第9章板块构造

大陆架大陆坡大洋盆地南京大学地球科学与工程学院南京大学地球科学与工程学院舒良树制作舒良树制作第九章第九章板块构造板块构造Chapter9PlateTectonicsChapter9PlateTectonics普通地质学(PhysicalGeology)40多年前，国际地学界发生了一次天翻地覆的理论革命。1965~1968年，板块构造理论宣告建立。占居全球地学理论统治地位100多年之久的地槽学说（Hall,1857)，从此退出了历史舞台。★板块构造理论建立的意义1.板块构造是指在软流圈上作大规模水平运动的岩石圈块体。板块构造理论是一门研究全球构造以及岩石圈板块运动学、动力学的学问。认为地球表层是由为数不多、大小不等的岩石圈板块组成的；各个板块沿球面彼此独立运动；诸多构造、岩浆、变质等事件发生在板块边界；驱动板块运动的动力是地幔对流。2.板块构造理论涉及地球物理、地质构造、沉积作用、岩浆作用、变质作用、成矿规律等领域，在解决大洋及其洋陆过渡带的构造、火山、地震、变质和成矿规律等重大问题上取得了极大的成功。3.板块构造理论开创了地学研究的新纪元。地槽-地台学说（geosyncline&platform）主张固定论，认为大陆、大洋在地质历史中只发生规模上的扩大与缩小，海洋不会消亡；主张垂直运动论，认为地壳运动主要表现为整体的抬升与沉降，并不发生大规模的水平运动。板块构造理论强调活动论，在地质历史中，大洋、大陆是不断消亡与新生的，绝无永久固定的位置；强调水平运动为主，表现为大洋板块从洋中脊新生、在俯冲带消亡、大陆板块彼此碰撞拼合以及大陆内部变形等各种水平运动方式。也不排除部分地区因地幔岩浆上涌活动而发生的地壳垂向生长。板块构造理论是对地槽学说的彻底革命，是对固定论与垂直论的彻底扬弃！第一节大陆漂移Section1ContinentalDriftTheory板块构造理论建立的依据（地形、地质、古气候、地球物理、深海钻探与测年）1.地形证据(landform)德国学者魏格拉最早提出(WegenerA，1912)，他不仅发现大西洋两岸大陆的形态非常吻合，特别是南美和非洲的海岸线及其相似,可以完美地拼合在一起。全球各陆块可以拼合成一个完整的大陆。而且发现了重要的古生物、岩石、构造、冰川等证据，证明古大陆沿大西洋发生过开裂和漂移。奥地利学者休斯(SuessE)认为，联合古陆(Pangea)曾被特提斯洋(Tethys)分成两部分：南半球的冈瓦纳古陆(Gondwana)和北半球的劳亚古陆(Laurasia)。WegenerAWegenerA南美非洲北美南美非洲西欧联合古陆(Pangaea)2亿年前的超大陆。根据植物化石和冰川分布，认为2亿年前时由两个古大陆组成。北半球：劳亚古陆(LaurasiaLand)；南半球：冈瓦纳古陆(GondwanaLand);两陆间：特提斯海(Tethys)(两个古陆之间、开口朝东、呈平躺V字型的古大洋)两亿年前的地球2.2.地质证据地质证据a.a.古生物证据古生物证据三叠纪浅水爬虫中龙、犬颌兽二叠纪热带植物舌羊齿三叠纪浅水爬虫中龙、犬颌兽二叠纪热带植物舌羊齿..在不同大陆上在不同大陆上发现有同种同发现有同种同属的动、植物属的动、植物化石。这些生化石。这些生物不能远涉大物不能远涉大洋，只能生存洋，只能生存于同一个大陆于同一个大陆块体上。块体上。b.b.古山系相连古山系相连苏格兰苏格兰--挪威加挪威加里东期造山带里东期造山带,,越过大西洋越过大西洋后，在西岸的后，在西岸的加拿大和美国加拿大和美国再次出现。再次出现。特征相似的二特征相似的二叠系，在南非叠系，在南非的开普顿山和的开普顿山和南美阿根廷的南美阿根廷的布宜诺斯艾利布宜诺斯艾利斯同时出现。斯同时出现。3.3.古气候证据古气候证据石炭纪、二叠纪冰川冰川(glacial)(glacial)，广布在寒，广布在寒带南极、温带印度、带南极、温带印度、澳大利亚、南美和热澳大利亚、南美和热带的非洲等地。将各带的非洲等地。