大陆岩石圈强度研究

熊 熊 王英杰 李永东

1 中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院，武汉市鲁磨路388号，430074

大陆岩石圈变形在力学上可视为岩石圈介质对各种动力作用的响应，因此其取决于两个因素：作用力和介质的力学性质。岩石圈的力学强度是岩石圈最主要的力学性质，控制着岩石圈对地质时间尺度载荷的响应和大陆板块的演化过程及空间构型，是岩石圈流变性和大陆动力学研究的核心内容之一[1-2]。与年龄不超过2亿年、可用半无限空间冷却模型描述的大洋岩石圈相比，大陆岩石圈几乎经历了地球全部的演化历史。因此，对大陆岩石圈结构、物质组成、力学行为等进行分析有助于解译地球的演化历史。而对岩石圈强度的研究可以帮助理解岩石圈地幔的构造热年龄[3]、板块热结构[4]和非弹性性质[5]、板块应力[6]、壳幔耦合[7]、地表及内部负载[8]、板块物质组分和几何形态[9]等诸多大陆动力学的关键问题。因此，大陆岩石圈强度一直是岩石圈流变性和地壳、岩石圈动力学研究的核心内容之一[1-2]

对大陆岩石圈强度的研究可追溯至均衡理论的提出。自Walcott[9,12-15]在20世纪70年代发表系列论文以来，大陆岩石圈强度的研究已取得很多重要成果，形成了较为系统的理论和方法。鉴于相关的综述性论文已不少见，本文将重点从历史角度梳理岩石圈强度研究的沿革脉络、各种方法发展的逻辑关联，并对目前学者普遍关注的3个前沿问题进行讨论。如前所述，由于通常采用岩石圈Te来描述岩石圈强度，文中这两个概念是等同的，不同地方采用不同的表述只是出于易读性考虑。

1 岩石圈强度研究的历史沿革

19世纪中期，有研究显示靠近喜马拉雅山的两个测点上大地测量方法测定的纬度差与天文方法得到的结果存在差异。为解释这一差异，Airy和Pratt分别提出各自的均衡模型，即Airy均衡和Pratt均衡，并就哪种均衡模式更合理产生了激烈的争论。

19世纪下半叶，有学者采用均衡思想来解释地质现象。美国地质学家Dutton首次提出“均衡”概念，并基于此概念用沉积和剥蚀来解释浅水区的沉积和山脉的渐进式隆起。在这些工作的启发下，地质学家致力于寻找均衡假说的地质学证据，但直到19世纪末仍然一无所获，而最终的证据却来自大地测量学。

19世纪末，美国建设全国大地测量网，Hayford负责调整不同的三角测量时发现，假设地形以Pratt模式均衡，局部地形改正的误差会减小90%。20世纪初， Heiskanen负责欧洲大地测量工作，他采用Airy均衡模型，同样可有效减小三角测量的闭合误差。虽然欧洲和美国采用不同均衡模型的原因至今众说纷纭，但显然Airy模型和Pratt模型均可给出地球外层密度分布的合理解释。现在的问题是分析不同均衡模型的地质意义。

大地测量学家Bowie认为，地质学家认识均衡图像存在困难，为此他设计实验以检验哪种模型更符合实际。实验并未得到预期的结果，但Bowie提出一个重要的问题，即无论哪种均衡模式均假设地壳柱体是分离的，彼此间无相互作用，而真实的地壳物质间存在相互关联和阻碍运动，即地壳具有强度。这是首次提出地壳强度的思想，尽管只是定性描述，但迈出了从地壳均衡到地壳强度认识的关键一步。那么地壳强度究竟在多大尺度上阻碍地壳的均衡运动，这些均衡模型到底蕴含着哪些地壳性质和地质过程机理?正是对这些问题的持续探索，推动着大陆地壳、岩石圈强度和现代均衡研究的不断发展。

