0 引言

鄂尔多斯盆地南缘构造带主要由3个次级构造带构成，西部为陇县千阳构造带，中东部为渭河断陷带，东南部为运城盆地。其中，渭河断陷带由渭河盆地、运城盆地和灵宝盆地组成，总体走向从近东西向逐渐转为北东向。渭河断陷带是理解鄂尔多斯盆地南缘构造运动的关节点^{[1, 2, 3, 4, 5]}，新生代以来形成西安、固市、运城三个第四纪拗陷中心，三个拗陷区长轴呈右行斜列，拗陷区之间隆起呈近南北向或北西向，与鄂尔多斯盆地北侧的河套盆地带一样,都显示左旋剪切拉张带的特征^[6]。权新昌^[7]认为鄂尔多斯南缘地处秦岭纬向构造体系、祁吕贺兰山字型构造体系、新华夏构造体系和陇西旋卷构造体系的交汇部位，四个巨型构造体系在渭河盆地内互相穿插、制约，互相利用、改造，发生十分复杂的复合联合现象。在华北地区统一构造应力场——“华北系”的影响下，由于北东东南西西的强大挤压，使近东西或北东东向的渭河地堑盆地处于水平拉张状态，这种强大的水平运动(或派生)作用，导致盆地下降、山区上升的局面^[2]。

对鄂尔多斯及周边地块的GPS运动矢量的分析，一些学者已经开展了一些有益的工作。在鄂尔多斯整体研究方面：陈小斌等^[8]认为鄂尔多斯地块运动可以分解为两个部分，一部分为其自身的逆时针旋转，另一部分从属于中国大陆整体运动，二者的叠加形成鄂尔多斯地块现今水平运动状态的宏观表现形式；李延兴等^[9]认为燕山块体相对于鄂尔多斯作北西向运动,而华南块体相对于鄂尔多斯为南东向运动，在鄂尔多斯的南北两侧形成了一对北西南东方向的拉张力,这对作用力促使鄂尔多斯逆时针方向旋转。针对鄂尔多斯南缘或鄂尔多斯南缘的GPS矢量研究也有一定的认识：李天文等^[10]认为陕西地区地壳呈现分块式运动特征，其中关中地区中部站点运动方向较为密集凌乱，西部以北东向运动为主，而东部以南东向运动为主；瞿伟等^[11]认为渭河盆地西部主要受主压应变影响，东部主要受张应变的影响，表现为面膨胀区；戴王强等^{[12, 13]}认为渭河盆地中部与北部以压应变为主，南部以张应变为主，渭河盆地中部的彬县西安蓝田一线两侧存在一个左旋剪切带(东侧)和右旋剪切带；还认为渭河盆地及其周边地区水平运动速率矢量呈现较明显的北东向条带状变化特征，两侧存在一个左旋剪切带(东侧)和右旋剪切带，东部的左旋剪切带即剪切应力集中区与铜川泾阳临潼渭南小震密集带有较好的对应关系，在其西侧同样是剪应力较高的带，地震发生却相对较少；张永志等^[14]基于GPS水平速度场的模拟计算显示渭河盆地山区应力场以增加为主，盆地以应力场减小为主。

大地测量工作者开展的GPS矢量分析整体上是基于矢量群体特性展开的，而缺乏具体断块细节差异的关注与研究，大地测量学者关注大地块整体运动趋势，鲜有对偏离整体趋势的GPS矢量数据进行科学解释。本文旨在应用看似杂乱的GPS数据结合更加详细的断裂与断块展布规律，提出动力学模式；该模式使地块细部的相对运动与GPS水平速度相一致，为应用GPS数据研究地块细部运动差异提供一种可用的研究思路与研究模式。 1 断裂分布与地块划分

根据前人^{[15, 16, 17, 18, 19, 20]}的研究成果，并结合GPS矢量的运动关系，重新厘定了鄂尔多斯南缘断裂的交切关系，并将这些交切关系与断块的GPS矢量相协调，获得如图 1所示的断裂与断块体系，这些断裂带的基本位置和名称尽量继承前人的研究。

