全球板块运动的矢量场与运动动力学

全球板块运动的矢量场与运动动力学

在地球的发展历史上，重要理论的建立往往与观测设备的发展密切相关。为了使用大量的地球物理勘探方法和岩石物理方法，20世纪中叶的板块结构理论才得以建立。这一概念的兴起和发展推动了地方概念和研究规模的进步。然而，描述不同板块之间的运动学和构造学是在传统板块假设的前提下进行的，而威尔逊旋转的动态模型仅限于二维横截面的可视化说明。20世纪后期发展起来的空间测地技术在某种意义上说又是一次观测手段的革命,其中以全球卫星定位系统(GPS等)的观测发展最快和普遍,它可以提供高精度、大范围和基本实时的地壳变动数据,使人们能在短时间内获取有关全球地壳运动的图像,它使我们第一次真正看到了全球板块的准实时动态。此外配合其他地球物理观测,GPS还可用来验证某些地区深部地幔的运动状况。Russou等(2004)根据各大洋板块之下地幔各向异性长轴信息的分布以及它们与洋壳的GPS运动方向一致的关系,认为大洋板块之下软流圈的流动与其上的板块运动方向是一致的,这表明地幔对洋壳板块的主要拖动作用。目前全球可公用的站点数据已近1000个左右,站点的分布已有较好的监测全球板块运动的能力,只有大片海底区和两极区尚很不足。近年利用区域性空间测地站网数据研究区域性的地壳运动及其视应力场的工作已大量展开,在地震预报(Yuetal.,1997;SegallandDavis,1997)、区域性地球动力学研究(Shenetal.,2000;马宗晋等,2001,2002;Chenetal.,2000;Bilhametal.,1997;Abdrakhmatovetal.,1996)等方面已经获得广泛的应用与推广,对全球板块总体运动态势也已经逐步开展起来。本文从描述全球板块运动入手探讨了板块边界之间相对运动的四种方式和北、南半球运动的不协调带,并以全球板块总体运动作为一级约束条件讨论了全球尺度地幔纬向流与经向流的联合运动问题。1相对精度的板块运动板块运动测量的主要技术手段可分为地质的与地球物理的(包括大地测量方法)两大类。在空间大地测量技术尚未出现的时代,由于常规大地测量精度低、量程短,板块运动的测定和研究主要靠地质学以及一些常规的地球物理学方法(如古地磁等)。随着上个世纪70年代空间大地测量方法的出现,大地测量产生了质的飞跃,与常规大地测量方法相比,动态空间大地测量技术不但实现了全天候的测量,而且可以实现以往很难达到的任意尺度和高精度。到了20世纪90年代,空间大地测量技术测定地面点位置的相对精度已达到了10-9。因此空间大地测量完全可以测定每年数厘米至毫米级水平位移的板块运动,这就为板块运动的测定和研究提供了一条全新的途径。板块运动可分为板块的相对运动和绝对运动,前者是描述板块间的相对运动,后者用来描述板块在某种参考系中的绝对运动。在板块运动的研究中通常采用特定参照系和地壳相对于地幔无整体旋转(no-net-rotation)条件下的所谓无整体旋转地球参考系。利用地质与地球物理方法直接建立的是相对板块运动,然后通过板块运动叠加原理建立各板块的绝对运动。而空间大地测量方法既可测定任意两板块间的相对运动,也可直接建立板块相对于某种参照系(一般是InternationalTerrestrialReferenceFrame(ITRF)参考系)的绝对运动。到目前为止,全球板块运动的地学研究都是基于两个基本假设:①岩石圈板块是刚性的,可作为刚体处理;②板块的增生与消减是平衡的,地球的表面积和体积维持不变,即地球半径不变。因此,板块的运动可以看成是球面上刚性壳体的旋转运动。其运动可以用欧拉矢量的球坐标或直角坐标分量来表示。一般意义上的板块运动研究是指一个板块相对于另外一个板块的相对旋转运动。确定一对板块的相对运动,实际上就是求解相对运动的欧拉矢量。