鄭亞東張進(jìn)江張 波

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京 100871

1 問題提出與 “傻球”行為的啟示

長期以來傳統(tǒng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)慣用摩爾-庫倫準(zhǔn)則和貝克爾(Becker, 1893)的應(yīng)變橢球體理念分別解釋小變形斷裂和大變形區(qū)域變質(zhì)的面理和線理。安德森(Anderson, 1951)按三個主應(yīng)力軸(取壓為正,σ1>σ2>σ3)方向,將斷層分為正斷層、逆斷層和走滑斷層三種類型。根據(jù)摩爾-庫倫準(zhǔn)則,共軛斷裂的銳角總是面對擠壓縮短方向,預(yù)測正斷層的傾角應(yīng)大于45°的高角度、逆斷層為低角度、走滑斷層近直立,共軛出現(xiàn)時共軛角的銳角面對σ1。

然而,20世紀(jì)70年代末—80年代初,地質(zhì)觀察揭示一系列的重大突破,確立了低角正斷層、高角逆斷層和寬V形共軛走滑斷層系(Coney, 1980; Wernicke, 1981; Sibson et al., 1988; Yin and Taylor, 2011)。這類構(gòu)造與安德森定律相悖,共性為共軛鈍角面對σ1方向,無法用遞進(jìn)壓扁或體積損失來解釋 (Yin and Taylor, 2011)。因該鈍角為初始角,且相當(dāng)固定,不隨遞進(jìn)變形而增大;另一類出乎人們預(yù)料的構(gòu)造現(xiàn)象是走滑斷層與逆沖斷層平行共生,建立在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和均勻變形基礎(chǔ)上的應(yīng)變橢球的理念無法予以解釋。這兩大難題都體現(xiàn)在1979年White發(fā)表在《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)雜志》創(chuàng)刊號中的蘇格蘭莫因斷層中的觀察結(jié)果中:①切割糜棱面理的剪切條帶的共軛鈍角～110°,面對擠壓縮短方向(圖1a);②該鈍角的分角線所代表的最大壓應(yīng)力軸與剪切帶邊界垂直(圖1a—1c)。

圖1 自然界常見的兩類鈍角(～110°和～145°)Fig.1 Common two obtuse angles, ～110° and ～145° in nature

20世紀(jì)末的變位形分解理念 (Tikoff and Teyssier, 1994; Teyssier et al., 1995)和21世紀(jì)的最大有效力矩準(zhǔn)則 (Zheng et al.,2004)分別從變形角度和力矩角度分析和解釋這兩大謎團(tuán),成為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)新的理論支柱。近年來,有學(xué)者發(fā)文提出“(迄今)無法對低角正斷層力學(xué)之謎提供一簡單的力學(xué)解” (Collettini,2011);新近,一篇綜述擠出構(gòu)造進(jìn)展的論文提出:“統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)大多數(shù)逃逸構(gòu)造的共軛走滑斷裂帶夾角為30°～50°,明顯不符合庫倫-摩爾準(zhǔn)則和最大有效力矩準(zhǔn)則” (張宇和施煒,2018)。然而,早在10年前,Zheng et al. (2011)的《挑戰(zhàn)滑移線》一文已系統(tǒng)論證最大有效力矩準(zhǔn)則基本力學(xué)原理,并提出了解釋擠出構(gòu)造的新方案。

人們早已知道,不同應(yīng)變速率下,材料的變形行為不同。幾乎是盡人皆知,將兒童愛玩的橡皮泥(Bouncing putty)球自由落在地板上,它會到處彈跳,故美國人稱之為 “傻球” (silly ball)。如用鐵錘砸,橡皮泥則成碎片,斷口呈貝殼狀,表明材料的行為為彈—脆性,即彈性限度內(nèi)發(fā)生斷裂。如將橡皮泥球靜置于桌面上,一小時后將平攤成烙餅狀,這時材料的行為為塑性。然而,鮮為人知的是,如用橡皮錘捶打,橡皮泥面上會出現(xiàn)110°共軛的間隔性變形紋,鈍角面對捶打方向。由于這類變形紋,幾秒鐘內(nèi)隨即消失,難以引起人們的注意。然而,卻表明同種材料、同一溫度和壓力條件下,在不同應(yīng)變速率下具有三種截然不同的變形行為。與之相似,巖石的變形行為亦然。因此,材料的力學(xué)行為,包括巖石在內(nèi),可概括為三大類:彈性、韌性(局部塑性)與(總體)塑性,對應(yīng)形成的構(gòu)造分別為脆性斷裂、間隔性韌性剪切帶和透入性面理和線理。

應(yīng)變橢球理念之所以往往失靈,是因為地殼和巖石圈是非均質(zhì)的,而且?guī)缀醯教幎际遣贿B續(xù)面,不能滿足應(yīng)變橢球的理念所要求的前提。韌性剪切帶屬局部化變形范疇,將均勻變形的理論用于非均勻變形,勢必?zé)o效。不言而喻,局部化變形的規(guī)律必須要以非均勻變形或變形局部化為前提的理論來闡明。

2 變形局部化與最大有效力矩準(zhǔn)則

首先分析圖1a中White(1979)的觀察結(jié)果顯示共軛剪切條帶切割蘇格蘭莫因斷層糜棱巖的面理,共軛角～110°面對縮短方向、分角線垂直糜棱面理面。由于共軛剪切條帶的形成晚于糜棱巖面理,該角應(yīng)為初始角,上述幾何關(guān)系摩爾-庫倫準(zhǔn)則無法解釋。這并不是莫因斷層獨有的構(gòu)造現(xiàn)象,類似的關(guān)系自然界相當(dāng)普遍(圖1b、1c)。

為解開110°之謎,根據(jù)膝折帶和共軛伸展褶劈理兩類構(gòu)造帶內(nèi)都具有物質(zhì)線旋轉(zhuǎn)的基本特征,推斷其成因為力矩作用所致(Zheng et al., 2004)。解決問題的關(guān)鍵是通過力學(xué)分析,獲得力矩最大的方向,問題便迎刃而解。為此,可選定一有限小方塊,分析其邊界的應(yīng)力狀態(tài),從而獲得力矩關(guān)于主壓應(yīng)力軸方向的數(shù)學(xué)表達(dá)式與圖示(圖2a—2c)。結(jié)果表明,最大力矩位于主壓應(yīng)力軸兩側(cè)54.7°方向(圖2c)。當(dāng)力矩表達(dá)式中的差應(yīng)力(σ1-σ3)達(dá)到材料的局部屈服強度時,沿最大力矩方向便有效形成共軛韌性剪切帶,故稱為最大有效力矩準(zhǔn)則 (Zheng et al., 2004)。

