元 · 汾渭裂谷文章多

[摘要] """元朝的山西洪洞于1303年發生8級地震，揭示了汾渭裂谷系在構造和運動上的一系列特殊性。該區地震活動具有準周期性、南移北跳和強震復發的特點。分析了汾渭裂谷的形成、雁行斷裂構造、構造應力場和深部高溫體的環境背景。為深入認識地球動力學過程，需要擴展眼光，介紹了對地殼塊體旋轉問題的研究，涉及到鄂爾多斯塊體旋轉、亞洲中部大區域的地塊旋轉、汾渭裂谷和貝加爾裂谷的對比、地幔密度分布、喜馬拉雅構造結和全球非對稱等基本問題。

[關鍵詞] 汾渭裂谷; 地殼塊體的旋轉; 雁行斷裂; 地幔

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-129

0 "引言

蘇三離了洪洞縣， 將身來在大街前。 未曾開言我心內慘， 過往的君子聽我言……

京劇《蘇三起解》（圖1）的這幾句唱腔恐怕是最流行，也最膾炙人口的“西皮流水”了，學京劇潤嗓子，少不了要哼它。蘇三蒙難、逢夫遇救的故事源于明·馮夢龍的《玉堂春》，非常有名，比較文學的研究中還要把它與托爾斯泰的《復活》進行比較^[1]，探討人性的光芒，發掘中西文化的神韻風采。

除蘇三外，洪洞還因大地震和大槐樹聞名遐邇。

大地震指洪洞縣1303年9月17日的地震，是根據歷史文獻確定的第1個8級大地震，講中國大震，開篇必講它。更倒霉的是，1695年5月18 日又在距它不遠的臨汾發生7.8級大震，一個乖小的臨汾盆地被弄得又是滑坡又是水淹，死了不少人。兩次大震相隔392年差4個月！

2008年汶川地震后，山西忐忑不安了，掐指一算，呦！距上次大震也有300多年啦，會不會也……

一瞧那棵大槐樹，穩如泰山，這才放下心。

洪洞廟小名氣大，樁樁往事有來頭。

1 "地震

1.1 "臨汾盆地的兩次大震

洪洞1303年8級地震的地位非同一般，論文報告一大堆。

何故？

這是15世紀以前世界上死亡人數最多、資料最豐富、記載較完整的一次特大地震，地震學史的開篇一定會介紹它。極而言之，如果從事地震工作卻不了解它，恐怕是很難有什么發言權的。

對這次地震的研究內容非常豐富，爭議和質疑也不一而足。不過，大家共同關注的問題有兩個：

一是當地，為什么這次地震的破壞和損失如此之大？洪洞惹誰不高興了。

一是大區，整個汾渭裂谷的新構造運動都很強烈，又是誰在不斷地給它輸入了巨大能量？

第2個問題比較復雜，涉及到歐亞大陸的旋轉運動、全球非對稱性等深層原因，放在本文的后半部討論。先談眼前的事?洪洞和臨汾地震。

元朝是一個由狩獵、游牧的蒙古族建立的大一統帝國，橫跨歐亞大陸。華北平原的玉米小麥被視為牧草，任其踐踏，民族矛盾一直十分激烈。忽必烈即位后，為加強中央集權，一方面在地方設立11個中央派出機構（行省），任命欽差大臣；另一方面實行按民族劃分4個歧視性的等級制度，漢族是絕對不能掌權的，要確保蒙古人享有最高特權。所有的一切，均以集中大權、統治基層為主要任務。

那時，山東（西）、河南（北）與內蒙都是由元大都（稱作“腹里”）直接管轄的，同樣地，也不是以關注地方利益和民眾疾苦為主要任務。面對地震，傳統的天譴觀已隨著蒙漢文化的交混變了味，特點是競相攬責、君臣空談。

于是，對1303年洪洞8級大震的救災和賑濟力度，就遠擺不上桌面了。這次地震遇難的人數超過27萬（又說可達47.5萬），數十萬人受傷，比1920年的海原地震和1976年的唐山地震還嚴重。史載^[2-4]：

官民廬舍十萬計。郇堡村地滑十里，地滑范圍內的居民廬舍皆摧壓傾圮，掃地俱空，蕩然無遺。地裂成渠，泉涌黑沙水不止。汾州北城陷，長一里，東城陷七十余步……瓦礫可傷，狼藉荒蕪。震后天旱三年無收。

強余震延續了8年。大震前4天，曾有過一次5.5級的直接前震，廣義前震則會涉及到臨汾盆地的1181年6.3級、1209年6.5級和1291年6.5級的幾次6級地震^[5-7]，彼此相距不過10～30 km。