研究板块的绝对运动,前提是必须先定义一个绝对运动参考框架。在板块动力学中,应用的绝对参考框架是平中圈框架,即相对于下层地幔(中圈)平均位置固定的框架,平中圈框架假定下层地幔是固定的,或其内部运动相对于板块运动小得多。在下文描述全球板块运动及其动力学的规律时,暂不考虑大陆地壳内部的变形。2itrf2000在全球的研究与应用2001年InternationalEarthRotationService(IERS)发布了在ITRF2000下的432个多种测地方式的并置站和741个单置站的运动矢量,后者包括370个GPS(GlobalPositioningSystem)站、142个SLR(SatelliteLaserRanging)站、147个VLBI(VeryLongBaselineInterferometry)站和82个DORIS(DopplerOrbitographyandRadiopositioningIntegratedbySatellite)站。这些站大部分分布在欧洲大陆和北美大陆,在全球其他地区则较少。虽然这样一种站点空间分布很不均匀的情况,对参考框架的确定会有一定影响,但对全球大部分地区来说,它们所显示的大尺度运动态势,其结果是可以接受的。与ITRF97参考系相比,ITRF2000不仅在观测站数目上有所增加(ITRF97有319个并置站,566个单置站速度矢量),而且为了避免参考系的整体转动,ITRF2000通过参数变换使其相对于NNR-NUVEL1A模型无整体旋转。因此,ITRF2000下的站速度矢量与NUVEL1A板块运动模型的吻合程度与ITRF97相比有明显的改善。NUVEL-1A模型是对近30年以来地质学方法建立的全球板块运动模型研究成果的完美总结,经过多种检验,被认为是当今最完善的全球板块运动模型,并分别被IERS(1992,1996)规范推荐为建立和维持全球参考框架和空间大地测量结果归算的标准模型。为了图示清楚,避免站点过密,按照站间距不小于10°的原则,我们在432站中随机绘出了111个站(图1),其中GPS站64个,VLBI站34个,SLR站2个,DORIS站11个。2.1欧亚板块的运动特征欧亚区以欧亚板块为主,该板块是面积最大的一个以大陆型岩石圈为主的板块,也是目前世界范围内大陆区板块运动量最大、变形最强烈、大陆型地震分布最广的地区,针对该地区的GPS研究方兴未艾,各个国家和地区先后开展了卓有成效的工作。例如中国及邻近地区(马宗晋等,2002;王琪等,2002;Wangetal.,2001)、东南亚(Micheletal.,2001)、日本地区(LePichonetal.,1998;Mazzottiyetal.,2001;Pierreetal.,2001)、中国台湾地区(Yuetal.,1997)、土耳其地区(Straubetal.,1994)等,建立了一些区域性的GPS空间大地测量网。在该板块内欧洲部分的站点比较密集,东亚次之,而中亚地区(包括中东地区)则相对较少。虽然站点的分布并不是很合理,但根据这些站点所测的数据也能反映出欧亚板块的基本运动特征。整体上看,从北大西洋洋脊东侧,以冰岛中央裂谷东侧的HOFN站的矢量指向北东为起点,整个欧洲的站点矢量几乎全部指向北东,速率为20～30mm/a。这里需要说明的是由于莱茵地堑的西、东两侧运动的大小有些差异,所以有些研究者认为它们不能反映欧洲整体的运动特征(Sellaetal.,2002);但是在运动方向上几乎是一致的,说明这是在同一板块运动中发生的张裂现象,而且从欧洲地区的地球物理特征来看,莱茵地堑所涉及的深度也不是很大,它没有将整个欧洲部分的岩石圈分成两个独立的部分,因此欧洲部分可以看做是一个整体,同样的现象也出现在贝加尔湖地区、中国山西地堑地区等。