第三节 地壳的板块碰撞

板块构造学说认为，地球表面的岩石层并不是一块整体，而是由不同大小的板块拼合而成。全球岩石层分为六大板块：太平洋板块、亚欧板块、美洲板块、印度洋板块、非洲板块和南极洲板块。在这些大板块之中，又可分出一些较小的板块。所有这些板块，都漂浮在具有流动性的地幔软流层之上，随着软流层的运动，各个板块也会发生相应的水平运动。地质学家估计，大板块每年可以移动1～6厘米距离，所谓的大陆漂移就是板块运动的结果。

板块之间水平运动，有三种运动方式：张裂、聚合和错动。与之对应的板块边界有三种类型：

（1）离散型边界，又称生长边界，两个相互分离的板块之间的边界。见于洋中脊或洋隆，以浅源地震、火山活动、高热流和引张作用为特征。洋中脊轴部是海底扩张的中心，地幔物质在此上涌，两侧板块分离拉开。上涌的物质冷凝形成新的洋底岩石圈，添加到两侧板块的后缘上。大洋中脊和大陆裂谷系统属于这类边界。

（2）汇聚型边界，又称消亡边界，两个相互汇聚、消亡的板块之间的边界。相当于海沟或地缝合线，可分为两个亚类：

俯冲边界，相邻的大洋与大陆板块发生叠覆，由于大洋板块厚度小、密度大、位置低，大陆板块厚度大、密度小、位置高，因而一般是大洋板块俯冲于大陆板块之下。这种板块俯边界主要分布于太平洋周缘及印度洋东北缘，也有人称其为太平洋型汇聚边界。由于这类板块边界是由大洋板块俯冲潜没消减于地幔之中，因而也称为消亡型边界。

碰撞边界，又称地缝合线，指两个大陆板块互相碰撞，使大洋闭合，陆壳彼此受挤压形成高耸的山脉，并伴随强烈的构造变形、岩浆活动及变质作用。如阿尔卑斯—喜玛拉雅山构造带，是印度板块和欧亚板块的碰撞边界，形成印度河—雅鲁藏布江地缝合线。

（3）剪切型边界，两个相互剪切滑动的板块之间的边界。相当于转换断层，主要分布于大洋 内，也可在大陆上出现。例如，美国西部的圣安德烈斯断裂，就是一条从大陆上通过的转换断层。

一般来说，板块边界为不稳定地带，地震几乎全部分布在板块的边界上，火山也特别多在边界附近，其它如张裂、岩浆上升、热流增高、大规模的水平错动等，也多发生在边界线上，地壳俯冲更是碰撞边界划分的重要标志之一。

按理说，无论是板块聚合碰撞，还是板块拉伸断裂，只要岩石层发生错动断裂，在接触或断裂截面，都会产生一定程度的震荡。按照弹性回跳学说的观点，发生弹性变形的岩石，在力消失之后，将产生弹性回跳现象，即地震。如果这一假说成立，则意味着三种类型的板块边界发生地震的频率，应该相差无几。然而，实际情况却并非如此，资料显示，发生在汇聚型板块边界的地震数量以及强度，要远远高于其他两种类型边界发生的地震。

全球最大的地震带是环太平洋地震带和横贯欧亚大陆的喜马拉雅——地中海地震带，它们都是板块碰撞的接触地带，属于汇聚型边界。据统计，在环太平洋地震带和欧亚地震带内，发生约占全球85％的浅源地震，全部的中深源地震和深源地震。而在离散型边界和剪切型边界，由于洋脊扩张、转换断层、大陆裂谷或大断裂带形成的地震带内，只有浅源地震，且地震频度和强度均较弱。[6]

由此可见，地震主要发生在汇聚型板块边界，表明地震与板块碰撞形成的地质结构存在着密切关系，与弹性回跳效应无关。

地壳自上而下分为两层：硅铝层（花岗岩层）和硅镁层（玄武岩层），其密度分别为2.7克/厘米3与3.1克/厘米3。大陆板块由硅铝层和硅镁层共同组成，平均厚度约为33千米，最厚地区可达60～70千米。大洋板块由硅镁层组成，缺少硅铝层，平均厚度6千米，最薄的地方只有1.5千米。由于两种板块的物理性质不同，因而，在板块碰撞过程中，形成了不同结构的板块边界。

