第四章大陸漂移、海底擴張與板塊構(gòu)造2

第一章緒論第二章地球與海洋第三章地殼第四章大陸漂移、海底擴張與板塊構(gòu)造第五章海洋地質(zhì)作用第六章海岸帶的現(xiàn)代過程第七章河口與三角洲第八章大陸邊緣及其地質(zhì)構(gòu)造第九章深海沉積第十章古海洋學(xué)第十一章海洋礦產(chǎn)資源海洋地質(zhì)學(xué)

第三節(jié)板塊構(gòu)造一、概述二、板塊邊界劃分的標(biāo)志及其類型三、全球板塊的劃分四、板塊的運動及其驅(qū)動力五、板塊構(gòu)造學(xué)說面臨解決的問題一、概述板塊構(gòu)造的基本原理1、固體地球上層在垂向上可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩個圈層——上部的剛性巖石圈和下墊的塑性軟流圈。2、巖石圈在側(cè)向上又可分裂為若干大小不一的板塊。板塊是運動的，其邊界性質(zhì)有三種類型：(a)分離擴張型，伴隨著洋殼新生和海底擴張；(b)俯沖匯聚型，伴隨著洋殼消亡或大陸碰撞；(c)平移剪切型，沿著轉(zhuǎn)換斷層發(fā)生。地震、巖漿活動和構(gòu)造變形主要集中在板塊邊界。3、巖石圈板塊橫跨地球表面的大規(guī)模水平運動，可以歐勒定律描繪為一種球面上的繞軸旋轉(zhuǎn)運動。在全球范圍內(nèi)，板塊沿分離型邊界的擴張增生，與沿匯聚型邊界的壓縮消亡相互償?shù)窒?，從而使地球半徑保持不變?、巖石圈板塊運動的驅(qū)動力來自地球內(nèi)部，最大的可能是地幔中的物質(zhì)對流。板塊構(gòu)造的主要含義剛性的巖石圈分裂成為若干巨大塊體——板塊，它們馱在軟流圈上作大規(guī)模水平運動，致使相鄰板塊相互作用，板塊的邊緣便成為地殼活動性強烈的地帶。板塊的相互作用，從根本上控制了各種內(nèi)力作用，以及沉積作用的進程。板塊構(gòu)造說就是關(guān)于板塊運動及其相互作用的理論。二、板塊邊界劃分的標(biāo)志及其類型板塊邊界劃分的標(biāo)志——構(gòu)造活動性地帶。表現(xiàn)為：地震、巖漿活動、構(gòu)造變形、變質(zhì)作用等。運動方向：海溝（或造山帶）是板塊構(gòu)造的前緣，洋中脊是板塊構(gòu)造的后緣，轉(zhuǎn)換斷層則位于板塊構(gòu)造的兩側(cè)。比喻：海溝——為板塊的方向盤；洋中脊——為板塊的發(fā)動機；轉(zhuǎn)換斷層——板塊的滑移的軌道。板塊邊界類型1、分離型（或離散）板塊邊界

相當(dāng)于大洋中脊軸部，兩側(cè)板塊相背離散。沿此邊界巖石圈分裂和擴張，地幔物質(zhì)涌出，冷凝成新的海底巖石圈，并添加到兩側(cè)板塊的后緣上，故分離型邊界也是板塊的增生邊界，或稱建設(shè)型板塊邊界。2、匯聚（斂合）型板塊邊界沿此邊界兩個相鄰板塊相向運動而聚合，造成大洋板塊的俯沖或大陸板塊的碰撞，產(chǎn)生強烈的地震和巖石的構(gòu)造變形，甚至引發(fā)巖漿作用以及與構(gòu)造變形及巖漿活動有關(guān)的變質(zhì)作用。（1）俯沖邊界于海溝，相鄰板塊相互疊覆。由于大洋板塊厚度小、密度大、位置低，而大陸板塊厚度大、密度小、位置高，所以總是大洋板塊俯沖于大陸板塊之下。此種邊界主要分布在太平洋周緣，故亦稱太平洋型匯聚邊界，沿此邊界大洋板塊潛沒消亡于地幔之中，因此又稱消減型板塊邊界。

a島弧—海溝系，即島弧遠(yuǎn)離大陸，發(fā)育于洋殼之上，如日本島弧、馬里亞納島弧、湯加島弧，沿著島弧外側(cè)的海溝，大洋板塊俯沖于大陸板塊或另一大洋板塊之下；

