南京大学_普通地质学_9普地板块构造

2020/1/29普通地质学普通地质学南京大学地球科学系舒良树第九章板块构造2020/1/29普通地质学第九章板块构造PlateTectonic一.大地构造基本概念1.定义：研究全球性地壳运动的学问称Tectonism。包括沉积作用、构造变形、岩浆活动、变质作用、成矿规律等。2.主要学说：槽台学说（30-60年代统治全球地学理论），地质力学（李四光），断块学说（张文佑）地洼学说（陈国达），波浪镶嵌（张伯声）板块构造:伟大的地学革命!(65-68年理论成熟。有突出贡献的人物：国际级的Wilson,LePichon,上田诚也，都城秋穗；中国70-80年代以尹赞勋，李春昱,郭令智为代表）3.槽台学说:认为地壳运动以垂直运动为主，大陆、大洋的位置不变.将地表分为地槽活动区（Geosyncline）,地台稳定区（Platform）二个主要构造单元.2020/1/29普通地质学3.1地槽基本特征简介●1857年美国丹纳Dana、霍尔Hall在研究阿帕拉契山时提出●指沉降很深、狭长条形延伸的凹地：长数百到上千公里，宽数十到上百公里。长期、原地、垂直沉降与堆积：时间达数亿年，厚度大于一万米。●位于陆-陆之间或洋-陆之间。●有火山岩的叫优地槽Eugeosyncline；无火山岩的叫冒地槽Miogeosyncline；两者成对出现。●后期地壳运动使巨厚的沉积物强烈变形，形成一系列紧闭的线形褶皱和大规模的挤压推覆构造。同时发生广泛的区域变质作用，形成混合岩，并伴随中酸性岩浆活动和矿产。●褶皱地层急剧上升成山脉，凹地变为造山带，称造山作用；其高大山系称造山带或地槽褶皱带，如Himalaya、Alps、秦岭、天山、昆仑山。●地槽理论已被板块理论所取代。2020/1/29普通地质学3.2地台基本特征简介●奥地利学者E.Seuss（休斯或徐士）于1885年提出。●指地壳上稳定的、形成后不再褶皱变形的地区。●具双层结构：褶皱基底和水平的盖层盖层：沉积薄；面形分布；地层平缓倾斜到水平；边界为正断层；区域变质极弱;无火山岩；煤、石油、沉积铁矿等矿产发育。●与地槽的关系：地槽褶皱上升-剥蚀夷平-活动性减弱并趋向稳定-正断层使之下降-缓慢地接受沉积（地台阶段）。●古地台：以前寒武系（Precambrian）为基底；年轻地台：以古生界（Cambrian-Permian）为基底●地盾Shield：基底之上无沉积盖层（无沉积或沉积薄被剥蚀）。●世界著名的地台：北美地台、非洲地台、澳洲地台、西伯利亚地台、俄罗斯地台、扬子地台、华北地台、塔里木地台。●克拉通Craton：刚性强的稳定地台。一直被板块理论采用。2020/1/29普通地质学3.3槽台论的大陆生长观:槽台边缘形成新地槽,大陆向海洋方向扩大，海洋缩小；大陆内部会发生开裂，如东非裂谷，但海洋不会消亡。3.4槽台论的地壳发展旋回性也称构造旋回周期性地产生新一代地槽。地槽后期的褶皱造山运动标志着旧地槽的消亡,新地槽的孕育。喜山旋回(0.65亿年-现在)-----─────燕山运动E1/K2─────────燕山旋回（2.3-0．65亿年）-----─────印支运动J1/T3─────────印支旋回（2．95-2.3亿年）-----─────海西运动，华力西运动T1/P────海西旋回（3.75-2．95亿年）-----─────加里东运动D/S─────────加里东旋回（8-3.75亿年）-----─────格林威尔运动Z/Pt─────────晋宁旋回(8-25亿年）-----───────阜平运动─────────太古代旋回（35-25亿年）构造旋回表2020/1/29普通地质学二.板块构造PlateTectonics1.海底地貌单元大陆架：坡度平均0.1度，水深小于200米,宽度大。大陆坡：坡度平均3-6度，水深1400米-3200米。大陆隆：坡度小于1/400，为过渡区。大洋盆：深海平原，非常平坦；水深多大于4600米。