亚洲是现今大陆岩石圈构造变形与演化的典型地区，既有世界上最年轻、最高的“喜马拉雅造山带”，又有世界著名的大陆裂谷带—贝加尔活动裂谷带，吸引了众多中外学者对亚洲地区岩石圈构造变形及动力学机制的研究.蒙古—贝加尔裂谷带位于青藏高原造山带和西伯利亚地台所夹持的亚洲构造域的北端，这是全球最活跃的构造区之一(Tapponnier and Molnar， 1979).目前对蒙古—贝加尔裂谷区地壳运动过程知之甚少(Calais et al., 1998)，但蒙古—贝加尔裂谷区的地壳运动及构造动力学过程、演化对于理解印度—欧亚大陆碰撞挤压及亚洲大陆岩石圈动力学过程具有十分重要的意义.

传统方法利用地质学、地球物理学等学科证据对大陆岩石圈构造变形与演化进行研究，耗时耗力，极大地限制了研究的进度.GPS技术可以准实时的提供高精度、大范围的地壳运动观测数据(Shen et al., 1996；Jackson et al., 1997；Mcclusky et al., 2000)，在板块运动、地球自转、地震监测等方面发挥着越来越重要的作用(Dixon，1991；Larson et al., 1997).当前，高精度GPS定位精度已达到10^-8~10^-9，这足以监测地壳的细微运动与构造变形(Calais et al., 1998；王琪等，2002；张培震等，2002；孟国杰等，2006；唐方头等，2010； 肖根如等，2010；宋键等， 2011，2013)，用较短时间获得精确、大范围的地壳运动观测数据，为定量研究现今地壳形变和构造运动提供了至关重要的手段.因此，GPS观测所获得的高分辨率地壳运动速度成为了反演地壳构造变形和物质迁移的边界约束条件(Calais et al., 2003；肖根如等，2010；宋键等，2011)，在亚洲大陆构造变形与地球动力学研究方面发挥着越来越重要的作用.随着对蒙古—贝加尔裂谷区在地质、地球物理、地球化学、大地测量学等方面的深入研究，对本区的地壳结构及地壳构造运动有了很多新的认识，本文从GPS测量对本区的研究所取得成果方面做一下梳理和归纳. 1 现今构造变形的背景场

蒙古—贝加尔裂谷区位于亚洲的中北部，北侧是欧洲—北亚板块，南侧是中国—东南亚板块(见图 1)，研究表明，这两个次级板块原本不在一起，是后期板块运动逐渐拼贴到了一起.古生代期间欧洲—北亚板块中的西伯利亚地台从赤道向北漂移，石炭纪以来，已顺时针旋转了180°(Smethurst et al., 1998)；中国—东南亚板块中的塔里木地台在早古生代还属于冈瓦纳大陆，在早奥陶世至志留纪快速的移动到赤道以北的中低纬度地区，漂移达3500 km，志留纪至早泥盆世基本稳定，早泥盆世至晚二叠世，以顺时针旋转了67°(朱日祥等，1998)，直到新近纪才达到现今的位置(李永安等， 1995，1999)，中国—东南亚板块中的华北地台在寒武—奥陶纪还位于南半球中低纬度地区，至晚古生代，华北地台越过赤道，处于北半球低纬度地区，从早寒武世至晚二叠世向北漂移了3000 km(朱日祥等，1998).在晚侏罗纪—白垩纪以后，这些小地块才逐渐完成了拼贴(朱日祥等，1998；任收麦和黄宝春，2002)，直到第三纪印度板块的碰撞，最终完成了欧亚板块的形成.这表明，蒙古—贝加尔湖裂谷区构造复杂，是几个次大陆和陆块碰撞汇聚的中心，是典型的地体拼贴构造地区(Badarch et al., 2002；Kovalenko et al., 2004).