該準(zhǔn)則得到大量野外觀察和實驗結(jié)果的證實,從上百千米的區(qū)域性剪切帶到顯微鏡、電子顯微鏡下的微觀、超微領(lǐng)域。其中最有說服力的證據(jù)是地下約1 km采礦支柱中形成的共軛剪切帶(圖2d)。世界上沒有一個實驗室能進(jìn)行米級大樣、長達(dá)幾十年的巖石力學(xué)實驗。迄今持續(xù)最長的巖石力學(xué)實驗不過20天(Park, 2004),該例表明,應(yīng)變速率是控制材料變形行為的關(guān)鍵因數(shù)。上述分析,可解釋各種擠壓驅(qū)動力下形成的各種構(gòu)造。然而,作為完整的力學(xué)分析,另一選擇是沿最小主壓應(yīng)力σ3取單位長度L,獲得的最大有效力矩位于σ3兩側(cè)54.7°方位。該值等同于經(jīng)典塑性力學(xué)軸向拉伸滑移線理論和金屬絲軸向拉伸實驗頸縮段的伸展剪切性的呂德爾線方向(Hill,1950)。

這里有四個要點需注意,①所分析的是有限小方塊,而不是無限小方塊。有限小方塊有力臂,故有力矩效應(yīng);無限小方塊為一幾何點,無力臂,故無力矩可言。②圖中預(yù)期形成的變形帶只占應(yīng)力作用方塊的一部分,表明該準(zhǔn)則專屬于局部化變形。③不同材料在不同溫度、圍壓和應(yīng)變速率的變形環(huán)境下具有不同的屈服強度,式中的屈服強度可因材料和變形各要素而變,但最大有效力矩方向不變,54.7°及其倍數(shù)109.4°為一材料不變量(圖2c)。不僅如此,由于最大有效力矩準(zhǔn)則所控制的是局部變形,變形帶之間的地塊不變形,但發(fā)生力矩作用下的旋轉(zhuǎn)(圖2a)。遞進(jìn)變形過程中,變形帶數(shù)量增多或加寬,其間未變形域漸次減小,而共軛角卻始終保持不變(圖3)。④Sibson(1977)提出的構(gòu)造層次的概念意義重大,但許多人將其絕對化,認(rèn)為長英質(zhì)巖石的韌脆性轉(zhuǎn)化帶在～15 km的深處,以上為脆性域,以下為塑性變形域。然而,野外觀測和實驗學(xué)證明,處于淺層次的表殼巖和斷層泥中也可以發(fā)育共軛剪切帶,如青藏高原班公-怒江縫合帶兩側(cè)發(fā)育的寬V形共軛走滑系,鈍角～110°面對縮短方向 (Zheng et al., 2006, 2011;鄭亞東等,2007),表明應(yīng)變速率是決定性因素。

圖2 最大有效力矩準(zhǔn)則Fig.2 Mathematical expression and graphical representation of the MEM-criterion

圖3 變形局部化(110°不隨遞進(jìn)變形而變,菱形塊體內(nèi)基本無應(yīng)變)Fig.3 Deformation localization (Note that 110° is an invariant and that there is almost no strain in rhombic blocks or lozenges)

變形局部化構(gòu)造不限于膝折帶、伸展褶劈理、低角正斷層、高角逆沖斷層和寬V形共軛走滑斷層系,還包括晶體的局部化塑性變形,如方解石、白云石的機械雙晶、石英的變形紋等位錯滑移相關(guān)構(gòu)造,幾乎涉及構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的全部構(gòu)造形跡和要素。號稱晶體塑性的位錯滑移和位錯攀移,實屬變形局部化的塑性行為或韌性變形范疇。而受正應(yīng)力控制的擴(kuò)散機制,如壓溶作用、動力重結(jié)晶作用,才是真正屬于均勻變形的塑性變形領(lǐng)域。鑒別兩者間的主要標(biāo)志:①間隔性面理屬局部化韌性變形,透入性面理屬均勻的塑性行為;②共軛者為變形局部化的韌性變形,單組平行應(yīng)變橢球XY面的面理屬均勻變形的塑性變形范疇;③材料實驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示一突出應(yīng)力降者表明加載速率大于材料的松弛速率,差應(yīng)力積累增大,達(dá)到材料的局部屈服強度導(dǎo)致變形局部化,形成韌性剪切帶,因材料應(yīng)變軟化導(dǎo)致顯著的應(yīng)力降;緩慢應(yīng)變速率下,應(yīng)力升至材料屈服點后,曲線平直延伸,應(yīng)力不再增大(圖4),表明加載速率與材料的松弛速率相等,巖石大致均勻塑性壓扁,形成平行于有限應(yīng)變橢球體的XY面的片理和片麻理 (Hubert-Ferrari et al., 2003; Gómez Rivas, 2008)。

圖4 變形局部化與準(zhǔn)均勻變形的應(yīng)力與應(yīng)變曲線(Peltzer and Tapponnier, 1988)Fig.4 Difference in stress-strain curves in various deformation types (Peltzer and Tapponnier, 1988)

最大有效力矩準(zhǔn)則不僅劃清了脆韌性變形的界限,而且還劃清變形局部化與均勻變形的界限,奠定了轉(zhuǎn)型中構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要理論基礎(chǔ)。

3 變位形分解

3.1 圣安德烈斯走滑斷裂為何主壓應(yīng)力與之垂直

20世紀(jì)70年代末、80年代初,大量的構(gòu)造分析、震源機制解和水壓致裂揭示,世界著名的圣安德烈斯走滑斷層的現(xiàn)今主壓應(yīng)力方向與走滑斷層近垂直 (Mount and Suppe, 1987;Bouchon, 1997; Townend and Zoback, 2004)。這大大超乎人們的預(yù)料,根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué),作用在該斷層的主壓應(yīng)力應(yīng)在45°方向,即使采用最大有效力矩準(zhǔn)則預(yù)測,該斷層的主壓應(yīng)力方向也超過了55°。這種應(yīng)力狀態(tài)與運動學(xué)間的矛盾,即剪切帶邊界與主應(yīng)力作用面互不相容現(xiàn)象(Townend and Zoback, 2004),不僅出現(xiàn)在圣安德烈斯斷層,許多其他走滑斷層情況亦然,如郯廬斷層、阿爾金斷層、高黎貢-實皆斷層等,連續(xù)介質(zhì)力學(xué)無法予以說明。這種應(yīng)力狀態(tài)與運動學(xué)間的不相容問題只能用不連續(xù)介質(zhì)的變位形分解理念才能給出合理的解釋(Tikoff and Teyssier, 1994; Teyssier et al., 1995)。為說明這一理念,首先需要理解變位形這一術(shù)語的內(nèi)涵。