大洋脊：洋盆内部的海底巨大山脉，常分布于大洋盆的中部。2020/1/29普通地质学陆海过渡带大陆架大陆坡大洋盆2020/1/29普通地质学2.板块构造定义：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：系统研究岩石圈板块运动学、动力学的学说。3.板块构造存在的主要证据:地形、地质、地球物理、深海钻探1）.地形证据：全球的大陆可以按一定方式拼合在一起；特别是南美和非洲的海岸线及其相似，用计算机可以精确的将它们拼合。2020/1/29普通地质学2）.地质证据a.洋中脊：洋中脊的横截面呈平缓的等腰三角型,二侧呈地垒状隆起，中间呈地堑状陷落（裂谷）。洋脊处是火山喷发带,沉积物最薄,因此也是高热流带,1．47HFU。洋脊也是地震带.特点是震级低、震源浅、地震频繁。2020/1/29普通地质学b.古生物：三叠纪一种小的浅水爬虫中龙，本身不能远涉重洋；但同种化石却在相距6000公里的非洲和南美同时出现。二叠纪的热带植物化石舌羊齿，现在出露在寒带和非洲、南美、澳大利亚等地。推理：上述不同地区原先是连在一起的。2020/1/29普通地质学c.构造：挪威-苏格兰的加里东期造山带,越过大西洋后，在西岸的北美加拿大和美国再次出现。特征相似的二叠系，同时在南非的开普顿山和南美布宜诺斯艾利斯出现。推理：在大西洋形成之前，它们是连在一起的地质体。2020/1/29普通地质学d.冰川：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。推理：这些不同地区原先是连在一起的。因此，1912年魏格纳提出大陆漂移说。引伸1：联合古陆Pangaea2亿年前的超大陆。根据植物化石和冰川分布，认为2亿年前时有两个古大陆。劳亚古陆（北半球）LaurasiaLand；冈瓦纳古陆（南半球）GondwanaLand;特提斯海Tethys：位于两个古陆之间、开口朝东、呈平躺V字型的古大洋。2020/1/29普通地质学二亿年前的地球劳亚古陆冈瓦纳古陆特提斯海2020/1/29普通地质学引伸2：海底扩张（Wilson,1965)地幔物质从洋中脊涌出，推动二侧的物质对称运移,使大洋生长变宽，冷却后密度变大，然后断裂，形成海沟，洋壳板块在海沟处俯冲消减。海底主要特征：1.洋底扩张速度平均2-5cm/年；二亿年洋底更新一次。所以洋底无中生代以前的岩石。2.洋底表层沉积物最厚处600米，相当于一亿年中堆积的厚度。3.存在一连串的海底平顶山。2020/1/29普通地质学大洋的生与亡2020/1/29普通地质学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。2020/1/29普通地质学2020/1/29普通地质学3）地球物理证据a．洋中脊二侧,海底岩石的正、负磁异常条带对称分布。●洋中脊处形成的岩石，冷却时被磁化，记录了当时的磁场方向。由于地磁南北极的多次转向,导致海底岩石对称的正、逆向磁异常条带。●现在-69万年为布容正向,69万年-243万年为松山反向,242万年-332万年为高斯正向,332万年前为吉尔伯特反向。2020/1/29普通地质学核磁成因2020/1/29普通地质学b.地热、重力●放射热的不均匀聚集,使地幔下层熔融体沿洋脊上升，形成洋脊推张力。故洋脊处重力值小而热流值高。在海沟处，洋壳冷而致密，导致洋壳下沉消减。故洋脊处重力值小而热流值高。由此组成一个循环系统，驱动板块不停运动。●部分洋壳物质被带到俯冲带深处，受热熔化后上升喷发，形成安山岩。另外一些物质则被带到100km以下，形成高级变质岩：含金刚石榴辉岩。一部分可在后期折返到浅部。2020/1/29普通地质学2020/1/29普通地质学●在海沟处，部分地壳物质如厚大的海沟型复理石可通过铲刮增生到大陆边缘上，形成俯冲型增生楔。c.地震海沟是浅源、中源、深源地震的策源地。根据全球地震的密集分布规律，确定环太平洋海沟是一个巨大的俯冲带。