值得注意的是冰岛内洋脊的扩张并不是与转换断层平行的东西向的伸展,而是斜向拉张的,此问题后面讨论。乌拉尔山脉以东,中东的三个站点指向东,速率为29mm/a,由于该地区是欧亚板块中最为稳定的地区,几乎没有新生代的变形,因此该区站点的运动矢量可以代表该地区目前的运动状态,再向东逐步指向南东直至亚洲的东缘,包括西北太平洋列岛,它作为西北太平洋深俯冲带的上盘,即列岛陆上部分未被俯冲拖带下插部分的运动也是指向南东,这表明亚洲大陆中东部整体都在向南东方向运动,与太平洋板块和菲律宾海板块碰撞时,均表现为仰冲运动,并且面对一个个岛弧表现出蠕散伸展运动,但这种运动相对于太平洋板块(菲律宾海板块)来说,速度要小的多,例如菲律宾海板块的速度为820mm/a(Yuetal.,1997),而列岛仰冲上盘的运动速度仅20～30mm/a。正是由于这种高速汇聚才造就了台湾岛和日本等地区高耸的海岸山脉,因此欧亚板块向东的蠕散运动与太平洋板块(包括菲律宾海板块)向北西方向的俯冲运动构成一组海陆汇聚边界斜向碰撞的双向运动模式。关于欧亚板块为什么呈现向北凸出的宽弧形运动,这是大尺度的动力学问题,也留在后面讨论。2.2美维持、限制之后北美板块内分布的空间大地测量站点比较均匀,但也主要是在美国西部,而加拿大境内较少,但由于加拿大境内主要是前寒武纪稳定的克拉通分布范围,因此少数几个站点就可以反映该地区的运动特征了。从图1中可以看出北大西洋洋脊西侧开始,至北美大陆西侧的GPS站点,开始时矢量指向北西西,北美中部两个站点指向正西,而北美西部则逐渐指向南西,阿拉斯加和阿留申列岛上的站点也是指向南西。北美西海岸带内值得重点说明的是圣安得列斯主断裂西侧的JPLM站点的运动是指向北西的,而且位移速率可达30～40mm/a,它的运动与东北太平洋洋底的运动态势是一致的,这进一步说明了圣安得列斯主断裂确属北美板块与太平洋板块之间的分界线。比较JPLM站与圣安得列斯主断裂东侧MDO1站的运动矢量,两者向西运动的分量分别是35mm/a和13mm/a,说明两者之间有20mm/a的拉张量,由此可以指出北美板块与东北太平洋属左型剪切兼拉张型的运动边界,此板块边界运动模式GanWeijun等(2000)已给予精细的证明。2.3南太平洋中、西北太平洋中、太平洋区域构造格局变化太平洋区可区分为北区和南区。北区主要包括太平洋板块以及较小的菲律宾海板块和一些西南太平洋小板块(Hamilton,1979)。这些板块完全是由海洋型岩石圈构成的,其周围以俯冲带和洋脊以及转换断层为边界。在这些板块上由于海水覆盖,站点较少,主要分布在其中的一些岛屿上,中部主要分布在夏威夷群岛以及菲律宾等地区的岛屿上。从图中可以看出整个太平洋板块的运动是比较均一的,而且也与夏威夷热点新生代晚期形成的火山链几乎平行。北太平洋大板块内站点之间基线变化率几乎为零,反映了北太平洋板块具有“刚性”特征,而南太平洋板块站点之间基线变化率不为零,其水平方向分量差异较大,反映南太平洋板块是“非刚性的”,或者与太平洋老、新洋脊的跳位和洋脊向南的分叉有关。印度尼西亚至科马德克等一系列列岛俯冲—剪切带表现的扭转、弯曲的构造形态也是很好的证明,西南太平洋也表现了非刚性的运动。目前太平洋板块北部以71.8mm/a的速率向北西方向运动,在与运动方向垂直的边界上(西北太平洋边缘)主要发生以俯冲为主的活动,而在与运动方向平行的边界上(西南太平洋边缘)则主要以走滑作用为主。其实在西南太平洋边缘复杂的边界,其形成不仅仅是走滑运动产生的结果,还有俯冲现象,因为澳大利亚板块还在高速的向北东东方向运动,因此造成了该地区非常复杂的边界图像,板块俯冲极性经常发生变化,边缘海盆地演化迅速,地震活动性显著。目前澳大利亚大陆已经与西南太平洋的弧沟系统发生碰撞(Hamilton,1979)。