板块碰撞分为两种情形，一是陆洋板块碰撞，二是陆陆板块碰撞，分别形成了汇聚型边界的两个亚类：俯冲边界和地缝合线。

第一种情形，陆洋板块碰撞，形成俯冲边界。在板块构造学说中，对俯冲边界的起源做了如下描述：

当移动的大洋壳遇到大陆壳时，就会俯冲钻入地幔之中，在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂，产生一次地震，最后大洋壳被挤到700公里以下，为处于高温熔融状态的地幔物质所吸收同化。向上仰冲的大陆壳边缘，被挤压隆起成岛弧或山脉，它们一般与海沟相伴生。太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震就是这样形成的。[7]

俯冲边界的结构特征是，由于板块碰撞，大陆壳前缘形成了岛弧，大洋壳上产生了海沟，二者相伴而生，构成了统一的弧沟系。在板块碰撞的交汇处，俯冲到大陆板块下面的大洋板块，像口腔里的舌头一样在地幔中延伸，取名舌岩体。

海沟是海底最深的地方，呈弧形或直线形展布，长500～4500千米，宽40～120千米，水深多为6～11千米，大多数海沟有不对称的V字形横剖面。地球上主要的海沟都分布在太平洋周围地区，地球上最深、也是最知名的海沟是马里亚纳海沟，它位于西太平洋马里亚纳群岛东南侧，深度大约11,034米。岛弧的分布以太平洋西部海域为多，如阿留申群岛、千岛群岛、日本群鸟、琉球群岛、台湾岛及附近岛屿、菲律宾群岛等。岛弧是地壳变动剧烈而极不稳定的地带，多火山地震，全世界90%以上的浅源地震和几乎全部的深源地震都发生在这里。[8]

弧沟系是地震和火山的频发地带，笔者认为，有必要对岛弧和海沟的地质结构，进一步予以探究。

首先，需要探讨的是海沟的形成问题，板块学说认为，在陆洋板块碰撞过程中，向下俯冲的大洋板块，通过拖曳作用形成了海沟。而笔者的观点与之不同，认为在两板块碰撞的交汇处，向下俯冲的大洋板块被迫发生弯曲，由于巨大的外力作用超过了板块的强度，致使大洋板块向下折断，在板块表层产生了V型裂隙，这就是我们看到的海沟。因此，准确地说，海沟是大洋板块弯折产生的裂隙，而不是拉伸产生的断裂。弯折和拖曳两种力的方向是不同的，前者是垂直作用，后者是水平作用，只有在弯折作用下，才能产生V型裂隙。同理推测，在陆洋板块碰撞过程中，上仰的大陆板块也将发生折断，在板块底部产生倒V型裂隙。一般来说，水平运动的大陆板块向上翘起，在弯折的凹陷处形成的褶皱形山脉，它所对应的正是大陆壳上的岛弧；据此推断，岛弧底部的硅镁层一定存在着倒V型裂隙，沿海一带和火山周围的地热资源，就是岩浆涌入V型裂隙后传导出来的热能。

从动态角度看，随着板块的运动，海沟将与下沉的大洋板块一起隐没在大陆板块之下，年代久远的海沟消失了，又会产生新一代海沟。由此可见，浸没在地幔中的舌岩体上，布满了深浅不一的V型裂隙。同样道理，岛弧也不是静止不动的，它会随着板块一起移动，但并不能与海沟相汇合。这是因为进入板块碰撞的交汇界面，岛弧会逐渐被抬升，而海沟已潜入大陆板块下面去了。岛弧与海沟相伴而生，彼此间相向而动，岛弧移动是显形的，若干年后仍可以找到它的踪迹。而海沟隐没后就看不见了，舌岩体上的V型裂隙是隐形的，但它的存在还是给大自然留下了不可磨灭的印记。

第二种情形，陆陆板块碰撞，形成地缝合线。按照板块学说的观点，两个大陆板块汇聚时，在原弧沟系中发生碰撞，于是产生大规模的水平挤压，褶皱成巨大的山系。现在的阿尔卑斯—喜马拉雅地带，就是古特提斯海消失形成的一条地缝合线。

板块学说认为，印度板块在新生代早期向北漂移过程中，与古欧亚大陆碰撞，从而使特提斯洋关闭，沿印度河和雅鲁藏布江形成地缝合线。由于同类型板块的岩石圈密度相同，所以陆陆板块碰撞时，并不会发生一个板块俯冲到另一个板块之下的现象，而是以岩石圈的消减来抵消扩张带的增长。这种消减是以褶皱作用和压缩作用，使岩石圈变成狭窄、线状的活动带方式实现的。在板块碰撞过程中，板块边缘的沉积地层被压缩成一系列紧密的褶皱带和逆掩带，大洋地壳的破片被推挤到相邻的陆壳岩石上，形成蛇绿岩带。喜马拉雅地带被认为是典型的板块碰撞实例。[9]