韩恒悦等^[5]曾经提出鄂尔多斯南缘第四纪断块的划分，在渭河盆地中,可划分出宝鸡凸起、咸阳凸起、蒲城凸起、骊山凸起及西安拗陷和固市拗陷，这是服务于油气勘探的隆起拗陷划分。笔者结合鄂尔多斯南缘的盆地断裂展布状况，认为鄂尔多斯南缘的变形主要受这些断块的控制，这些断块的划分并不是严格意义上的地块，而是一定程度上考虑GPS数据量的地块划分。这些地块之间的相向运动说明存在挤压，相背运动则可能存在拉张，地块之间的受力不是孤立的，而是相互作用的。 2 地块运动模式分析 2.1 鄂尔多斯南缘GPS矢量与断块运动解释

依据鄂尔多斯南缘的断裂及断块体系(图 1)，再根据戴王强等^{[12, 13]}的GPS矢量数据，可以研究这种看似杂乱无章的GPS矢量所表达的现今地块运动趋势。参考GPS数据的分布及密度，将图 1中的主要断裂及断块简化为如图 2和图 3所示，划分的微小断块精度以主要地块保证有矢量数据覆盖为宜。经过对GPS数据的归类、向背分析、对称分析等工作，得到两个矢量相背的对称主轴(应力主轴)，据此将地块与GPS矢量数据分区进行研究，鄂尔多斯南缘的GPS矢量与断块运动的关系进行的解释与分析如图 2所示。大致的研究过程如下文所述。

F1.秦岭北缘断裂；F2.渭河断裂；F3.岐山——口镇断裂；F4.交界断庄河沟逆冲断裂；F5.五峰山——嵯峨山逆冲断裂；F6.韩城——骊山断裂；F7.蒲城——独店断裂；F8.双泉——富平断裂；F9.宝鸡——铁炉子断裂；F10.石门断裂；F11.金锥镇断裂；F12.华山山前断裂；F13.山阳——凤镇断裂；F14.镇安——板岩镇断裂；F15.成县——太白山断裂；F16.凤县——两当断裂；F17.西秦岭北缘(天水——宝鸡)断裂；F18.八渡——虢镇逆冲断裂；F19.新集川——岐山断裂；F20.铜城——龙门逆冲断裂；F21.彬县——蓝田断裂。断裂数据根据文献[15,16,17,18,19,20]整理并改绘， 地震数据根据文献[5, 16, 21, 22]整理。图 1 鄂尔多斯南缘构造带块体及断裂划分Fig. 1 Blocks and fractures in Southern Ordos margin tectonic belt

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GPS矢量数据据文献[13]；参考点为彬县。 图 2 鄂尔多斯南缘GPS矢量与断块运动关系解释图Fig. 2 Diagram of the relationship between GPS vectors and the moving blocks in Southern Ordos margin tectonic belt

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图 3 鄂尔多斯南缘现今挤压动力学模式图Fig. 3 Kinetic model diagram in Southern Ordos margin tectonic belt

图选项

1)图 2中存在两个GPS运动矢量背离区，西部背离区的对称轴线为OO’。来自于研究区西南方向(中秦岭动力楔)的北东向挤压力在渭河盆地南部传递到达本区，挤压应力中心作为应力主轴线OO’，以主轴线OO’南端为起点顺时针划分了11个区域(A区——K区)，西部的矢量背离区为图中的D区和E区，D区GPS矢量指向北西，E区GPS矢量指向南东，D区和E区中间存在一个大致的对称轴，这个轴大致可用图 2A区中西部(绿色)的应力轴线OO’来表示。同时，B区和C区 GPS矢量指向北西，J区和K区GPS矢量指向南东，也发生对称于OO’的背离。

2)东部也存在一个明显的背离带，H区GPS矢量主要指向北西，I区GPS矢量指向北东，和西部的近180°背离不同的是，东部的背离整体呈接近直角产生背离;说明东部数据群存在一个指向北西的环境矢量，这个环境矢量就是来自东南方向挤压导致的整体运动矢量。同样找到H区和I区也

存在一个大致的对称轴，这个轴大致可用图 2中东部(绿色)的应力轴线MM’来表示。 3)东区和西区的两个对称应力轴线就是地块挤压应力集中点，西区挤压力主要来源于西南方向，而东区挤压力主要来源于东南方向。

4)东、西两区存在一个控制范围的界限，在图 2中用粉色虚线表示，这个界限还需要根据GPS矢量的分解进行微调和确定。

5)由于西区的压力来源于西南部，可以认为图 2中最西南方向的5号GPS矢量就是挤压应力的来源方向，则在西区产生整体上和5号GPS矢量平行的区域挤压力；将西区的GPS矢量分解成两部分，其中一部分为和5号GPS矢量平行的矢量，分解后的西区矢量如图 2所示。

