李延兴,何建坤,张静华等太平洋板块的现今构造运动与板内形变应变

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1、李延兴，何建坤，张静华等.太平洋板块的现今构造运动与板内形变应变场.地球物理学报，2007，50（2）0437-0447太平洋板块的现今构造运动与板内形变应变场李延兴1何建坤2.张静华1郭良迁1张中伏1杜雪松11．中国地震局第一监测中心，中国，天津2．中国科学院地质与地球物理研究所，中国，北京摘要推导建立了板块整体旋转线性应变运动方程。根据太平洋板块(PCFC)上大地测量的观测结果，建立了PCFC的整体旋转线性应变运动模型，该模型与板块实际运动状态的符合程度明显地优于刚体运动模型。研究表明：PCFC现今的旋转速度比过去3Myr的平均旋转速度加快

2、了0.037º/Myr；在PCFC内部水平形变是比较小的，在赤道以北和204.5ºE以西地区存在一致的向西形变，平均形变速率为0.7mm/yr，在其它地区存在一致的向东形变，平均形变速率为1.1mm/yr；PCFC内部水平应变场的空间变化是有规律的，在PCFC的西北部，主压应变轴为NW-SE方向，主压应变率大于主张应变率；在PCFC的东南部，主压应变轴为NE-SW方向，主张应变率大于主压应变率；PCFC的东南边界是扩张边界，边界附近的主张应变率最大（平均为1.51×10-9/yr），主张应变轴基本上与洋中脊的扩张方向一致；PCFC的西北边界是俯

3、冲边界，边界附近的主压应变率最大（平均为0.75×10-9/yr），主压应变轴基本上与太平洋板块的俯冲方向一致。关键词PCFC整体旋转线性应变运动模型板内形变应变场1引言按照传统的板块构造理论，板块是一个刚体，板块的边界是狭窄的，板块的形变只存在于边界带上，内部是不发生形变的。实际上板块并不是刚体，早在1987年Wintereretal根据构造学分析，指出大尺度的张应力正在引起太平洋中部Huahine周围地区的形变，并称为“Superswell”。在1998年Gordon就曾指出板块的非刚性，Burbidge,etal(2004)和Nanjo,

4、etal(2005)研究指出板块是可变形的。板块边界也并不是狭窄的，而是发散的(Gordon,1998)。许多研究者发现，在“稳定大陆内部”存在地震活动（Johnston,1989;1994;Crone,etal.,1997;Birdetal.,1999;Sandiford2003），并认为这些地震是由大陆内部弹性应变积累引起的。一个板块在周围板块的作用下，它的整体将发生旋转，它的边缘和内部将发生形变。既然板块是可变形的，就应当研究板块内部形变的规律，建立板块的非刚体运动模型。本文试图根据PCFC上大地测量的结果建立PCFC可变形的运动模型，同

5、时研究PCFC内部的形变、应变场。2板块的整体旋转线性应变运动方程板块一般被视为刚体，其运动用方程（1）描述（1）10式中、是板块上任一点（λ、）的东向与北向速度，r为地球半径，ωx、ωy、ωz为板块的欧拉矢量。板块并不是刚体，一个板块在周围板块的作用下，它的整体将发生旋转，它的边缘和内部将发生形变。板内地壳的运动主要包括板块整体旋转产生的运动与由于内部形变产生的运动。大地测量站都是建在地壳上，因此用大地测量观测的地壳运动是板块旋转运动与内部形变的复合运动。在研究大范围地壳运动与变形时应以球面作为地壳运动的参考面，在球面上建立正交曲线坐标系。以

6、板块中心为坐标原点（），纬线为x轴，经线为y轴，板块上任一点沿纬线到y轴的平行圈弧长为其x坐标，沿经线到x轴的子午圈弧长为其y坐标，则有（2）假设板块内部的运动是连续的，板块发生变形后，板块上任一点沿经向、纬向的位移、的全微分可表示为（3）（4）假设在一个板块内部，、、和是位置的线性函数。设（5）（6）（7）（8）将式（5）~（8）代入式（3）、（4），积分得到（9）（10）式（9）与（10）可表示为矩阵++(11)在方程（11）中，、是位移量。如果、是单位时间的位移量，则与10就分别为东向与北向的位移速度与。方程（11）右边的最后一项是围绕以

7、地球中心和板块中心连线为旋转轴的一个旋转量，为旋转角。在单位时间内，就是旋转角速度。板块的整体旋转可用方程（1）表示，板块内部的变形可用方程（11）表示，板块上任一点的运动是上述两种运动的合成，根据物体运动速度合成法则得到++(12)方程（12）右边的第1项和最后一项都是旋转量，根据球面上板块旋转的欧拉定律，这两项可合成为一个旋转量，方程（12）可简化为（13）,,,,方程（13）即为统一描述板块整体旋转与线性应变的运动方程。在方程（13）中，有12个未知数：、、、、、、、、、、、。前3个是旋转参数，后9个是应变参数。方程右边的第一项代表了板块

8、的整体旋转运动，第2-4项代表了板块内部的连续变形，因此板块的运动是它的整体旋转与内部变形的复合运动。在方程（13）中，若9个应变参数~全为零，则方程