按2003年和2017年的綜合研究結果^[3-4]：1303年地震的震中烈度Ⅺ度，震源深度14～16 km，斷層面長75.5 km，發震斷層是霍山山前斷裂（位于靈石隆起的東側、太岳山的西側），右旋走滑，水平錯動量7.2～8.6 m，垂直斷距約3.5～5.0 m，地表破裂帶長約98 km。霍山山前斷裂是一種鏟形斷裂，地表傾角很陡，隨深度很快變緩，破裂發生在與一個深斷裂交匯的部位，故微觀震中在地表斷裂的更西側。

利用空間分辨率約1 m的衛星影像和航空照片資料，對照了歷史記載和早期成果，2018年又有新成果發表^[8]：這次震災的嚴重，除了因強烈震動引起滑坡外，較厚的黃土覆蓋層和溝谷坡面是發生滑坡的重要地貌條件。滑坡集中在5個區域，以靈石隆起的滑坡最多（11 950 處），其次在平遙南側（701 處），史料所載的“郇堡村地滑十里”，可能與2023年12月甘肅積石山6.2級地震的液化流滑相似，土壤液化之后沿著坡面滑動造成遠距離大范圍的破壞。還發現，太原盆地南部和臨汾盆地北部的震災最嚴重，存在厚層、松散沉積物引發的震動放大效應。宏觀震中的位置，建議從洪洞向北移60 km到霍州—靈石一帶為佳。

1695年的臨汾地震是1303年洪洞的續篇。

這次地震位于1303年震中區的南側、臨汾城北（圖2）^[8-10]，震級7.8，死亡人員超過 5 萬。震中烈度也是Ⅺ度，等震線長軸NW-W 方向、長度47 km，發震斷裂位于NE向羅云山斷裂和NW向的郭家莊—劉村斷裂的交匯部位。震中區的北界止于趙城（現洪洞縣） 以南。當地的地陷、地裂和液化普遍發生，臨汾縣城的破壞最重，曾造成汾河水浸趙城，城墻外的洪水浪高二丈，城墻坍塌。

NW-W向郭家莊—劉村斷裂的發現^[10]很有意義，它不僅是1695年臨汾地震的發震斷層，很可能也控制了649年臨汾7級、1209年浮山6.5級和1291年臨汾6.5級地震的發生。按照華北地震區的一般特點，這條NW走向斷裂應該與NE走向的羅云山斷裂（或霍山山前斷裂）存在共軛斷裂關系，并導致1695年的位錯為左旋走滑。圖2標注的震源機制圖樣取自文獻[11]，是根據地質調查、地震勘探、等震線的資料推斷的，僅供參考。

1.2 "8級左右強震的復發

照說，7級地震的復發不乏震例，震中間距多在50～70 km以內，多數發生在共軛斷裂帶的不同分支上。譬如1941年耿馬和瀾滄的兩次7級地震、1976年龍陵的7.3和7.4級地震，1976年松潘平武的兩次7.2級地震……而8級地震之后再出現7.5級以上的強震復發就極為罕見了！畢竟，震級每差一級，能量相差31.6 倍，震源體積也要相差約30～100倍。

按巴特（Markus B?th）定律，“板緣地震”在100 km內、大震后數天內的最大強余震與主震震級之差多在1.2 級；對“板內地震”，這個震級差值多為1.8級 （我國震例的統計值在 1.4～2.0級不等）^[12]。8級地震釋放的能量已經相當巨大和充分了，而大陸地區若在短期內再次積蓄（或誘發）一次 7.5 級以上地震的能量、并出現在8級地震的極震區里，國內外絕少發生。趨勢會商中 一般不做考慮。

我國在1303—2024年的700年間，共發生過21次8級大震，震中間距一般在240～900 km甚至更遠。按臨汾盆地的體積變化估算，汾渭8級地震的復發期大約在1500～2700年^{[3， 13]}。讓人驚愕的是，偏偏這種罕見的8級左右強震復發居然出現了！就在汾渭裂谷的南端：

一個是1303年山西洪洞8級地震；

一個是1556年陜西華縣8.3級地震。

一汪池水被吹皺，爭議四起，久久難平。

這里講的“強震復發”并不意味數學上的原點重合，也不是根據震中很近就能認定的，關鍵要看震源體積的大小。

震源體積，指巖石破裂的最低強度的范圍劃定，可以參照震源機制解的破裂面大小和地表破裂帶的長度來推算^[14]。由于在Ⅹ度區里已經能夠在地表看到震源破裂面的部分裂痕了，故而可下降一等：依“Ⅸ度區大體是震源體內完全破裂的區域”，做簡單評估^[15]。

