印度洋洋脊扩张使印度板块以约50 mm／a的速度向欧亚板块俯冲，导致青藏高原岩石圈发生强烈变形，引起整个青藏高原地区上升隆起和地壳厚度增厚，同时伴随着壳幔物质向东蠕散^{[1, 2, 3]}，尤其是青藏高原东部地区存在明显的E-ES方向的运动,但高原隆升所消耗的物质量不足高原缩短所产生的物质量的一半^{[2, 3]}，这些剩余物质去了哪里以及发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上的汶川地震是否与这些物质的消失方式有关，这些都是需要研究的问题。对于青藏高原的变形机制和动力来源方面的研究成果比较丰富，许多学者提出了块体挤出^[4]、连续流变^[5]、下地壳流变^{[6, 7]}等多种模型。对于汶川地震的孕震形式以及龙门山断裂带的深部动力机制，目前普遍认为，在龙门山西侧的巴颜喀拉块体存在中下地壳低粘度软流层，在华南块体的阻挡下，中下地壳低速高导物质在龙门山断裂带前积聚抬升，并产生能量累积，当累积的能量超过岩石破裂强度时，造成了汶川地震的发生^{[8, 9, 10, 11]}。本文根据青藏高原东部地区最新的大地电磁探测结果和P波层析成像结果，结合汶川地震前后龙门山地区的地壳形变数据进行分析，提出了青藏高原东部地区地壳物质流变模型，并在此基础上探讨了汶川地震的成因。

青藏高原地区的地壳运动情况见图 1。从图 1可以看出，印度板块向欧亚块体的俯冲速率并不一致，沿喜马拉雅山脉弧段的西部、中部和东部的俯冲速率分别为17±1 mm/a、12.2±0.4 mm/a、19±1 mm/a(杨志强等,2003),不同的俯冲速率造成青藏高原东部特殊的块体构造和地壳运动现象，青藏高原东部的块体边界大多以平行于喜马拉雅俯冲带的形式(近东西向)分布，地壳的运动速率由南向北逐渐减小，且运动方向逐渐向东偏转，以鲜水河断裂带为界，南部的川滇地区存在明显的以东喜马拉雅构造结为轴心的顺时针旋转现象，即滇藏涡旋构造^{[12, 13]}，北部巴颜喀拉块体的运动方向自西向东发生明显的北向东偏转，且运动速率逐渐减小。

图 1 GPS揭示的青藏地区地壳运动情况(数据引自杨志强等，2003) Fig. 1 Crustal Movement of Qinghai-Tibet Area Indicated by GPS

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青藏高原东部地区相对于华南块体的地壳运动情况见图 2。由图 2可以看出，相对于华南块体，羌塘块体内的运动速率由约22 mm/a逐渐缩小至祁连山附近的2 mm/a，地壳缩短率约20 mm/a。在青藏板块内部向东缘的延伸过程中，地壳形变速度场中东向速率所占的比重逐渐加大，这也反映出除了地壳缩短这一形式之外，东向的物质转移也是吸收青藏内部形变的一种重要方式。然而，青藏高原东缘向东的水平位移量非常有限(<5 mm/a)，横跨整个龙门山断裂带的滑动速率更是不超过2 mm/a，单条断裂的活动速率不超过1 mm/a^[11]。那么对于地壳缩短所产生的大量剩余物质的去处，中下地壳的物质流变或许是一个合理的解释。

图 2 青藏东部相对华南块体的运动情况 Fig. 2 Movement of South China Block Relative to Eastern Qinghai-Tibet

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中国科学院地质与地球物理研究所在东喜马拉雅构造结及周围地区实施了连续6 a的大地电磁观测，结果发现，在所有的5个观测剖面上，均存在两个壳内低阻异常体，这些低阻异常体深度大概在15～85 km之间，在平面上可以连成环绕东构造结的两条巨大的中下地壳低阻异常带^{[14, 15]}。分析认为,这是两条具有明确通道和边界的中下地壳弱物质流,一条从拉萨地块沿雅鲁藏布缝合带向东延伸，环绕东喜马拉雅构造结向南转折，最后通过腾冲火山；另一条从羌塘地体沿金沙江断裂带、鲜水河断裂带向东延伸，在四川盆地西缘向南转折，最后通过小江断裂和红河断裂之间的川滇菱形块体^[14]。白登海等认为青藏高原地壳流主要集中在这两个条带内，而不是普遍存在于高原中部，青藏高原深部以这两个中下地壳弱物质流的快速塑性变形为主，上地壳则以块体沿南北两个边界断层(即雅鲁藏布缝合带和金沙江-鲜水河断裂带)的走滑变形为主(白登海,2011)。这似乎仅注重了现象而忽略了原因，这两条地壳流之所以存在，可能与印度板块向欧亚板块俯冲的速率不均匀有关(见图 1)，这种不均匀的俯冲除造就两条明显的中下地壳流外，还应该 有远程效应。事实上，从文献^[14]图 1中的P3观测剖面不难看出，青藏东缘龙门山断裂带西侧的巴颜喀拉块体内部也存在少部分的弱物质流，只不过其分布较为离散，深度大概在20～40 km之间。