图 1

Fig. 1

图 1 蒙古—贝加尔裂谷区位置示意图Fig. 1 Sketch map of Mongolia and Baykal rift zone

贝加尔裂谷区是大陆内部较深的裂谷带之一，从蒙古北部的库苏尔湖沿北东方向至雅库特南部的奥廖克马河，形成了狭长典型的大陆裂谷构造—贝加尔裂谷系(Mats，1993)，这些裂谷从南部的东西向，转成中部的北北东—南南西向，最后在东部从北东—南西向转成东西向(Carole and Jacques， 2006)，大体呈“S”形展布.贝加尔裂谷构造区是在晚白垩纪—始新世夷平面基础上发育的，在白垩纪到古近世这一期间，整个贝加尔地区发育了统一的风化壳，表明这一地区这一时期处于构造平静阶段，新构造运动导致了断裂变形，发生了强烈的构造升降运动，有的凹陷接受了新生代沉积，有的抬升至高处，位移可达10km(杨巍然等，2003).自更新世以来，随着印度—亚欧板块的持续碰撞，其影响逐渐达到贝加尔地区(Molnar and Tapponnier， 1975；Logatchev and Florentsov， 1978)，与此同时，西太平洋地区弧后扩张的远程效应对于贝加尔地区新生代裂谷作用也同样产生了十分重要的影响(滕吉文和张中杰，1997；任金卫和马宗晋，2003).在贝加尔裂谷区形成和发展的过程中，两组走向平行、倾向相反的高角度正断层所组成的边界断裂起着至关重要的作用，这些边界断裂控制着裂谷盆地的发展.从断裂及其控制的盆地形成时间来讲，贝加尔裂谷区形成于渐新世—早上新世，向两侧时代逐渐变新，依次为中新世、晚中新世—早上新世、上新世—第四纪(Ufimtsev，1999).从断层发育的形态上讲，贝加尔裂谷西北侧断裂较东南侧多而明显，但根据地球物理和科学钻探资料，最早形成的断陷盆地在裂谷区的中部，向两侧扩展，裂谷的边界断裂形成时间最晚，根据Mats等(2000)的研究，贝加尔裂谷区西侧的边界断层形成于20万年以来，至今活动明显，断层上盘下降导致盆地水体沿断层每年向岸推进0.6 m.

Dewey和Bird(1970)和国家地震局地址研究所(1981)根据地震震中的带状延续和地貌特征等认为蒙古-贝加尔一线是这两个次级板块的的分界线，任纪舜等(1999)认为这是陆源活化带，是印度板块碰撞后的挤压性构造效应，Gordon等(1995)认为这是板块边界的另一种形式，以大陆内部的岩石圈强烈变形为特征.还有学者提出相左的见解(Osadchy，1991)，认为贝加尔裂谷带实际上是水平挤压带，在统一的挤压应力场下形成了南贝加尔、中贝加尔和北贝加尔盆地，贝加尔盆地总体上为一个逆时针旋转，形成了贝加尔带的“S”形构造，沿着这个带出现了斜交的横向隆起和沉降区.根据目前的研究，多数学者更倾向于贝加尔裂谷区是个张裂区. 2 关于蒙古—贝加尔裂谷区地壳运动的GPS研究 2.1 蒙古—贝加尔裂谷区地壳运动的GPS研究

传统大地测量学为研究现今地壳运动、断层运动提供了直接证据，但传统大地测量学对大区域范围地壳运动观测还存在很多难以解决的瓶颈问题.GPS观测技术很好的解决了传统大地测量学所面临的的瓶颈问题，它可以准实时的提供高精度、大范围地壳运动定量数据，实现了在短时间内获取大范围、高精度地壳运动数据.前人的研究表明，许多地区GPS观测到的现今运动图像和晚第四纪构造变形的图像是一致的(King et al., 1997；Shen et al., 2000，2001；张培震等，2003)，因此，GPS观测所获得的高精度、高时空分辨率的数据可以用来研究蒙古—贝加尔裂谷区现今地壳运动.

蒙古—贝加尔裂谷区GPS站点的建设始于1994年，Calais等在贝加尔裂谷区的南部和西部建立了11个站点，并于当年完成了第一次测量，在4年里(1994-1997)总计完成了4期流动测量(Calais et al., 1998)，测量结果统一在94参考框架下，结果表明贝加尔裂谷区正以4.5±1.2 mm/a的速率向NWW—SEE方向扩展，这一速率是根据其它亚洲模型所预测速率的2倍，但可以和贝加尔裂谷区北部根据地形所推测的全新世以来贝加尔裂谷区5 mm/a的运动速率对应，并根据萨彦—南贝加尔断裂同侧的两个站点没有明显的相对运动推测萨彦—南贝加尔断裂处于闭锁状态.Calais和Amarjargal(2000)根据蒙古乌兰巴托一台连续GPS站观测数据(1995-1998)，计算出蒙古—贝加尔裂谷区在相对欧亚板块N125±30°方向上，地壳扩张速率达到了6.4±1.6 mm/a.

