板塊構造與地質(zhì)作用

1、地球科學導論 自然災害與減災 緒論 地球的起源與演化 地球的物理性質(zhì) 地球的圈層 板塊運動與地質(zhì)作用 大氣圈 地表形態(tài) 地球環(huán)境及其變遷 自然資源及其利用 板塊運動與地質(zhì)作用 第 5 章 從大陸漂移到板塊構造 巖漿作用 變質(zhì)作用 沉積作用 板塊構造 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 板塊構造學以一種總體觀念把關于地 球的各種科學聯(lián)系再一起，地球不再被看 作是一個不變的圓球，而是一個具有演變 過程和歷史發(fā)展的復雜球體。這個球體同 時也是一架能不斷進行自組織和再生的熱 力機。地殼覆蓋著塑性地幔，地幔包裹著 熾熱的地核，經(jīng)歷了分離、對流、漂移、 碰撞等巨大變化，形成我們今天的地球模 樣，并

2、將繼續(xù)演變下去。 大陸漂移假說形成、發(fā)展與衰落 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 1620 F.Bacon 1858 A.Snider 1910 B.Taylor 在地圖上對大西洋兩岸相似的部分作了標記。 地球及其奧秘, ,將歐洲與北美的石炭紀煤系 及其所含的植物化石的相似性作了對比，斷言大西 洋兩岸曾是聯(lián)合在一起的，后來分裂而漂移開來。 補充了大西洋兩岸山脈起源的相似性問題并 作了論證。 地球環(huán)境與人類 Alfred Lother Wegener( Alfred Lother Wegener(魏格納) )是德國氣象學家、 地球物理學家，1880年11月1日生于柏林，1930年11月

3、1 1 日在格陵蘭考察冰原時遇難。 1912年，發(fā)表根據(jù)地球物理學論地 質(zhì)輪廓（大陸及海洋）的生成。 1915年，完成海陸的起源。 中生代地球表面存在一個泛大 陸（Pangea），這個超極大陸 后來分裂，經(jīng)過二億多年的漂 移形成現(xiàn)在的海洋和陸地。 地球環(huán)境與人類 假說的證據(jù) 地球環(huán)境與人類 古地極遷移 擬合大陸的外形 古氣候?qū)W 古生物學 地質(zhì)學 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 擬合大陸的外形 地球環(huán)境與人類 古氣候?qū)W 地球環(huán)境與人類 古生物學 地球環(huán)境與人類 地質(zhì)學 地球環(huán)境與人類 古地極遷移 地球環(huán)境與人類 爭論 地球環(huán)境與人類 批判 對證據(jù) 對驅(qū)動力 衰落 1928 1928年1111月，美國

4、石油地質(zhì)協(xié)會 專門討論了魏格納的大陸漂移說。在 1414名權威地質(zhì)學家中，只有5 5人支持， 7 7人堅決反對，2 2個保留意見。反對者 對假說持貶斥、歪曲的態(tài)度，甚至把 它譏諷為“積木游戲” 。 海陸固定論； 假說本身的缺陷或某些細節(jié) 證據(jù)不足。 原因： 格陵蘭島與西 歐相對位置變 化的大地測量 假說復活 地球環(huán)境與人類 天然剩磁的發(fā)現(xiàn)與磁性倒轉(zhuǎn) 最早是在19091909年法國地球物理學家伯納德布 倫尼斯測量法國中央地塊的火山巖時獲得，古代 火山噴發(fā)時的磁場與現(xiàn)在的磁場不一樣，并有倒 轉(zhuǎn)現(xiàn)象。過了2020年以后，日本科學家松山在研究 日本火山巖時，也觀察到同樣的磁性倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 這種反?，F(xiàn)象是