利用青藏高原东缘的地震波体波(P波)走时数据(数据引自吴建平，2009)，基于地震波层析成像技术^{[16, 17]}对龙门山地区和川滇块体内部的地壳结构进行了模拟和分析，具体结果见图 3。由图 3可以看出，在龙门山断裂带西侧，10～60 km深度内，有广泛分布的低速体，这些低速体的速度和分布并不均匀，在龙门山附近有明显的聚集，尤其是在龙门山断裂带中部，其低速体的汇聚速度和活跃性较强，分布也较为集中。龙门山断裂带东侧的四川盆地的上地壳则整体表现为高速异常区，但部分区域也出现小部分低速体，主要表现在龙门山断裂带中南部区域，这表明中南部龙门山断裂的推覆形式应不以上部地壳的平移挤压为主，可能存在深部物质的交换作用。

图 3 不同深度的青藏东缘P波异常(数据引自吴建平，2009) Fig. 3 Abnormal P-wave Electrocardiogram of Eastern Qinghai-Tibet at Various Depths(Data from WU Jianping,2009)

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在深度为10～40 km的地壳处，四川盆地的高速异常体中间明显夹杂着低速体，而很多学者通过重力数据计算的四川盆地地壳厚度为40 km左右(钟锴等,2005;王谦身等,2008)，由此可以推断龙门山断裂带西侧的弱物质流有少部分“溢入”了四川盆地的高速中下地壳中。川滇块体内部则明显存在大范围的低速异常体，这些低速体深度范围至少在10～60 km之间，甚至更深，而且整体上有较好的连续性，这和大地电磁的探测结果基本一致，川滇地区中下地壳存在流速较高的弱物质流，并已形成明显的带状通道。

对汶川地震前后(2007、2011)国家测绘局B、C级GPS网及一、二等水准复测数据进行处理，获取了龙门山断裂带两侧震前震后的地壳变化情况,如图 4、图 5所示。

图 4 汶川地震前后地壳垂直变化图 Fig. 4 Crustal Vertical Change of Before and After Wenchuan Earthquake

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图 5 汶川地震前后地壳水平变化图 Fig. 5 Crustal Level Change of Before and After Wenchuan Earthquake

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由图 4、图 5可以看出，汶川地震后，龙门山断裂带西侧地壳水平方向上明显向断裂带方向移动，且其运动速度、位移由西向东逐渐增大，垂直方向上有明显的隆升，靠近断裂带附近的地表隆升尤其明显，这可能是由于其西侧拥有广泛的中下地壳弱物质流向东推动，地震之后,龙门山断裂带处聚集的弱物质得到释放，为新的弱物质的流动提供了一定空间所致。龙门山断裂带东侧地壳也有明显的向断裂带方向移动的现象，但是其移动速度和位移均比西侧地壳小很多，这可能是由于东侧为强硬的华南块体，地震前断裂带东部本身并没有积聚太多的弱物质，仅有小部分弱物质溢入了四川盆地，震后这些弱物质向断裂带处回流，导致其地壳向断裂带处移动，所以其速度、位移均相对较小。弱物质的回流同样也可能是导致震后其地壳在垂直方向向下运动的原因。

根据前述的分析，青藏高原东部中下地壳广泛分布有低粘性的弱物质，这些弱物质的速度并不均匀，不同区域的深度范围也有较大差异，在羌塘块体和川滇块体中已经形成了具有固定通道的和较深深度的弱物质流，且其流速明显高于北部的巴颜喀拉块体，暂时将它命名为羌滇地壳流。巴颜喀拉块体的中下地壳弱物质分布并不均匀，速度也各不相同，深度范围大概在20～40 km，均缓慢向北东方向流动，遇到深切割的大型断裂带时，部分物质沿原运动方向继续向前运动，剩余部分物质沿断裂带进行滑动或塑性挤出，其具体模型如图 6所示(箭头方向代表流向，大小代表流速)。