Gilbert是较早认识到地壳强度重要性的学者之一。1890年，Gilbert对Bonneville湖水卸载后地壳的隆升量进行研究，发现Airy模型的预测值比观测值大2.5倍。由此，Gilbert认识到均衡模型忽略了地壳强度，而正是地壳的强度阻滞了地壳的上升，使其未达到均衡模型预测的隆升量。在论文注脚中，Gilbert利用观测到的隆升量估算出地壳力学强度部分的厚度对应50 km厚的弹性板，但遗憾的是，他并未给出详细的计算过程。

1914～1915年，Barrel发表了8篇主题为地壳强度的系列论文，系统阐述了其关于地壳强度的认识，奠定了现代均衡理论的基础。Barrel提出，重力异常更多地是源于地壳密度不均匀导致的载荷，由此提出埋藏载荷的概念，并发展成为现代均衡理论的一个基本概念——内部载荷。Barrel将地球刚性外层称为岩石圈，下伏软弱层称为软流圈。尽管岩石圈这一概念由Dana于1896年首次提出，但当时是用以区别水圈和大气圈，而Barrel则赋予了岩石圈力学属性。同时，Barrel首次提出软流圈，而这一概念后来被板块构造学说所采用。随后，Barrel提出一种利用重力异常计算应力差的方法，并得到重要的结果：相对短波长的载荷由浅部支撑，而长波长载荷由深部支撑，岩石层和软流层均参与支撑地表负荷。

Hayford和Vening-Meinesz分别完善了Pratt和Airy均衡模型，使其明确包含岩石圈强度的影响。同时，美国地质学家Gunn提出Airy、Pratt均衡假说均处于理想状态，他独立定义了均衡的概念，并给出了模拟岩石圈区域均衡的数值算法[16]。

1968年，地磁学、地震学等学科的成果催生了地学史上一场伟大的革命——板块构造学。板块构造学的核心之一是假定板块内部是刚性的，变形主要集中在板块边界。显然，地球外层的刚性和岩石圈强度的概念是构成板块构造学说的主要观点之一。由此也产生了新的科学问题：刚性板块的刚性强度如何?由哪些因素控制?而回答这些问题需要对岩石圈强度或有效弹性厚度Te进行定量研究。

2 岩石圈Te的研究方法进展

基于简单的弹性板模型，Walcott[9,12-15]采用空间域正演模拟法，通过将观测的地形和重力异常与模型预测值进行比较，估算沉积盆地、海山及俯冲带等载荷比较明确地区的岩石圈Te，并证实了采用弹性板挠曲模型解释重力场及地下密度异常较传统的局部均衡模型更合理[9,17-18]。Walcott的成果是区域均衡及岩石圈强度研究的里程碑，其阐释了板块在地质时间尺度下表现出足够刚性这一板块构造学说的基本假设。尽管此前Vening-Meinesz和Gunn也估算了岩石圈强度，但Walcott是最先精确确定岩石圈板块强度并指出其力学性质时空变化范围的学者，并且Walcott发现岩石圈强度与载荷加载时的岩石圈年龄存在明显的相关性。Walcott的理论得到了地震学和地热学研究结果的支持，由此掀起了对岩石圈挠曲和岩石圈强度研究的热潮，这股热潮贯穿了整个20世纪70年代，并持续了几十年。

尽管如此，上述研究主要还是局限于特殊的构造单元，更为深入的认识需要确定更为普遍的构造域的岩石圈强度。Dorman和Lewis[19-21]将傅里叶变换引入到均衡研究，此后McKenzie等[22]通过构建弹性板模型，发展了更普适的频谱域导纳反演法，实现了岩石圈强度的定量反演。基于该方法，很多学者估算了不同地区的大洋岩石圈Te，其幅值大致在几千米至几十千米之间[17-18,23]。这些研究证实了Walcott关于大洋岩石圈Te与其年龄呈明显统计相关性的结论。尤其在海山地区，岩石圈强度随海山加载时岩石圈年龄增加而增加的相关性更为显著[24]，且Te主要分布在350～600 ℃等温线之间[5]。而海底深度越深，岩石圈年龄相对也越老，这些证据表明海洋岩石圈整体强度、流变性主要受控于其热结构。由于大洋岩石圈热结构可用半无限空间冷却模型进行描述，因此海洋岩石圈Te的分布特征简单，动力学含义较为明确。