5、怎樣產(chǎn)生的？解釋只能有兩種， 一是地球磁極的位置在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)改變過； 二是取樣地點的位置曾經(jīng)發(fā)生改變漂移。前 者稱為磁極游移說，后者稱為大陸漂移說。 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 地磁場成因問題 假說復活 地球環(huán)境與人類 到5050年代，劍橋的布拉德和普林斯頓的瓦特艾 薩塞爾各自獨立地提出發(fā)電機理論。地磁場的電磁 流體力學理論電流通過導線就產(chǎn)生磁場。由此 艾薩塞爾得出結(jié)論說：地球的兩個磁極應當經(jīng)常接 近地球的轉(zhuǎn)軸（或地理極）。地極的游移不可能離 開地理極的位置太遠。而地理極的位置從地球形成 以后基本上就沒有太大的變動。 1954年，許靖華在殼牌石油公司的研究工作。 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用

6、 海底擴張的模式 50 50年代的海洋科學園地猶如百花盛開， 海洋學家除了海底熱流測量外，還進行了 海底地形測量。這些資料和地震分布、 海底火山和深海沉積的研究結(jié)果，被普林 斯頓大學的哈雷赫斯 （Harry HessHarry Hess）綜合 成海底擴張的模式。 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 哈雷赫斯（Harry HessHarry Hess） 美國地質(zhì)學家，海底擴張假說的創(chuàng)立者。19621962年發(fā)表海 洋盆地的歷史，正式提出了海底擴張的假說。他的思想復活 了魏格納的大陸漂移學說，并奠定了導致地學革命的板塊構造 理論的基礎。幾年之后，他的假說就為格洛瑪號的深?？碧剿?證實。赫斯

7、本人也因之而成為地學史上的一代宗師。 地球環(huán)境與人類 蓋奧特 基本觀點 地球環(huán)境與人類 由溫差導致的熱應力引起對流 是常識，但人們習慣中很難想象地 幔內(nèi)的固態(tài)物質(zhì)也能像液體一樣對 流。然而實驗表明，固態(tài)物質(zhì)在高 溫高壓或長時間的應力作用下，也 具有塑性。冰川期后的地殼均衡調(diào) 整就是固體地球內(nèi)部蠕變的實例。 地球內(nèi)部的地核溫度高于4000攝氏 度，赫斯認為高溫熔融核心的熱發(fā) 散必將在地幔內(nèi)導致熱對流。 地球環(huán)境與人類 海底擴張 地球環(huán)境與人類 大洋巖石圈在洋中脊處裂開，地幔熾熱的巖漿從這里涌出， 冷卻固結(jié)成新的大洋巖石圈，并把先期形成的巖石向兩側(cè)對稱地 推擠，導致大洋海底不斷擴張。另一方面，在假

8、設地球的體積和 面積不變的情況下，大洋巖石圈也必然在大陸邊緣的海溝處沿著 消減帶向大陸巖石圈之下俯沖，消亡于軟流圈中。 地球環(huán)境與人類 地磁條帶 海底擴張使得洋底像一條巖石圈傳送帶， 而磁異常條帶就是一架磁帶記錄器，它記錄了 洋底的年齡和海底擴張速率，它還將磁性反轉(zhuǎn) 年代表外推到80008000萬年前。 海底擴張速率 瓦因和馬修斯的磁異常 成因模型指出，如果老的洋 中脊裂谷從中間裂開，那么 這一過程產(chǎn)生的磁異常應當 按裂谷的軸呈對稱分布。如 果海底擴張的速率不變，則 每個磁性條帶的寬度應當與 熔巖噴發(fā)階段的磁性期呈正 比。瓦因進一步指出，可以 用地磁條帶的寬度來估計海 底擴張的速率。 地球環(huán)境