图 6 青藏高原东部中下地壳流变模型 Fig. 6 Crustal Rheological Model of Middle-lower Crust in Eastern Qinghai-Tibet Plateau

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由图 6可以看出，巴颜喀拉块体中下地壳的弱物质以北东向流动为主，龙日坝断裂带以东靠近龙门山地区，流动逐渐转为东向。这些弱物质分布和流动的不均匀性及其在断层处发生塑性挤出，造就了现今的川西和青海东部的山川构造格局。这些弱物质在流动过程中遇到南北向的龙日坝断裂带时，部分物质流继续向东移动，部分沿着断裂带进行竖向滑动，造成了龙日坝断裂带东西两侧产生南北向较强的走滑运动和明显的地壳运动速率变化。

巴颜喀拉块体中下地壳的弱物质流缓慢流动到龙门山断裂带处时，由于受到坚硬的华南块体的阻挡，发生了明显的分流现象，其大部分物质沿龙门山断裂带向北、向南流动，小部分渗入到华南块体壳幔物质中，还有部分剩余物质因流动不畅，在断裂带附近积聚、上涌或向下挤压，造成了龙门山附近东西两侧的地表隆升，这些弱物质缓慢地流动沉积，最终造成了流通通道的“堵塞”，弱物质越积越多，便不断向上地壳涌动，这一点可以由位于龙门山断裂带附近的康定二道桥温泉和姑咱地震台的海子泉的地下流体观测数据给予证明，这两处温泉从2004年开始，水温便出现趋势性上升。弱物质积聚上涌除了这一区域的地下流体观测数据可以证明外，龙门山附近相对四川盆地的典型地表隆升和这一区域的飞来峰、贡嘎山、龙门山等奇异陡峻的山峰地形也可能是弱物质上涌不均匀的表现。当弱物质积累和涌动到一定程度，便打破了地壳本身的应力平衡，发生新的破裂和能量释放，汶川地震便是在这种背景下发生的,其具体模型如图 7所示。图 7中箭头为中下地壳中软弱物质塑性流动方向，绿色线为地壳中的脆韧过渡带，黑色五角星为汶川地震震中。

图 7 汶川地震机理分析 Fig. 7 Mechanism Analysis of Wenchuan Earthquake

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汶川地震发生在应力聚集最多的龙门山断裂带中部，是一次能量的集中释放，这次地震使龙门山断裂带的深部物质流动通道被打通，聚集在龙门山断裂带处的弱物质沿着断裂带方向加速向南、向北流动，向南流动迅速进入了快速流动的羌滇地壳流，向北流动过程中则没那么顺畅，因此汶川大地震的破裂是在龙门山断裂带中部由南向北扩展的，其余震也主要发生在断裂带中部和南部地区，映秀以南既没有地表破裂,也很少有余震发生^[18]。

龙门山中下地壳堵塞的物质通道被汶川地震“疏通”后，其断裂带西侧的弱物质便加速向断裂带方向流动，东侧“渗入”华南地块的弱物质流也部分回流至通畅的龙门山断裂带通道，这一点可由汶川地震后龙门山断裂带两侧的地壳以断裂带为中心进行相向运动和地壳缩短，龙门山断裂带西侧地壳有明显的向上隆升，而东侧地壳则有明显的向下运动，这一震后形变调整结果予以证明。同时，位于龙门山断裂带西侧的康定二道桥温泉和姑咱地震台的海子泉地下流体观测数据结果表明，这两处温泉在汶川地震后仍呈趋势性上升，但年变幅度较震前已有明显的变小趋势，这一现象也表明汶川地震后龙门山断裂带附近的深部弱物质流动通道被打通。

本文结合多种数据对青藏高原东部的中下地壳物质流变模型和汶川地震机理进行了探讨，仍有很多地方值得深入研究，如青藏高原地区为何会产生两条通道和边界明显的弱物质流，这是否与印度板块向欧亚板块的俯冲速率不均匀有关？广泛分布却不均匀的中下地壳弱物质流其深度范围如何？汶川地震发生后，川滇地区陆续发生盈江Ms5.9、攀枝花Ms6.1和Ms5.6、姚安Ms6.0、盈江Ms5.9以及边缘区域玉树Ms7.1等系列强震，这些地震的发生是否与汶川地震导致的龙门山地区堆积的弱物质大量流入羌滇地壳流，改变了其本身的流动性有关等问题将是后续的研究方向。