李拴虎，高立新，韓曉明，陳立峰，梁沙沙

（內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特市 010010）

0 前言

在國際地球參考框架（ITRF）下的全球板塊運動模型NUVEL-1A內(nèi)，Amurian板塊并沒有從歐亞板塊內(nèi)整體剝離出來[1-2]，然而，從Zonenshain等人的研究開始，Amurian板塊被認(rèn)為是一個單獨的構(gòu)造單元，之后的專家學(xué)者都做過類似的研究。按照定義，巖石圈板塊的變形是整體剛性移動的，近年來基于GPS的大地變形測量已經(jīng)證實其存在[3]。但東部邊界一直沒有達(dá)成共識（圖1），最初東邊界沿庫頁島一直向南，通過北海道沿日本海岸線展布。后來通過地震活動性的分析，從庫頁島南部開始分離，沿日本北海道西海岸并通過本州島，與南部海溝重合[4-6]，南部邊界的爭議相對較小，主體為通過渤海，與東西向的陰山-燕山斷裂帶重合。Gatinsky根據(jù)公開發(fā)表的數(shù)據(jù)，定義了從渤海開始，沿郯廬斷裂帶一直到庫頁島的最北端的邊界，單獨劃分出了日本-朝鮮半島（KJ）板塊，主要包括朝鮮半島，日本海，中國東海、黃海和渤海的部分，中國東北郯廬斷裂帶的一部分，以及日本島西南地區(qū)。Imaev[7]同樣認(rèn)為Amurian板塊是一個南邊界通過郯廬斷裂帶的剛性塊體。Malyshev[8]根據(jù)東亞巖石圈的減薄判定錫霍特-阿林造山帶位于Amurian板塊的東邊界區(qū)域。

圖1 Amurian板塊邊界不同的劃分方式Fig.1 Different dividing ways of the Amurian Plate boundary

歐亞板塊與Amurian板塊的分界帶同樣存在爭議，其中一派沿著貝加爾地震帶和斯塔諾沃依地震帶以北地區(qū)劃分。斯塔諾沃依地震帶分為兩支，北支沿著斯塔諾沃依山脈至烏達(dá)灣（鄂霍次克海），南支通過 Tukuringra-Dzhagdy（T-D）山脊[9-10]。Petit認(rèn)為板塊北邊界從從烏達(dá)灣開始，穿過阿爾丹地盾南部和貝加爾裂谷（BRZ）東北邊緣，后沿著貝加爾盆地一直往西到達(dá)蒙古北部盆地。Malyshev的研究認(rèn)為北部邊界是一個隆起的軟流圈條帶，從貝加爾裂谷向東延展，通過杰爾圖拉克斷裂，阿爾丹-斯塔諾沃依地盾南緣，結(jié)雅等一系列中新生代盆地，一直延伸到鄂霍茨克板塊。Imaev認(rèn)為北部邊界是一個緩沖型的地震條帶，緩沖區(qū)北緣對應(yīng)奧萊克馬-斯塔諾沃依地震帶，南緣對應(yīng)蒙古-鄂霍茨克斷裂帶。本文通過研究Amurian板塊的動力學(xué)過程，試著確定其南部邊界，并借助GPS、地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)來研究其東部和北部邊界與其它板塊的相互作用。

1 Amurian板塊旋轉(zhuǎn)模型

根據(jù)板塊構(gòu)造理論，地殼運動形式符合球體的運動規(guī)則。

式（1）中，Vi為地面運動觀測速度；ω為塊體旋轉(zhuǎn)角速度；ri為測點旋轉(zhuǎn)半徑。

也就是說，在球體上的剛性塊體的運動可以根據(jù)它的旋轉(zhuǎn)中心和旋轉(zhuǎn)速度來確定，旋轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)是根據(jù)最基本的轉(zhuǎn)換斷層的走向來計算的，板塊的相對位移速度主要通過二個參數(shù)來確定，第一是根據(jù)海洋磁異常推斷；第二是使用利應(yīng)用越來越廣泛的GPS測量相對運動的絕對值速度場來計算。

雖然Amurian板塊屬于歐亞板塊內(nèi)部的二級塊體，但仍可以使用公式（1）中的理論來計算其相對旋轉(zhuǎn)中心。為了計算相對準(zhǔn)確，選取了中國東北地區(qū)的17個GPS站點的速度場，其中郯廬斷裂帶WS部的11個站點參與計算；斷裂帶ES部的6個站點作為參考站點（圖2）。通過GPS速度場可以看出，速度方向由ES向逐漸向EN向偏轉(zhuǎn)，形成一個明顯的旋轉(zhuǎn)弧；速度值在郯廬斷裂帶附近異常變小，且速度方向有重新向ES向偏轉(zhuǎn)的趨勢，說明郯廬斷裂帶二側(cè)的塊體在速度上并不同步，運動方向亦不同步，這符合郯廬斷裂帶右旋走滑的基本特點。