将各大陆上冰川擦痕指示大陆上冰川擦痕指示的冰川运动方向投影的冰川运动方向投影到泛大陆位置上，正到泛大陆位置上，正好反映冰川从古陆中好反映冰川从古陆中心向四周流动，与其心向四周流动，与其空间关系非常吻合。空间关系非常吻合。根据这三方面的证据，魏格纳于1912年提出大陆漂移说，轰动学术界。可视为板块构造理论的萌芽思想。他提出，在大西洋形成之前，上述不同地区彼此相连，同属一个古大陆“Pangea大陆”。他观察到的地质事实是可靠的，但其动力学机制“陆壳在洋壳上漂移”却是致命的缺陷，在流变学上是不可能的！一个长时间的沉寂之后，从20世纪40～60年代，板块构造理论思维进入一个新的阶段：海底扩张说。霍尔姆斯于1928年提出地幔对流说（mantleconvectionhypothesis）第二节海底扩张Section2Sea-floorSpreading一、海底地质考察1.水深测量——采用仪器:回声测深仪、测向扫描声纳。2.深潜器调查3.海底地球物理调查——包括海底的地磁（geomagnetism）、重力（gravity）、地震（seismology）以及地热（geothermal）等。二、海底扩张的论证1.洋中脊（oceanicridge）的发现洋脊是绵延全球各大洋底的巨大山脉，是地球上最为突出的地貌现象。洋中脊地质剖面图2.洋脊地震带的特征——地震频繁，震级低，震源浅。3.洋底沉积物的分布特征（1）沉积物在裂谷带中极薄，甚至缺失，向两坡方向对称式逐渐增厚；（2）洋底的沉积物最厚只有500~600m；（3）洋底沉积物的形成不会早于侏罗纪。4.海底热流值和重力值的分布规律测定表明，海底热流值平均为（1.64±1.11）HFU（1HFU＝41.868mW/m2），大陆为（1.64±0.89）HFU，两者无显著不同。但是，在海底的不同部位，热流值却差别很大。在洋脊轴部，热流值极高，如东太平洋洋隆平均为2.26HFU，最高可达8~10HFU。而在海沟，热流值极低，平均为1.12HFU，秘鲁－智利海沟甚至低到0.44HFU。在洋脊轴部，物质炽热而呈膨胀态，故重力值很小。在海沟处，洋壳冷而致密，故重力值很高。三、海底扩张说的提出海底扩张说的要点可以归纳为：①洋底不断在洋脊裂谷带形成、分离，分裂成的两半分别向两侧运移，洋底不断扩张。同时，老的洋底随对流圈在海沟处潜没消减。这种过程持续不断，因而洋底不断更新。②洋底扩张速度平均每年数厘米，3~4亿年洋底便更新一次。③洋底扩张表现为刚性的岩石圈块体驼在软流圈上运动，其驱动力是地幔物质的热对流。④洋脊轴部是对流圈的上升处，海沟是对流圈的下降处。如果上升流发生在大陆下面，就导致大陆的分裂和新生大洋的开启。四、海底扩张说催生的新成果1.1.海底磁异常条带海底磁异常条带(MagneticAbnormityBandofSeafloor)MagneticAbnormityBandofSeafloor)的发现的发现1963年，剑桥大学瓦因(Vine)、马修斯(Mattueurs)发现了海底磁性条带。在洋脊两侧，海底岩石的正、负磁异常条带对称分布。原因是海底在扩张。为海底扩张学说(SeafloorSpreadingTheory)的建立提供了重要依据。磁异常条带的形成机理磁异常条带的形成机理◆◆洋中脊喷出的高温玄武岩浆冷却到650℃时，将会被磁化，当时的磁场方向会被记录在岩石中。由于地磁南北极的多次转向，导致海底岩石中出现一系列正、逆向磁异常条带。故以洋中脊为轴带，两侧磁异常条带对称分布。洋中脊两侧对称分布的磁异常条带洋中脊两侧对称分布的磁异常条带老洋壳老洋壳----------------------新新洋中脊洋中脊新新--------------------------------老洋壳老洋壳◆据此建立了海底岩石的磁性地层年代表。现在～69万年:布容正向;69～243万年:松山反向;242～332万年:高斯正向;332万年前:吉尔伯特反向。根据对称分布的海底磁异常条带确定的磁性地层表2.