3.2 變位形基本原理

任何物體都有一定的形狀和位置,稱之為位形(configuration),物理學(xué)術(shù)語為構(gòu)形。物體受力后通常會發(fā)生形狀和位置的變化,包括變形(形變和體積變化)和變位(剛體平移和剛體轉(zhuǎn)動),可用物體各點空間位置的變化(位移場)來描述。

物體位置的變化,除非需借助古地磁法或平衡剖面法,一般難以界定,在變形分析中一般不予以考慮。然而,對于非連續(xù)介質(zhì)而言,沿不連續(xù)面的相對滑動,對物體內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的影響不可忽視。以韌性走滑剪切帶為例,根據(jù)最大有效力矩準(zhǔn)則,剪切帶形成時,最大壓應(yīng)力沿剪切指向以55°作用于剪切帶邊界,形成走滑擠壓剪切帶(Zheng et al., 2004)。如果剪切帶為連續(xù)介質(zhì),預(yù)期沿逆剪切指向35°方向初始形成糜棱面理、褶皺或逆斷層。如果沿剪切帶已發(fā)育不連續(xù)面,如走滑斷層,沿斷層的滑動位移將或多或少地解除部分作用在剪切帶邊界上的剪應(yīng)力組分(Teyssier et al., 1995)。剪應(yīng)力的減少勢必導(dǎo)致最大壓應(yīng)力以大于55°的角度作用于剪切帶邊界。如果沿斷層的走滑側(cè)向滑動位移將剪應(yīng)力全部解除,剪切帶邊界便成為無剪應(yīng)力作用的主應(yīng)力作用面,最大主應(yīng)力軸便會與之垂直(圖1)。在這種應(yīng)力狀態(tài)下,有可能形成走向與走滑斷層平行的高角逆斷層或低角逆斷層,視應(yīng)變速率的大小或所處的構(gòu)造層次而變。這樣,20世紀(jì)70年代末、80年代初,大量的構(gòu)造分析、震源機制解和水壓致裂所揭示的圣安德烈斯走滑斷層的現(xiàn)今主壓應(yīng)力方向與走滑斷層近垂直、走滑斷層與逆沖推覆構(gòu)造平行,這一令人費解的構(gòu)造關(guān)系,通過不連續(xù)介質(zhì)的變位形分解理念得到了合理的解釋 (Tikoff and Teyssier,1994; Teyssier et al., 1995)。

3.3 變位形分解程度的確定

板塊匯聚半數(shù)以上為斜向 (Seng?r, 1991)。根據(jù)兩板塊匯聚方向與板塊邊界的夾角及密切相關(guān)主壓應(yīng)力軸與邊界的夾角,對不同角度的板塊運動所形成走滑斷層進(jìn)行系統(tǒng)變位形分解(Tikoff and Teyssier, 1994; Teyssier et al., 1995)。一般將相互平行移動、σ1與剪切帶邊界成45°者稱為簡單剪切作用,匯聚方向或σ1以90°作用于邊界者稱為純剪切作用,相應(yīng)的運動學(xué)渦度分別為1和0。介于兩者之間者稱為一般剪切。這種剪切作用的理論分類,暗示剪切帶的形成與主壓應(yīng)力方向無關(guān)。然而,根據(jù)最大有效力矩準(zhǔn)則,最大主壓應(yīng)力軸兩側(cè)55°是自然界原生剪切帶形成的優(yōu)選方向,而其他方向的剪切帶,絕大多數(shù)為再生或復(fù)活性剪切帶 (Li and Jiang, 2011)。為便于確定走滑邊界的變位形分解程度,Teyssier et al.(1995)根據(jù)板塊匯聚的角度、相互施加力的方向和變形體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài),以百分?jǐn)?shù)標(biāo)定變位形分解程度(圖5)。

圖5 走滑邊界變位形分解程度圖解(Tikoff and Teyssier, 1994; Teyssier et al., 1995)Fig.5 Diagram for deformation partitioning% (Tikoff and Teyssier, 1994; Teyssier et al., 1995)

在圖5中①號是Teyssier et al.(1995)和Tikoff and Teyssier(1994)根據(jù)太平洋板塊現(xiàn)今與北美大陸板塊匯聚角α=5°標(biāo)定的圣安德列斯斷層的變位形分解程度。然而,該斷層始于20 Ma前的中新世,與加洛克左行走滑斷層間的夾角為～109°,證明兩者間的共軛關(guān)系(圖6)。其鈍角等分線主壓應(yīng)力方向σ1代表該共軛系形成時的應(yīng)力狀態(tài)近南北向擠壓。據(jù)該角判斷當(dāng)時的板塊匯聚角α為20°(圖5中的粗線),油井水壓致裂方向和新褶皺軸向分別與圣安德列斯間的交角為6°和12°,即變位形分解后的主壓應(yīng)力方向與斷層走向幾乎垂直(78°～84°),給出變位形分解為85%～92%,比原估的96%～98%略低。

圖6 圣安德列斯右行走滑斷層與加洛克左行走滑斷層形成的大型共軛構(gòu)造和應(yīng)力狀態(tài)Fig.6 Stress-state for the formation of the wide-open V-shaped strike-slip fault system by the San Andreas dextral strike-slip fault and Garlock sinistral strike-slip fault

Tikoff and Teyssier(1994)提出的走滑邊界變位形分解是最簡單的二維分解,但俯沖帶的運動是三維的,而且俯沖組分一般為主。盡管如此,變位形分解的理念突破了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的束縛,具有里程碑意義。

應(yīng)特 別 注 意 的 是, Gómez Rivas(2008)、Gomez-Rivas and Griera(2012) 以層狀塑料泥材料,進(jìn)行平面擠壓實驗(圖7a)。以婚禮彩色碎紙片和凡士林作為隔層形成的各向異性層理,在垂直擠壓作用下形成軸向和層理法線兩側(cè)55°方向形成剪切條帶。在層理與加載方向斜交的實驗中,層理的傾角遞減、其法線逐漸趨近加載方向(圖7b)。遞進(jìn)變形過程的各個階段,斜向面理的法線兩側(cè)±55°方向形成共軛剪切條帶,即共軛角為110°面對層理法線,而非所施加的應(yīng)力方向。證明沿各向異性面的滑動控制材料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)(Zheng et al., 2014),進(jìn)而該實驗不僅證明了最大有效力矩準(zhǔn)則的有效性,而且為變位形分解理念提供了有力實驗證據(jù)。然而,各向異性未必導(dǎo)致變位形分解,例如,千枚巖面理與加載方向斜交的實驗中,主壓應(yīng)力軸仍然平分共軛膝折帶的鈍角,表明沿千枚巖面理難以滑動。