1303年洪洞8級地震（NE向走滑），烈度為Ⅹ度區的長軸約120 km、Ⅸ度區約170 km，斷層面長度75.5 km，地表破裂98 km。而1695年的臨汾7.8級地震（NW向走滑），它的Ⅺ度和Ⅹ度區居然全部落在1303年地震的Ⅹ度區內；甚至連它的Ⅸ度區和地表破裂都沒有超出1303年地震的Ⅸ度區范圍，二者的宏觀震中僅相距50～90 km（圖2）。因此可以說：它們二者的震源體基本是重合的，屬于“8級左右強震復發”的一個典型震例。

再一個典型是1556年華縣8.3級地震（圖3）^[16]。

主震后的3個小時，在其Ⅹ度區西側的閻良發生7.5級地震，震級差小于1級！又于1568年在同樣的Ⅹ度區里發生高陵7級強震^[17]，震中烈度都在Ⅸ度以上。它們的廣義前震?1501年的朝邑7級地震Ⅸ度區（NE向走滑）^[18]，依然位于1556年華縣地震的Ⅺ度區內，宏觀震中相距不到20 km。意味著，這幾個地震的震源體基本上也是重合的，也出現了8級左右強震的復發。圖3中閻良和高陵地震Ⅸ度區的范圍是比照1501年朝邑地震的Ⅸ度范圍估算的，震源機制圖樣取自文獻[11]。

顯然，汾渭裂谷帶的地震活動和構造環境有它的特殊性。

上述強震復發的震例，并不是在同一條斷層同樣部位的再次位錯，而是由于當地存在NE和NW向的兩條斷裂系，它們有交匯點、有某種共軛斷裂的關系?一條是發震斷裂，另一條是控震斷裂。當前者發生破裂后，二者的角色會出現互換，造成兩條斷裂先后釋放應變能。破裂是在交匯點附近發生的，宏觀位置上便呈現震源體的基本重合，微觀機制上談不上什么“重合”，而是兩條呈正交或斜交斷層面的反向剪切位錯，分別有右滑與左滑（亦或傾滑與逆沖）機制的共軛破裂。

共軛斷裂是一種常見的地質結構，兩條斷裂雖然處于同一構造應力場中，震源機制和地震活動卻會相當不同。這個問題將在下一章“明·華北挑戰更嚴峻”做重點介紹。

1.3 "汾渭裂谷的地震活動

元代（1206—1368年）的震中分布展示于圖4，數據來自MAPSIS和專業文獻^[5-7]。

外區的兩次7級強震?1290年寧城地震^[19]和1352年定西地震^[20]，已有專題報告。本文討論的重點是山西地震帶，它夾在兩條EW向構造帶?燕山—陰山帶和秦嶺—大別山帶之間，震中的分布密集成一條窄帶，南端的活動水平更高。

地質上，山西盆地屬于汾渭裂谷（亦稱汾渭斷陷帶、汾渭地塹）的中間段。裂谷（rift valley）是大地被拉張力撕裂開的地質深谷，全球三大裂谷分別為萊茵裂谷、東非裂谷和貝加爾裂谷。汾渭裂谷的整體呈S狀，NE向的延展長度逾500 km，最寬處近百千米。北端一直延續到懷來盆地，南端包括著靈寶盆地和渭河盆地，計入山西的5個盆地（大同、忻定、太原、臨汾和運城）后，由總共8個錯落有序的、雁行排列的盆地組成。

汾渭裂谷在地質史上是個大湖！

一個在大約 410—350 kaBP （距今千年）消失掉的貝加爾湖。

那時的黃河還沒有入海，流到這里就停止了，形成了一個巨大的古三門湖，囊括了現今的汾河河谷和渭河河谷。西部的黃河水系與河南孟津以東的水系是完全隔開的，經26萬年的滴水穿石，古三門湖水才切穿三門峽、流出太行山、匯入東海，方形成一個完整的黃河水系。所以渭河河谷新生代沉積的厚度很大，已達 5000 m。山西南端的運城鹽湖便是這個古湖泊干枯后的遺跡，沉積厚度也在3500 m以上^[21]。

堯舜禹定都晉南，一個重要的因素是運城鹽湖的鹽，那是生活和交流的必須品，古人離不開。鹽湖南側的芮城是個古鎮，它在黃河岸邊有個村子叫大禹渡，是先祖們生活和工作過的地方，大禹治水的家鄉。黃河岸邊的那棵唯一的、已有4000年樹齡的大禹樹，依然被今天的百姓們精心呵護和祭祀著……

天地那么大，地震偏偏在這兒鬧事，實在是搗亂！

3個表象性的特點，似可一說：

其一，周期性的交錯；

其二，南移北跳的遷移；

其三，山字形結構。

先看第一條：這里的地震高活動期與華北平原交錯出現，每期大約300年左右（圖5）。汾渭地區的高發期是在宋元時期和明末清初；華北平原不同， 它的高發期集中在明朝和現代。元朝以來的地震記載已較完善，現象可信。