9、與人類 海底磁異常年齡 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 板塊邊界類型 地球環(huán)境與人類 離散型板塊邊界 所有大洋中脊都是本類型板塊邊界，兩 側(cè)板塊沿著相反的方向運動，兩側(cè)以頻繁的線狀玄武巖漿上 涌，拉張作用引起淺源地震和高速熱流為特征。 會聚型板塊邊界 以太平洋東西兩岸的海溝俯沖帶為代表， 產(chǎn)生深源地震，形成褶皺山系（海岸山脈增生楔），引起玄武 質(zhì)和安山質(zhì)火山活動（火山弧、弧前盆地和弧后盆地）。 轉(zhuǎn)換斷層型邊界 不形成新的巖石圈，原來的巖石圈也不會 消減。轉(zhuǎn)換斷層并不是使洋中脊發(fā)生單方向的平移錯位，而是 反映了巖石圈的不均勻斷裂。轉(zhuǎn)換斷層以陡崖為標志，具有水 平位移的淺源地震特征，往往伴隨著板塊

10、的分離和火山活動。 板塊構造 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 板塊俯沖作用 地球環(huán)境與人類 俯沖作用 火山島鏈的形成 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 深海鉆探計劃(DSDP)(DSDP)的歷史始于“莫霍面鉆探 計劃”（Project MohoProject Moho），目標是鉆透洋殼和莫霍 面來獲取地球的上地幔樣品。美國格洛瑪挑戰(zhàn) 者號是世界上首次執(zhí) 行深海鉆探任務的科學 考察船。根據(jù)地磁條帶 寬度推測的洋殼年齡都 與每個鉆探地點取得的 最深沉積物的年齡相符。 海底擴張的檢驗 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 19681968年深海鉆探第三次在 南大西洋的鉆探結(jié)果證實 了海底擴張說

11、地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類大洋中脊 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 新的觀測 板塊構造與地質(zhì)作用 地球環(huán)境與人類 巖漿作用 變質(zhì)作用 沉積作用 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 巖漿作用與板塊構造 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 巖漿是一種熾熱的，具有極強活動力的熔融體。 受到上覆地殼擠壓，深處緩慢冷卻結(jié)晶；淺處較快 冷卻結(jié)晶；火山噴溢迅速冷卻。 巖漿作用：巖漿的形成（熔融）、運移和冷凝的整 個過程中，巖漿自身的變化以及對周圍巖石影響的 全部地質(zhì)過程。 類型：侵入作用 地球環(huán)境與人類 火山作用 巖漿侵入作用 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 深部巖漿因上部壓力降低而向上運移，侵入周圍 巖石中而未達到地表即

12、冷凝成巖，稱侵入作用，所形 成巖石稱侵入巖。包圍侵入體的原有巖石稱圍巖。 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 巖漿巖的種類 玄武巖 （基性噴出巖） 安山巖 （中性噴出巖） 流紋巖 （酸性噴出巖） 輝長巖 （基性深成巖） 閃長巖 （中性深成巖） 花崗巖 （酸性深成巖） 火山作用 地球內(nèi)部能量-物質(zhì)突然釋放事件。 地球環(huán)境與人類 火山噴發(fā)類型 中心式噴發(fā)： 火山物質(zhì)從中央火山口或 火山管溢出，形成典型的火山錐構造。 裂隙式噴發(fā)： 熔巖與火山碎屑都是從 狹長的裂隙或裂隙群中噴射（溢流） 而出的，具有一個線性的熔漿源。如 哥倫比亞高原、洋底玄武巖層。 玄武巖高原 地球環(huán)境與人類

13、 玄武質(zhì)的熔巖流從裂隙中流出，稱為溢流玄武巖。它們不會 形成火山，而往往構成寬闊的玄武巖高原。 日本富士山 長白山天池 海南雷虎嶺-馬鞍嶺火山 火山的空間分布(P127) (P127) 地球上存在著500500600600座活火山，大多數(shù)火 山分布在板塊的邊緣。據(jù)統(tǒng)計，其中8080分布在 會聚板塊的壓性火山島弧帶，1515分布在板塊分 離的拉張帶。極少數(shù)分布在板塊內(nèi)部。著名的環(huán) 太平洋火山鏈（又叫火圈）就集中分布近7070火 山。 分離板塊邊緣的火山活動 會聚板塊邊緣的火山鏈 大洋板塊內(nèi)的火山 大陸板塊內(nèi)的火山 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 世界火山分布 變質(zhì)作用與板塊構造 地球

