7板块构造

山脉和海陆是如何形成的？第7章板块构造要点海底扩张学说大陆漂移学说板块构造学说板块边界类型威尔逊旋回★大地构造学说大地构造学说（即地壳运动学说）：人类对岩石圈的形成和演化的整体认识。地质构造的分布规律,断裂带地壳运动发生的时间、运动方式和规模，地壳运动的起因和动力来源。到目前为止，还没有一个学说能全面完整地解释上述问题，为比较多人接受的是板块构造学说。大地构造学现有理论系统简介●从历史学的角度进行整合——槽(Hall&Dana)、台(Suss)系统●从材料力学的角度进行整合——地质力学（李四光）系统●从运动学的角度进行整合——大陆漂移（魏格纳）与板块说系统收缩说Beaumont(1798--1874):相同方向的山脉年龄都相同。JamesDana（1813--1895）：大洋是冷却收缩下沉而成的，在收缩程度不同的块体的交接部位会出现裂缝、褶皱隆起和抬升。JohnPratt(1809--1877)：解释重力异常，认为山脉是较热的部分，密度较小；而海盆是较冷的部分，密度较大，由于热量分布不均匀，致使地球表面不均匀收缩而形成山脉。地球膨胀说地质力学李四光李四光:地球自转速度的变化是地壳运动的主因：当地球自转速度增加，地壳由高纬度向低纬度推挤，形成挤压性质的纬向构造体系和拉张性质的经向构造体系，由于大陆和大洋地壳向低纬度推挤的速度不一，在两者之间还会发生相对扭动，形成压扭性构造体系，等等。由此造成的岩浆向上运动或喷发又会使地球的自转速度减慢，从而重复相反的过程。Jω=CJ=Σmr2（角动量）其中：m为质量，r为半径(1)变冷收缩，转速加快(2)岩浆上涌、喷发，转速减慢，“大陆车阀”；(3)转速变化对海面升降的影响；(4)转速加快的构造效应（经向、纬向、扭动）；(5)转速减慢的构造效应（经向、纬向、扭动）；(6)等等。第二节大陆漂移地壳的升降运动地壳的水平运动地表形成的两种看法●理论体系结构大陆漂移说:研究对象—大陆地幔对流说:研究对象—软流圈海底扩张说:研究对象—洋壳●理论发展大陆漂移说(Wengener)地幔对流说(Holmes)海底扩张说(Hess&Dietz)板块说对象—岩石圈板块板块说1.板块理论体系的组成研究简史1620年，F.Bacon最早注意到大西洋两侧岸线的相似性。1858,A.P.Snider根据大西洋两侧大陆煤系地层的对比，编制了世界第一张大西洋拼合图F.Bacon,1561-16262.理论的发展●美洲与非洲大陆的拼合EduardSuess1875年最早注意到南半球各大陆上的岩层非常一致，因而将它们拟合成一个单一大陆，称之为冈瓦纳古陆，并指出冈瓦纳古陆解体后发生漂移。●冈瓦纳古陆的发现EduardSuess(1838-1914):ProfessorattheUniversityofVienna(1857-1908),presidentoftheAustrianAcademyofSciences(1898-1911)Wegener(1880－1936)●大陆漂移说的提出1915年，F.B.Wegener（魏格纳）发表《海陆起源》（Theoriginofthecontinentsandoceans）,提出大陆漂移说。该假说的基本论点是：★大陆拼合（3亿年前）石炭纪末,地球表面只有一个大陆（Pangaea)（泛大陆/盘古大陆）★漂移机制刚性硅铝层在塑性的硅镁层上运移。★漂移原因地球自转速度变化及潮汐力。魏格纳为什么会提出大陆漂移说？冰层的裂开大西洋两岸的轮廓为何如此相似？证据1魏格纳的大陆拼合图石炭纪联合古陆第三纪始新世第四纪更新世古生物的证据古植物化石Glossopteris的分布证据2哪一种最可能?爬行类化石中龙的分布二叠纪的爬行类是如何远渡重洋生活在大海相隔的两个大陆之上？古生物的证据证据2Driftingbywoods?Walkingalongland-bridges?Jumpingbysmallislands?Orbycontinentaldrift?Howdidanimalscrossocean?