圖7 實驗學(xué)所揭示的變位形分解的兩個端元Fig.7 Two types of deformation partitioning by experiments

由于地殼中的不連續(xù)面幾乎是隨處可見的,變位形分解理念的誕生,作為新世紀(jì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)重要的理論基礎(chǔ),與傳統(tǒng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中連續(xù)介質(zhì)理論構(gòu)成鮮明的對比。

4 中國及鄰區(qū)中、新生代構(gòu)造格局的概略分析

東亞大陸位于北部西伯利亞板塊、西南部特提斯域和東南部太平洋域的匯合處。主體是印支期由許多規(guī)模不等的地塊拼合而成(董樹文等, 2000,2008; 吳根耀,2002; Dong et al., 2018; 張岳橋和董樹文, 2019)。顯而易見,三向匯聚的中心位于松潘三角形地塊,其南側(cè)的丫字形三分支或三節(jié)點將中國及鄰區(qū)劃分為北部蒙古弧形構(gòu)造域、南東的太平洋構(gòu)造域和南西部的特提斯構(gòu)造域(圖8)。

圖8 中國及鄰區(qū)構(gòu)造分區(qū)與格局圖(白色箭頭代表變質(zhì)核雜巖上盤伸展運動方向;圖中角度為大型共軛走滑斷裂鈍夾角角度;據(jù)任紀(jì)舜(1989)、潘桂棠等(2009)、楊巍然等(2012)和萬天豐(2013)修編)Fig.8 Tectonic units and network of China and its adjacent regions (Adapted from Ren,1989 with referring to these works)

如圖8所示,東亞的地塊多呈菱形。Ramsay and Graham(1970)將近直立辮狀剪切帶與未變形或弱變形菱形斷塊所構(gòu)成的菱網(wǎng)狀構(gòu)造作為大陸地殼結(jié)晶基底構(gòu)造的基本特征,右行與左行韌性剪切帶構(gòu)成鈍角面對縮短方向的共軛系(Druguet et al., 2013; Carreras et al., 2013; Ponce et al., 2013)。與基底菱網(wǎng)狀構(gòu)造的顯著不同處在于地塊的形態(tài)更為復(fù)雜。因蓋層中的變形趨于表現(xiàn)為剖面的變形局部化,即共軛膝折帶或褶皺,其平面投影平行造山帶或垂直縮短方向,如西伯利亞地臺南側(cè)的蒙古弧、喜馬拉雅造山帶的青藏褶皺-沖斷帶,天山-陰山帶、昆侖-秦嶺帶以及“華夏古陸”(Shu et al., 2015)以西,楊子地塊及東側(cè)的褶皺等。盡管如此,不同時代的辮網(wǎng)狀強變形帶所分割菱形或半菱形塊狀的弱變形地塊,卻具有相當(dāng)穩(wěn)定的鈍角。

根據(jù)圖8中所統(tǒng)計和標(biāo)明的50組角度數(shù)據(jù),可以看出大多為110°左右,少數(shù)幾個大于135°。前者與最大有效力矩準(zhǔn)則值相差無幾,無疑受準(zhǔn)則控制。后者,根據(jù)變位形分解理論和實際觀察,推斷是主剪切帶高度變位形后,主剪切帶與反向剪切條帶間的夾角。100%的變位形分解時達(dá)到臨界值145°(圖1a)。

4.1 蒙古弧形構(gòu)造域

蒙古弧是西伯利亞板塊南側(cè)的古生代造山帶,弧頂位于東經(jīng)105°附近,由古生界巖層具有扇狀板劈理的褶皺群組合而成 (Zheng et al., 1996)。東翼褶皺軸向北東,西翼夾持諸多小地塊,褶皺軸向波狀起伏,總體軸向北西。兩翼夾角近西伯利亞板塊為115°,與西伯利亞地臺南緣輪廓近平行,推測地臺內(nèi)存在古老的共軛韌性剪切帶。古亞洲洋的最終閉合為古生代末或印支期(任紀(jì)舜,1989;Seng?r et al., 1993;Ren,1996;Chikov, et al., 2012;Xiao et al., 2015)。在索倫科爾縫合帶發(fā)現(xiàn)印支期變質(zhì)核雜巖 (Davis et al.,2004),中晚三疊世發(fā)育紅色陸相磨拉石建造 (Zheng et al., 1996),表明古亞洲洋業(yè)已閉合。晚侏羅世在蒙古弧頂區(qū)形成亞洲規(guī)模最大的北山-中蒙邊界特大型逆沖推覆構(gòu)造,南北推覆距離120 km以上(Zheng et al., 1996)。

西翼外側(cè)哈薩克斯坦和吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的三條古生代大型右行走滑斷層與蒙古弧西翼平行,而與之共軛、規(guī)模相當(dāng)?shù)陌柦鹱笮凶呋瑪鄬拥淖呦騾s與蒙古弧的東翼的褶皺軸向一致,表明中亞地區(qū)的構(gòu)造從古生代末便受控于寬V形韌性共軛走滑斷層系,其鈍角(～110°)分角線方向近南北代表總體擠壓縮短方向。這一方向似乎為新生代印度板塊向北略偏東的擠入繼承至今。

4.2 特提斯構(gòu)造域:青藏高原及其東側(cè)南北向剪切帶

李四光先生很早對青藏高原及其東側(cè)的構(gòu)造給于特別的關(guān)注,將這一帶的構(gòu)造組合稱之為青藏滇緬印尼“歹字形”巨型構(gòu)造體系,推斷是地殼南移過程中,在青藏高原北緣受阻,東側(cè)地殼大規(guī)模南移,在青藏高原東側(cè)形成南北向剪切帶,尾部形成印尼一帶的旋鈕構(gòu)造群(Lee,1939;李四光,1973)。50多年后,Molnar and Tapponnier(1975)、Tapponnier and Molnar (1976) 將這一帶的構(gòu)造作為印度板塊向北擠入歐亞大陸,導(dǎo)致青藏地區(qū)南北向擠壓,東側(cè)形成南北向大型右行走滑剪切帶。兩種認(rèn)識驅(qū)動力各異,形成機制卻幾乎完全相同。

Taylor et al.(2003)注意到青藏高原中部班公縫合帶兩側(cè)中新生代互為共軛的北西向右行走滑斷層與北東東左行走滑斷層(圖9)。統(tǒng)計表明,平均共軛角為115°(Zhang et al., 2012)。同時代的近南北走向的正斷裂谷平分該鈍角,總體縮短方向為10°～190°,恰與喜馬拉雅造山帶走向垂直。東西向的褶皺-沖斷帶與走滑斷層間的銳夾角為～35°,鈍夾角為～145°。寬V形共軛走滑系和東西向伸展共同調(diào)節(jié)近南北的縮短和垂向地殼增厚。