圖5也會惹出點小麻煩：因為1830年6月河北磁縣7.5級地震后的200多年，河北地震一直在折騰；而汾渭地震一直在休眠（除卻1989年和1998年在晉北發生的兩次6級左右的地震）。那么圖5傳遞出的信息就很糟糕?這種局面在今后的百年里必然會以極高的概率遭打破。

也就是說，山西及其鄰區的危險性在全國地震區劃中就只能處于高位，下不來。從1957年制定第一代區劃圖時就沒有放過它！區劃圖的更新換代已經搞到現在的第五代、第六代了，它的高危性在中長期50年的預測中仍然沒改變，已納入國家的《建筑抗震設計規范》之中了。

什么后果呢？

汾渭谷地的窯洞就必須加固，蓋房成本就必須提高（至少高出13%左右）。

叫苦之聲隨之四起，盡管今天的艷陽仍在藍天白云中高照……

還有什么別的考慮嗎？有。

圖5的右圖表明：中國東部的重力異常區是以大興安嶺—太行山—武陵山為界的，該處存在一條巨型重力梯度帶。東側太平洋的俯沖影響基本到此，西側的力學主角是印度板塊的碰撞，所以太行山兩側的地震活動會有不同的特點。但河北地震的低落并不意味著山西能高枕無憂，反之亦然。此外，板內地震與板緣地震的最大不同在于^[22]：板緣地震（比如日本、琉球、印尼的地震），有巨型的大洋板塊運動為后盾，以恒定的速率來提供能量，斷層規模大、結構相對單一，地震判斷相對容易；而板內地震（比如華北地區的地震）不然，應力加載多樣化，復雜的斷裂系統會共同調節著能量，于是一部分斷裂便有機會保持一個較長時間的休眠，而后才短暫爆發，顯現出一種“平靜期”和“高發期”的交替現象。

至于汾渭先生還要酣睡多久？

它不會長眠，再睡50年的概率約90%。

再看第二條：地震震中“南移北跳”。

這個現象曾由大同礦務局的一位熱心人士于2009年提出，他叫趙曉晨^[23]。經必要的專業處理后，筆者繪于圖6。

每組地震遷移之始，都是從北端（大同或懷來盆地）的6.5級地震啟步的，而且7級以上的大震多集中在忻定、臨汾和渭河盆地3個部位。這種“循環”已經重復過5次?從北魏的512年原平7.5級地震開始，經唐、宋、元、明到清朝的1815年平陸6.8級地震為止。裂谷的構造和力學環境是具有整體性的^[21]，導致南部盆地（渭河、靈寶和運城盆地）最早形成，規模最大，地震震級也最大；北部（大同和懷來盆地）最晚形成，地震也最弱。

相反的觀點也存在，認為北端的斷裂規模較大，存在大同火山區的影響，足以發生7級以上的大地震。

最近，新的一輪活動已開始，雖然震級都小于6.5級，地點卻集中在北端：

它們是陽高6.1級和5.8級地震（1989、1991年）、張北6.2級和5.6級地震（1998、1999年）、渾源—陽原5.6級地震（1999年）和已經南遷到忻州的5.1級地震（1991年1月29日）。不過，這些地震都是強度不夠大的“擦邊球”。擦得人們直犯嘀咕：今后究竟是北端大同地區的危險性更高呢？因為地震強度正在慢慢提升；還是南側忻州地區的發震概率更高？因為有過多次南遷的震例。

結論：這兩處的發震概率都是50%。

最后說第三條：山字形結構。

對汾渭裂谷，地質學家李四光曾發表過一個看法，把它與祁連山構造帶、六盤山北緣構造帶聯系在一起（圖7），提出“祁呂賀蘭山字型構造”的設想。后人依次做了推斷^[24]：印度地塊對歐亞大陸的碰撞，形成了青藏地塊前緣的祁連山弧形構造，相對穩定的四川地塊擔當了旋轉支點的角色，導致華北地塊發生了旋轉拉分，出現山字型構造和汾渭裂谷。只是，目前未見到較好的進展。

2 "汾渭裂谷

2.1 "裂谷的形成與力學狀況

汾渭裂谷的形成過程主要分為3個階段^[21，25-27]，現繪以圖8并做說明：

中生代末期（70 Ma）?太行山地區出現了大規模的隆起和拗陷，由于受到EW方向的擠壓，隨即在隆起帶的軸部便出現了NE和NW方向的斷裂網絡?這是一組與EW 方向成近乎45°交角的X型共軛剪切斷裂。

印度板塊在50 Ma的碰撞后?中國大陸進入喜山運動期，受到NW-SE方向的拉伸和地幔上涌的共同作用，渭河斷陷和沉降帶首先形成，繼而向東延伸，遂成靈武和運城盆地（20～35 Ma）。早期的共軛剪切斷裂網絡繼續留存在盆地里。