深海钻探所揭示的海底年龄“三位一体”的大洋地壳剖面蛇绿岩套（ophiolite）3.冰岛洋壳剖面的发现—“三位一体”的结构特征：沉积单元；堆晶单元；变质橄榄岩单元太平洋海山的线状排列（黑圆点为同位素年龄取样位置）4.洋底海山(seamount)与地幔热点(mantlehotspot)太平洋中地幔热点形成海底火山链示意图转换断层示意图5.海底转换断层的发现与确认裂谷和转换断层形成方式示意图板块构造理论的真正建立和被广泛接受，最终得益于洋底转换断层的发现和板块演化旋回的提出。转换断层转换断层((transformtransformfault)fault)定义：定义：发生在洋底、发生在洋底、与洋脊错位有关的一种特殊与洋脊错位有关的一种特殊的海底剪切断层。错位距离的海底剪切断层。错位距离5050～～300km300km。。特点特点::①①断面近直立，断面近直立，相邻块体的剪切平移以及地相邻块体的剪切平移以及地震只在两个转换点之间发生震只在两个转换点之间发生;;②②一过转换点一过转换点,,断层两侧洋断层两侧洋脊的运动方向相同，剪切消脊的运动方向相同，剪切消失失;;③③转换点转换点b,cb,c间动向与平间动向与平移断层错开洋脊的动向正好移断层错开洋脊的动向正好相反（相反（图上图上）。）。原因原因::锯齿状裂谷阶段锯齿状裂谷阶段萌生（萌生（图下图下）。）。1.板块类型(typesofplate)：大陆板块、大洋板块两类。2.板块边界类型：（1）离散边界(disperse):洋中脊、大陆裂谷（2）剪切边界(shear):转换断层（3）聚敛边界(convergent):俯冲带、碰撞带（陆-陆）①俯冲带：为全球地震带、全球火山带；常发育高压低温变质带。②陆-陆碰撞带：印度与欧亚两个大陆沿雅鲁藏布江断裂碰撞,形成双倍地壳厚度的巨大造山带：青藏高原。边界两侧板块分离边界例子敛合边界例子剪切边界例子大洋-大洋洋中脊阿留申海沟太平洋内、大西洋内大洋-大陆无智利海沟、日本海沟圣安德烈斯断层大陆-大陆东非裂谷喜马拉雅、阿尔卑斯未见第三节板块构造Setion3PlateTectonics板板块块构构造造的的下下地地幔幔对对流流模模型型与与多多学学科科探探测测手手段段板块的三种边界类型图解板块的三种边界类型图解地表形貌、板块构造在地球系统中的位置东非裂谷带地质简图东非裂谷带地质简图裂谷形貌裂谷形貌3.全球板块划分全球板块划分((divisionofglobalplate)(1)六大板块(面积都大于108km2；仅太平洋板块全由洋壳组成):美洲板块、太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、澳大利亚-印度板块、南极洲板块(LePichon，1968)。(2)次级板块:菲律宾板块(面积大于106km2)、加勒比板块、福卡板块、纳兹卡板块、可可板块、阿拉伯板块、斐济板块、斯科特板块。4.两种大陆边缘◆活动大陆边缘(activecontinentalmargin)(1)西太平洋型：沟、弧、盆复合体系(trench-arc-backarcbasincompositesystem)(2)东太平洋型：海沟-山弧构造体系◆稳定大陆边缘(stablecontinentalmargin)又称被动大陆边缘(passivecontinentalmargin)、大西洋型大陆边缘。一种没有海沟、没有火山与地震活动的大陆边缘，大陆架很开阔。如北美大陆东部与大西洋之间，是一个1200km宽的大陆架，地壳很稳定。全球六大板块分布图全球六大板块分布图全球六大板块全球六大板块、、若干次级板块分布图若干次级板块分布图西太平洋陆缘沟西太平洋陆缘沟--弧弧--盆体系盆体系CharvetJ提供太平洋两岸不同结构的活动大陆边缘图解太平洋两岸不同结构的活动大陆边缘图解西太平洋大陆边缘东太平洋大陆边缘被动大陆边缘剖面示意图构成大洋盆地的主要单元◆陆架(continentalshelf)——坡度平均0.1°,水深小于200m,宽度可达千余千米。◆陆坡(cont