山脉重合地质构造上的证据证据3大西洋两岸岩石与地质构造的吻合南美非洲古气候的证据冰川煤岩盐石膏干旱区证据4石炭纪、二叠纪高寒带的冰川遗迹,现在却分布在温带和热带的印度、澳大利亚、非洲、南美、南极等地较重的玄武质壳较轻的花岗质壳地幔大洋(单地壳)大陆(双地壳)花岗质壳在玄武质壳上漂浮证据5重力均衡现象大地测量证据6格陵兰岛每年都在背离欧洲大陆作水平运动魏格纳思想的提出，在地质学界引起了轩然大波，大陆怎么会象船一样在地球表面漂移？这对固定论思想根深蒂固的地质学界，简直就是天方夜谭。对Wegener大陆漂移说的批评①刚性的花岗质壳不可能在刚性的玄武岩层上漂移（Lake）。②Wegener所提出的使大陆发生漂移的力与地壳的强度相比太小了，如何能使之漂移？下地壳怎么会弱到如此低的程度而使上地壳在其上漂移（Jeffreys）？③如果说下地壳是软的，大洋底应当是平坦的，如何大洋底又存在山脊和海沟呢？（Bowie）④Wegener本人的拼合图就存在不少问题，轮廓歪曲，部分重叠，部分开裂（Lake）。几大动物群只是相似而不是相同，不可能指望先前是连续的（Schuchert）。1926年11月美国石油地质学家协会（纽约）：首届大陆漂移讨论会，14人发言，其中5人赞同，2人有保留支持，7人反对。大陆漂移说被否决，受到学术界的打压。对魏格纳的支持Wegener也得到了一些学者的支持，如Argand,Daly,Bailey等，ArthurHolms还提出了支持大陆漂移说的机制——地球内部的对流。他认为光靠火山活动不足以把地球内部的热带出来，地球内部一定存在着对流，对流的产生必定会推动大陆的漂移，他指出，深部温度高，岩石强度低，据30C/km的增温率，深部的岩石软弱得足以发生对流，而对流势必导致大陆的离裂和漂移。ArthurHolmes(1890-1965).大陆漂移说的复活岩浆在冷却成岩过程中，含铁矿物在某个温度值开始获得磁性，该温度值称为居里点；如磁铁矿的居里点为600℃；磁性矿物获得磁性时，会按当时的地磁场定向，并在岩石中将其磁性方位保存下来，称之为天然剩磁（NRM）；用精密仪器测定岩石中天然剩磁的方向和强度，就可以知道岩石形成时的地磁南极、北极的地理座标位置。这就是古地磁学的研究内容。非洲和南美的极移曲线北美和欧洲的极移曲线第三节海底扩张随着魏格纳的去世，大陆漂移说很快就消声匿迹了，被人忘记了。直到二次大战以后，科学家对当时一无所知的大洋进行了科学考察,得到了许多惊人的发现：发现了地球上最大的山脉、最大的槽地和最大的平原。二战之后，美苏争霸，导致海底探查技术的发展，发现全球的洋底地貌与人类以往的认识完全不同1962年Hess发表文章，提出了他的大洋扩张说海底扩张说的提出1、大洋底在中脊处生成，向两边的海沟扩张，然后下沉至地幔。大洋中脊的位置代表了对流环的上升部位，而环太平洋带即为对流下降的部位。2、大陆漂移由大洋扩张驱动,而大洋扩张则由地幔对流驱动,大陆地壳并非在大洋地壳上运动，而是大陆和大洋地壳均驮在地幔上作被动的运动。大洋扩张示意图地幔物质从洋中脊涌出，推动原来的物质向二侧对称运移1.洋底扩张速度平均2cm/年，二亿年洋底更新一次，所以洋底无中生代以前的岩石。2.洋底沉积物最厚处600米，相当于一亿年中堆积的厚度Ocean(singlecrust)Continent(Doublecrust)Wegener’smodel地壳岩石圈软流圈上地壳下地壳上地幔（上部）大洋大陆海底扩张的证据•洋脊的发现•热流、洋脊地震带的特征•洋脊上沉积物分布的特征•两种大陆边缘•洋底海山及火山岛链的意义一、古地磁证据磁性反转Magneticreversal磁异常条带正向反向距今百万年根据海底扩张计算的磁强度洋底磁强度实测值岩石圈太平洋东部的磁异常条带,根据这些磁异常条带可以计算出大样扩张的速度和方向。海底地质的进展1.回声探测仪的发现。