菲律宾海板块是影响东亚东部地区构造变动的主要因素之一,GPS测量表明该板块向北西方向以每年8.2cm做高速运动,正是这种运动导致了该板块与欧亚板块东部边缘碰撞,台湾岛的形成及发展就是结果之一,GPS观测表明台湾东部纵谷以东地区的运动方向指向北,而纵谷以西的地区却向南东方向运动(马宗晋等,2002;Yuetal.,1997)。东南太平洋洋脊西侧洋底向北西西方向的运动与克马德克—新西兰列岛向北北东运动的碰撞,也是一个复杂的边界,既有对俯冲运动又有走滑运动(马宗晋等,2002;Molnar,1988)。2.4澳大利亚板块北北方向运动与太平洋、菲律宾板块的碰撞印度洋区包括印度洋脊东西两侧的两大部分,东侧是印澳大板块;西侧是非洲板块和晚期由非洲裂出的阿拉伯板块,以前统称的印度—澳大利亚板块。最近的研究表明印度次大陆和澳大利亚已经开始分裂成两个独立的板块(Gordon,1988)。在印度板块上可公开的GPS站点很少,而且分布也不均匀,主要集中在印度的南部,北部很少或几乎没有,这严重影响了印度与欧亚板块碰撞过程的精细研究。从图中可以看出目前印度整体以52mm/a左右的速率向北东方向运动,与欧亚板块发生强烈碰撞,它代表了印度洋洋脊东北侧的运动,而阿拉伯板块和非洲板块向北东方向的运动速度分别是31.98mm/a和30.28mm/a,说明三者之间存在伸展运动,同时也表明了印度洋洋脊北段的南北方向一小段确有左型扭动。澳大利亚与印度板块上分布的GPS测站不是很多,且主要分布在澳大利亚大陆的周边以及一些岛屿之上,个别分布在大陆内部,但从图1中可以看出这些测站所显示的运动特征几乎是一致的,运动方向均指向北北东,而且速率,可以达到60～70mm/a,该数值是南半球中向北东方向运动速率最大的。随着澳大利亚板块向北运动,在其北侧分别与太平洋板块、菲律宾板块以及欧亚板块发生碰撞和俯冲,造成了现今西南太平洋非常复杂的构造格局,从图1中不难看出该地区几乎所有板块都以很高的速率在运动(菲律宾还板块为70～82mm/a,太平洋板块为70mm/a,欧亚板块为30～40mm/a左右),而彼此之间的运动方向呈大角度相交,甚至呈直角接触,就是这些因素导致该地区成为世界上目前构造最为活动,关系最为复杂,板块再造最为困难的地区。由于澳大利亚板块并不是与上述各板块发生正向的碰撞,因此必然在西南太平洋地区沿构造走向造成运动分段的现象,西部苏门答腊地区以俯冲和走滑为主,中部爪哇地区以俯冲为主,东部的赤道新几内亚—班达海—苏拉维西则以走滑和俯冲为主。在澳大利亚板块东部也由于这种运动的不协调性,导致了在新西兰的阿尔卑斯断层上存在着明显的走滑兼俯冲运动。2.5洋脊下构造线的变化南美板块是一个相对稳定的板块,其东侧边缘带四个站点均指向北北西,矢量速率1mm/a左右;西侧4个站点均指向北北东,速率为1～2mm/a左右,所以南美洲整体向北略偏西运动,这与纳兹卡板块向东的高速后退式俯冲和南美大陆岩石圈的上浮与南大西洋西侧慢速稳定的伸展有关。南大西洋两侧的非洲板块向北东,而南美板块向北北西动;还有从洋脊上Tristan热点向北东、北西伸出的热点玄武岩堆积轨迹都表明两侧的板块不是以垂直于洋脊的转换断层增生方向运动的,根据目前的一些GPS测量结果(Sellaetal.,2002)以及本文研究的结果,都表明大西洋的扩张是斜向的(图2),这将如何解释那些东西走向的转换断层呢?转换断层或其间板条的增生方向与板块运动方向之间似乎是不可调和的,它们可能分别代表了大西洋洋壳和其下地幔的差向运动,图2b是这种差向运动的解释图。①层代表地壳或岩石圈受大西洋洋脊拱张作用而张裂,并沿早期已有的“弱线”,即早有的纬向构造线增生成转换断层;②层代表①层以下的地幔表层流动层,它们既向北运动,又沿洋脊张裂带上涌岩浆,从而向东西两侧推展。