漫话太平洋板块（7）
胡经国
六、太平洋板块运动
㈠、运动方向
资料显示，根据有关材料，位于太平洋板块上的夏威夷群岛是由一个固定不动的岩浆上涌通道所形成的火山喷发而形成的。根据有关图中火山岛的形成时间，西北最早，向东南形成年代越来越晚，最早形成的火山岛已经移动到西北部。由此可以推断，太平洋板块的移动方向是由东南向西北运动。
另有资料显示，巨大的太平洋板块朝西北、西及北的海沟俯冲推移。太平洋板块与亚欧板块和印度板块的汇聚速率，在日本－汤加海沟—带达到最大，可达9cm/a。汤加海沟以南，日本海沟以北，汇聚速率递减；向南至克马德克海沟，向北至阿留申海沟，减至7cm/a左右。在马里亚纳和菲律宾海沟附近，海沟出现分叉现象，其间夹着菲律宾海板块；由于间夹板块处于环太平洋汇聚挤压带范围内，因而其间并未出现离散型边界。亚欧板块与次级菲律宾海板块之间相对运动的旋转极在日本北海道东北；它们的汇聚速率在日本九洲附近为（3～4）cm/a，向南逐渐增大，至中国台湾以南增大到7cm/a以上。太平洋板块东边一侧，沿秘鲁－智利海沟，次级可可板块和纳兹卡板块与南美洲板块相互对冲（俯冲和仰冲），其汇聚速率也在9cm/a以上。
㈡、现今相对运动速度、方向及类型
金双根等（2000）《太平洋板块运动和形变及其边缘现今相对运动》一文摘要指出，环太平洋构造系是地球的一个巨大构造系。它集汇聚型、分离型和转换型板块边界于一体，是全球火山、地震最活跃的地带。该文基于空间大地测量技术长期测得的速度长，分析了太平洋板块的运动和形变，并且利用空间技术测定了太平洋边缘地带转换断层、洋中脊扩张以及海沟边界汇聚与俯冲相对运动速度，获得了太平洋板块及板内的现今运动特征。结果表明，太平洋板块整体以70.1毫米/年的速度向西北移动；北太平洋板块具有刚性特征，而南太平洋板块则东西向存在拉伸，具有非刚性特征。
环太平洋构造系位于北美洲、纳兹卡、南极洲、澳大利亚、菲律宾和亚欧板块之间，其面积为地球的1/4，是全球尺度的一级构造系。由于东印度洋中脊和大西洋中脊的扩张，使澳大利亚、北美洲和亚欧板块向太平洋板块汇聚，因而太平洋板块边缘运动和形变非常复杂，是全球构造活动最活跃的地带。其板块相对运动状态包括以下三种：一为彼此接近的汇聚型板块运动；二为彼此远离的分离型板块运动；三为彼此交错的转换型板块运动。
长期以来，环太平洋边缘地带板块相对运动速度主要是根据东太平洋中脊（海隆）、转换断层和海沟俯冲带的地磁条带图像、地壳岩石采样年龄和地磁倒转史年表测定的。其是否正确，尚待空间大地测量技术检测。
利用高精度空间大地测量技术测得的环太平洋边缘地带转换断层、洋中脊扩张及海沟边界汇聚与俯冲的相对速度表明，东太平洋中脊（海隆）以69.6～149.6mm/a的速度在扩张。北美洲大陆西海岸圣安德列斯断层以41.9mm/a的速度在在相对滑动。太平洋板块与北美洲板块、菲律宾板块和澳大利亚板块分别以60mm/a、30.3mm/a和60～95mm/a的平均速度在汇聚。而且，太平洋板块整体以70.1mm/a的平均速度向西北移动；以70mm/a的平均速度向北美洲板块汇聚。
上述结果是基于近20年内利用空间大地测量技术实测速度场而得到的。因此，所求得的相对运动速度反映了环太平洋边缘的现今运动特征。
从太平洋边缘的运动类型来看，太平洋板块南、北部分明显具有反对称性。南太平洋边缘主要是扩张型边界，即反映南太平洋运动状态为拉伸型；北太平洋边缘主要是汇聚型边界，即反映北太平洋运动状态为收缩型。
㈢、运动转向
据报道（20071022），《太平洋板块的转向》指出，根据夏威夷－帝王岛链的重新定年与澳洲－南极洲板块重建的结果，还原了5000万年前太平洋板块运动转向的机制。
夏威夷－帝王岛链是早期研究热点与板块运动最重要的证据之一。其中，帝王岛链位置较北、南北向分布；夏威夷岛链位置较南、北西－南东向分布。岛链的形成年代有规律地由北向南变得年轻；不同方向分布的岛链交界处，形成于距今4300万年前。虽然地球物理学家提出地幔对流等相关模式来解释太平洋板块在此时间转向的机制，但是在同一时间却没有任何与太平洋板块相关的活动发生，这让人相当不解。