b山弧—海溝系，即海溝與大陸上的山脈直接相鄰，大洋板塊沿陸緣俯沖于大陸之下，如南美安第斯山弧—海溝系，故又稱安第斯型邊界。（2）碰撞邊界相當(dāng)于年青的造山帶，為大洋閉合，兩個大陸之間碰撞匯聚而成的地縫合線。當(dāng)大洋板塊向大陸板塊俯沖到最后階段，位于大洋后面的大陸與其前方的大陸板塊之間發(fā)生碰撞和擠壓，在其接觸地帶形成高聳的山脈，并伴有強烈的構(gòu)造變形、巖漿活動以及區(qū)域變質(zhì)作用。現(xiàn)代碰撞邊界主要見于歐亞板塊與南緣的阿爾卑斯山脈和喜馬拉雅山脈。故亦稱阿爾卑斯山脈—喜馬拉雅型匯聚邊界。3、平錯（剪切）型板塊邊界相當(dāng)于轉(zhuǎn)換斷層，是一種特殊類型的板塊邊界。沿此種邊界既無板塊的增生,也無板塊的消減,兩側(cè)板塊僅作剪切錯動.它既與洋脊相伴,也可同海溝共生.由于板塊沿轉(zhuǎn)換斷層滑動,故常引起地震和構(gòu)造變形.板塊的邊界類型離散型板塊邊界會聚型板塊邊界平錯型板塊邊界三、全球板塊的劃分1968年法國勒皮雄)根據(jù)地震帶、地形和地質(zhì)等方面的資料將全球巖石圈劃分為六大板塊：太平洋板塊、歐亞板塊、印度板塊、非洲板塊、美洲板塊、和南極板塊。歐亞板塊太平洋板塊美洲板塊非洲板塊印度板塊南極板塊1、歐亞板塊包括歐亞陸殼的大部分以及大西洋中脊軸部以東的洋殼北部。其東側(cè)與太平洋板塊以消減作用帶相接，形成西太平洋海溝系統(tǒng)；西界為大西洋中脊軸部；南側(cè)與非洲板塊以及印度洋板塊主要以消減作用帶（地縫合線）相接，部分地區(qū)接觸邊界的性質(zhì)不明。2、太平洋板塊位于太平洋洋隆軸部以西及西太平洋海溝以東，占據(jù)著太平洋的主體。東側(cè)與美洲板塊及一些小板塊相接，邊界類型多樣，其中有洋脊擴張帶，也有轉(zhuǎn)換斷層。其北部、西部與南部則是消減性邊緣。該板塊俯沖于北美洲板塊（在北部）。歐亞板塊（在西部）與印度板塊（在西南部）之下，形成一系列海溝與島弧。3、美洲板塊美洲板塊該板塊可分為南美洲板塊和北美洲板塊，這樣全球共有七大板塊。該板塊基本上位于大西洋中脊以西和太平洋洋隆以東，包括南、北美陸殼的全部與大西洋中脊以西的洋殼。總體向西運動，因而美洲大陸的東緣是穩(wěn)定大陸邊緣，而西緣則是活動大陸邊緣。4、非洲板塊由非洲的陸殼及其周圍的洋殼組成。該板塊的西部、南部與東部均以洋脊擴張帶為界，東北部有局部地段以消減作用帶與歐亞板塊的關(guān)系不明。5、印度板塊包括印度與澳大利亞的陸殼，印度洋洋殼及南太平洋洋殼的一部分，故又稱澳大利亞—印度板塊。其北側(cè)以地縫合線與歐亞板塊相接，西北部以轉(zhuǎn)換斷層與非洲板塊及歐亞板塊相接，西部及南部以洋脊擴張帶與南極洲板塊相接，東北側(cè)主要以消減作用帶與太平洋板塊相接，形成西南太平洋的島弧—海溝系。該板塊主要向北運動。6、南極洲板塊由南極大陸的陸殼及其四周的洋殼組成。其邊界主要是洋殼擴張帶，部分地段為轉(zhuǎn)換斷層或消減作用帶。五個次一級板塊分別是以上是全球規(guī)模的一級板塊，它們的面積均達(dá)108km2以上。此外還有面積在106km2以內(nèi)的5個次一級板塊。共有12個板塊。：納字卡板塊：位于東太平洋洋隆以東，秘魯—智利海溝以西，即南美洲西岸外；可可板塊（CoCo)：位于加拉帕戈斯海嶺以北，東太平洋洋隆與中美海溝之間；加勒比海板塊：位于中美海溝和西印度群島之間；菲律賓海板塊：位于琉球、菲律賓島弧—海溝系與馬里亞納島弧—?；∠抵g；阿拉伯板塊：位于紅海、亞丁灣裂谷系與扎格羅斯褶皺山系之間。四、板塊的運動