两种汇聚型边界的区别在于，陆陆板块碰撞形成的地缝合线，相当于两个板块“焊接”在一起，没有发生分离现象；而陆洋板块碰撞形成的俯冲边界，则是一板块下潜到另一板块之下，并向地幔深处延伸，发生了俯冲现象。

与板块学说观点不同，笔者研究认为，地壳的板块碰撞是一个连续运动过程，由于陆陆板块碰撞是从陆洋板块碰撞演绎而来的，因而，陆陆板块碰撞将延续陆洋板块碰撞模式。即两大陆板块并没有因为岩石圈的密度相同，以平行对接的方式结合在一起；而是保持了原有的运动态势，一板块俯冲到另一板块之下。与陆洋板块碰撞一样，陆陆板块碰撞形成的也是俯冲边界。具体地说，印度板块与欧亚板块碰撞的交汇地带，是一个具有一定坡度的斜面，欧亚板块的前缘沿着斜面向上仰冲，逐渐被抬升起来，形成了青藏高原；印度板块的前缘沿着斜面向下俯冲，渐渐地浸没在地幔之中，形成了隐形的舌岩体。

由于欧亚板块与印度板块碰撞，是欧亚板块的底面与印度板块的表面相接触，不是两个板块的前端相顶撞，因而，两板块之间产生了强烈的摩擦作用。对于欧亚板块来说，在运动方向上将受到两种力的作用：一是来自底面的摩擦力，它对板块运动产生阻碍作用；二是大陆漂移的惯性作用力，驱使板块向前移动，两种作用力的方向正好相反。摩擦力的大小与板块的重力成正比，是一个不变量。而板块的惯性作用则是一个变量，由于板块的惯性运动受阻，因而，板块向前运动的动能将转换为势能，汇聚在板块前缘储存起来。当板块的势能积累超过岩石层结构强度时，板块前缘的岩石层就会产生错动，表现为上半部分的岩石层运动速度大，下半部分的岩石层运动速度小，底部的岩石层近乎处于停滞状态。这时板块就会发生扭曲和变形，由滑动摩擦转为滚动摩擦，如同水珠一样向前滚动，呈现出流体的运动特征。在漫长的地质演化过程中，板块前缘的岩石层像潮水一样向前涌动，比照流体的运动规律，这部分岩石层将在板块周围形成隆起的边际线。原本平整的板块表面发生张裂，形成了跌宕起伏的山脉，这就是喜马拉雅造山运动的起源。

地质考察证明，喜马拉雅山的构造运动至今尚未结束，仅在第四纪冰期之后，它又升高了1300～1500米，目前依然处在上升状态，并时常伴有大规模的山崩发生。在地理分布上，喜马拉雅山脉东西绵延2400多公里，南北宽约200～300公里，由几列大致平行的山脉组成，向南凸出呈弧线形；从南面看，喜马拉雅山脉就像是一弯硕大的新月，镶嵌在欧亚板块的边缘。在地势结构上，喜马拉雅山脉南北并不对称，北坡平缓，南坡陡峻。从高空鸟瞰，犹如大海中的波浪，一波一波地向南涌去，呈现出流体的运动特征。

喜马拉雅山脉平均海拔6000米，海拔7000米以上的山峰有40座，8000米以上的山峰有10座，主峰珠穆朗玛峰海拔 8848.43米，为世界第一高峰。按照常理，巨大的山脉都有山根，所谓山根是指山脉在自身重力的作用下，穿过地壳深入地球熔岩，也就是地幔的构成部分。山脉越大，体积越重，它的山根也应越大越深，这样才能保持力的平衡。但是，喜马拉雅山却不是如此，科学家们研究发现，喜马拉雅山竟类似于空中楼阁，没有与之相匹配的山根，这成为青藏高原山脉研究的未解之谜。