最近，经过重新定年的结果显示，夏威夷－帝王岛链转折处的形成年代，应该要修正到5000万年前。如此一来，在同一时间太平洋周围所发生的板块运动就包括有：澳洲和南极洲之间的分离、马里亚那海沟和东加海沟的形成。而使得西太平洋板块由向北运动转向西北运动的关键，则是由于太平洋－伊奘诺尊（izanagi）洋脊的隐没而造成的，使得整个太平洋板块的运动动力来源从洋中脊推动转变成隐没板块拉动的机制，于是太平洋板块便开始转向。（注：伊奘诺尊，日本语，是日本神话中开天辟地的神祇。）
板块运动的重建往往由于数据的残缺不全而困难重重。偏偏最有效的地球物理观测证据，却大多只能提供现今地球的运作，而非过去的地球。能够像这样从分散各地的蛛丝马迹中把历史拼凑起来，确实是相当不容易的一件事。
㈣、向亚欧板块俯冲
太平洋板块向亚欧板块俯冲，为何亚洲东部没有形成高耸的山脉？
在板块构造学说中，全球岩石圈被划分成六大板块和一些次一级中、小板块。这六大板块包括：亚欧板块、非洲板块、美洲板块、南极洲板块、印度洋板块和太平洋板块。板块处在不停的运动之中，板块之间的边界可以分为相互碰撞挤压的“消亡边界”和相互张裂分离的“生长边界”。
消亡边界主要包括：地中海喜马拉雅消亡边界和环太平洋消亡边界。其中，由于边界两侧板块性状的不同，因而板块碰撞结果会产生不同的地表形态。
如果陆地板块和陆地板块相碰撞，比如位于印度洋板块的南亚次大陆和亚欧板块相互碰撞挤压，那么就形成了世界上最高的褶皱山脉喜马拉雅山脉和最高的高原青藏高原。
如果陆地板块和海洋板块相碰撞，那么海洋板块就会俯冲到陆地板块的下方，从而形成海沟；同时根据陆地板块的物理性状不同又可以分为两类。
一类是类似太平洋板块、南极洲板块和美洲板块的相互碰撞。由于美洲板块相对坚硬，因而就直接在陆地一侧形成了巨大的科迪勒拉山系，而在海洋里则少有岛屿分布。
另一类是类似太平洋板块和亚欧板块的相互碰撞。由于亚欧板块相对较软，在碰撞过程中发生了较大的形变，从而在相对上升的部分出现了岛弧，相对下降的部分出现了海洋，而在陆地一侧形成的山脉也相对破碎。不过，中国东部呈北东－南西走向的一系列山脉，如台湾山脉、长白山、武夷山等都是板块碰撞挤压的结果。
㈤、与美洲板块碰撞挤压
太平洋板块与美洲板块碰撞挤压形成的褶皱山是海岸山脉和落基山脉。笼统地将科迪勒拉山系说成是由太平洋板块与美洲板块碰撞挤压而形成是不够妥当的。
从板块构造图分析，安第斯山脉应是由美洲板块与南极洲板块碰撞而形成的。
㈥、太平洋板块运动与中国地质
1、太平洋板块发展与中国东部构造运动的内在联系
据报道（20200117），根据研究，古太平洋区域大约在晚侏罗世形成于伊泽奈奇板块、法拉龙板块和凤凰板块的三联点处（Setonetal.，2008）；大约在晚白垩世早期伊泽奈奇板块俯冲沉没之后才与亚欧大陆接触（孙丰月等，1995）。另有学者根据全球洋底磁条带的研究（Candeetal.，1989）认为，太平洋存在6个增生期，从老到新对应的年代依次为：156.6Ma、137Ma、97Ma、58Ma、36Ma、10Ma。如此看来，现今的太平洋板块应该至少在156.6Ma之前即已有雏形；之后一直在生长、扩张，直至目前状况。而巧合的是，根据磁条带解译出的太平洋的6个增生期中的前3个，恰恰对应着中国东部已知的燕山运动期的3次重要成岩成矿作用；在研究区内即为：160～155Ma的S型花岗岩浆作用及斑岩型铜钼多金属成矿作用、135～110Ma的I型中酸性岩浆作用和大规模金成矿作用及晚期斑岩型铜钼多金属作用、95～75Ma的碰撞后A型富钾中性－中酸性岩浆活动。中国东部岩石圈地幔和上覆基性下地壳的拆沉作用，可能起因于中生代伊泽奈奇板块向亚欧大陆俯冲的底部侵蚀作用（Zhangetal.，2009）。