但使用同样的方法研究大陆岩石圈时，得到的结果却与预期截然不同。起初估算的大陆岩石圈Te，甚至包含大陆核的克拉通地区均呈现低值。McNutt等[25]采用该方法计算得到的澳大利亚克拉通岩石圈Te只有约1 km。Banks等[23]假设所有载荷均来自岩石圈顶部地形和地壳薄层的质量加载，采用导纳法得到北美大陆的岩石圈Te值在5～10 km之间，这意味着即使是前寒武纪的地盾都可能没有强度。显然，这与板块构造理论假设的刚性板块不符。针对这一问题，不同学者对估算岩石圈Te的理论模型、方法及实测数据处理等进行了大量的深入研究。

Forsyth[6]认识到前人估算岩石圈Te时都只考虑了外部载荷，这对外部载荷占主导地位的大洋岩石圈较为合理[1]。但对大陆而言，岩石圈载荷可能包括来自浅部的地壳组分不均、盆地沉积、岩浆侵入等，以及较深部的由底侵作用、热异常或相变等引起的密度异常(如Moho面等)而产生的内部载荷，即大陆岩石圈挠曲可能是外部载荷与内部载荷综合作用的结果。Forsyth[6]通过构建内外部载荷综合作用的挠曲模型，证实同时考虑内外部载荷时估算的大陆岩石圈Te可达数十千米至上百千米。相反，如果不考虑内部载荷，得到的岩石圈Te值则要小数倍。为此，Forsyth建议使用布格异常与地形间的相关性来反演大陆岩石圈Te。基于该方法重新反演获得的澳大利亚克拉通岩石圈[26]和北美板块克拉通岩石圈[27-28]Te值均大于100 km。内外部载荷模型逐渐被广泛接受，基于该方法解算的岩石圈Te也为诸多大陆构造演化研究提供了定量约束和参考，如沉积盆地的形成机制[29]、湖泊演化[30-32]、俯冲带或陆前造山带的支撑机制[18,33-34]等。

但是，基于二维傅里叶谱分析的反演法只能获得某一区域(数据窗口)的岩石圈平均强度信息，无法解译更为细致的动力学过程，由此掩盖了大陆岩石圈动力学的细节信息。随着地球物理、大地测量观测技术的发展和观测数据分辨率的提高，对大陆动力学的认识也不断深入和细化，而岩石圈强度空间分辨率低的问题日益凸显。为此，一些学者发展了多窗口傅里叶谱分析法[34-39]、小波分析法[40-44]等以提高岩石圈Te的空间分辨率。

多窗口谱分析法计算岩石圈Te存在窗口大小和分辨率相互制约的缺陷，并且每个窗口反演岩石圈Te的能力受最大波长限制，当转换波长接近或超过窗口尺度大小时，该方法反演岩石圈Te的能力明显下降(图1(a))。为此，Pérez-Gussinyé等[37]通过数值实验确定每一个窗口可反演的最大岩石圈Te，应用该信息对多个窗口反演的结果进行修正、整合，以获得相对准确的岩石圈Te横向变化信息。小波分析具有同时解析空间和频率信息的优势，基于小波分析技术的Fan小波分析法可有效克服多窗口谱方法的缺陷(图1(b))，无需考虑窗口与波长的相互制约[2,41,44-45]。随着研究的不断深入，解算岩石圈Te时使用不同方法和数据的适用性也逐渐清晰。

黑线为理想的反演结果，带误差棒(标准偏差)的彩色线为实际反演结果[23]图1 模型岩石圈Te值与不同方法反演获得的岩石圈Te值Fig.1 Lithosphere Te values of models and lithosphere Te values inversed by different methods