第四紀?大約在4 Ma時出現了地體的順時針旋轉，主壓應力在NE方向。共軛剪切斷裂帶出現差異性變化：原NE向的斷裂被拉分成小盆地，雁行排列、延續性差；原NW向的斷裂或被擠壓成次級小隆起，或成右旋剪切斷層。汾渭裂谷內部，出現了次級的相對的陷凹和陷凸結構，相間排列，現代雁行斷裂構造最終完成。

不難注意到：在裂谷形成過程中（圖8），存在兩個深刻的力學機制?塊體旋轉和雁行斷裂。

文獻[27-29]已有非常好的分析，本文僅補充幾句（圖9）：

其一，地殼塊體的旋轉作用，把不同構造的力學環境結合成了一個整體。華北地區現今的主壓應力在N-NE方向，主張應力在NW-W向。致使長軸在NE方向的幾大盆地處于拉張狀態，盆地兩側的斷裂都是正斷層。

其二，隔開了盆地的幾個次級斷塊隆起，巖體堅硬，而雁行排列的結構又導致剪切力會集中在這些部位，遂組成了一個位置斷續、性質相同的次級右旋剪切帶，位錯是以走滑為主的（而非正錯動）。也就有利于7級以上的大震更容易發生在這里，譬如懷來盆地的南側、忻定盆地南北側、臨汾盆地的北側和運城盆地的南側。

其三，裂谷的構造和應力場具有特殊性和相對獨立性。該區地震活動上的準周期、遷移、復發等現象也是這種自成體系的表現，彼此的關系也更為緊密。

2.2 "裂谷區的地熱和深部

汾渭裂谷是個少有的地熱異常區。

中國大陸地區的熱流并不高，均值 65 mW/m² "，而汾渭裂谷帶內部的熱流均值已經達到75 mW/m² "，與貝加爾裂谷的50～100 mW/m² "基本持平，兩側山區的熱流低于 70 mW/m² ，說明地幔的熱活動集中在斷陷盆地部位。

這里溫泉遍布，并不是今天才知道的。山姿水態冠秦疆的華清池，自周朝便有了，盛唐余音仍在繞梁傳唱：

春寒賜浴華清池，溫泉水滑洗凝脂。 （白居易《長恨歌》）

一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。 （杜牧《過華清宮》）

根據現有的地熱數據^[30-33]，綜合繪制于圖10。

汾渭裂谷系屬于中低溫（＜60℃）地熱資源。熱水型（61℃～90℃）地熱集中有兩處：南端在臨汾盆地的新絳北地68℃～81.5℃，北端在大同盆地的渾源湯頭63℃（陽高的一口178 m深井，水溫達到104℃^[31]）。

由航磁資料反演出了居里溫度（585℃～800℃）的上界分布，在這個深度附近的鐵磁性特征會逐漸消失，轉變成順磁性物質。居里面的上抬十分明顯，南北兩端的居里面的埋深都在20 km以淺^[34]，與該區地表高熱流相吻合。

深部探測表明^[35-36]，高溫低速體的存在是其特點之一（圖11）。

大同盆地的部分熔融體比較大，與早期的火山活動顯然有關。流體具有不可壓縮性，一旦出現應力的增強或集中，大同地區必然會最早、也最快地出現反應和調整，這或許是地震的“南移北跳”會從北端啟步的原因。

圖11還顯示，高溫低速體已被忻定盆地、臨汾盆地和渭河盆地之間的幾個斷塊隆起分割開，在這些部位發現了異常的殼幔結構和延伸至莫霍面的地殼深斷裂帶，揭示出了大震多發的特定部位（比如忻定、臨汾和渭河盆地）的深部條件。

汾渭裂谷的新構造運動如此強烈，顯然與歐亞大陸的大區域動力學過程有關。

3 "地殼塊體的旋轉

3.1 "GPS速度分布圖

大陸漂移說讓人們接受了板塊運動的新概念，但是“接受了平移，忽略了旋轉” 恐怕是一個普遍的誤區，甚至在一些科學論文中都會存在。

以人們較熟悉的圖12為例。這是大陸漂移說的一個基礎性的、也最容易被人們理解的證據?南美和非洲大陸的海岸線能夠很好地吻合。

筆者在兩個大洲上分別標注了子午線，二者的經度相差90° 。讀者幾乎能立刻發現：這兩個本應都指向北極的子午線并不平行，而是旋轉了一個很大的角度（緯度暫不提）。

如果沒有這個旋轉動作，二者就吻合不了！

嚴格地講，剛體運動只有兩種形態：平移和旋轉。據此可以恢復或確定物體的任何位置。但是人類的視覺存在弱點?容易看到平移，很難發現旋轉?因為旋轉的時候質心位置沒有動。由于人體是個幾何上的柱狀體，所以哨兵站累了，可以扭轉但不能邁步；狙擊手趴累了，可以轉頭但不能移位。