圖9 青藏高原中的摩爾-庫倫斷裂與寬V形共軛走滑斷層系及所顯示的應(yīng)力狀態(tài)(底圖據(jù)Kapp et al., 2008; 斷層走向玫瑰圖據(jù)Zhang et al., 2012)Fig.9 Mohr-Coulomb-type fractures and wide-open V-shaped conjugate strike-slip fault system in Tibet and the related stress state (Tectonic frame by From Kapp et al., 2008, and rose diagram of fautt strike by Zhang et al., 2012)BS-The Bangong suture belt (The northern suture belt); IYS-The Indian-Yarlung Zangbo suture belt

盡管最大有效力矩準(zhǔn)則發(fā)表多年,人們?nèi)詿o法解釋共軛走滑斷層鈍角。Yin and Taylor(2011)提出一成對一般剪切模式(PGS),南北向擠壓、地殼垂向增厚、深處部分熔融物質(zhì)向東流變,進(jìn)而在上地殼誘發(fā)東西向的剪切作用,形成V字形共軛走滑體系,V形共軛走滑體系的銳角分角線與渠流流變方向一致。該模式的問題有三:①渠流與圍巖間為一顯著的不連續(xù)面,預(yù)期會導(dǎo)致近100% 變位形分解,只能對兩岸施加正向壓力;②即使未分解,所產(chǎn)出的張斷裂,南北兩側(cè)分別應(yīng)為南東和北東45°方向,而實際為近南北向;③模式所依據(jù)的仍是庫倫準(zhǔn)則,渠道流北側(cè)逆向剪切作用中的瑞德爾剪斷裂(R-shear)相當(dāng)于南側(cè)順時針剪切作用中的瑞德爾剪斷裂,作為“共軛”難以接受,因南北側(cè)的瑞德爾剪切有各自的共軛瑞德爾剪斷裂(R′-shear),分別為南南東和北北東向。歸根到底,問題出在將連續(xù)介質(zhì)力學(xué)用于非連續(xù)介質(zhì)的變形。

就目前所觀測的構(gòu)造組合而言,不難解釋:南北向縮短、東西向伸展,形成東西向褶皺沖斷帶和南北向張斷裂帶;所形成的張斷裂(共軛角0°),經(jīng)銳角的脆性剪切斷裂,到鈍角的韌性斷裂,是對不同應(yīng)變速率的響應(yīng) (Wright et al., 2004;Zhang et al., 2007, 2012; Valli et al., 2008)。

青藏高原的北側(cè)塔里木盆地、吉爾吉斯境內(nèi)、哈薩克斯坦境內(nèi)三條大型右行走滑斷層與切割塔里木盆地西北緣(西天山)的北東東向斷層間的夾角為～110°,而且西天山走向與阿爾金斷層平行,故原為左行走滑斷層,后因變位形分解轉(zhuǎn)化為褶皺沖斷帶,后山高角度沖斷,前緣形成弧形低角沖斷帶。據(jù)此,阿爾金左行走滑斷層與塔拉斯-費爾干納右行走滑斷層代表中亞地區(qū)主要共軛走滑系?？s短一方的共軛角約為109°～110°,與青藏地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)相同。往北逐漸順時針偏轉(zhuǎn),所反映的應(yīng)力狀態(tài)為總體近南北向縮短,最大主壓應(yīng)力方向與蒙古弧的西翼垂直。

青藏高原東側(cè),北起喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié),經(jīng)川滇西部、南至東南半島南端,構(gòu)成一近南北向、長2000多千米右行走滑縮短構(gòu)造帶。北段怒江段夾持在東側(cè)的崇山和西側(cè)的高黎貢山南北向韌性剪切帶之間,由古生界變質(zhì)砂巖、變質(zhì)泥巖、大理巖和和侵入其間的花崗巖類組成,寬約20 km。帶內(nèi)糜棱片理近直立,走向北北西,由片狀礦物和條帶狀礦物集合體的定向排列構(gòu)成。沿糜棱面理發(fā)育近水平的拉伸線理,與怒江河谷古生界變質(zhì)沉積巖的片理及東側(cè)元古界崇山巖群呈17°左右的小角度相交,構(gòu)成大型的S/C組構(gòu),指示右行剪切指向(Song et al., 2007)。與露頭規(guī)模的不對稱碎斑所示的剪切方式相同(圖10a)。顯微剪切標(biāo)志包括:巖石中S/C組構(gòu)、條帶狀石英中的斜向面理、不對稱長石碎斑、 “云母魚”、不對稱褶皺、標(biāo)志體的剪切錯斷等。剪切指向與上述宏觀標(biāo)志一致。露頭規(guī)模和顯微鏡下見有共軛伸展劈理,共軛鈍角(～114°)等分面與糜棱片理垂直(圖10b;Zhang et al., 2010)。

怒江東側(cè)近東西向支流揭示軸向與怒江剪切帶近平行的共軸疊加褶皺。早期褶皺緊閉平臥,上下兩翼和軸面近水平。晚期褶皺近直立,發(fā)育軸面板劈理(圖10c)。怒江斷層南段變位形還分解為北東向右行走滑和北西向左行走滑分支斷層,與怒江剪切帶內(nèi)的同向和反向伸展褶劈理的產(chǎn)狀和運動方式一致,切割上述直立褶皺的軸面板劈理,共軛鈍角等分線近東西向,與怒江韌性斷層垂直。依據(jù)上述共軸疊加褶皺和寬V形共軛走滑斷層判斷的擠壓縮短方向與怒江剪切帶近垂直,表明該剪切帶有近100%的變位形分解。

圖10 高黎貢怒江段右行韌性剪切帶不同尺度構(gòu)造面理幾何特征Fig.10 Various-scale structures in the Gaoligong shear zone (Nujiang section)

怒江斷層在北緯24°附近轉(zhuǎn)向南西,通過一右行走滑斷層與緬甸境內(nèi)的南北向?qū)嵔詳鄬訋С视也窖阈惺较嘟?。其產(chǎn)狀和運動方式與怒江段相似。東側(cè)發(fā)育大型北北東向右行走滑斷層和北西向左行走滑斷層。后者錯斷三疊紀(jì)巖體,斷距超過250 km。兩組斷層構(gòu)成一寬V形共軛走滑斷層系。共軛鈍角為100°～114°,其等分線近東西向,與實皆斷層帶近垂直(圖11a)。表明該走滑擠壓斷層發(fā)生了近100%的變位形分解(圖5中的空心星號)。