Calais等(2003)根据他们在贝加尔地区自1994年和在蒙古西部地区自1997年建立的由44个站点构成的GPS观测网，这些站点至少观测了3期数据，利用这些数据确定了在相对稳定的欧亚板块框架下的地壳形变速率.结果表明，贝加尔裂谷区正以4 mm/a的速率扩张，蒙古西部地区表现为南北方向的挤压缩短，蒙古中东部地区表现为东向到东南向的左旋剪切，这种左旋走滑被Tunka fault，Bolnay fault和Gobi Altay fault所调节分解，并进一步给出印度—欧亚板块碰撞缩短量的15%被天山、蒙古阿尔泰及蒙古中东部地区的左旋走滑断裂所吸收.

孟国杰等(2006)利用贝加尔湖地区1994-1997年3期GPS观测结果，通过对位移速率和应变分量的研究分析认为，目前贝加尔湖地区整体处于拉张状态，拉张速度约为4.5±1.2 mm/a，拉张方向为NW—SE方向，地壳应变是不均匀的，东西部主张应变为NW向，但主压应变方向表现不一致，东西部的应变大于中部，最大为5.4×10^-8，最小应变为2.6×10^-8.贝加尔湖南部地壳处于压缩状态，压缩方向为NNW向和NNE向，东西部剪切应变比中部大，东西部剪切应变方向基本一致，表现为近南北向.GPS所揭示的应变结果与地质和地震学结果基本一致.

刁法启等(2009)人以Calais等人所观测的蒙古—贝加尔地区GPS地壳运动速度场数据作为基础资料进行数据融合，通过对该区域应变率场和应变能变化率场的研究分析，认为蒙古褶皱带以南区域表现为北北东—南南西方向的挤压，但剪应变和面膨胀均较弱，蒙古褶皱带目前比较稳定；贝加尔裂谷区处于拉张状态，表现出较强的剪应变和面膨胀作用，表明其张裂过程比较复杂，可能存在多种机制控制裂谷的张裂.

目前，对于蒙古—贝加尔裂谷区及周边地区GPS数据的融合分析，最大的问题是能否在GPS原始观测数据的基础上进行数据的整体处理和统一的联合平差，由于很难获得或无法完整获得原始GPS观测数据，所获得的数据往往是不同研究者各自处理获得的速度矢量结果.这些结果因为参考框架的不同，即使是同一参考框架，由于定义站点不同，也会对结果产生直接的影响(肖根如，2011).这种差异对于局部地壳形变研究而言，影响不大.但如果将不同的区域合并在一起分析地壳形变，则会因为参考框架的差异引起不同区域间地壳形变的扭曲.对于这个问题，需要在今后与周边地区的GPS数据融合分析时加以注意. 2.2 蒙古—贝加尔裂谷区形成机制

近年来，贝加尔裂谷地区成为了国际地质学界研究的热点地区之一，在这进行了大量的地球物理测量及相关研究，且取得了丰硕的成果，对解释贝加尔裂谷带的形成、发展演化过程及深部动力学机制提供了十分重要的证据(Petit et al., 1998；Huysmans et al., 2001；Gao et al., 2003； Tiber et al., 2003).

对于裂谷的划分，从不同的角度有不同的划分，CamoЙлов等(1993)按照地球动力学状态划分出东非型(板内裂谷)、东墨西哥型(活动边缘的后方裂谷)、内华达型(活动陆缘轴部裂谷)、贝加尔型(大陆碰撞带的裂谷)四种大陆裂谷类型，杨巍然等(1995)通过对各大陆裂谷构造部位、构造演化和动力机制特征的综合考虑，划分出大陆内部裂谷(东非型)、被动大陆边缘裂谷(中、西非型)、活动大陆边缘后方裂谷(东亚型或东墨西哥型)、大陆碰撞带邻区裂谷(南亚型)、后造山伸展裂谷(西美型，即内华达型)五种大陆裂谷类型.目前比较流行的仍然是Seng?r和Burke(1978)划分的两种类型：主动裂谷作用、被动裂谷作用，对贝加尔裂谷区的形成机制还有不同的认识. 2.2.1 主动裂谷作用(active rifting)

主动裂谷作用被认为主要是由地幔柱、地幔席底辟上涌，呈穹窿上升，致使大陆岩石圈变薄，从而使岩石圈发生伸展作用，形成一些断层，在地壳上层形成裂谷，地幔柱的隆起被认为是导致贝加尔裂谷形成的主要动力(Zorin，1981；Logatchev and Zorin， 1987；Kiselev and Popov， 1992；Windley and Allen， 1993).Lysak等(1992)编制了贝加尔裂谷区的热流图，该图显示出热流等值线平行于裂谷，最高值位于盆地中部，且围绕最高区向两侧对称降低，Crane等(1991)在Frolikha Bay水热口发现这里的热流值一般为500 mW/m²，最高可达1000 mW/m²，在贝加尔裂谷南部地区热流值也高达120 mW/m²(Khutorhkoy and Yarmoluk， 1989).