要害恰恰在于：剛體在球面上的任何一個位移都是圍繞著某一瞬間軸的旋轉運動，這是一個不能違反的物理規律?歐拉定理（Euler’s theorem）。

于是，GPS所給出的地殼變形的速度分布（而不是位移），都必須視為圍繞一個過地心的定軸所發生的轉動，都是某一個圓周運動的線速度（而不是角速度）。 這個軸是一個三維矢量（稱之歐拉矢量），它與地球表面的交點稱之歐拉極。在GPS的數據處理中，只有確定了歐拉極的位置和旋轉角速度才能擬合好實際的觀測量。

速度是個矢量，方向和（或者）大小的任何改變都會出現相應的“加速度”?也是一個具有大小和方向的矢量。所以地球上即便兩個測點的GPS數值一樣，也完全不意味著“沒有受力”。 因為它們在球面上的位置變了，三維方向變了，就必然有加速度，就必然在承受或施加了作用力。那種只看大小不管方向的分析解釋，都是不對的。

學術文章中引用GPS圖件的做法，現已流行。但在解譯上的一些基本概念還需要有個基本的把控：

地殼塊體的旋轉運動存在不同層次的疊加，全區和局部，古老和現今，它們對應不同的歐拉極。

GPS的計算框架總是相對的，因為運動中的地球不存在絕對靜止點。選取不同的參照點，就會有不同的圖樣，反映出來的問題和允許說的話，也就不同。

旋轉運動的角速度極小，百萬年不超過1°的量級；線速度也非常小，每年mm的量級。

大陸上的各個塊體的旋轉，其質心的位置并不會（也不一定）必然出現變動；即便質心移位了，通常也是在地質尺度上。

GPS速度場僅是“線速度”，它的方向和全球地應力方向是彼此獨立的兩個物理量，不可混淆。線速度變化的加速度（和相應的作用力）的方向存在兩種情況：其一、可以與速度方向一致（當線速度的方向不變，只有大小改變時）；其二、也可以與線速度方向垂直（當線速度的大小不變，只有方向改變時）。

動力源，除卻塊體差異運動的牽動，還存在地幔運動的拖曳、熱運動的影響。

李長軍等^[37]對鄂爾多斯地塊的數據處理是個很好的范例。

在基礎的GPS觀測資料中，很難發現細節的信息。于是，他們首先確定了該地塊相對于歐亞大陸的區域性運動背景，得到了它的基本參數?歐拉極位于貝加爾湖的東南，赤塔和滿洲里之間（50.9°N，115.7°E）；塊體逆時針旋轉的角速度為0.195°/Ma。第二步，從GPS基礎數據中扣除該項歐拉運動量，由此得到了新結果（圖13），不僅揭示出了鄂爾多斯塊體內部變形很微弱（速率差異＜2 mm/a），而且良好地提取出深層信息：地塊南、北邊界存在偏弱的左旋剪切變形；東、西兩側的斷陷盆地存在明顯的右旋剪切，汾渭裂谷的雁行斷裂就是在這種旋轉作用下形成的。

類似的一些研究也很成功^[25]：確認了華南塊體和華北平原存在著相對于鄂爾多斯的東南方向的右旋，從而對汾渭斷陷帶施加了強烈的拉分作用，解釋了鄂爾多斯塊體西緣的地塹和褶皺帶的強構造力源。

新的研究還指出^[38-39]：地殼塊體的旋轉是地殼中的主要構造運動，許多淺源地震并不是沿某些深大斷裂發生的，而是出現在與其有一定夾角的方向上。此外，地殼淺部的中小地震活動性與其深部也不同，淺部地震直接與塊體的旋轉有關，而深部地震更與大區域的應變有關。特別是，張性斷裂區里的、各局部的微塊體是以繞水平軸旋轉的掀斜運動為主，剪切斷裂區的各塊體則以繞垂直軸的旋轉運動為主。塊體間邊界斷裂的活動，本質上是這些塊體以不同方式轉動的結果。

3.2 "汾渭和貝加爾裂谷

自0.46 Ma以來，鄂爾多斯地塊已相對太行山塊體左旋轉動了約8.2°±5.8°，而這一逆時針旋轉又受控于一個更大范圍的深層運動，其歐拉極的位置在貝加爾的東南側。同時期，亞洲中部的俄羅斯和蒙古的古老結晶地塊也發育了一系列的斷陷盆地，整體呈逆時針旋轉（圖14）^[24]。