圖11 中南半島新生代區(qū)域規(guī)模走滑斷裂體系空間展布Fig.11 Structure frame and major strike-slip fault systems in the Indo-China Peninsular

不難看出,中國滇西和境外印支南北向右行剪切帶,經(jīng)變位形分解后形成由北東向右行走滑斷層和北西向左行走滑斷層的寬V形共軛走滑斷層系。共軛角～110° 所指示近東西向的最大主壓應(yīng)力方向,并不代表加載力的方向(圖11b)。根據(jù)青藏高原褶皺和斷裂的組合關(guān)系,主壓應(yīng)力方向近南北偏東10°,與印度板塊的運動方向一致。該運動方向與其東側(cè)近南北的大陸板塊邊界的夾角為～10°。據(jù)此計算的加載力方向為北東55°,即形成近南北向怒江-實皆右行走滑斷層時的最大主壓應(yīng)力方向,因隨后的變位形分解,該應(yīng)力狀態(tài)已不復(fù)存在(圖11b)。

4.3 東亞西太平洋構(gòu)造域

早在1939年,李四光認(rèn)為東亞地區(qū)的構(gòu)造主要由緯向和新華夏(北北東向)構(gòu)造體系組成(Lee,1939),將東亞及西太平洋域分割為諸多菱形地塊。兩者在太平洋西緣帶的交匯節(jié)點構(gòu)成西太平洋花采狀島鏈的尖角(李四光,1973)。在圖8中生動地體現(xiàn)了這一精辟論斷。李四光將緯向帶作為擠壓面,然而,晚年卻注意到緯向構(gòu)造帶的右行走滑特征。

4.3.1 華北板塊

作為新華夏系的華北郯城-廬江斷層、太行山紫荊關(guān)斷層,左行走滑為其主要運動方式 (Xu et al., 1987,1993; 萬天豐等, 1996;朱光等,2004, 2016)。根據(jù)緯向帶與新華夏系間的夾角(～110°)、相反的走滑方式和相交處構(gòu)成的聯(lián)合弧(張長厚等, 2001; Zhang, et al., 2011, 2020; Faure et al., 2012; Lin et al., 2020),可將其作為共軛系,近東西向的右行走滑疊加在先存的緯向構(gòu)造帶上。這樣,既可說明沿緯向帶發(fā)育的大型逆沖推覆構(gòu)造,如中蒙邊界區(qū)的特大型逆沖斷層、大青山大型逆沖斷層和燕山帶諸多高角和低角逆斷層,亦可解釋緯向系的右行走滑特征。根據(jù)最大有效力矩準(zhǔn)則,該共軛系指示的最大擠壓應(yīng)力方向為 N33°W—S33°E,這與伊澤納岐板塊侏羅紀(jì)的運動西北方向接近。

4.3.2 華南板塊

華南板塊由華夏地塊和揚子地塊組成,中新元古代造山作用將其拼合 (Shu et al., 2006, 2015)。東部早古生造山作用導(dǎo)致區(qū)域性淺變質(zhì),形成透入性板劈理。一般公認(rèn),中生代發(fā)生兩起主要構(gòu)造事件。早期印支事件(P2—T),形成近東西向褶皺-逆沖帶,一些學(xué)者主張是印支地塊向北碰撞的結(jié)果 (Roger et al., 2000;Maluski et al.,2001; Lin et al., 2008; Zhang and Cai, 2009; 舒良樹, 2012; Faure et al., 2014)。然而,值得注意的是,沿近東西向和沿北北東向就位的中生代花崗巖帶(李建華,2013),在交接部位構(gòu)成弧形,意味兩者在晚侏羅世一度同時活動的共軛性。

強烈的燕山事件(J2—K2),形成寬約1300 km的北東—南西向褶皺和沖斷群。面性分布的褶皺群意味著慢速率且松弛速率大于加載速率的準(zhǔn)均勻變形,構(gòu)造線沿有限應(yīng)變XY面排列,最大主壓應(yīng)力方向與褶皺總體走向垂直?；赟inoProbe 深反射地震剖面(Li et al., 2018;張岳橋和董樹文,2019)和地質(zhì)地球物理編制的華南大陸地殼構(gòu)造剖面顯示(張國偉和郭安林,2019),雪峰山基底隆起帶以西褶皺倒向北西,從鄂西的箱狀褶皺到川東隔擋式褶皺,再到成都平原以東減弱為膝折型褶皺或斷層擴(kuò)展褶皺 (Yan et al., 2003, 2009; 梁瀚等, 2019)。雪峰山基底隆起帶以東的江南造山帶內(nèi)褶皺緊閉、倒向向東 (Shu et al., 2015)。褶皺樣式的這一變化趨勢,和侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)期間巖漿活動的時空演化 (Cao et al., 2021),支持驅(qū)動力是來自古太平洋板塊(Izanagi)的俯沖作用(Li et al., 2001; Yan et al., 2003; Zhou et al., 2006; Lin et al., 2008)。

華南區(qū)除北北東向褶皺外,還發(fā)育北北東向左行走滑斷層,政和-大浦?jǐn)鄬?舒良樹和周新民,2002;聶童春和朱根靈,2004;舒良樹,2012)和長樂-南澳斷層(Wang and Lu, 1997, 2000;鄒和平等, 2000;張岳橋等,2012; Li et al., 2018)為其中的主要代表。北北東向褶皺總體上平行于北北東走向的政和-大浦、長樂-南澳等大型右行走滑斷層。走滑斷層與之平行的褶皺可用太平洋板塊取代伊澤納岐板塊的俯沖來解釋(圖12)。

圖12 東亞新生代構(gòu)造與應(yīng)力體系分析Fig.12 Tectonics and stress analysis of eastern Asia

歐亞板塊沿東亞的邊緣自中生代以來一直是板塊匯聚邊緣(Müller et al.,2016)。若干板塊構(gòu)造的重建模式中,至少都有伊澤納岐板塊在中生代期間俯沖到歐亞板塊之下 (Maruyama et al., 1997)。因此,現(xiàn)代太平洋板塊與伊澤納岐板塊間的洋中脊勢必與歐亞板塊邊緣相交并俯沖。由于伊澤納岐板塊大約55～45 Ma前已消失在歐亞板塊之下,其幾何特征和運動方向通常依靠推測。現(xiàn)有的板塊重建模式中,可從圖12中看出其中的兩端元模式,巖漿巖的時空分布和巖石成因?qū)W的研究似乎支持Muller的模式(Wu and Wu, 2019; Liu et al., 2020;Cao et al., 2021)。然而從構(gòu)造的角度審視該模式,伊澤納岐和太平洋板塊的運動方向一致,以北西西的運動方向與歐亞大陸板塊正向匯聚,難以解釋東亞地區(qū)最突出的構(gòu)造要素北北東向斷層的走滑性質(zhì)與走滑方式隨時間的變化。而在Maruyama et al.(1997)的模式中,近東西向伊澤納岐-太平洋板塊中脊與北北東向歐亞大陸板塊邊緣高角度相交,伊澤納岐板塊的北北西向運動與歐亞板塊以～45°匯聚,據(jù)此匯聚角與所產(chǎn)生的σ1與板塊邊界間的夾角為67°～68°(圖5,圖13)。當(dāng)該中脊埋沒在大陸板塊之下后,太平洋板塊以北西西運動方向與歐亞板塊正向匯聚,相關(guān)的主應(yīng)力方向與先形成北北東向左行走滑斷層近垂直,褶皺則與之平行。這些基本事實支持Maruyama模式。但需說明的是,根據(jù)平分華北和華南共軛走滑斷層鈍角的σ1方向,匯聚角應(yīng)為58°～59°,比Maruyama模式的匯聚角約小10°。