前面描述南美、非洲、阿拉伯、印度、澳大利亚等南半球的板块,整体地都向北运动可以表明②层地幔北向流动拖动作用的真实性,而一系列关于“板条”与“板条”之间地化成分明显差异的研究结果也可旁证①层生成过程的相对独立性(MitchellandCarson,1981)。2.6洋脊运动方向上的断裂方向南极大陆的空间测地设站很少,观测时间也较短,而且又没有象欧亚板块与北美板块运动格局背景的参考,因此其运动态势很难描述。不过从仅有7个站点的矢量表现,参考南北向的北大西洋洋脊、印度洋脊和东南太平洋洋脊等3条洋脊向南都分叉并连成一条环南极洋脊的运动状况,可以认识到该洋脊并不是园环形,而是类似“纺锤”状,从图3a中可以看出,如果我们把绕南极洋脊分成α段(0°半球)和β段(180°半球),那么洋脊环内的,即南极大陆上7个站点矢量总体上都指向大西洋方向,与南美洲南部3个站点的矢量和南大西洋脊南部站点的矢量指向都是指向北的分量,α段洋脊张裂带以内南极洲运动量小,以外的运动量大,这就是落伍型的张裂运动。而β段洋脊的内外运动方向则恰恰相反,即南极洲向0°半球区运动,澳洲向180°半球区运动,由此也可以说整个南极区地幔顶层都是向北运动的,而且是偏极的。α洋脊上发育着一系列羽状“转换断裂”,总体走向近于纬向,以大西洋洋脊南端为中心点分为左、右型,①、②、③三条断裂向非洲南端东侧汇聚,表现出早期(K)至晚期(Q)统一的左型错动,并由北东转向北东东向错动,这可能与极区地幔流向中纬度区的流向变化有关;β洋脊上发育了④、⑤、⑥三组断裂,它们与β洋脊都是大角度交切的,直接表现了β洋脊快速向北的张裂运动。2.7山东南角运动带北极区及外延至30°N的北半球中高纬度区以内对地观测站大致可以330°～150°经向线,也既是穿过北极的洋脊线为界分为两个大区,其东侧的(EA)和西侧的(NA)呈山羊角式的分裂运动,并汇聚于阿留申群岛北侧,运动指向正南。表现出以大西洋洋脊两侧指向北东和北西向运动的地幔流越过北极区地壳穹顶之后,即向阿留申岛弧带聚流,从而形成欧亚板块和北美板块呈左旋与右旋的宽弧形运动格局。3关于问题的讨论在上述板块单元分区运动描述的基础上,分别讨论以下几个问题:3.1/南/两种社会模式从上文中可以发现全球洋脊分布并不是没有规律的,现今洋脊几乎分布在膨胀型的南半球和0°半球内,南半球又是三大洋脊向南分叉并连成纺锤形南极洋脊,而且在该半球内却少有汇聚型板块边界的发育。大地热流以及地球深部CT探测等研究都表明,南半球存在明显的热异常,整体处于膨胀过程之中,例如南半球平均热流99mW/m2,北半球是74mW/m2;0°半球(大西洋)是94mW/m2,180°半球(太平洋)是79.3mW/m2(汪洋等,1998;Suetal.,1994),GPS矢量场也表明南半球正处于膨胀过程中。相反北半球中纬环带平均年缩短率是8mm/a,南半球中纬环带的平均年伸长率是12mm/a(孙孚明等,1999);而黄立人等(2001)利用全球590个空间测地站的资料也验证了地球的双重非对称,计算表明不同半球的体积也在发生着变化,同样是北半球在收缩,而南半球在膨胀,大西洋半球+0.109×104km3/a、太平洋半球-0.371×103km3/a、北半球-0.157×104km3/a、南半球+0.936×103km3/a。同样太平洋洋脊、印度洋洋脊以及大西洋洋脊也几乎都发育在0°半球内,该半球以纵贯南北的大西洋脊为中轴的,东侧是印度洋脊,西侧是太平洋脊,它们现在几乎都在大西洋半球内,与之对应的是收缩的180°半球(马宗晋等,1980)。而且这两个膨胀半球(南半球、0°半球)也与地球低阶大地水准面异常相对应。