一定类型的矿床在时空上常与相应类型的板块构造相关联，特别是与板块的边界有关（Sawkins，1990）。中国胶东地区出现的上述矿床组合，与太平洋板块的活动期具有良好的对应性，暗示二者存在一定的内在联系。那么，太平洋板块是如何作用于该区的呢？问题的答案似乎可以聚焦在太平洋板块的西邻伊泽奈奇板块上来。后者借助前者扩张产生的巨大推力，完成了对亚欧大陆的深俯冲；整个过程受该期该区多个构造边界应力作用的综合控制。
伊泽奈奇板块向中国东部大陆碰撞，大致经历了以下几个阶段：
第一阶段：当扬子板块再次与华北板块碰撞时，开始向亚欧板块慢俯冲，时间大致为180～140Ma。此俯冲对上部板块起到了底垫作用，岩石圈加厚，弧后大陆呈现拉张环境，引发了壳源岩浆的上涌。重力失衡或岩石圈伸展过程引起的造山带构造坍塌，能够导致加厚造山带岩石圈部分熔融。大别－苏鲁造山带各种成分碰撞后岩浆岩的出现，表明俯冲加厚造山带岩石圈在不同层位发生了部分熔融（张娟，2011）。
第二阶段：大约在137Ma，受太平洋板块第二期增生的影响，同时可能与华北板块下部岩石圈拆沉相耦合，伊泽奈奇板块的俯冲速度加快，俯冲角度变大。郯庐断裂发生大规模左行平移；胶东地区地壳内为挤压环境。
第三阶段：在125～100Ma，可能受北东部法拉龙板块的强力反弹或其边缘板块的扩张影响，北部受力增加，伊泽奈奇板块俯冲方向由NNW向转为NWW向。由于伊泽奈奇板块俯冲方向与早期扬子板块俯冲方向不一致，因而可能起到了“掰折”作用，同时也可能存在下插板片由于脱水变脆发生断离或者触发板块上边界地震（江国明，2008），从而加剧了岩石圈的破坏和拆沉作用，地幔物质大规模上涌，壳幔强烈作用。胶东地区原发育的NE向压扭性断裂瞬间打开，变为张剪性断裂。
第四阶段：在～100Ma，随着太平洋板块的又一次增生，伊泽奈奇板块俯冲方向重又变回NW向，直至深插华北板块下部，太平洋板块接续俯冲至今。
有些学者对是否板块俯冲能有如此的远程效应存在疑虑。事实证明，板块俯冲的影响范围是“深”“远”的。板块低角度俯冲的影响距离可以达到数百千米，如智利安第斯岩浆弧斑岩型铜矿带即远离海沟大约200公里（陈衍景，2004）。Huang等（2006）利用P，pP，PP和PcP等波形数据，深入研究了中国及周边地区下方太平洋板块的俯冲情况。结果发现，太平洋板块从日本海沟俯冲后一直到达600公里深度；然后，在地幔过渡带内由垂向俯冲转为横向推移，延伸至中国太行山以东的地区下方而停滞。沿海沟向南，太平洋板块整体连续地俯冲到大陆岩石圈以下，并且最深的部分已经越过了地幔过渡带（江国明，2008）。由于俯冲板块内的温度比周围地幔的温度低很多，因而必然引起强大的热对流，从而扰动地幔，造成下部岩浆强烈活动；同时板片发生熔融，形成岩浆快速上升，携带大量地幔物质进入地壳，参与成岩成矿作用。中国东部发育的火山岩带，总体呈NE向分布（耿文辉等，2006），时代向ES方向变新，而钾及全碱含量则向NW方向增高。这反映了晚中生代时大洋板块向亚洲大陆的强烈消减这一过程。以晚侏罗世到早白垩世为主要活动时期的亚洲大陆边缘火山－深成岩带的出现，标志着环太平洋西带新演化阶段的开始。
金双根（2002）根据最近20年内空间大地测量技术实测速度场，计算出的各个板块相对于太平洋板块的现今运动速度显示，太平洋板块与北美板块、菲律宾板块、澳大利亚板块之间汇聚的平均速度分别为：60mm/a、30.3mm/a和60～95mm/a；其整体以平均70.1mm/a的速度向NE移动。平均大洋板块运移速度可达50～60mm/a。按此速度测算，只需要大约10Ma的时间，伊泽奈奇板块即可达到目前太平洋板块下插板片的规模，也就是说自156.6Ma开始至大约145Ma左右完成。此后，下插板片发生断离、部分熔融、脱水变脆引发深源地震，扰动地幔物质平衡，引发大规模岩石圈拆沉，地幔物质上涌，发生成岩成矿作用；至125Ma俯冲板块转向、胶东地区大规模成矿时间差约20Ma，与早期扬子板块向华北板块俯冲造山而后折返的时间跨度大致一致，也与上述作用过程吻合。