14、環(huán)境與人類 在地下的固態(tài)巖石，因受溫度、壓力及化學活動性 流體的作用，發(fā)生了組成、成分、結(jié)構與構造變化 的地質(zhì)作用，稱為變質(zhì)作用。要說明的是，巖石變 質(zhì)基本上未發(fā)生熔融，原有巖石并未失去其整體性。 變質(zhì)作用的類型 區(qū)域變質(zhì)作用 接觸變質(zhì)作用 動力變質(zhì)作用 熱液變質(zhì)作用 埋藏變質(zhì)作用 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 地球環(huán)境與人類變質(zhì)作用與板塊構造 常見變質(zhì)巖 地球環(huán)境與人類 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 沉積物質(zhì)在地表溫度及大氣壓力下以成 層方式進行堆積和形成的過程，包括沉積 物埋藏以前（即成巖作用之前）自風化、 搬運以至堆積的全過程。 沉積作用廣泛地發(fā)生在大氣圈下部，水 圈、生物圈

15、以及巖石圈上部，沉積物主要 堆積在地勢相對低洼的地區(qū)。 沉積作用與板塊構造 沉積盆地 地球表面不同部位間的差異升降運動，導致出現(xiàn)不同 深度的海洋和陸地上的各種河湖平原、山間盆地等負地形， 在地球外部地質(zhì)營力（包括水流、風、冰川、生物作用） 影響下是發(fā)生沉積作用的主要場所。 地球外部地質(zhì)營力和沉積作用 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 沉積巖 地球上的大部分表面都被沉積物覆蓋。沉 積物與沉積巖是巖石循環(huán)中重要的一環(huán)。地殼 上先期已存在的巖石，受到風化、剝蝕、搬運、 沉淀、埋藏和成巖作用，最終形成各種沉積巖。 因為它曾經(jīng)是沉積物，故而可以根據(jù)沉積巖的 原生構造指示沉積環(huán)境。對沉積物和沉積

16、巖的 研究有著相當大的實用價值：沉積巖中有我們 不可缺少的能量資源，如石油、天然氣和煤。 了解了這些沉積巖的形成就能幫助我們更好的 探求尚未查明的資源。 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 沉積環(huán)境 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 原生構造與沉積環(huán)境 沉積巖在解釋地球歷史時顯得特別重 要，地質(zhì)學家能根據(jù)巖石的原生構造，推 斷出巖石的歷史，包括原巖的組成、搬運 的形式和距離以及顆粒成巖時的自然環(huán)境， 即沉積環(huán)境。沉積巖在地球表面沉積，因 此能保存并提供原物質(zhì)聚集地的物理、化 學和生物環(huán)境情況的線索，進而追溯其歷 史。 層理波痕泥裂生物印模 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地

17、質(zhì)作用 層理 沉積物和沉積巖在不同沉積環(huán) 境下在沉積物上所呈現(xiàn)的差異叫做 成層性。它是由組成巖石的不同部 分的顏色、礦物成分、碎屑的特征 及結(jié)構等所表現(xiàn)出的差異而產(chǎn)生的。 層理多數(shù)是水平的，但也可以是傾 斜的。若紋層之間相互交錯，且與 水平面交角大于3535度時，特稱為交 錯層理，它表明沉積時介質(zhì)處于較 強烈的水動力環(huán)境下。在砂巖、礫 巖沉積物中，交錯層理經(jīng)常出現(xiàn)。 地球環(huán)境與人類 波痕 不論在古老的還是較新的砂 巖中，波痕都是常見的沉積構造。 自然界中，我們可以從被強風吹 過的沙丘表面、小溪的水下沙礁 及海岸邊的沙灘上看到波痕。地 質(zhì)學家能通過波痕的形狀來判斷 沉積時流水或風的運動方向。它

