《寶石地質(zhì)基礎(chǔ)》05 巖石圈構(gòu)造

1、巖石圈構(gòu)造與地質(zhì)作用Lithosphere Structure & Geological Process1本章提示板塊構(gòu)造學(xué)說的基本思想是剛性的巖石圈漂浮在塑性較強(qiáng)的軟流圈上作大規(guī)模的水平運(yùn)動。地質(zhì)作用指改變地球物質(zhì)組成、外部形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造特征的各種自然作用，學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)概論的主線就是內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用。2全球的海陸面貌究竟是如何形成的？自從地球科學(xué)萌生的那天起，科學(xué)家和哲學(xué)家就對這些問題進(jìn)行著不停地探討。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對這些問題的認(rèn)識也不斷加深。第安斯山脈在整個(gè)地質(zhì)歷史進(jìn)程中地殼或巖石圈以怎樣的方式和規(guī)律進(jìn)行演化、發(fā)展？各種地質(zhì)作用特別是內(nèi)部地質(zhì)作用的機(jī)理及相互聯(lián)系怎樣？3

2、16世紀(jì)意大利學(xué)者布魯諾最早提出收縮說，他把蘋果干縮的褶皺表皮與地球表面的巖層褶皺相對比。 17世紀(jì)英國學(xué)者培根提出了與收縮說相對立的膨脹說，來解釋大西洋兩岸形狀的相似性和非洲裂谷系等現(xiàn)象，但膨脹說不能解釋地球表層的眾多大規(guī)模擠壓褶皺山系。 19世紀(jì)中葉法國學(xué)者博蒙根據(jù)拉普拉斯的太陽系起源為由熱變冷的假說又重新提出收縮說，認(rèn)為地球內(nèi)部由熱變冷是地球表部收縮和褶皺及其它構(gòu)造形成的原因。但是收縮說不能解釋地球表部出現(xiàn)的由拉張形成的眾多大規(guī)模裂陷或裂谷盆地帶。4 19世紀(jì)中后葉，美國學(xué)者霍爾、丹納和奧地利學(xué)者休斯建立了地槽-地臺學(xué)說，到二十世紀(jì)中葉在地學(xué)界長期占據(jù)著統(tǒng)治地位，對固體地球科學(xué)的發(fā)展起了

3、促進(jìn)作用，但其忽視地球的大規(guī)模水平運(yùn)動，對地槽-地臺演化的動力機(jī)制等沒有令人滿意的解釋。 巖石圈板塊構(gòu)造學(xué)說是現(xiàn)代地球科學(xué)對全球動力學(xué)認(rèn)識的主流，被譽(yù)為是地球科學(xué)的革命，它是在確立了對大陸漂移與海底擴(kuò)張的認(rèn)識的基礎(chǔ)上建立起來的。5板塊構(gòu)造 Plate Tectonics6 60年代中期，海底磁異常等一系列發(fā)現(xiàn)，海底擴(kuò)張說取得了穩(wěn)固的地位。作為海底擴(kuò)張說的自然引伸，1968年前后，地球科學(xué)家麥肯齊、摩根、勒皮雄和威爾遜等人又進(jìn)一步提出了板塊構(gòu)造（Plate Tectonics）學(xué)說。 板塊構(gòu)造歸納了大陸漂移和海底擴(kuò)張所取得的重要成果，吸取了當(dāng)時(shí)對地球上部層圈-巖石圈和軟流圈所獲得的新認(rèn)識，從全球

4、的統(tǒng)一角度，闡明了地球活動和演化的許多重大問題。因此，板塊構(gòu)造的提出，被譽(yù)為是地球科學(xué)的一場革命。7 板塊構(gòu)造學(xué)說的基本思想是： 固體地球上層在垂向上可劃分為物理性質(zhì)顯著不同的兩個(gè)圈層，即上部的剛性巖石圈和下部的塑性軟流圈； 剛性的巖石圈在側(cè)向上可劃分為若干大小不一的板塊，它們漂浮在塑性較強(qiáng)的軟流圈上作大規(guī)模的運(yùn)動；板塊內(nèi)部是相對穩(wěn)定的，板塊的邊緣則由于相鄰板塊的相互作用而成為構(gòu)造活動性強(qiáng)烈的地帶； 板塊之間的相互作用從根本上控制著各種地質(zhì)作用的過程，同時(shí)也決定了全球巖石圈運(yùn)動和演化的基本格局。 8 1、板塊的邊界類型及板塊的劃分板塊邊界的存在是劃分板塊的依據(jù)。 板塊的邊界常常以具有強(qiáng)烈的構(gòu)造

5、活動性（包括巖漿活動、地震、變質(zhì)作用及構(gòu)造變形等）為標(biāo)志。隨著海底擴(kuò)張說的提出和驗(yàn)證，有關(guān)洋脊擴(kuò)張、海溝俯沖和轉(zhuǎn)換斷層的概念越來越明確，揭示出板塊的邊界類型。 從板塊之間的相對運(yùn)動方式來看，可將板塊邊界分為三種基本類型： 離散型、聚斂型和平錯(cuò)型910離散型板塊邊界（Divergent Boundary）相當(dāng)于大洋中脊軸部。其兩側(cè)板塊相背運(yùn)動，板塊邊界受拉張而分離，軟流圈物質(zhì)上涌，冷凝成新的洋底巖石圈，并添加到兩側(cè)板塊的后緣上。這類邊界主要分布于大西洋中脊、印度洋中脊和東南太平洋中隆。大陸裂谷系具有與大洋中脊類似的特征，也屬于離散型板塊邊界。1112聚斂型板塊邊界(Convergent Boun