2、太平洋板块俯冲重要影响
据《中国科学报》报道（20210705），近日，中科院海洋研究所孙普在《地球科学评论》发表文章，揭示了太平洋板块俯冲对中国东部中生代以来岩石圈减薄和增生、岩浆活动、岩石圈与软流圈界面性质等的重要影响。
据了解，以南北重力梯度带为界，中国东部的地势、地壳厚度、布格重力异常、岩石圈厚度都与西部存在巨大差异。这些差异被认为与中生代时期中国东部的岩石圈减薄有关。
研究人员模拟表明，来自俯冲古太平洋板块的水加入刚性、干的古老大陆岩石圈地幔能够使其粘度降低1～2个数量级，转化为塑性的软流圈地幔，导致岩石圈地幔的减薄。岩石圈减薄导致逐渐变陡的地温梯度（高dT/dP），同时水的加入降低了橄榄岩的固相线，诱发了橄榄岩的部分熔融，这就解释了中生代时期广泛的岩浆活动。
据科研人员介绍，幔源熔体成分在～110Ma前后的截然不同、花岗质岩浆活动在～90Ma的停止以及90～40Ma期间稀少的火山活动，暗示古太平洋板块俯冲在～90Ma时停止，导致的直接结果是上地幔中水含量的降低，软流圈顶部粘度增大并且转化为岩石圈地幔，岩石圈发生底部增生、增厚。90～40Ma幔源熔体随年龄降低逐渐增大的FeO和Dy/Yb、逐渐降低的SiO2/MgO和重稀土（如Lu）含量，与这一期间逐渐增大的熔体抽离深度和逐渐降低的部分熔融程度一致，即岩石圈厚度逐渐增大。
现今，中国东部之下的岩石圈－软流圈地幔交界（LAB）是角闪石脱水固相线，地温梯度线（～60mW/m2）与脱水固相线相交于～90km，与中国东部大部分地区80～100km的LAB深度一致；超过90km深度，富集挥发分和不相容元素的初始熔体出现。这解释了中国东部软流圈顶部地震波低速带（LVZ）的存在，同时也解释了中国东部新生代玄武岩的成分富集特征。
3、太平洋板块俯冲对中国的影响
据报道（20210604），有人问，专家发现新情况，太平洋板块已潜入中国大陆下方600公里处，危险吗？
从太空照片上看，地球就像是一个蓝色水球，因为大部分表面积都被水覆盖着。但是实际上，地球是一颗岩石行星。因为海洋底部还是沉积物和岩石。由于巨大压力的原因，地面下方是数百公里厚岩石，它们将地球内部紧紧包裹起来，形成坚固的岩石圈。
或许你会觉得地球地面牢固可靠。如果你真是这么想的话，那就大错特错了。由于受到外部力量和内部力量的双重作用和影响，地面在缓慢发生沉降、抬升、俯冲和拉伸等相对运动。专家根据岩石圈运动情况，将地球岩石圈分为六大板块，即：太平洋板块，亚欧板块，非洲板块，美洲板块，印度洋板块和南极洲板块。
这六大板块相对运动错综复杂，让地球超级大陆一直处于“分久必合，合久必分”的循环当中。现在，科学家发现了新情况，太平洋西北部一块古老区域正潜入地球地幔过渡带，它正在中国大陆下方600公里处向陆地延伸了数百公里；而这块古老的海床被确认是太平洋最古老的海床遗迹之一。
这项新研究得益于遍布在中国东北地区的300多个地震台站。它们组建成庞大的地震波检测网络。中国和美国的科学家根据从地底下传播来的地震波研究地质构造，亲眼见证了这一史诗级的自然现象，原本属于太平洋板块的区域正在潜入亚欧板块下方。
受外部力量和内部力量的作用和影响，地球板块之间一直都在发生相对运动。那么，板块相对运动有什么影响呢？我们知道，在地球上面积最大的板块是太平洋板块。它与亚欧板块，美洲板块，印度洋板块和南极洲板块相接，是世界上相对运动最复杂的板块之一。
板块之间的挤压、拉伸等相对运动会产生应力，而应力释放就则以地震与火山方式表现出来。太平洋板块边缘是世界上地震火山最多的地区。太平洋边缘地震火山地区，称为环太平洋地震火山带；其全长超过14000公里，比地球直径还要长得多。
那么，太平洋板块潜入中国大陆下方600公里处，有影响吗？
由于太平洋古老海床已经潜入中国大陆下方已有数百万年之久，已经与亚欧板块融为一体；并且，最近数百年再也没有移动了。这意味着，它已经成为亚欧板块的一部分。另外，环太平洋地震火山带也不在中国境内；这意味着不会带来地震与火山，因此对中国没有任何影响。