震源机制研究表明，洋陆板块在不同深度的摩擦与破裂（地震）是很有规律的。2020/1/29普通地质学弧前浊积岩大陆浊积岩大洋2020/1/29普通地质学2020/1/29普通地质学地震分布与板块构造2020/1/29普通地质学4).深海钻探和深潜器成果●证实了洋底确切地貌、洋中脊高热流、枕状熔岩的存在。●海洋地质调查表明,海底没有比中生代更早的岩石，海底岩石以洋中脊为中心向二侧依次对称变老。5）大西洋脊边上的冰岛发现蛇绿岩套，完善了洋壳剖面.A沉积岩+枕状熔岩B单辉橄榄岩+堆晶辉长岩+基性岩墙C纯橄榄岩、斜辉橄榄岩2020/1/29普通地质学红色-冰岛热点上是古新世下为现在大西洋中脊上的冰岛2020/1/29普通地质学“三位一体”的大洋地壳Ophiolite2020/1/29普通地质学6).转换断层:发生在大洋底、与洋脊错位有关、不产生增生与消亡的一种特殊海底平移断层。特点是相邻块体的剪切平移运动只在两个转换点之间发生,一过转换点,即无剪切。原因是断层延伸线两侧的洋脊错开方向相同。●如图，只有bc产生剪切,bc断层动向与洋脊错开方向相反,有地震。过bc,无剪切,与洋脊错开同向。●洋脊的错开是由扩张速率差异造成。●扩张速度相同时，bc不会变大。板块理论建立的三大支柱：海底磁异常条带转换断层地幔对流（板块驱动力）:霍尔姆斯最早提出。2020/1/29普通地质学转换断层模型2020/1/29普通地质学2020/1/29普通地质学三.板块的边界类型1.板块只有大陆板块、大洋板块二类2.边界类型离散边界:洋中脊剪切边界:转换断层敛合边界:1.板块俯冲带，形成沟、弧、盆体系，为地震、火山高发带，存在对变质带。2.陆-陆碰撞带，印度与欧亚两个大陆碰撞,形成双地壳厚度的世界屋脊：青藏高原。接合性质分离敛合洋壳-洋壳大西洋中脊阿留申海沟洋壳-陆壳无南美西海岸、日本海沟陆壳-陆壳东非喜马拉雅、阿尔卑斯2020/1/29普通地质学3.活动大陆边缘1).太平洋型：沟、弧、盆复合体系2).安第斯型：海沟-山弧构造体系。4.稳定大陆边缘(大西洋型):是一种无海沟，因而无火山活动的大陆边缘5.大陆内部古板块划分依据：蛇绿岩套、高压变质带、岩浆活动、地震活动、构造变形、变质作用、区域断裂、成矿作用2020/1/29普通地质学4.威尔逊旋回（1974年提出，加拿大人，1993年去世）定义：发生在岩石圈板块中复杂交替的大洋开合旋回。为板块构造理论的总纲和精髓,它控制了地球表层活动与演化格局。它将大洋演化分为6大阶段：①胚胎期(裂谷,双峰火山岩；东非裂谷)→②幼年洋（狭海，双峰火山岩；红海）→③成年洋(洋中脊及洋盆，拉斑及碱性玄武岩；大西洋)→④衰退期（沟—弧系,安山岩和花岗闪长岩；太平洋）→⑤终结期(造山带,混杂岩体,S型花岗岩,蒸发岩;地中海)→⑥遗痕期(造山后期红层堆积；喜山)。2020/1/29普通地质学脊-洋-沟-弧2020/1/29普通地质学板块构造与成矿作用图解2020/1/29普通地质学陆-洋碰撞构造2020/1/29普通地质学2020/1/29普通地质学大裂谷2020/1/29普通地质学四.全球板块划分（勒皮雄(法)方案，LePichon，1968）1.六大板块: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(面积都大于108平方公里；仅太平洋板块全由洋壳组成)。2.六个次级板块:加勒比板块、可可板块、纳滋卡板块、富克板块、菲律宾板块(面积大于106平方公里)，如果红海（特点：高热流、高盐度）裂成大西洋，则还有SaudiArabia板块。2020/1/29普通地质学五.地体构造Tectono-stratigraphicterrane1.构造地层地体：指的是以区域断裂为边界的，具有区域性延伸的、与相邻地体具完全不同地质发展历史的地质实体（Howell等，1983）。在成因学与运动学上，地体是曾经作为洋底高原或岛屿的岩石圈碎块或地壳碎块随板块运移到活动大陆边缘的