Su等(1994)根据地震层析成像研究也表明南半球的上地幔为低速、高温;北半球的上地幔为高速、低温,这与地球表层构造运动及热流分布的反对称一致,这说明地幔南北半球热状态的差异可能是导致一系列南北半球非对称性表现的动力学基础。为什么全球的洋脊会在地球的表壳上如此分布?这个问题以及全球大陆分布的问题实际上在板块构造理论确立之时就已经被提出来了,但一直没有得到合理的解释,如今本文提出的现今地球表壳运动受双重非对称的上地幔经、纬向联合流动的动力学作用,可以作为一种基本的定性模式。3.2深焊接、深冲刷构造带上文中提到的180°半球已由多种现象和地球物理参数证实属收缩的半球。环太平洋西侧宽展的沟弧盆构造带和东侧纵贯南北的科迪勒拉山系由阿留申岛弧连接成的马蹄形环太平洋构造带实际是由太平洋两侧大陆向着太平洋仰冲和太平洋海底岩石圈层向着大陆俯冲的双向动力作用造成的。因为空间测地站矢量图已充分的表明,太平洋面积在缩小,而太平洋海底岩石圈板块以其自重和全面收缩的动力及地幔流的拖动而快速运动,外缘快速运动碰撞并形成深俯冲构造带。此外,环太平洋地震带是太平洋周边海陆相向碰撞的一个挤压环,可能代表太平洋底整体处于受挤压的状态。洋底板块长期与海水作用变冷、变厚也会影响地球物理场的表现,太平洋海底明显的向西倾斜可能也是太平洋西侧深俯冲作用最为发育的反映之一。3.3关于地球演化的理论地球整体上的差异性长期以来就不断有学者进行尝试性的解释,地质学诞生以来有关大陆的分布等问题就是一个经久不息而且重要的研究领域,我们可以看出几乎有史以来形成的有关地球演化的理论,例如地球的四面体学说(Bucher,1933);北方大陆整体向南推压造成大陆南缘一系列弧形山带的现象曾引起众多地学家的赞许(Argand,1922);也包括板块理论的前身的推论(魏格纳),这些都未能得到准确的运动学定量证明和全球动力学全面的思考,自上世纪80年代我们提出地球双重非对称的观念以来(马宗晋等,1980),这些全球整体性的特征和差异问题经多年研究,我们认为可能主要与以下3个动力学根源有关:3.3.1第四系甲基构造区北、南半球的非对称,从低阶大地水准面上表现为南胀北缩,北部收缩带内恰好是大陆碰撞挤压构造系的展布地带,南部膨胀带恰好是环南极洋脊的发育地带,它们在地理上的对称,在构造性质上却恰恰相反。这些在地球低阶大地水准面异常上也表现出来,表明地球内部质量分布起到了一定的控制作用。0°/180°半球的非对称,大地水准面上表现为0°半球膨胀和180°半球收缩,已知0°半球是以纵贯南北的大西洋脊为中轴的,东侧是印度洋脊,西侧是太平洋脊,它们现在几乎都在大西洋半球内,但环太平洋构造系恰是太平洋收缩区的外边界,而且太平洋面积还在不断缩小,所以这两大构造系的半球尺度的展布也正好与0°/180°半球的非对称相对应。从上面的论述中可以发现,目前全球的这几个板块之间的运动并不协调,按它们的运动状态大致可以分成两组,一组就是以欧亚板块和北美板块为代表的北方部分,另一组是以南美、非洲、阿拉伯、印度和澳大利亚板块为代表的南方部分。北组两大板块总体以EW向运动为主;而南组板块则以北向运动为主,这就造成两组板块之间在赤道带内的碰撞,因为非洲—澳大利亚板块向北运动量大(3～5mm/a),所以造成阿尔卑斯—青藏高原山带的形成;而南美板块向北运动量小(1mm/a左右),所以未形成强碰撞,再者因为北半球的欧亚大陆以向东运动为主,所以北南两组之间还存在右型剪切作用;同理,南北美大陆之间则存在左型剪切作用,加之太平洋脊西侧洋底板块向NWW方向的高速运动,也造成西太平洋板块与澳洲板块之间的强烈左型剪切运动,于是在地球整条赤道带内即构成了一整条赤道剪切带(马宗晋等,2003),它们共由13条巨型走滑断层或逆冲兼走滑断层组成,由中美洲起向东依次为:①Guatemala断层、②Gibraltar断层、③WesternMediterranean-HelenicTrench-StraboTrench、④NorthAnatolia断层、⑤NorthCaucasus断层、⑥Jiali断层、⑦Redriver断层、⑧Sumatra断层、⑨Sorong断层、(10)MiddleBismarck-Solomon断层、(11)Bougainville-SouthSolomomtrench、(12)Volcanicheatline断层、(13)EasterIsland-SaintPhoenix断层。