6)在B、C、D 三个区内，和5号GPS矢量垂直的矢量大致符合远离应力轴线OO’方向变大的趋势，本文称这个背离应力轴线OO’的分矢量为“逃逸分矢量”。1、2号GPS矢量的“逃逸分矢量”大小明显地大于9、10号矢量的“逃逸分矢量”，存在背离应力轴线OO’方向“逃逸分矢量”加大的趋势。在西区应力轴线OO’的南东部的E、L、K 三个区中，20号矢量的“逃逸分矢量”大小明显地大于12号矢量的“逃逸分矢量”。同样符合背离应力轴线OO’方向“逃逸分矢量”加大的趋势，这体现了挤压变形和地块逃逸的作用。

7)通过“彬县参考点”的北西——南东向走滑断裂(彬县——蓝田断裂)是一个重要的断裂，该断裂将西部的D、E区和东部的F、G区分隔开；并且，彬县蓝田断裂走向和东区的主体矢量大致平行。

8)G区18号矢量较重要，其存在垂直于应力轴线MM’的分矢量方向，指向MM’，而非背离MM’，说明18号矢量仍然受西区挤压力的控制;而21、22两个矢量垂直于东区应力轴线MM’的分矢量方向背离应力轴线MM’，说明这两个矢量受东区挤压应力的控制。因此东西区的分界线应该在18号矢量和21、22矢量之间。15号和25号矢量的分矢量均背离东区应力轴线MM’，但是鉴于所在地块为楔形地块，存在向西的挤出矢量，仅将25号矢量划归东区，而15号矢量划归西区。

9)另一个影响东西区分区界限的是图 1中的F₁₀断裂。F₁₀断裂两侧的南北向断裂明显被F₁₀错开，体现出F₁₀存在左旋走滑特征，认为F₁₀可能是东西区分界断裂。由于东区的相对运动导致的左行错动，这种猜测并不是非常可靠，但是也不失其合理性，并且不影响本文的分析结果。

10)很多楔形地块发生构造挤出-逃逸，如西区的众多带有“逃逸矢量”特征的都发生地块的挤出逃逸。

11)还有一些地块与周边环境的整体矢量特征相悖，大多是由于局部的楔形地块挤出导致的。6号矢量存在指向应力轴线OO’的方向矢量，是由于所在地体的挤出逃逸分量导致的，15、25、19、20与28号矢量也属于由地体挤出逃逸分量所引起的。而1、2、20、28与29号这些数值较大的矢量主要是由于楔形地块的构造挤出导致的。这些区域的震源机制的研究应该充分考虑走滑作用的影响。 2.2 鄂尔多斯南缘微地块群运动模式

将图 2中的主要断裂、主要断块群的运动方向及模式简化为图 3所示。在图 3中，来自于研究区西南方向(中秦岭动力楔)的北东向挤压力在渭河盆地南部沿着应力主轴线OO’传递到达本区。由于中秦岭造山带中地块东西各存在一个楔形地块，这两个楔形地块会发生挤出逃逸，逃逸本身消耗一部分挤压应力，使得东西两个楔形地块均不能高效地传递挤压应力，相对的中间地块则成为挤压应力的高效传递区。渭河盆地内应力垂直于应力轴线OO’向两侧应力渐小，应力梯度轴两侧地块由于受到平行于应力轴线的挤压应力而变形，并沿着应力轴线向两侧伸展，这是盆地西北部地块(扶风、乾县、永寿地块)向西北运动的动因，而应力轴线OO’的南东地块(蓝田地块、西安地块东部)则向北东部伸展变形。