6、dary)相當(dāng)于海溝及板塊碰撞帶。其兩側(cè)板塊相向運(yùn)動，在板塊邊界造成擠壓、對沖或碰撞。聚斂型邊界是最復(fù)雜的板塊邊界，又可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)亞型： 俯沖邊界 碰撞邊界13（1）俯沖邊界(Subduction boundary) 相當(dāng)于海溝(Trench)或貝尼奧夫帶(Benioff Zone) 。相鄰的大洋與大陸板塊發(fā)生相互疊覆。由于大洋板塊比大陸板塊密度大、位置低，故一般總是大洋板塊俯沖到大陸板塊之下。俯沖邊界主要分布于太平洋周緣及印度洋東北邊緣，沿這種邊界大洋板塊潛沒消亡于地幔之中，故也稱為消減帶(Subduction Zone) 。1415 島弧-海溝型(Island arc -trench

7、 type) ，主要見于西、北太平洋邊緣，指大洋板塊沿海溝俯沖于與大陸以海盆相隔的島弧之下； 安第斯型( Andes type) ，主要見于太平洋東南的南美大陸邊緣，指大洋板塊沿陸緣海溝俯沖于山弧之下。俯沖邊界又包括兩類：16（2）碰撞邊界(Collision boundary) 又稱地縫合線(Suture line) ，是指兩個(gè)大陸板塊之間的碰撞帶或焊接線。當(dāng)大洋板塊向大陸板塊不斷俯沖時(shí)，大洋板塊可逐漸消耗完畢，最后位于大洋后面的大陸與大陸板塊之間發(fā)生碰撞并焊接成為一體，從而形成高聳的山脈并伴隨有強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、巖漿活動以及區(qū)域變質(zhì)作用。17（3）平錯(cuò)型板塊邊界(Transform boun

8、dary 相當(dāng)于轉(zhuǎn)換斷層，其兩側(cè)板塊相互剪切滑動，通常即沒有板塊的生長，也沒有板塊的消亡。它一般分布在大洋中，但也可以在大陸上出現(xiàn)，如美國西部的圣安德烈斯斷層，就是一條有名的從大陸上通過的轉(zhuǎn)換斷層。18 上述幾類板塊邊界在全球的分布及相互連接勾畫出了全球巖石圈板塊的輪廓。 1968年法國地球物理學(xué)家勒皮雄(Le Pichon)將全球巖石圈劃分為六大板塊： 歐亞板塊、 非洲板塊、阿拉伯板塊 印度板塊（或稱大洋洲板塊、印度-澳大利亞板塊）、 太平洋板塊、菲律賓板塊（美洲板塊） 南美板塊、北美板塊、加勒比板塊 南極洲板塊。 納茲卡板塊、可可板塊 此后，在上述6大板塊的基礎(chǔ)上，人們將原來的板塊進(jìn)一步劃

9、分為。這樣，六大板塊便增至十二個(gè)板塊。 19阿拉伯 板塊202、板塊運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制問題關(guān)于板塊運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制或驅(qū)動力，目前還是一個(gè)尚未解決的問題。 許多人主張板快運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)制可能是地幔對流，認(rèn)為地幔中由于溫度差或密度差的存在可引起物質(zhì)的緩慢移動，熱的、輕的地幔物質(zhì)上升，冷的、重的物質(zhì)下沉，這樣連接起來就構(gòu)成了一個(gè)個(gè)的對流環(huán)。在上升流處形成大洋的擴(kuò)張脊；在下降流處則形成海溝和俯沖帶；在兩者之間，則由軟流圈頂部發(fā)生水平向流動的物質(zhì)拖曳剛性巖石圈表層隨之一起運(yùn)動；每一個(gè)大型的板塊，相應(yīng)地有一個(gè)對流循環(huán)系統(tǒng)。21 關(guān)于對流環(huán)的規(guī)模，目前有兩種觀點(diǎn)，一種認(rèn)為對流環(huán)能穿透整個(gè)地幔厚度；一種則認(rèn)為下地幔粘

10、性太大，不足以引起對流，對流主要是限于上地幔軟流圈中。 地幔對流對板塊驅(qū)動機(jī)制的解釋仍然存在不少問題。 1、在密度、粘度都很大的地幔中究竟能不能發(fā)生大規(guī)模的物質(zhì)對流？ 2、即便能發(fā)生對流，其對流的速度是否能達(dá)到或超過板塊運(yùn)動的速度？這些問題目前尚未獲得確鑿的事實(shí)依據(jù)，也沒有成功的數(shù)學(xué)或物理模擬實(shí)驗(yàn)來得到驗(yàn)證。22地質(zhì)作用（Geological Process）地質(zhì)作用：改變地球物質(zhì)組成、外部形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造特征的各種自然作用。根據(jù)地質(zhì)作用的能量來源分為兩類： 內(nèi)動力地質(zhì)作用 外動力地質(zhì)作用 引起這些變化的各種自然動力，稱為地質(zhì)營力。23內(nèi)動力地質(zhì)作用（Endogeneous）：以地球內(nèi)熱為能源，主要發(fā)生在地球內(nèi)部的各種地質(zhì)作用。如巖漿作用、地殼運(yùn)動、變質(zhì)作用、地震等。24外動力地質(zhì)作用（Exogeneous）：以太陽能、日月引力能為能源，