在这巨型断裂系统中,大地震频繁发生。只是第(12)和(13)断裂带内没有地震记录,但它们是火山频发的“热线”,而且在全球地震波CT成像中都有明显的显示,它们活动的根源至少来源于上地幔。13条断层中除了印度尼西亚断裂带东部以俯冲为主,西部以走滑为主,其余12条断裂都是以走滑为主,其中①、②、③、④、⑤、⑥、⑦等断裂均位于赤道以北;⑨、(10)、(11)、(12)、(13)等断裂位于赤道以南。而⑧号印度尼西亚断裂大约沿印度洋90°海岭东侧从雅鲁藏布江东段大拐弯开始沿南北方向一直穿过赤道并转向东,成为全球最为醒目的大拐弯弧形构造带,这是很值得重视的构造现象,因为①～⑦号这几条断裂基本上是在15°N～40°N纬度带内发育的呈右行斜列式分布的NWW向断裂组,而⑨～(13)几条断裂则在5°S～30°S之间纬度带内发育也呈左行斜列式分布的北西西向断裂组,⑦号断裂与⑨号断裂之间是以陡然变化的南北向构造断裂带连接,而①号与(13)号断裂之间也是横跨赤道相距40个纬度,与南北向的南美大陆西边缘俯冲构造带相连,这里可能显示了太平洋半球和大西洋半球两者在赤道附近的剪切运动是同源不同位的关系,其根据还要进一步研究。3.3.2全球地潭的经—地球热流驱动的地幔经、纬向一级对流格局地幔对流以及相关的地幔运动状态自板块构造理论诞生以来就一直是一个众说纷纭的论题,它涉及到了板块运动的驱动力等最基本推测,但由于观测手段以及方法的限制,有关地幔的运动状态还没有得到突破性的解决。而最近一些地区(尤其在大洋地区)地幔各向异性与GPS速度矢量方向重合有力地说明可以根据GPS资料表明地幔的运动方向(Russo,2004),马宗晋等(1994)根据全球地震构造以及一系列地球物理场特征认为全球地幔存在着半球尺度的经向流以及北北半球中纬度的压缩带和南半球的膨胀带(图5A),近年来马宗晋等(2001,2003)又根据全球GPS测站速度矢量图像分析进一步认为全球地幔流可能是由半球尺度的经向流和纬向流的联合而成的混流(图5B、C)。在讨论地幔经纬向流动问题之前,有必要简单回顾自古生代以来板块运动的大致方向,实际上至少从晚古生代以来,大多数大板块总体运动方向是向北运动的,欧洲的海西运动是一系列地体自南而北拼贴于波罗地盾南缘,而晚古生代到新生代以古特提斯洋和新特提斯洋向北逐次关闭,冈瓦纳古陆碎片自南而北拼贴于欧亚板块南缘,目前环南极洋脊的开裂,继续向北运动,这些现象均能说明至少从晚古生代以来则是由在南半球地幔存在南北向或近南北向的流动。然而与此同时我们还可以发现也存在地幔东西向运动的现象,近南北向发育的大西洋洋脊以及太平洋洋隆是地幔东西向或近东西向流动的最明显证据之一。此外在ITRF2000参考框架下,坐落于大西洋洋脊之上的冰岛东西两侧GPS速度矢量方向分别指向向北西和北东,而大西洋南侧同样位于洋脊之上的热点活动也同样体现了类似的运动。以上现象均说明至少在晚古生代以来,地幔的运动同时存在经向与纬向运动。我们尚不知道是什么因素导致了地幔存在经纬向流动,但推测地球的自转和地球岩石圈椭圆形球壳可能对地幔的热运动起一定的控制作用。经典的地幔二维热对流(Holmes,1929)和全球热柱模型(Maruyama,1994),目前都不能全面的说明全球板块受经、纬向