造运动特征。相反，具有古生代褶皱结构的苏联东部地区还没有这种强烈运动。

据以上所述可以推定，在贝加尔和亚洲——太平洋活动边缘的软流层顶部深度不大及其巨大厚度是晚新生代强烈构造活动的产物，相反，苏联东部软流层顶部的深度标志着地球结构的稳定，是这段时间内弱构造活动的结果。由此可以大概得出结论:研究区的软流层顶部随构造作用过程的方向性不同而沿剖面上下迁移。这个过程，显然同样伴随着岩石层的厚度和成分的改变。

应当指出，在上述由古生代褶皱结构组成并在晚新生代构造活动表现很弱的苏联东部地区没有存在软流层的确信资料。仅有一些标志表明，在一定深度温度达到了岩石熔化温度，并且大约就在这些深度上地幔岩石的电导性明显增加。然而，这些现象与软流层有无关系或者它们是温度随深度增加的自然过程并由此产生了岩石电阻率下降，这是不清楚的。

地震资料是软流层存在的最可靠的判据之一，但这里缺乏这种资料。也许，由于缺乏明显的软流层，在新生代晚期以及现在，苏联东部属于地球上岩石层板块不发生水平运动的区域之一相反，贝加尔裂谷带和亚洲——太平洋活动边缘，在这些时代是水平运动活动的地区。这也是亚洲——太平洋活动边缘的重要特征。

——H.K.T.著，何志桐译，邵学钟校

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