板块构造与海底扩张

第九章海底扩张与板块构造西南石油大学资源与环境学院黄勇本章主要内容：从“大陆漂移”到“海底扩张”板块构造学说板块运动的驱动力问题现在我们知道，板块构造运动影响着过去和现今的几乎所有地质作用、整个地球表面在持续不断地改变着位置。这些观念深刻地影响着我们看待这个世界的方式。1960年代初期，板块构造理论的提出开始了地球科学的一场革命。之后，随着这一理论得以不断证实和完善，使得我们对于地球的活动和塑造过程有了更为深入的理解。板块构造理论建立于“大陆漂移说”和“海底扩张说”的基础之上，且至今仍在完善之中……假说是针对一组观察/测量事实率先提出的一种解释。一个假说经过充分验证并广为接受时，就可称之为理论。当一个理论似乎不存在对其的合理挑战时，就可称之为定律。板块构造学说1、从“大陆漂移”到“海底扩张”AlfredLotharWegener(1880-1930)1915年魏格勒公开发表了“大陆漂移”假说他提出：地球上的大陆曾是一个统一的超级大陆－－“泛大陆”大约在距今2亿年前，泛大陆解体成较小的陆块，并漂移到了它们现今的位置1、从“大陆漂移”到“海底扩张”•观察：大陆外形的吻合性（南美－非洲）海岸线吻合（当用大陆架边缘拼合时吻合性更好）•大陆的拼合：大陆架相似的古代岩石组合•“泛大陆”及其解体泛大陆（Pangaea）北方大陆（劳亚大陆）（Laurasia）南方大陆（冈瓦那大陆）（Gondwanaland）•“泛大陆”及其解体AfterDietz&Holden,1970主要证据之一：古生物分布•分离的不同大陆上有同种淡水爬行类动物•整个南方大陆上都有蕨类植物舌羊齿的分布澳大利亚西南部上二叠纪地层中的舌羊齿叶化石对同种生物在不同大陆上分布的可能解释－漂游？－“大陆桥”？－“岛屿垫脚石”？－大陆漂移！主要证据之二：古气候证据在现今气候条件极不相同的大陆上，发现了反映相似古气候条件的沉积与生物特征煤沼沙漠砂盐类沉积生物礁冰川沙漠热带冈瓦那大陆C、P冰川遗迹的分布及特征•冰川分布的位置•冰川运动的方向•石炭系－二叠系地层完全相同•三叠系－侏罗系岩层极为相似主要证据之三：冈瓦那大陆的地层分布主要证据之四：造山带分布一个大陆上的造山带与另一大陆上的造山带在岩石构造和年代上类似。阿帕拉契亚山脉(美国东部、格陵兰)英伦诸岛、斯堪的纳维亚AlfredLotharWegener(1880-1930)大陆漂移的驱动力:地球自转产生的离心力＋造成潮汐的引力魏格勒的“大陆漂移”说除了受到一些非洲和澳洲的地质学家支持外，就地质学界整体而言，受到了怀疑和否定。其中“驱动力”问题是其一个致命弱点…AlfredWegener(left)andanInnuitguideon1November1930duringhisfinalmeteorologicalexpeditioninGreenland.ThisisoneofthelastphotographsofWegener,whodiedlaterduringtheexpeditionWegenerwasstillanenergetic,brilliantresearcherwhenhediedattheageof50.Ayearbeforehisuntimelydeath,thefourthrevisededition(1929)ofhisclassicbookwaspublished;inthisedition,hehadalreadymadethesignificantobservationthatshalloweroceansweregeologicallyyounger.1、从“大陆漂移”到“海底扩张”上世纪50年代末期-60年代，广泛开展的海洋调查取得了很多重要成果，包括：•大洋中脊的发现•转换断层的发现•贝尼奥夫带的发现•海底岩石的磁异常条带及其分布•大洋沉积物年龄的变化规律…….大西洋的洋脊全球的洋脊系统洋脊e.洋脊：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）。洋脊处沉积物最薄;裂谷带为火山岩,缺失海洋沉积物。洋脊是火山喷发带,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。转换断层较新洋壳较老洋壳洋脊abcd定义:相邻板块剪切错动，但不产生增生与消亡的一种特殊海底断层。●只有bc产生剪切，有地震。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，bc不会变大。●洋脊的错开是由扩张速率差异造成。海沟大洋大陆贝尼奥夫地震带火山贝尼奥夫带沿大西洋一段洋中脊两侧对称分布的磁异常条带－具正极性和反极性的海底岩浆岩条带以洋脊为对称轴相间分布岩浆上升、冷凝和地磁极性“固化”距今(百万年)现代海底的年龄：在洋脊处最新，向两侧依次逐渐变老赫斯（1962）:“海底扩张”HarryHammondHess由于地幔对流的结果，海底由洋脊处分开向两侧运动位于运动前端的洋壳最终插入大陆或岛弧之下而消失在洋脊（扩张中心）处，海底的离散运动将裂谷撕开，引起浅源地震老海底在海沟处的俯冲形成贝尼奥夫地震带洋脊顶部的裂谷海沟海沟洋脊裂谷海沟海沟海底扩张正在扩张中的洋脊GlomarChallenger(August11,1968,toNovember11,1983)JOIDESResolution（January1985-）60年代中后期……“深海钻探计划”…“大洋钻探计划”钻探挑战者号以及先驱者号海洋钻探船，在世界各大洋钻取了大量的岩芯。2、板块构造学说•地球的岩石圈由12个大板块和位于期间的若干小板块组成•板块的边界位于洋脊（离散型边界）、海沟或大陆板块碰撞带（汇聚型边界）及转换断层（平错型边界）•板块可在其下伏的较塑性软流圈上作大规模运移•海洋板块在洋脊处不断新生，又不断俯冲、消减到大陆板块之下•板块内部相对稳定，而板块边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带•板块之间的相互作用控制了岩石圈表层和内部的各种地质作用过程，也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局全球板块的分布板块边界类型汇聚型平错型离散型汇聚型大陆裂谷带（年轻的板块边界）大陆裂谷的形成与演化三叉裂谷系的形成与演化大陆地幔柱之上的拱起裂谷海洋洋壳坳拉谷三叉裂谷系：-大陆上板块边界的形成东非裂谷汇聚型板块边界洋－陆洋－洋陆－陆平错型板块边界－圣安德列斯断层印度－欧亚板块的碰撞:喜马拉雅山脉的隆起与青藏高原的形成板块的运动－速度与方向汇聚边界洋脊转换断层绝对运动相对运动(5.5cm/yr)3、板块运动的驱动力问题板块构造学说板块运动的可能驱动机制1.洋脊处涌出岩浆的推动2.重力滑动3.冷的下插俯冲板块拉动4.地幔对流环带动地幔对流驱动地幔柱与热点玄武岩流地幔柱顶洋脊热点岛弧岛弧全球已知的可能热点的分布0.7ma-现在11.3-1.82.2-3.33.8-5.6夏威夷群岛夏威夷群岛形成的可能机制海底平顶火山（Guyot）具有讽刺意味的是,我们直到目前仍无法完满解释Wegener在70多年前所遇到的同样问题—板块运动的“驱动力”问题.板块构造与岩浆岩板块构造与变质岩板块构造与沉积岩黄勇简介第九章结束