圖2 利用GPS數(shù)據(jù)計算Amurian板塊的旋轉(zhuǎn)中心Fig.2 The rotation center of the Amurian plate calculated by using GPS data

依據(jù)GPS速度場計算得到Amurian板塊的旋轉(zhuǎn)中心位于 E118.4°±2.4°， N57.5°±1.2°， 旋轉(zhuǎn)速度為0.08°±0.020/百萬年。在已有的研究中，依據(jù)GPS數(shù)據(jù)計算Amurian板塊旋轉(zhuǎn)中的研究主要分為二個派，其中一派給出旋轉(zhuǎn)中心位于E120°±3°，N57°±3°附近（斯塔諾沃依山脈）；另一派給出的旋轉(zhuǎn)中心偏差比較大， 位于 E150°~E150°， N45°~E60°附近（鄂霍次克海）（表1）。造成旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)不一致的主要原因是選擇了不同的GPS站點來計算板塊的運動特征，同時受限于Amurian板塊內(nèi)部的GPS站點相對較少且分布不均勻的影響。例如Prawirodirdjo[11]和Sella[12]只用了3個站點的數(shù)據(jù)來計算Amurian板塊的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，Kreemer[13]使用了6個站點的數(shù)據(jù)，Jin[14]從11個站點數(shù)據(jù)中計算出了旋轉(zhuǎn)中心，Apel[15]綜合了公開發(fā)表的論文數(shù)據(jù)，共搜集到32個站點的數(shù)據(jù)，Timofeev使用了12個站點數(shù)據(jù)（6個在外貝加爾地區(qū)，6個在遠(yuǎn)東地區(qū)）。Amurian板塊最具代表性區(qū)域是阿穆爾-結(jié)雅河流域，Ashurkov在此區(qū)域內(nèi)布設(shè)了測量點，這將大幅度的提高Amurian板塊旋轉(zhuǎn)參數(shù)的計算精度。

表1 Amurian板塊的旋轉(zhuǎn)參數(shù)Table1 Rotation parameters of the Amurian Plate

貝加爾湖南部觀測擴張速率為2.3 mm/a，而貝加爾湖北部盆地擴張速率只有1.25 mm/a，具有顯著的線性下降趨勢，主要因為邊界南北板塊的運動模式轉(zhuǎn)變，貝加爾裂谷帶是Amurian板塊旋轉(zhuǎn)的起始點，同時也是旋轉(zhuǎn)運動得以維持的發(fā)力點。

通過比較貝加爾地震帶和斯塔諾沃依地震帶了最大壓應(yīng)力的水平方位角和震源滑動矢量，并參考已有關(guān)于Amurian板塊旋轉(zhuǎn)參數(shù)的各項研究，在Amurian板塊北部邊界，有一個明顯的應(yīng)力變化帶，分別為貝加爾裂谷帶的NW-SE向的拉伸應(yīng)力，奧萊克馬-斯塔諾沃依山脈至T-D山脊區(qū)域的NNE-SSW向的擠壓應(yīng)力。Shevchenko認(rèn)為T-D山脊是歐亞板塊斜向俯沖到Amurian板塊下擠壓隆升，或者是Amurian板塊斜向推覆擠壓歐亞板塊形成的。Imave依據(jù)地質(zhì)、構(gòu)造和地震數(shù)據(jù)，推斷出擠壓和拉伸應(yīng)力轉(zhuǎn)變區(qū)域位于約E121°E的奧萊克馬河中游。根據(jù)Amurian板塊北邊緣震源滑動矢量推斷出了板塊的旋轉(zhuǎn)中心，結(jié)果很好的體現(xiàn)了邊界帶擠壓與拉伸應(yīng)力的轉(zhuǎn)換關(guān)系（圖3）。本文計算結(jié)果和其中一派別的計算結(jié)果很好的吻合了Amurian板塊北邊界BRZ區(qū)域的的拉伸矢量方向，同樣吻合了奧萊克馬-斯塔諾沃依山脈和T-D山脊的擠壓矢量方向， 同時對中國東北地區(qū)的斷裂構(gòu)造也有了較好的解釋[16]。其中另一學(xué)派派別代表給出的中心距離E121°E的位置太遠(yuǎn)，所以不能很好的解釋整個Amurian北邊界的擠壓與拉升應(yīng)變效應(yīng)。

2 Amurian板塊沿郯廬斷裂帶二級劃分

2.1 朝鮮半島的歸屬性

為了研究朝鮮半島是否屬于Amurian板塊，引用Jin的數(shù)據(jù)[17]，使用x2（卡方檢驗）測試不同模型計算結(jié)果和數(shù)據(jù)的相關(guān)性，x2是一個加權(quán)速度差的平方值：

式（2）中， vo（i）是站點 i的觀測速度， vm（i）是站點i在旋轉(zhuǎn)模型內(nèi)的計算速度，σ2o（i）是觀測速度的方差值，n是GPS站點的個數(shù)。