应力轴线OO’两侧的三角形(楔形)地体会发生构造逃逸，渭河断陷带西部的宝鸡、凤翔等地块则向西北逃逸，南东部的华山崤山地块、蓝田地块以及秦岭造山带内的地块(图 3中的J区和K区)则产生向南东逃逸的趋势。但是，由于鄂尔多斯地块整体向东运动，同时鄂尔多斯南部存在逆时针旋转，这些东向运动会遭到东部的豫西断隆(鲁豫地块的西缘)的阻挡，发生鄂尔多斯南部和豫西断隆的挤压碰撞，并产生东部的挤压应力轴线MM’，碰撞缩短导致以鄂尔多斯南部彬县为参考点的GPS数据表现为向北西的汇聚，因此，豫西断隆的阻挡碰撞可能是鄂尔多斯南缘现今汇聚应力产生的原因。图 3中G、E、J、K 四个区域向东南逃逸以及豫西断隆向北西向的挤压(导致H、I区域的北西向运动)像一个力偶一样作用在鄂尔多斯东南部，产生广泛的左行走滑格局，这种左行走滑格局在文献^[23]中有较为详尽的论述。东西两个挤压应力主轴OO’和MM’的影响不同，存在着竞争，秦岭动力楔挤压应力控制区和豫西断隆阻断挤压应力控制区之间会存在一个分界线，依据GPS矢量推测的分界线的大致位置如图 2所示。秦岭动力楔挤压应力控制区的应力轴线和豫西断隆阻断挤压应力控制区的应力轴线最终会相互靠近并传递到鄂尔多斯地块内部。 2.3 “多头碰撞”汇聚动力学模式

为何中秦岭能够提供来自南西方向的挤压力呢？这可能与四川地块受力有关。来自四川地块的挤压力(应力轴线OO’)、豫西断隆的阻隔挤压力(应力轴线MM’)和鄂尔多斯地块南缘交汇，相当于3个大型地块的碰撞挤压，这种“三头碰撞”在渭河断陷带内交汇，并形成2~3个“头”间挤出逃逸带，如图 4所示。从本文的研究来看，四川地块和鄂尔多斯地块之间的两个逃逸带(图 4中的A区和B区)是肯定存在的，图 4中的C区和D区两个“头”间是否存在构造逃逸还需要深入的研究，本文由于GPS数据所限未能展开研究。

图 4 “三头碰撞”挤压力渭河断陷带内交汇与“头”间挤出逃逸构造模式Fig. 4 “Three Heads Collision” squeeze intersection and escape tectonic head structure between those “Heads” in Weihe

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此外，本区还存在很多局部的楔形地体挤出现象，如岐山地块基本不存在北西向挤出分量，而是相对于两侧地体存在向东南方向的挤出分量，这两个不同方向的挤出分量接近抵消导致岐山地块仅发生北东向挤压缩短所导致的汇聚。渭南地块东部为三角形地块，由豫西断隆传递而来的阻挡碰撞力经由华山地块传递到渭南地块东部，导致渭南地块东部相对向西挤出，渭南地块西北部则可能向东南挤压缩短，这和泾南断块应该是一致的，泾南断块北西部是一个楔形体，在秦岭动力楔的挤压作用下可以发生向南东方向的挤出逃逸。 3 讨论

从以上分析可见，渭河盆地现今构造应力场有一定的走滑趋势，何时开始形成目前的挤压格局还缺乏相关的研究。渭河盆地东南部的小秦岭(华山地块)断裂体现了走滑错断的效应，目前尚没有这两个断层断错时代的资料。理论上讲，如果现今应力场的出现已经持续较长时间，那么这个持续的变形是有可能造成华山南北断裂目前错动量的。西部的逃逸构造区的应力场是否存在伸展目前还无法确定，其走滑影响是基本可以肯定的，北东——南西向挤压是最大主应力也是可以肯定的。四川地块传递而来，经由中秦岭的动力楔到达本区的来自西南方向的挤压力与鄂尔多斯碰撞，那么鄂尔多斯盆地的旋转和中秦岭究竟谁是主动呢？中秦岭的动力楔是否可以成为鄂尔多斯旋转的动因之一?这些问题还需要深入的研究。