18、是沉積介質(zhì)動蕩的標志。更重要 的是波痕還可用來判斷巖層的頂 底，出現(xiàn)波痕的一側(cè)為頂. . 地球環(huán)境與人類 泥裂 泥裂是由巖層表面垂直向下的多 邊形裂縫。泥裂的產(chǎn)生表明當時的沉 積環(huán)境是在干燥與濕潤之間變化的。 當暴露于空氣中時，濕泥蒸干、萎縮 形成裂痕。泥裂經(jīng)常與淺湖和沙漠盆 地相聯(lián)系，即是濱?；驗I湖地帶的泥 質(zhì)沉積物，暴露水面后失水變干收縮 而成。利用泥裂也可以確定巖層的頂 底，開口方向為頂，尖滅方向為底。 地球環(huán)境與人類 生物印模 化石是埋藏在巖層中的古代生物遺體或遺 跡。動物的貝殼、牙齒、骨骼、蛋、糞以及植 物的根、莖、葉、果、種或其印跡均可以成為 化石。保存為化石的生物實體一般都會受到

19、某 種礦物的充填或交代而石化。化石也是研究地 質(zhì)史及生命起源和演化的重要工具。知道了特 定時期的生物面貌，可以幫助研究者更進一步 了解古環(huán)境狀況?；€是有關地質(zhì)年代的重 要標志，而且可以用作為形成時期相同、但出 露地點不同的巖石間相互對比的重要依據(jù)。 地球環(huán)境與人類 沉積巖 沉積巖僅占地殼巖石總體積的5 5，但由于它形 成于廣泛分布的陸地表面及海洋盆地中由沉積作用 形成，因而，它占據(jù)地表7575面積。沉積巖最顯著 的特征是成層性，在山區(qū)常?？梢钥吹揭粚訉拥膸r 石，這就是沉積巖。組成沉積巖的物質(zhì)來自陸地上 已生成的各類巖石，它們稱為沉積巖的母巖（或源 巖）。 根據(jù)物質(zhì)來源、沉積物搬運和沉積作

20、用方式可以分為陸源碎屑巖和化學、生物 化學沉積巖兩大類。 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 陸源碎屑巖 指沉積物來自大陸物理侵蝕作用，經(jīng)流水、風、 冰川、泥石流、重力流等搬運到沉積盆地沉積而成 的巖石。沉積過程受物理的或機械的因素控制，如 流體性質(zhì)（氣體、液體、固體），運動狀態(tài)及其強 度控制。碎屑巖占沉積巖總量的3 34 4以上。 陸源碎屑巖根據(jù)顆粒大小可分為礫巖（2mm2mm）、 砂巖（2 20.05mm0.05mm）、粉砂巖（0.050.050.005 mm0.005 mm）、 泥巖（0.005mm0.005mm）。 對于碎屑巖而言，有兩個方面的特征最為重要： 一是結(jié)構，二是構造。 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 結(jié)構與構造(P94) (P94) 碎屑巖結(jié)構包括粒度、分選性、磨 圓度、膠結(jié)方式和顆粒表面特征。 構造是指組 成沉積巖的顆粒 的排列特征，有 層理構造、層面 構造等等。如水 平層理、交錯層 理、平行層理、 反丘交錯層理等。 層面構造如波痕、 流痕、沖刷痕、 鑄模及生物活動 的遺跡等。 地球環(huán)境與人類 化學及生物化學沉積巖 地球環(huán)境與人類 第五章 板塊運動與地質(zhì)作用 其物質(zhì)來源是風化成真溶液或膠體溶液搬運到 盆地內(nèi)，或者其本身就來自盆地