其实，如果了解了喜马拉雅造山运动的起源，这个问题就可以迎刃而解。一般说来，褶皱形山脉是通过板块相互挤压，导致地壳弯曲形成的。然而，喜马拉雅山脉却不是如此，它是通过板块的流体式运动而形成，板块没有发生挤压和弯曲现象。由于喜马拉雅山脉坐落在印度板块之上，其重力作用已转化为板块运动的摩擦力，山体的根部没有穿过地壳下沉到地幔中；因而，没有拥有褶皱形山脉那样的山根，也就不足为奇了。

参照陆洋板块碰撞模式，在印度板块与欧亚板块碰撞过程中，对于下潜的印度板块来说，在欧亚板块的重力作用下，它将被迫向下发生弯曲，并在弯折处发生张裂，形成V型裂隙。伴随着板块运动，这种构造运动将一直持续下去。与下潜的大洋板块相同，向地幔深处延伸的印度板块，在它所形成的舌岩体上，布满了深浅不一的V型裂隙。在板块碰撞的交汇地带，由于印度板块和欧亚板块上下重叠，以滚动摩擦的方式粘合在一起，如同一体；因而，当印度板块向下弯折时，在对应位置上，亚欧板块将一同发生张裂，在地壳表面形成V型裂谷，这就是雅鲁藏布大峡谷。资料显示，雅鲁藏布大峡谷是地球上最深的峡谷，全长504.6千米，最深处达6009米，平均深度为2268米，是世界第一大峡谷。

从理论上说，雅鲁藏布大峡谷与大洋板块上的海沟形成机制相同，都是地壳岩石层受到地球内部应力的作用，像弓背一样发生弯折，以张裂方式形成的V型裂隙。在地势结构上，峡谷与海沟具有高度的相似性。按照地质学的定义，在等高线地形图中，峡谷是指两组等高线互相对峙，两侧高中部低，相对狭长的地形。在宏观地形上，峡谷是指深度大于宽度，而且谷坡陡峻的谷地。而海沟是指两侧坡度陡急，深度超过5000米狭长的海底凹地。峡谷与海沟的共同特点是，在地势结构上都呈“V”字型。

作为地质方面的证据，人们在雅鲁藏布大峡谷中，发现了与海沟相同的特殊岩石成分。沿着雅鲁藏布江分布着一种黑绿、暗绿和紫色的一套岩石，地质学上称之为蛇绿岩套。它在西藏境内的分布长达1000多公里，沿着雅鲁藏布江和印度洋的急拐弯一直延伸到缅甸和巴基斯坦。通常情况下，蛇绿岩套形成于大洋板块的活动地带，是鉴定古海沟的主要标志性物质。地质学家们研究发现，雅鲁藏布大峡谷中出现的蛇绿岩套与海洋底部的岩石非常相似，把它看作是古海洋地壳的残骸。以往理论研究认为，在五千多万年以前，喜马拉雅地区是分隔欧亚大陆与印度大陆的一片汪洋大海，它属于古地中海的一部份，称特提斯海。印度板块向北漂移、俯冲时，古特提斯海地壳的残余碎块被挤出地表，形成了我们今天看到的蛇绿岩套。因此，在板块学构造说中，印度河与雅鲁藏布江一带，被称为印度板块与欧亚板块碰撞的地缝合线。[10]

其实不然，蛇绿岩套是地壳岩石层张裂的结果，与板块碰撞与挤压没有关系。青藏高原是世界上最年轻的一个高原，地质学家们在这里发掘出大量古代海洋生物的化石，如鹦鹉螺、三叶虫、珊瑚、笔石、菊石、海百合、苔藓虫、百孔虫、海胆和海藻等的化石。这些化石遗迹表明，在五千多万年以前，青藏高原一带还是一片海洋，这里的地壳是由大洋板块性质的岩石层组成的。在喜马拉雅造山运动中，如果青藏高原的地壳发生张裂，裸露出蛇绿岩带，则是一件很正常的地质现象。上个世纪七十年代，中国的地质学家对雅鲁藏布江的起源进行了考察，确认雅鲁藏布大峡谷是一条大断裂带。以断断续续出露的蛇绿岩套为标志，雅鲁藏布江上、中游江段发育在东西向大断裂带上。这一地质考察结果，为雅鲁藏布大峡谷起源于板块张裂的观点提供了佐证。[11]

总之，在板块运动过程中，无论是陆洋板块碰撞还是陆陆板块碰撞，都只能形成一种汇聚型边界——俯冲边界，所谓地缝合线是不存在的。俯冲边界的结构特征是，上仰板块和下潜板块在弯折处发生张裂，在板块的表层或底面形成了深浅不一的V型裂隙。