McKenzie[46]认为自由空气异常与地形相关，使用自由空气导纳能更好地估算岩石圈Te值。对于大洋岩石圈，地表负载占主导地位，重力异常主要来源于地形和其产生的均衡补偿，因此以自由空气异常作为数据源能更合理地估算岩石圈Te值。将同样的方法和数据应用到大陆，得到的岩石圈Te值普遍小于25 km，这一厚度甚至小于地震的孕震层厚度，促使部分学者以此为依据之一，提出大陆岩石圈强度仅存于地壳中，而下伏的岩石圈地幔是弱的[47-48]。该推论显然与已有的大陆岩石圈“三明治”流变结构[49]相矛盾，因而引起地学界的广泛关注。但 “三明治”流变结构已得到微观岩石实验和宏观裂谷等拉张构造的验证，这使得人们不得不重新审视自由空气异常导纳方法在大陆的适用性。如前文所述，大陆岩石圈组构相对复杂，需要同时考虑岩石圈内、外部载荷[6]。布格重力异常可反映岩石圈内部的密度异常，是内部载荷的积分表达。因此，布格重力异常与地形的相关性也就同时考虑了内、外部载荷的共同作用，能更合理地反映大陆岩石圈Te的时空特征。Pérez-Gussinyé等[37]对自由空气导纳和布格相关性计算过程进行统一、重新修订及消除潜在的估计偏差时发现，无论是布格相关性还是自由空气导纳获得的大陆岩石圈Te均可达上百公里[42,50-51]，结合理论模拟和实际研究证实了两种方法可获得稳健的一致性结果，使对大陆岩石圈强度及流变结构的认识趋于统一。但有学者认为部分地质过程(如地表沉积、侵蚀及深部地幔动力作用等)也可能引起岩石圈Te解算的偏差[35,46,52]，特别是在古老的克拉通地区，沉积或侵蚀会削弱地下载荷的地表地形响应，使得地形与这些载荷产生的重力异常并不相关，因此，采用Forsyth提议的布格相关性求取的岩石圈Te仅为大陆岩石圈强度的上限。目前该问题仍在探讨中。

3 与大陆岩石圈强度相关的地球动力学问题

大陆岩石圈强度包含丰富的地球动力学信息，是地球动力学的核心研究课题之一。本文就目前学者比较关注的壳幔耦合、岩石圈有效弹性厚度与地震孕震层厚度的关系以及岩石圈有效弹性厚度各向异性等热点问题进行初步讨论。

3.1 岩石圈强度与壳幔耦合

圈层耦合是地球动力学的重要问题，涉及圈层间物质与能量的交换、动力作用的传递等过程。对大陆岩石圈而言，圈层耦合主要强调壳幔耦合。在力学机制上，其会影响深部动力作用向浅部的有效传递。从效应上分析，上层地壳和下伏地幔解耦可能导致地壳和地幔变形的差异或运动方向和速率的不一致。显然，壳幔耦合对大陆岩石圈的构造动力学过程具有重要影响。

很多学者将青藏高原东部独特的构造特征归因于壳幔解耦，并从不同方面寻找相关证据。地震层析成像结构显示的中下地壳的地震波速度低速层、GPS确定的地表运动场与地震各向异性(SKS)揭示的下伏地幔和软流圈运动方向的差异性、各层地震波各向异性(如方位角各向异性)的变化等均被认为是壳幔解耦的表象。这些推断的依据可为认识青藏高原东部的壳幔解耦问题提供参考，但壳幔是否解耦终究是一个介质力学性质的问题，并且地震波速度等间接证据缺乏明确的定量判断依据。岩石圈强度和岩石圈的流变结构可能为解决此问题提供新的线索。

从力学角度分析，岩石圈挠曲是通过弯曲应力所产生的力矩来支撑加载于其上的载荷。岩石圈强度取决于构成岩石圈岩石的弹性属性，而真实岩石圈变形包含弹性变形和非弹性变形。岩石力学实验表明，岩石非弹性变形机制主要包含脆性和韧性，其中脆性变形服从Byerlee定律[53]。随着温度的升高，岩石变形表现出服从幂次定律的韧性特征。不同深度的岩石变形程度取决于该深度的最小屈服应力[4,54]，其沿深度分布形成一个包络面(YSE，也称Brace-Goetze failure envelopes)，该包络面可有效限定岩石圈弹性弯曲所产生的弯曲力矩[28]。