BruceHeezen（1924--1977）利用回声探测仪发现了大西洋中脊、东太平洋中脊以及印度洋中脊（CarlslergRidge），这些洋中脊为拉张裂谷，此外他还发现了海底平顶山。二、深海钻探所揭示的海底年龄三、洋中脊裂谷的形成裂谷：洋脊轴部发育的纵向的深谷全球大洋中脊（扩张脊）的分布全球大洋底的构造•裂谷带内堆积着新鲜玄武质熔岩•玄武岩中发育有大量节理•地幔物质的涌出口•洋壳被拉开、撕裂“黑烟囱”大洋中脊喷出的气体四、转换断层大西洋中的转换断层WilsonJ.T.(1965)提出了转换断层的概念磁异常条带的形成bcad•只有bc产生剪切。•过bc,无剪切,与洋脊错开同向。•bc断层动向与洋脊错开方向相反。•扩张速度相同。•洋脊的错开是由扩张速率差异造成。隆升和断裂阶段塌陷阶段洋中脊形成转换断层出现大洋形成圣安德列斯大断层：一条转换断层五、洋底海山及火山岛链固定不动的热点和移动的板块存在一连串的海底平顶山。平顶山成因：地幔物质上涌到岩石圈底部，然后分熔成中基性岩浆喷出，形成海底火山；热点的位置固定，而板块在移动，所以可形成一连串的火山；火山开始时位置较高，山头容易被波浪削平，最后成为海底平顶山平面图剖面图海底平顶山的形成示意图火山岛链大洋扩张运动的轨迹(火山岛链)倾斜的地震带(俯冲带--Benioff带)洋壳削减带六、贝尼奥夫带（Benioff带）浅震中震深震第四节板块构造•海底扩张说大获成功之后，在1968年，英国的麦肯齐和法国的皮雄、以及美国的摩尔根等学者提出了岩石圈板块构造学说（简称板块构造）X.LePichonDanP.McKenzieWillianJasonMorganMorganreceivingtheNationalMedalofSciencefromGeorgeW.Bushin2003地壳岩石圈软流圈上地壳中地壳下地壳：玄武质层上地幔（上部）大洋大陆岩石圈板块构造体系•1水平运动为主•2水平运动转换为垂直运动（板块俯冲与碰撞）各板块的水平运动GPS测量结果构造运动与板块边界离散运动离散边界divergentboundary(增生型边界)汇聚运动汇聚边界convergentboundary走滑运动转换边界transformboundary（平错型边界）三种板块边界类型：扩张、俯冲和转换。◆俯冲型，包括山弧－海沟系岛弧－海沟系；◆碰撞型，山弧－地缝合线系；山弧︱海沟系马里亚纳群岛岛弧—海沟系马里亚纳海沟11034m马里亚纳海沟地形山弧－地缝合线系1喜马拉雅山山弧－地缝合线系3阿尔卑斯山全球板块的划分LePichon把全球划分出六大板块：①美洲板块②太平洋板块③欧亚板块④非洲板块⑤澳大利亚与印度板块⑥南极板块板块运动解释大陆漂移板块运动解释大陆漂移板块运动解释大陆漂移板块运动解释大陆漂移板块运动的驱动力地幔对流•大陆边缘位于板块内•边缘两边的陆地与海洋属于同一板块•海底由大陆架、大陆坡、大陆基构成•动力学特征为洋壳沉降为主被动大陆边缘（稳定边缘／大西洋型边缘）大陆边缘的类型•主动大陆边缘(活动边缘/太平洋型边缘)板块俯冲的场所大洋板块俯冲于大陆板块之下板块运动矢量垂直于板块边界构造标志:地震、岩浆活动、变质作用地貌标志：海沟与岛弧（弧沟系）Wilson旋回海洋的发展演化大西洋的形成2亿年1亿年5千万年现代（1）胚胎期：出现基性火山活动，如东非裂谷。（2）幼年期：开始形成洋壳，如红海、亚丁湾。（3）壮年期：大洋中脊出现，两侧为稳定的大陆边缘，具有宽阔而平坦的大陆架，如大西洋。（4）衰老期：两侧出现俯冲带，构成活动大陆边缘，大陆架狭窄，边缘位岛弧或山弧。（5）终结期：只残留狭窄的海盆。如地中海。（6）遗痕期：大洋消失，大陆碰撞隆起成山，如喜马拉雅山。裂谷的形成（1）胚胎期出现基性火山活动，如东非裂谷东非大裂谷东非裂谷系一千万年之后的非洲。（2）幼年期•开始形成洋壳。如红海、亚丁湾。大洋的形成（3）壮年期大洋中脊出现，两侧为稳定的大陆边缘，具有宽阔而平坦的大陆架