這意味著，相距約2000 km的汾渭裂谷和貝加爾裂谷二者是處在同一個旋轉力場之中。

1996年，吳珍漢等^[40]曾對這兩個裂谷系做過量化對比，涉及7個方面：幾何形態、地震活動性、裂谷形成時間、斷裂活動性、現今熱狀態、沉積速率和莫霍面形態，二者有著高度的相似性。中俄合作研究還證實^[41]：貝加爾裂谷系與中國東部的伸展運動是同時發生的，貝加爾至今仍處于拉張狀態，年拉張速率為（4.5±1.2） mm，拉張方向為NW-SE。兩個裂谷系的新生代沉積都是陸相沉積，貝加爾湖的水深730 m（最深1620 m）、沉積層厚5000～6000 m。二者的沉積中心都在南部，裂谷也都是從南向北發展的，火山活動和溫泉也都在裂谷內分布。圖15和圖16 將有關內容做了概繪，以餐讀者。

3.3 "亞洲大陸的旋轉

印度板塊在65～45 Ma前對歐亞板塊碰撞時，東西兩端有兩個突出的犄角?山結，簡稱構造結（Sytaxis）?幾個大型的、走向不同的山脈因推擠而擰巴在一起的構造^[42-43]。

一個結位于喜馬拉雅造山帶的西端帕米爾（Pamir），稱西構造結（或南迦帕巴結，Nanga Parbat Sytaxis），印度板塊在52 Ma前或更早的時候首先在這個位置上與歐亞板塊相碰撞，年插入速率約43 mm，使這里的中-深源地震成為大陸內最活躍的地區之一。隨后，當 50 Ma前印—歐板塊在喜馬拉雅中間部位發生整體性接觸和碰撞時，西端的帕米爾山結已經穩定了，這就導致青藏高原圍繞著西端的它出現大規模的逆時針旋轉，在中國大陸西部的新疆地區推擠出天山、阿爾泰山和薩彥嶺，形成了突出于西北方向的弧形構造前緣（新發現的塔里木盆地有順時針旋轉現象，有待進一步研究）。

另一個結位于喜馬拉雅造山帶的東端阿薩姆（Asama），稱東構造結（或南迦巴瓦結，Namche Barwa Sytaxis），是在相對更晚的時候，即大約在45 Ma前才與歐亞大陸發生碰撞的，以每年64 mm 的速率插入，又致使青藏高原的東部圍繞著東端的它順時針旋轉約90°，大量物質被擠向東和南東方逃逸，并在緬甸和云南一帶形成了大規模的走滑斷裂系。

顯而易見，如此翻天覆地的巨型地質體的旋轉和物質流動，僅考慮地殼因素是遠遠不夠的。

從歐亞大陸布格重力異常圖（圖17）來看^[44]，圍繞青藏高原存在一個幾何三角區，它的長周期成分主要反映著地幔密度的差異分布，?200～?500 mGal（1 mGal=10^?5"m/s²）的低值反映著該區的巨大低密度體，是地幔物質的粘滯性低、流變性強的區域。A、B、C三點間的邊界線分別對應著3條巨型構造帶：（AC）天山—貝加爾活動構造帶、（AB）喜馬拉雅碰撞帶和（BC）中國東西構造分界線，它們又是受到了3大板塊?太平洋、印度洋、西伯利亞塊體的夾擊而形成的。這種結構的自相似性，反映了地球物理固有的分形特點。

A、B、C三點處的上地幔不僅密度偏低，更是高低密度區急劇變化的交界處，也是流變性物質最容易出現渦旋的部位。

圖18是基于歐亞框架下得到的中國大陸及鄰區的GPS速度場^[45]，反映出印度板塊向北推擠致使青藏高原隆起乃至整個東亞地區產生大范圍的變形，呈現出東西向拉張、南北向縮短的基本特征。前述的A、B、C三點恰好對應了歐亞大陸塊體旋轉的3個歐拉極，分別是喜馬拉雅西構造結（A）、東構造結（B），以及貝加爾東南側（C）的位置。

一個概念模式自然而生（圖19）：

中國大陸現今運動的基本特征可以用3個旋轉運動描述，2個逆時針旋轉，1個順時針旋轉，歐拉極分別在前述的A、B、C三個點位上。這樣一個粗線條的速度矢量圖樣，已經大體勾勒出了GPS（圖18）圖樣的基本特征。

同樣令人印象深刻的是：這3個旋轉渦流的分界部位恰恰是3大板塊的推擠部位，或主要受力點：（AB）印度板塊，（AC）西伯利亞板塊，（BC）太平洋板塊。是它們的作用分流了地殼速度場，又是它們的中流砥柱般的存在阻止了渦流的持續外延。