要檢查朝鮮半島是否屬于Amurian板塊的一部分，引入F自由度系數(shù)：

首先假設(shè)Amurian板塊分為二個獨立的塊體，沿郯廬斷裂帶以北設(shè)為Amurian板塊（簡寫AM），以南設(shè)為朝鮮半島（簡寫KP）。plate1模型假設(shè)KP是AM的一部分，plate2模型假設(shè)為KP和AM是相互獨立的旋轉(zhuǎn)塊體，通過比較F系數(shù)來對比模型的符合性[18]。

圖3 震源滑動向量與阿穆爾板塊旋轉(zhuǎn)模型Fig.3 Slip-vectors in the earthquake foci and the rotation models of the Amurian Plate

根據(jù)表2計算結(jié)果，KP和AM作為獨立二個板塊（KP-AM）的模型中，x2值有明顯的下降，從一個板塊（KP+AM）的209下降到115，F(xiàn)值為25.93，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于99%置信水平值3.9。當(dāng)假設(shè)KP屬于SC 的一部分，x2值從（SC+KP）385下降到（SC-KP）128，F(xiàn)值增加到65.3，同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于99%置信水平值3.9。通過計算可以推斷，朝鮮半島可能既不屬于Amurian板塊，也不屬于中國南部板塊，從板塊動力學(xué)意義上講，朝鮮半島屬于一個剛性的相對獨立的次級板塊。

2.2 郯廬斷裂帶能量釋放

根據(jù)古登堡-里克特經(jīng)驗公式對朝鮮半島及其周圍的貝加爾斷裂帶、蒙古中部、中國東北、日本西南和庫頁島6個區(qū)域地震能量釋放進(jìn)行估算，結(jié)果表明，1900—2014年以來的一個多世紀(jì)，此區(qū)域的外部旋轉(zhuǎn)應(yīng)變累積能量主要通過蒙古、中國華北和日本西南地震帶釋放，板塊內(nèi)部因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的應(yīng)變能量通過中國東北地區(qū)沿郯廬地震帶釋放（圖4）。據(jù)估算，沿著此區(qū)域邊緣發(fā)生的災(zāi)難性地震（M≥6.0）釋放總能量是朝鮮半島地震（M≥3.0）的105～106倍，日本西南地震釋放了最大的能量約1026爾格，蒙古地震釋放了量1025爾格，中國東北估計為1024爾格，貝加爾斷裂帶和庫頁島地震各釋放了約1023～1024爾格，而朝鮮半島釋放了約1021爾格，在量級上朝鮮半島可以視為能量釋放空白地帶，加之朝鮮半島近2000年內(nèi)從未記載過災(zāi)難性的地震這將有力的說明朝鮮半島不處在應(yīng)力大量釋放的邊界帶上，而是一個低地震活動性的 “安全島”區(qū)域。另外Kim and Gao通過對≥4.0級地震的b值進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)朝鮮半島的b值長期穩(wěn)定在約0.91左右，并沒有應(yīng)力累積效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，這為朝鮮半島不屬于Amurian板塊提供了另一個科學(xué)的依據(jù)。

3 結(jié)語

Amurian板塊的邊界劃分問題一直有爭議，整體上存在著二種大的劃分方式，其每種劃分方式的合理性需要更進(jìn)一步的廣泛研究，同時需要更為密集的區(qū)域大地測量網(wǎng)。郯廬斷裂是中國和朝鮮半島之間的一條重要的斷裂帶，它南接秦嶺-大別山造山帶，穿過黃海到中國東北，并延伸到鄂霍次克海。它是多年來Amurian板塊東南邊界劃定中最為爭議的地方，直接關(guān)系著朝鮮半島是否屬于Amurian板塊的問題。

表2 不同板塊模型的統(tǒng)計檢驗Table 2 Statistic tests of different block models

通過計算Amurian板塊的GPS速度場、旋轉(zhuǎn)模型應(yīng)力矢量、卡方檢驗和能量釋放等幾個方面的研究，得出以下幾個結(jié)論：朝鮮半島是一個相對獨立的剛性塊體，即不屬于Amurian板塊 （AMKP模型）；即使Amurian板塊的南邊界繞過朝鮮半島沿日本海劃分 （AM+KP模型），也不能忽略郯廬斷裂帶在板塊內(nèi)部的地位，因其是一條能量釋放的重要邊界帶；GPS和應(yīng)力矢量的計算證明Amurian板塊 （AM-KP模型）存在一個共同的旋轉(zhuǎn)中心。綜上所述，郯廬斷裂帶應(yīng)該是Amurian板塊的南邊界 （AM-KP模型）；至少是Amurian板塊的二級邊界 （AM+KP模型），把Amurian板塊分為北部和南部 （朝鮮半島）二個次級板塊。

圖4 1900—2014年阿穆爾板塊周緣地震能量釋Fig.4 Energy release in the Amurian boundary during 1900 and 2014

致謝：G PS數(shù)據(jù)來源于“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”，感謝“陸態(tài)網(wǎng)”數(shù)據(jù)的各位數(shù)據(jù)維護(hù)及處理人員。

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