及其驅(qū)動力

一）板塊的運動歐拉定律：1776年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉證明，任何一個剛體沿著球體表面的運動，都必定是一種繞軸的旋轉(zhuǎn)運動?；蛘哒f，球面上任何一點的移動都不是沿著直線，而是沿著弧線進行。如果這種移動表現(xiàn)為復(fù)雜的曲線開式，那么它的移動軌跡將由許多圓弧小段所組成。當(dāng)我們運用數(shù)學(xué)的方法來討論板塊運動時，可以把地球當(dāng)作一個正球體，而巖石圈漂移時則具有相對剛硬的性質(zhì)。這樣一來，剛性板塊的運動就應(yīng)遵循歐拉定律，它只能是一種環(huán)繞某一通過地心的旋轉(zhuǎn)運動。板塊的旋轉(zhuǎn)軸亦稱擴張軸，它與地球表面的交點叫做旋轉(zhuǎn)極或擴張極、歐拉極；離旋轉(zhuǎn)極90°的大圓叫做旋轉(zhuǎn)赤道或擴張赤道。它們與地球的自轉(zhuǎn)軸、地理極、地磁極、地理赤道等并無直接聯(lián)系。與板塊旋轉(zhuǎn)赤道相平行的一系列同軸圓弧，標(biāo)明了板塊上各點的移動軌跡，可稱這為歐拉緯線。通過歐拉極的大圓，則構(gòu)成了歐拉經(jīng)線。1、板塊的相對運動板塊的相對運動：即某一板塊相對于另一板塊或其他參照系統(tǒng)的運動。板塊的旋轉(zhuǎn)運動：指某一板塊相對于另一板塊或球面上某一點的旋轉(zhuǎn)運動。板塊的旋轉(zhuǎn)運動主要由板塊的旋轉(zhuǎn)軸（旋轉(zhuǎn)極）的位置和旋轉(zhuǎn)角速度來確定。板塊2相對于板塊1作旋轉(zhuǎn)運動，其旋轉(zhuǎn)角速度是相同的，但距離旋轉(zhuǎn)極遠(yuǎn)近不同的地段，其運動的線速度卻不相同。距旋轉(zhuǎn)極較近者，其線速度??；距旋轉(zhuǎn)極較遠(yuǎn)者，其線速度較大；而在旋轉(zhuǎn)赤道上，其線速度最大。確定一對鄰接板塊的相對運動，就歸結(jié)這查明它們的旋轉(zhuǎn)極的地理坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)角速度。板塊運動的這一特征得到了實測資料的證明。如大西洋中脊和擴張速度正是在赤道附近者最大，每年達(dá)2cm左右，向南、北方向則逐漸減小。橫切洋脊的轉(zhuǎn)換斷層對于同一板塊的不同塊段具有不同運動速度，正好起到調(diào)節(jié)作用。1968年以來，勒皮雄、摩根等定量地描繪了全球各主要板塊間的相對運動，求得了這些板塊相對運動的旋轉(zhuǎn)極位置和角速度。根據(jù)所求得的旋轉(zhuǎn)極的位置和角速度大小，板塊邊界上各點的線速度可以很方便地?fù)Q算出來。主要板塊的旋轉(zhuǎn)極和擴張角速度地區(qū)（相對旋轉(zhuǎn)的一對板塊）旋轉(zhuǎn)極位置擴張角速度（10-7度/年）1.大西洋(美洲板塊—非洲板塊)58°N37°W3.72北太平洋(太平洋板塊—美洲板塊)53°N47°W6.63.南太平洋(太平洋板塊—南極洲板塊)70°S118°E10.84.北冰洋(美洲板塊—歐亞板塊)78°N102°E2.85.印度洋(非洲板塊—印度板塊)26°N21°E4.0原則上說，確定二板塊相對運動的旋轉(zhuǎn)極是很簡單的。既然板塊上各點的運動軌跡標(biāo)出了歐拉線（它們是同軸圓?。厍蛎孀鬟@些緯線的垂線即可得出歐拉經(jīng)線，歐拉經(jīng)線的交點就是旋轉(zhuǎn)極的位置。