Zorin等(1989)编制的贝加尔区岩石圈厚度图上，可以明显的看出贝加尔裂谷区的岩石圈厚度表现为中间薄，向四周增厚的趋势，在中心地区与一般在50 km以上，向四周则很快增至150 km以上.张昌达(2001)通过对卫星地磁资料的整理，发现在贝加尔湖地区有明显的磁正异常现象.于平等(2012)根据中俄、俄日的地球物理资料组构了俄罗斯贝加尔湖—日本仙台(BS)断面，发现贝加尔裂谷带下部地壳厚度和周围地壳厚度存在明显差异，认为贝加尔裂谷带属主动式裂谷，形成的动力源主要来自地球构造圈层物质上涌所形成的地幔热柱的垂向作用，司少坤等(2012)利用全球地震台网长期运行台站的远震资料进行分析，研究发现贝加尔裂谷地区地幔过渡带明显增厚，裂谷下方存在小幅度的减薄现象，认为这是由于发生地幔岩浆物质上涌，导致重力失稳，发生了拆沉作用，诱发软流圈物质上涌所致.

另外，这一地区中新世—第四纪中发育的碱性玄武质火山作用都是地幔隆起的佐证.因此，很多学者认为地幔柱在贝加尔裂谷区形成过程中起到了主要作用. 2.2.2 被动裂谷作用(passive rifting)

被动裂谷作用认为贝加尔裂谷区岩石圈板块相互作用产生的差应力导致了贝加尔裂谷区的形成，岩石圈的的伸展破裂在裂谷发展中占主导作用，Molnar和Tapponnier(1975)认为印度板块对欧亚板块的持续挤压导致了贝加尔裂谷区的形成.

vanderBeek(1997)根据贝加尔裂谷侧面的构造运动、地貌、岩石地层、地球物理等资料，采用不同的大陆岩石圈运动学伸展模型，对贝加尔谷系的发展过程进行了深入的研究.

Lesene等(1998)建立二维粘弹性有限元模型，通过对边界条件进行约束模拟贝加尔裂谷区的现今构造变形.最后通过建立三板块模型(西伯利亚板块、蒙古板块、阿穆尔板块)，在没有考虑垂直作用力的情况下模拟了贝加尔地区的现今构造变形，并与现今观测到的变形可以很好的对应，认为贝加尔裂谷的形成主要受印度—欧亚板块碰撞的水平挤压作用，尤其是在裂谷的快速扩张期.

Calais等(1994，2003)根据多期GPS观测结果，认为贝加尔裂谷区目前正以4.5±1.2 mm/a的速率向两侧扩张，这个速率至少是亚洲形变模型所预测的2倍，这主要得益于印度板块对欧亚板块的挤压，除此之外，太平洋板块向欧亚板块的俯冲对陆内变形也起到了一定的作用.

从目前的研究来看，很难说贝加尔裂谷归到哪一种类型的裂谷，主动裂谷虽然可以很好的解释蒙古高原的隆升，地幔物质的上涌等，但很难想象垂直向的地幔流对贝加尔裂谷所施加的强烈拉张及剪切作用；被动裂谷作用虽然可以很好的解释目前贝加尔裂谷所经历的拉张、剪切作用，但伸展作用却对蒙古高原的穹窿构造及贝加尔地区的重力异常、磁异常、热流异常无能为力.因此，这两种作用可能是一直伴随在贝加尔裂谷的形成和发展过程中，不同的是可能在某一时期，某一种作用暂时占据了主导. 3 关于阿穆尔板块的研究

自板块构造理论问世以来，地球科学家们一直致力于板块内部构造块体和微板块的划分(张培震等， 2002，2003)，大陆内部块体的确定和划分是研究大陆岩石圈构造演化及动力学问题的基础.

前人对欧亚大陆的构造分区进行了深入细致的研究，依据地质学和地震活动性、古地磁等地球物理学资料及证据，划分了大陆内部次一级的构造块体和单元.在对亚洲大陆东部地区进行地震活动分析时，可以看到欧亚大陆东部存在一条明显的地震条带分布，Zonenshain和Savostin(1981)和Savostin等(1982)据此提出在亚洲大陆东部存在一个次级板块—Amurian plate(阿穆尔板块)，其西边界为贝加尔裂谷，向北经斯坦诺夫山地，向东沿日本岛以西一系列的正断层南下，在日本九州中部与冲绳海槽相连，而后转向西经朝鲜半岛南部经由渤海进入中国，经山西地堑、鄂尔多斯北端向西与贝加尔裂谷相接(见图 2中黑色圆点所示).