壳幔解耦的条件要求挠曲产生的剪切应力在壳幔边界处大于岩石的屈服应力[5]。对于通常条件下的岩石圈，其流变结构为典型的“三明治”结构，岩石圈未必解耦(图2(a))。对于地壳厚度正常、组分较强的岩石圈，通常呈现出壳幔完全耦合的状态(图2(c))。但如果存在构造应力作用，弯曲应力参考轴会发生偏移，使得壳幔边界处的强度不足以支撑弯曲力矩而发生解耦(图2(b))。此外，随着地壳增厚，中下地壳会因温度升高而丧失强度，发生壳幔解耦(图2(d))。

(a)和(c)中壳幔边界处的弯曲应力(浅蓝色阴影)未超过其脆塑性屈服应力(橙色对应地壳，红色对应地幔，虚线表示壳幔分界面(Moho面))，该情形下壳幔处于耦合状态；(b)和(d)中壳幔边界处的岩石圈弯曲应力大于屈服应力，壳幔发生解耦，其中(b)为构造应力作用下发生解耦，(d)表示地壳增厚，中下地壳逐渐丧失屈服强度而使壳幔解耦。图中所用岩石流变参数来源于文献[55]图2 壳幔耦合与岩石圈挠曲及Te的关系Fig.2 Relationship between crust-mantle coupling and lithospheric flexure and Te

3.2 岩石圈Te与孕震层厚度Ts

地震孕育是弹性应力积累的过程，而地震破裂则是积累的弹性应力释放的过程，因此地震活动通常被认为是岩石圈强度的一个直观体现。另一方面，大陆岩石圈地震活动揭示出岩石圈在力学上具有强上地壳、弱下地壳和强上地幔的“三明治”流变结构[49]。由此，地震震源深度所刻画的孕震层厚度(Ts)与岩石圈Te必然存在某种关联性。两者的相互关系一度被认为不仅有助于解释大陆岩石圈内地震的发生机理，同时也能帮助认识真实岩石圈运动学模型及流变机制。最初，对全球地震深度分布[47]和岩石圈Te的重新评估表明[35]，大陆岩石圈Te与Ts一般比较接近。基于此，Maggi等[47]通过研究岩石圈Te与Ts的相互关系，提出岩石圈强度主要集中于壳内的孕震层，并且岩石圈地幔相对较弱，岩石圈强度的空间变化可能与岩石圈的温度结构和少量水的存在有关。这显然有异于大陆岩石圈的“三明治”结构，从而使一些学者重新审视大陆岩石圈流变结构，考证这些模型的合理性。

近年来的研究表明，岩石圈Te与Ts是两个不同的物理量。首先在时间尺度上，岩石圈Te表征的是岩石圈在地质时间尺度内的强度，而地震活动性反映的是短时间尺度下弹性或弹塑性变形。由于地震应变速率无法激活地质时间尺度内的塑性蠕变，因此Ts与岩石的塑性强度并无关联[56]。岩石圈Te与Ts在垂向空间尺度下反映的过程也不同。Ts标志着岩石圈由脆性向塑性转变的深度[65]，通常反映的仅是上地壳对地震和断层作用具有响应的脆性层厚度。而岩石圈Te并不对应某个深度，是岩石圈综合强度的反映。由于岩石圈Te与Ts在时间尺度上存在很大差异，且大陆岩石圈Te与Ts在不同构造域呈现不同的相关性[60-61]，所以两者本质上不存在直接的物理关系，反映了岩石圈对空间和时间尺度内多变的载荷响应方式的本质不同。

3.3 岩石圈Te各向异性

通常认为，岩石圈Te是各向同性的。各向同性的假设通过在谱域内对方位角信息进行平均而将问题简化为一维[66]。但研究表明，岩石圈Te不仅在空间上存在横向变化，而且也随方位角的变化存在差异，即岩石圈Te具有各向异性。