不難看出,華北與華南板塊內(nèi)中生代構(gòu)造樣式間的差異,華北平面變形局部化特征突出,變形局部集中在北北東向左行走滑斷層和近東西向右行走滑斷層帶內(nèi)。而華南構(gòu)造則以剖面變形為主,平面上褶皺軸向為北北東—北東向,變形較為均勻。鑒于兩者同處古太平洋板塊俯沖帶的西側(cè),俯沖速率和應(yīng)力狀態(tài)大致相同,構(gòu)造樣式的差異,應(yīng)歸結(jié)于巖石組合的不同。華北具有深變質(zhì)的太古宇基底,而華南基底主體為元古界淺變質(zhì)巖,兩者屈服強度顯著不同。

4.3.3 晚白堊世后構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換

大約135Ma前后,東亞從縮短構(gòu)造期轉(zhuǎn)化到伸展構(gòu)造期(董樹文等, 2000,2008; Wang et al., 2011, 2012; Zhu et al., 2012; Dong et al., 2013;林偉等, 2013;張岳橋和董樹文, 2019;Lin and Wei, 2020)。

地殼大規(guī)模伸展主要表現(xiàn)為變質(zhì)核雜巖及相關(guān)伸展拆離斷層的形成。長英質(zhì)巖石的韌脆性轉(zhuǎn)化帶一般位于地下深處～15 km。沿傾角～25°的低角正斷層將其拉伸至地表,水平拉伸將至少超過該深度的一倍以上(Coney, 1980;Davis,1980)。自20世紀(jì)80年代末確立北京云蒙山變質(zhì)核雜巖以來(Davis and Zheng, 1988),現(xiàn)已查明的變質(zhì)核雜巖及其上疊盆地中的地塹和半地塹盆地,廣泛分布于東經(jīng)105°蒙古弧以東的東亞廣大地區(qū),構(gòu)成大陸上最大的伸展區(qū)。伸展時代始于早白堊世,年齡趨于自西向東變新,總體伸展方向北西—南東,與同期古太平洋板塊西緣的俯沖方向一致(Wang et al., 2011, 2012; 林偉等,2013;Lin and Wei, 2020)。

然而,東亞變質(zhì)核雜巖的分布主要集中在華北的近東西和北北東走滑擠壓構(gòu)造帶上,前期絕大多數(shù)都經(jīng)歷過逆沖推覆和地殼增厚的歷史。增厚地殼導(dǎo)致巖石深部加溫、部分熔融、密度減小而隆升 (Zheng et al., 1988; Passchier et al., 2005; Zheng and Wang, 2005;鄭亞東等,2009;Charles et al., 2011)。國內(nèi)的變質(zhì)核雜巖年齡為早白堊世,遠(yuǎn)早于東亞邊緣海的形成。北美科迪勒拉區(qū)是變質(zhì)核雜巖構(gòu)造的發(fā)源地,這里并無板塊后撤的跡象。因此,大規(guī)模的伸展未必是俯沖板塊后撤所致。

近10年來,華北克拉通破壞成為國內(nèi)地質(zhì)界的研究熱點,主流觀點是將華北克拉通晚中生代的解體歸結(jié)于古太平洋板塊對東亞大陸的低角俯沖效應(yīng)。通過大洋板片俯沖-滯留-后撤的動力學(xué)機制,巖石圈高度拉伸減薄導(dǎo)致克拉通解體(朱日祥, 2012;Zhu et al.,2012; Zheng and Dai, 2018)。此前,為了解釋華南中生代1300 km寬的陸內(nèi)造山和造山后巖漿區(qū),出現(xiàn)一種水平板塊水平俯沖模式 (Li and Li, 2007)。該模式似乎解決了板內(nèi)變形的難題而被廣泛接受。然而,水平俯沖模式缺乏力學(xué)的論證。板塊水平俯沖時,上覆大陸巖石與俯沖大洋板片間為一顯著的不連續(xù)面,沿該面大規(guī)模的切向近簡單剪切作用勢必發(fā)生高度的變位形分解。對于近水平的剪切面而言,變位形分解后的主壓應(yīng)力方向幾乎近于鉛直(圖1)。這種應(yīng)力狀態(tài),難以解釋褶皺和逆沖斷層的形成。褶皺和逆沖斷層是水平縮短的產(chǎn)物,需要板塊間相對運動提供的側(cè)向擠壓力。水平俯沖模式似乎是將平面上的板塊邊緣化解為剖面上板塊邊緣,以便解決應(yīng)力和應(yīng)變遠(yuǎn)距離傳播的難題。

其實,地震波的洲際以至于全球傳播早已為人們熟知,但自板塊理論建立后,板塊作為剛體,變形似乎只能限于板塊邊緣理念,一直束縛人們的思維。直到20多年前, “板內(nèi)造山帶”在人們心目中依舊是不解之謎 (Davis et al., 1998)。擠出構(gòu)造模式的提出(Molnar and Tapponnier, 1975) 引起人們的關(guān)注,體現(xiàn)了板內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)程效應(yīng)的認(rèn)識。但所運用的是以均勻變形為前提的滑移線理論,難以解釋共軛變形帶間的夾角為～110°,而不是～90°。如果是后期的遞進(jìn)壓扁所致,為何其間的地塊,如塔里木等地塊中觀察不到壓扁至該角所需的高度應(yīng)變?如果總體是均勻變形,即使是平面變形,擠入速率應(yīng)等于擠出速率。然而,最典型的土耳其擠出構(gòu)造中,擠出速率竟大于擠入速率一倍以上(Dwivedi and Hayashi, 2010)。如果擠出構(gòu)造模式中采用變形局部化的共軛最大有效力矩方向,并考慮到擠入過程中地殼的垂向增厚和側(cè)邊近簡單剪切帶的變位形分解,以及板塊的后撤和沿深部拆離帶的切向剪切及其變位形分解所導(dǎo)致垂向縮短,似乎可以相當(dāng)圓滿地解釋中東亞中新生代構(gòu)造的基本格局:青藏高原的地殼增厚與隆升;西北新疆地區(qū)近南北的持續(xù)擠壓縮短;華北板塊北東—南西向的擠壓及相關(guān)郯廬斷層運動方式的翻轉(zhuǎn)(萬天豐等,1996; 朱光等,2016);賀蘭山-滇西到中南半島地區(qū)近東西向的擠壓和哀牢山-紅河先左行后右行運動方式的轉(zhuǎn)換等諸多問題 (Leloup,1995; Gilley et al., 2003;曹淑云等,2009;圖12)。