图 2

Fig. 2

图 2 阿穆尔板块位置示意图Fig. 2 Sketch map of Amurian plate

如果阿穆尔板块是存在的，这将是一个巨大的构造单元，包括了俄罗斯的东南部、蒙古西部地区、日本西南部、朝鲜半岛、中国东北及华北部分地区(许厚泽和熊熊，2004)，那么对于东亚大陆的构造演化过程需要重新认识.就我国而言，东北地区构造活动有加剧的趋势，华北地区又是板内地台活化区，阿穆尔板块的确定对于研究东北及华北地区的新生代以来的岩石圈构造演化过程、地震活动性特征具有非常重要的科学意义.

Miyazaki等(1996)利用布设在日本和韩国的GPS观测资料以及贝加尔裂谷和斯坦诺夫山地的地震滑移矢量研究，结果表明Amurian板块与欧亚板块存在几个毫米的运动，认为Amurian板块是存在的.Takahashi等利用新的GPS资料计算了Amurian板块与欧亚板块间的运动，其结论与Miyazaki等人的成果一致.Heki等(1999)利用中国、日本、韩国等国家的GPS观测资料进行了研究，结果表明相对稳定的欧亚大陆参考框架，Amurian板块存在约9~10 mm/a的相对运动，但板块内部各点的相对运动不超过1 mm/a；Calais和Amarjargal(2000)利用1995-1998年的GPS观测结果计算了Amurian板块与欧亚板块存在6~10 mm/a的相对运动；孟国杰等(2006)等通过GPS观测资料计算了阿穆尔板块相对欧亚板块运动的欧拉极位于外兴安岭的东端，我国东北地区(位于Amurian板块内部)相对欧亚板块的运动多在1 mm/a左右，仅仅依靠这么小的运动量把Amurian板块从欧亚板块中分离出来并不能说服大多数研究者. 虽然绝对多数GPS测量结果有利的证实了阿穆尔板块的存在，划分阿穆尔板块西边界、北边界、东边界的地震活动性及地质学证据也已得到了充分的肯定，但其南边界比较模糊，争议比较大(许厚泽和熊熊，2004).Zonenshain和Savostin(1981)认为阿穆尔的南部边界穿过渤海，经过山西地堑北部和鄂尔多斯北端，通过蒙古东部与贝加尔相连，Heki等(1999)认为阿穆尔板块的南部边界可能位于中国中部的秦岭断层；Calais等(2003)根据统计检验认为中国华南块体应与阿穆尔板块视为同一构造单元；郭东美和许厚泽(2013)基于统计检验法认为Amurian板块的南部边界可能位于中国的阴山、燕山构造带(见图 2中黑色粗线所示).

目前对Amurian板块的存在与否还存在不同的看法，争议的焦点就是板块南边界的划分及我国东北地区相对欧亚板块的运动速率太小.这主要是由于对于块体差异运动的边界不够明确，缺乏精确的GPS观测结果用于区分不同块体间的差异运动.在今后的工作中，需要在Amurian板块内部、蒙古地区、我国的华北、东北地区布设更多的GPS连续观测点，以明确限定Amurian板块的独立性、边界范围及运动特征. 4 结 语

本文综合介绍了前人在蒙古—贝加尔裂谷区GPS观测方面、贝加尔裂谷的形成机制及Amurian板块等方面的研究成果.GPS观测资料研究表明：贝加尔裂谷区正以4.5±1.2 mm/a的速率向两侧扩张，关于扩张的动力源问题还存在不同的认识，有些学者认为是地幔柱的上升起到了主要的控制因素，有的学者认为印度板块与欧亚板块的碰撞是引起贝加尔裂谷区快速扩张的主控因素.作者认为贝加尔裂谷的形成是多种动力共同作用的结果，这其中包括了贝加尔裂谷区地幔柱的上涌、印度板块与欧亚板块碰撞的远程效应及太平洋板块向欧亚板块俯冲的远程效应，在贝加尔裂谷形成发展的不同时期，这三种控制力所起的作用是不同的.

GPS观测结果在很大程度上支持了Amurian板块的存在，但对板块边界划分，尤其是板块南部、西南部边界的划分还存在很大的争议，对板块内部我国东北地区相对欧亚板块的运动速率太小也无法进行很好的解释，这对Amurian是否存在提出了质疑.在今后对Amurian板块的研究工作中，需要在Amurian板块内部以及西、南边界的蒙古地区、我国的华北、东北地区布设更多的GPS连续观测点，以明确限定Amurian板块的独立性、边界范围及运动特征.