中國大陸就在這樣一種力學環境中生存著、抗爭著?我們內部的每一個局部的變化、每一次地震的發生，都有3只無形的手在控制著，過去、現在、乃至將來。

3.4 "地幔

先談上地幔。

大陸漂移存在一個特點?都是從南向北漂的。

位于南半球的盤古大陸，在古生代晚期（到不遲于1.8億年前的侏羅紀）發生裂解，如爆炸般地把澳洲、印度、非洲、南美向外推向四方，這個認識來源于古地磁、古生物和古地層數據。只是在中生代晚期形成了全球板塊以后，運動方式才發生改變。

就我們關注的汾渭裂谷和貝加爾裂谷而言，印—歐板塊碰撞后在東亞產生了幾個微陸塊，它們的漂移留下了尾跡和構造劃痕（圖20左側），清楚地顯示了它們曾有過的北東方向的漂移：郯廬斷裂東側相對于西側大約錯動了760 km，日本從中國東南部裂解漂移了約2350 km。相對大陸腹地而言，這種運動不僅存在南北分量的剪切運動，也有東西分量的伸展運動?從而形成了對汾渭和貝加爾裂谷的拉張力^[46]，至今還在維持。

塊體自南而北漂的動力源至少存在于深達660 km的上地幔，全球熱狀態已經顯露出南北半球的非對稱^[47-48]"：

地震剪切波速與溫度有緊密關系，高溫環境下波速變小，反之則增大。如圖20右側所示：南半球的剪切波速從100 km、300 km到500 km深， 一直呈現系統性地降低，而北半球恰恰相反。

全球熱流的均值為87 mW/m²，南半球高達99.3 mW/m²，北半球僅為74.0 mW/m²；南半球的地幔熱散失量要占到全球的67%，是北半球的2倍。

南半球緯圈長度的年變率達+10 cm，呈增加態；北半球的年變率 ?5 cm，呈減小態。

更有一系列的觀測發現^[49]：南半球在膨脹，北半球在收縮；東半球處于擠壓變形，西半球處于擴張變形。整個地球正處在壓縮變形過程中，地球半徑每年縮短約3～4 mm。這些因素都對塊體的北向漂移產生了推力。

再談下地幔。

大地水準面的異常主要反映深達2900 km的下地幔甚至核幔邊界處的非均勻性。

審視一下西太平洋部分^[50]（圖21）：印度洋部分的凹陷量?106 m是全球最大的負異常，對應著印度板塊物質的下沉和北插；大地水準面在西太平洋的最高凸起處，位于印度尼西亞東側的帕勞（+80 m），反映著太平洋和印度洋板塊的交界處存在高溫膨脹和隆凸，這里的火山噴發和地震活動都極其活躍。上述二者的聯合作用，加劇了亞洲東部微陸塊的北東向漂移，甚至有可能是東南亞的地球環境復雜、多變的深層根源之一。

汾河渭河水滔滔，淘不盡人間的苦和難。

就說洪洞大槐樹吧。

那是明朝朱元璋1368年登基到朱棣遷都北京時候的事。為填補北方的蕭疏，修長城、建新都、墾荒地、疏運河等，在12萬軍人的嚴逼之下，山西老百姓被迫背井離鄉，移民外地。直到1418年遷出了18批，1421年完成了遷都北京，這才結束。據悉，移民的后裔目前已高達億萬，遍及海內外。洪洞大槐樹則是移民出發前的集中站?家譜的起點（圖22）。

至于蘇三被救后，她和王景隆是否在大槐樹前磕過頭，沒人關注。僅知道：先祖庇佑，大槐樹能抗御地震，千年不倒，萬年不朽。有道是，

問我祖先在何處，山西洪洞大槐樹；

祖先故居叫什么，大槐樹上老鸛窩。

蒼天在上，厚土為證。返鄉祭祖大槐樹，莫忘捎句心里話：

祝您老人家萬壽無疆，身體永遠健康！

""致謝

劉珠妹和劉傳金繪制了地形底圖、提供了地震資料和數據，林向東繪制了有關的震源機制圖樣，審稿人對原文的修改提出了有見地的寶貴意見，一并致謝。

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Feng Rui

China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China

[Abstract] """"The 1303 M8.0 Hongtong earthquake in Yuan Dynasty revealed a series of tectonic and kinematic peculiarities in the Fen-wei rift system. Seismic activity in the region is characterized by quasi-periodicity， southward movement and northward jumping， and recurrence of strong earthquakes. The evolutionary process of rift valley formation， the echelon fractures tectonics， the present-day tectonic stress field and the deep high-temperature bodies are presented and analyzed. In order to gain a deeper understanding of geodynamic processes， it is necessary to broaden the perspective and study the rotation of crustal blocks， including the analysis of the rotation of the Ordos block， the rotational motion of the block in the Central Asian megaregion， the comparison of the Fen-wei and Baikal rift valleys， the distribution of the mantle density， the Himalayan syntaxis and global asymmetries.

[Keywords] Fen-wei rift valley; rotation of crustal blocks; echelon fractures; mantle