如果研究整个鄂尔多斯的接触与逃逸，则可能出现多头碰撞的格局，鄂尔多斯西北部、东北部、东部均有不同尺度和不同刚度的地体接触围限，限制鄂尔多斯地块的运动，并发生交互作用。地体之间的“多头碰撞”和“头间逃逸”构造作为一种简化的模型“隐含”的前提是地体之间的接触力不是均匀的，不同地体的刚度是不同的，地体的形状不是规则的，那么就必然存在着“点接触”，而以上的“隐含”条件的发生概率是很高的。Tapponnier等^{[24, 25]}针对青藏高原提出“碰撞导致印支等地块挤出逃逸”之后产生深远的影响，在次板块级别的大地块挤出运动研究中被广泛仿效。但是，在小断块级别的碰撞挤出方面的研究却很少，这种形如青藏高原的的面碰撞和本文的“头”碰撞是不同的。本文的“多头碰撞”和“头间逃逸”模式至少和Tapponnier的“碰撞——挤出——逃逸”模式存在以下区别：1)Tapponnier的大地块的碰撞为面碰撞，块体大多倾向于是方形;而本文的“头”碰撞则为点碰撞，并且存在应力峰点和应力轴线，地块总是倾向于是圆形。2)Tapponnier的地块碰撞由于大尺度动力条件，一般为单一方向来源的大型动力学施动地块，如印度大陆的碰撞;而本文的碰撞为“多头碰撞”，是小地块之间的互碰。3)Tapponnier的大地块的碰撞为单向的运动;而本文的“多头碰撞”为多向复杂化的运动。4)Tapponnier的大地块的碰撞主导力学思想为滑移线场理论，以单面碰撞后向四周发散为特征;而滑移线场理论对于解释本文的“多头”碰撞似乎不太适用，本文断块逃逸更多地是较严格地为垂直于应力轴线的逃逸。5)Tapponnier的大地块的碰撞存在影响区域内明显的应力梯度;而本文的碰撞研究区内应力差异较小。严格掌握以上差异或可以更好地理解大地块和小地块之间的碰撞差异。这种“多头碰撞”和“头间逃逸”现象的研究在刚性不同的地体之间的相互作用有一定的普遍适用意义，那些克拉通以及克拉通内部的古陆核一般更倾向于是圆形的，而“头”碰撞产生的局部应力差异可能是影响地块局部差异运动的重要因素。

“多头碰撞”和“头间逃逸”现象会对地震的震源机制有一定的指导意义，碰撞的应力差异必然造成不同的应力场，而逃逸构造提供了大量的走滑运动的机会，使得地块之间的走滑斜压更加普遍，“头间逃逸”构造之中也会不乏更小尺度的局部伸展区域。一般来讲，“头”接触点就意味着挤压应力场，“头间逃逸带”意味着应力的梯度带和变动带，“头间逃逸”带内的地震震源机制大多是复杂的，应用GPS矢量数据计算的现今应力场是理解地震震源机制的重要途径，图 1中的地震震中分布和断裂也有一定的对应关系。对于地块之间哪里是“头”接触点，哪里是“头间逃逸带”可以成为研究大中地块周围震源机制分布的有效途径。

作为应用GPS数据来分析地块运动，以往的研究一般基于宏观规律来研究GPS矢量的区域平均状况，鲜有将单个GPS矢量的差异作为研究对象，更少研究能够利用GPS差异数据结合断裂系统来详细划分地块，分析地块细部的差异运动。基于详细断裂和地块划分，并将地块划分和GPS矢量的数量相结合，是未来应用GPS矢量解决地块相互关系的关键。本文仅做粗糙的探究，最多是一种可用的粗浅研究思路与研究范式。融合GPS矢量与断块细部运动的关系是一个好的思路，但是并不容易，研究中需要融入研究者的动力学概念模式，应用概念模式试错法进行研究，有希望遇到正确的可以融合的模式。本文的研究思路和“离散元”方法有些许近似之处，这也是读者需要思考和借鉴的，将GPS矢量和地块尽量的“离散”并关注离散体之间的相互作用，是从思想理解GPS矢量和地块之间差异和联系的桥梁。 4 结论

1)鄂尔多斯南缘中东部现代构造应力场整体为挤压应力环境，楔形地块普遍存在挤出逃逸，导致局部存在走滑环境。

2)垂直于应力轴带的“挤压伸展”和楔形地块的挤出逃逸是这些地块细部运动的主要动因，也是GPS矢量“杂乱”的主要原因。

3)鄂尔多斯南缘存在来自西南向的挤压应力峰点，向东南运动受限产生与豫西断隆的挤压峰点，四川地块、鄂尔多斯地块、豫西断隆3个地块的“三头碰撞”形成高应力区，“头间逃逸带”形成走滑和相对低应力区。

4)提出地体之间的“多头碰撞”和“头间逃逸”构造模式有一定的普遍性，弄清楚地块之间哪里是“头”接触点、哪里是“头间逃逸带”，可以成为研究大中地块周围震源机制分布的有效途径。