Stephenson等[67]首次发现岩石圈对负载的均衡响应在不同方向上存在差异。之后，他们采用正交各向异性薄板模型，在对方位角进行平均前将导纳因子分解为NS和EW两个方向，得出澳大利亚中部岩石圈Te存在显著的各向异性[68]。Lowry等[28]通过反演不同方位角上经二维平均简化为一维的响应函数对美国西部地区进行研究，结果表明，岩石圈Te随方位角变化而变化。Simons等[69]利用多窗口方法获取地形与重力异常的二维相关性对澳大利亚中部地区岩石圈Te进行研究，同样发现明显的各向异性，并且长波长与短波长的相关性一致，均显示NW-SE为低Te方向[36]。Rajesh等[70]对东喜马拉雅-青藏高原的岩石圈Te进行研究，结果表明，岩石圈Te在NS向强度最弱，仅20 km左右，远小于地壳厚度，且对强度的贡献主要来自上地壳而非上地幔，表明高原壳幔形变并非直接耦合。Audet等[39]对加拿大地盾岩石圈Te的各向异性进行研究发现，在短波长上岩石圈Te各向异性与地震及大地电磁各向异性具有很好的相关性，表明地壳和地幔在最后一次构造运动中受到同样的应力场作用。Kirby等[41]采用Fan小波对澳大利亚岩石圈Te的各向异性进行分析，发现岩石圈Te各向异性与75～175 km深度上的地震SV波各向异性具有很强的相关性，表明前寒武时期地震波速各向异性与岩石圈Te各向异性同源。而在克拉通区域，地壳和地幔强烈耦合，岩石圈的强度主要集中在上地幔。

从岩石圈物质组成来看，无论是组分不均匀分布的多相矿物颗粒的形态择优取向，还是存在强度各向异性晶体的晶格择优取向，均能产生强度的各向异性结构[71]。事实上，各向异性现象在地球上普遍存在。岩石圈Te各向异性的力学涵义是在载荷作用下，岩石圈抵抗变形的能力在不同方向上的差异。从物理角度来看，岩石圈在构造历史中受到的构造力、温度和组分等的综合效应会在应力应变积累过程中被“记忆”下来，影响其晶格排列的空间取向，即晶格的排列在空间上具有各向异性[71]。微观结构表现出宏观效应，体现在地震波的传播上，沿不同晶格排列方向其速度存在差异，因而导致横波分裂；体现在介质变形上，其抵抗变形的能力沿不同方向是不一样的，其结果是在同样载荷作用下，岩石圈的变形存在优势取向。

岩石圈Te各向异性可弥补诸如大地电磁、SKS和地震径向各向异性等深部各向异性与地表地质间相互联系缺失的空白，蕴含着丰富的动力学涵义，为岩石圈及地球深部动力学研究提供了独立的证据。

首先在构造分区上，岩石圈Te各向异性反映了负载下岩石圈优先变形的方向，是岩石圈抵抗形变最弱的方向，也是岩石圈优先补偿的方向。岩石圈具有继承性，稳定的大陆块体会继承先存构造以及最后一次大构造事件的信息，表现出整体一致的各向异性特征。因此，岩石圈Te及其各向异性的横向变化有助于划分大的构造单元，如加拿大地盾[44]、鄂尔多斯块体、河淮盆地[72]、柴达木盆地[62]等均属于较稳定的构造块体。另一方面，稳定的大陆块体相对缝合带、断裂带以及块体边界等构造活跃区有利于构造应力的传输，在后期构造事件中更难发生变形，岩石圈强度及其各向异性信息也就更容易被继承。此外，长波长的岩石圈Te各向异性反映的是岩石圈深部构造信息，短波长则反映的是浅部沿断层等均衡调整的信息[37]。岩石圈Te各向异性与断裂带、构造边界具有近似垂直的关系[41,44,62,73]，且岩石圈Te及其各向异性涵盖的不仅是最后一次大构造事件至今的岩石圈信息，还包括了岩石圈在先前大构造活动中继承下来的信息。因此，构造块体间的Te及其各向异性的关系可为认识岩石圈构造演化历史提供依据。