如果印度-歐亞大陸的陸陸碰撞效應(yīng)可影響數(shù)千千米之遙,深入大陸板塊形成寬約1300 km的變形帶則不足為奇。試看太平洋彼岸北美的科迪勒拉變形前緣為近南北向向東巨型推覆構(gòu)造,西距板塊邊緣約1200 km,板塊俯沖,先縮短后伸展,勿需借助板塊平?jīng)_模式。

4.4 東亞邊緣海的形成

瀕西太平洋的東亞系溝-弧-盆體系典型所在地?；『笈璧氐某梢?一般都?xì)w結(jié)于海溝的后撤。其特征是盆地的擴(kuò)展中心一般與相鄰的海溝斜交,如日本海、鄂霍次克、渤海灣(Yin, 2010)和南海(周蒂等,2005)等盆地。這些盆地的擴(kuò)張軸與相鄰北北東向或近南北走向俯沖帶間的夾角為～110°。表明這些盆地是相鄰俯沖帶的右行走滑運動的產(chǎn)物,其右行滑動導(dǎo)致北東東向的斷裂張開而形成菱形的拉分盆地。然而,根據(jù)南北走向庫頁島斷層左行切割白堊系地層約300 km、延伸千余千米的郯廬斷層和菲律賓斷層的主要運動方式都證明沿瀕太平洋西岸北北東方向總體原為一大規(guī)模左行斜向俯沖帶。這與上述亞洲東緣右行走滑相反。翻轉(zhuǎn)的時間可能是晚白堊世到始新世(81～36 Ma),動力來源于太平洋板塊北偏西的運動轉(zhuǎn)向北西西向運動 (Sharp and Clague, 2006;Torsvik et al., 2017)。但值得注意的是,燕山的右行走滑擠壓和太行山的左行走滑擠壓運動方式的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在約143～129 Ma(Lin et al., 2020),遠(yuǎn)早于邊緣海的形成。不言而喻,這兩次翻轉(zhuǎn)事件之間勢必至少還有一次翻轉(zhuǎn)事件(萬天豐等,1996)。

從上述最大有效力矩準(zhǔn)則和變位形分解的視角,對國內(nèi)中新生代構(gòu)造格局的概略分析獲得的主要認(rèn)識包括5個方面。①三向匯聚中蒙古弧有龐大的西伯利亞地臺為后盾,構(gòu)成穩(wěn)定的邊界條件(圖13a)。印度板塊持續(xù)地向北擠入,在青藏高原和中亞地區(qū)形成持久的近南北向擠壓,物質(zhì)向東和南東擠出(圖13a)。②因古太平洋(伊澤納岐)板塊侏羅紀(jì)北西向俯沖和蒙古弧東翼構(gòu)成的邊界條件,在東亞區(qū)形成北北東和近東西向?qū)扸形共軛走滑系。當(dāng)太平洋板塊取代伊澤納岐板塊后,俯沖帶變?yōu)檎蚋_,形成近華南～1300 km褶皺-沖斷帶和華北菱塊構(gòu)造體系(圖13b、13c)。③早白堊世中晚期班公-怒江縫合帶形成,印度板塊擠出效應(yīng)增強,驅(qū)趕太平洋板塊后撤,導(dǎo)致東亞地區(qū)構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換。④東構(gòu)造結(jié)的北東向最大壓應(yīng)力作用下,形成青藏高原東側(cè)特大型南北向右行走滑帶。因高度的變位形分解,形成中國滇西和中南半島的近東西向的擠壓縮短,導(dǎo)致中南半島沿北西走向的哀牢山-紅河左行走滑斷層向南東方向擠出。⑤亞洲東部溝-弧-盆體系的形成可能是印度板塊增強擠出與太平洋板塊后撤效應(yīng)的結(jié)合(圖13a—13c)。

圖13 東亞中、新生代構(gòu)造的概略分析Fig.13 Summary analysis on tectonics in eastern Asia region

5 結(jié)論與結(jié)束語

適于變形局部化的最大有效力矩準(zhǔn)則可解釋共軛剪切帶間穩(wěn)定的夾角～110°;適于不連續(xù)介質(zhì)的變位形分解理念則可說明走滑斷層何以與俯沖帶或逆沖斷層平行。兩者為各種尺度的構(gòu)造分析提供一全新的思路,構(gòu)成新世紀(jì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)兩大支柱理論。

改革開放初期的80年代,北京大學(xué)王仁先生主持召開了一次地質(zhì)與力學(xué)結(jié)合問題的座談會。地震局的馬宗晉院士有一段發(fā)言讓我至今記憶尤新。他說:“50年代我就在北大進(jìn)修力學(xué),但始終沒學(xué)好。力學(xué)分析強調(diào)材料的均勻、各向同性和連續(xù)性,可是地殼是非均質(zhì)的,而且?guī)缀醯教幎际菙鄬?感到力學(xué)所學(xué)的那一套難以用上……”

如今,力學(xué)與地質(zhì)結(jié)合的兩大障礙開始消除。李四光先生創(chuàng)建地質(zhì)與力學(xué)結(jié)合之路勢必會越走越寬暢。值得深思的是,先生生前為何在地質(zhì)力學(xué)所地下室設(shè)置一花崗巖橫梁,難道先生不知道也許百年、千年,甚至萬年后的人們才能看到結(jié)果?我想,先生的初衷莫非是想讓后人認(rèn)識到應(yīng)變速率的重要性。無論材料有多硬,只要時間足夠長,微不足道的力也可使之變形,暗示變形速率是控制不同構(gòu)造層次巖石變形行為的決定性因數(shù)。

致謝:感謝中國科學(xué)院大學(xué)侯泉林教授和中國地質(zhì)學(xué)科學(xué)院地質(zhì)研究所王濤研究員對論文初稿提出了寶貴意見,感謝兩位審稿專家的鼓勵和提出的修改建議。