总而言之，太平洋板块是地球上最活跃最复杂的板块，是世界上地震火山最多的地区，60%以上地震都发生该区附近。因此，什么奇怪情况都有可能发生。
4、太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件
孙卫东等《太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件》摘要指出，中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上。但是，有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明，太平洋海山岛链的时空分布显示，太平洋板块的漂移方向曾经发生过多次转折。这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看，太平洋板块俯冲方向的改变，在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角，包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化，以及燕山期大规模岩浆活动等。
该文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma，太平洋板块向南西方向俯冲，造成中国东部岩石圈减薄，软流圈卸载上涌，发生减压部分熔融；大约125Ma，太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折，形成安第斯式的俯冲挤压，岩石圈停止减薄和减压部分熔融，出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入，到110Ma前后，俯冲板块后撤，形成弧后拉张，岩浆活动又重新开始。
5、西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏
朱日祥等《西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏》摘要指出，中国华北克拉通破坏与西太平洋板块俯冲相关是学界的重要共识。但是，西太平洋板块何时开始向东亚大陆俯冲、早白垩世西太平洋俯冲带在何处、东亚大地幔楔何时形成、晚中生代西太平洋俯冲板块如何演化等重要科学问题，一直没有很好地解决。
该文通过综合分析与研究认为，西太平洋板块起始俯冲的时间早达早侏罗世；早白垩世西太平洋俯冲带位于东亚大陆边缘，比现今西太平洋板块俯冲带靠西2200公里；与此相对应，亚欧大陆自早白垩世以来，向东漂移了大约900公里。西太平洋俯冲板块后撤开始于～145Ma，说明东亚大地幔楔开始形成于早白垩世；西太平洋板块俯冲作用对华北克拉通的影响，可能是通过地幔楔增大过程中物质和能量的迁移和交换来实现的。
该文利用地质构造事件，反演了大洋板块在俯冲到地球内部之前的演化过程，提出了燕山运动A幕和B幕发生的原因，分别是西太平洋板块向东亚大陆边缘以高速低角度俯冲和俯冲角度逐渐变低两种不同的地球深部动力学过程新观点。在早白垩世大约130～120Ma期间，西太平洋板块可能已经转变为高角度俯冲、回转与后撤速率达到最大、最终在地幔过渡带产生滞留体。这个过程可能显著改变了所在区域和上覆地幔的物性和粘滞度，导致上覆地幔楔产生非稳态流动，从而导致岩石圈地幔中熔/流体含量急剧增加、粘滞度降低以及岩石圈伸展/减压，并且使其转变为年轻地幔——克拉通破坏。这些认识对于揭示西太平洋俯冲板块与华北克拉通岩石圈地幔之间相互作用过程具有重要意义。
2022年8月15日编写于重庆
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