岩石圈Te各向异性也为探究岩石圈变形机制提供了新线索。Silver[74]给出两种经典的壳幔变形运动学模型：壳幔强烈耦合的垂直连贯变形模型和源于板块运动的简单软流圈流动模型(图3)。按照岩石圈垂直连贯变形模式，地震波快轴方向垂直于岩石圈形变的压缩方向，而该方向也是单位地形加载所能引起的最大变形方向[41]，是岩石圈力学强度最弱的方向，因此岩石圈Te的弱轴与压缩方向平行，而与地震波快轴垂直。从岩石学角度来看，在岩石圈变形过程中，橄榄石慢、快波轴分别与最大压应力方向(最短轴)和最大张应力方向(最长轴)趋于一致。据此，通过比较岩石圈Te各向异性与不同深度上地震各向异性，可获得岩石圈垂直连贯性变形的深度，以及岩石圈不同圈层耦合程度信息，从而进一步判断岩石圈变形模式。如澳大利亚前寒武纪岩石圈Te各向异性方向与不同深度的地震波快波方向近似垂直[41]，表明该地区岩石圈壳幔耦合，变形模式趋于垂直连贯变形，且Te各向异性与地震波各向异性同源。

图3 岩石圈变形模式示意图Fig.3 Diagram of lithospheric deformation patterns

此外，岩石圈Te各向异性与地震波各向异性信息将岩石圈结构与演化历史动态地联系在一起，其相互关系可揭示部分动力学信息：1)岩石圈Te各向异性与SKS间的关系是判断岩石圈变形模式以及岩石圈Te各向异性的贡献是否主要来自岩石圈地幔等问题的有力依据。2)Rayleigh面波方位各向异性有横向分辨率和垂向分辨率，其与岩石圈Te各向异性间的关系可以解释岩石圈Te各向异性主要源自哪个深度以及岩石圈各层的耦合程度。如图4所示，松潘-甘孜地块岩石圈Te各向异性与不同周期(深度)的Rayleigh面波方位各向异性均近似平行[58]，由此可推断其源于地壳物质的侧向流动。3)地震波径向各向异性是指两种偏振特性不同的地震面波(Rayleigh波和Love波)在介质中的传播速度存在差异，通常被认为是地壳上地幔介质的各向异性效应所引起的[75]。一般而言，若存在下伏板块、地壳流等剪切运动的“剪切流”区域，则VSH>VSV；而对于地幔对流、下伏扩张中心及俯冲带等与“径向运输”作用有关的区域，则VSH

图4 青藏高原东北部岩石圈Te各向异性与Rayleigh面波方位各向异性[63]Fig.4 Lithosphere Te anisotropy and Rayleigh wave azimuthal anisotropy in the northeastern Tibetan Plateau

4 结 语

20世纪初，Barrell系统阐述了其关于地壳强度的创新认识和研究成果，并提出岩石圈是上覆于软流圈的刚性层概念。岩石圈具有强度是板块构造学说的基本思想之一，在经过持续推进和发展后，岩石圈强度研究已发展成为融合大地测量学、地球物理学、地质学、岩石学、地球动力学、大陆动力学等诸多学科的前沿领域，显现出鲜明的多学科交叉特点。一方面，多学科新元素的注入使这项古老的课题不断扩展其外延、丰富其内涵，始终保持勃勃生机；另一方面，其发展也不断促进其他学科形成新认识，并进而提出新的问题。尤其是岩石圈强度的各向异性为岩石圈变形历史及机制研究提供了新的独立线索，为认识地球内部补偿变形过程和这些过程如何通过地表地形和重力场得以显现，以及其蕴含的动力机制开拓了新视野。尽管目前研究方法已经比较成熟，但对其与不同各向异性参量间的机理联系还缺少定量研究和深入分析，而各学科观测数据的不断丰富、新方法的不断发展和各学科的深度融合，无疑有助于更充分解译大陆岩石圈强度各向异性的地球动力学涵义，提升对大陆岩石圈演化的认识。

总体而言，尽管历史悠久，大陆岩石圈强度的研究并未因日趋成熟而走向沉寂，它在新技术条件的推动下，通过多学科间大跨度的交叉融合，不断提升我们对地球动力过程和机理的认识，展现出广阔而灿烂的发展前景。

也许，激动人心的研究才刚刚开始。