因此，只要已知板塊上任何一點的線速度值，同時求出該點的歐拉緯度，便可以根據(jù)下式求旋轉(zhuǎn)角速度：ω=v/R·cosθ·0.01745式中ω為角速度（單位：度/年）；v是線速度（cm/a）；R是地球半徑，等于6.37×108cm；θ為歐拉緯度；0.01745是由角速度換算成弧長的系數(shù)。一對板塊之間在各處可有不同的線速度值，但相對運動的角速度值只有一個，常用的板塊運動角速度單位是10-7度/年，即每一千萬年一度，這個值大約相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)赤道上每年1cm移動的線速度（即擴張速度）?，F(xiàn)代板塊運動主要表現(xiàn)為具有一定方向的大規(guī)模水平運動，但不同的板塊邊界則有不同性質(zhì)的相對運動形式。與板塊邊界類型相對應(yīng)的板塊運動形式有如下三種：(1)分離型主要出現(xiàn)在大洋中脊，中隆和大陸裂谷系統(tǒng)。板塊在此作相背運動，板塊邊緣受到拉伸、引張作用。因此在洋脊軸部形成平行洋脊的張裂縫，隨著板塊的分離，地幔物質(zhì)沿裂谷上涌，造成規(guī)模較大的侵入和噴出活動，形成新的洋底，促使板塊邊界不斷增生。如1963年，由于北大西洋中脊的張裂作用，在冰島附件的洋脊上發(fā)生火山噴發(fā)而形成爾特塞島。板塊分離過程中伴隨著較弱的淺源地震，并出現(xiàn)高熱流。高溫的巖漿從洋脊軸部上涌直至噴溢，產(chǎn)生相當(dāng)高的地?zé)崽荻?，從而使冷的巖石圈發(fā)生熱變質(zhì)作用，而受熱的海水使洋底巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使洋底的玄武巖、輝長石蝕變?yōu)樯呒y巖。這種洋底玄武巖、蛇紋巖與深海沉積物的組合叫蛇綠巖套。（2）匯聚型兩個板塊相向移動，造成板塊邊界的擠壓、對沖，大洋板塊俯沖和大陸板塊仰沖等特征，主要發(fā)生在匯聚型板塊邊界，如海溝島弧、年青的山脈等地帶，洋殼在海溝島弧地區(qū)向下俯沖、消亡，這些地帶則稱為消亡帶。板塊的匯聚速度，可以根據(jù)歷年來所發(fā)生的水平移量時行計算。通過計算，得出阿留申海溝為6.7cm/a，千島海溝為5.3cm/a，智利海溝為6.1cm/a。板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，地球的體積是保持不變的，海底擴張增生的板塊，必須由匯聚消亡來補償。在全球范圍內(nèi)，板塊的新生和消亡的總量必須相等，這樣才能保持地球和體積不變。因此，匯聚的速度可以進行理論上的計算。不同地區(qū)的匯聚速度見表4-2板塊的匯聚造山作用的一種主要方式。板塊碰撞本身就是造山帶，在這里陸殼受到擠壓，使海溝陸側(cè)的沉積物和沉積巖產(chǎn)生褶皺、斷裂、上升、滑動，形成褶皺山脈。仰沖板塊上沖時，對俯沖板塊有刮蝕作用。這咱刮蝕作用將俯沖板塊上的大部分沉積物。甚至部分洋殼象“刨花”一樣刮落下來，堆積到仰沖板塊的前緣。它們與仰沖板塊的物質(zhì)一起被擠壓、堆積，從而形成混雜堆積。出現(xiàn)在大陸的邊緣，使大陸不斷增生。喜馬拉雅山珠穆朗瑪峰，8844.43m匯聚速度邊界類型地區(qū)速度（cm/a）太平洋型匯聚邊界島弧—海溝系阿留申海溝千島海溝日本海溝菲律賓海溝馬里亞納海溝湯加海溝爪哇海溝6899.52.3～4.995～6山弧一海溝系智利一秘魯海溝中亞美利加海溝北部10.1~11.16.4山弧一地縫合線土爾其阿富汗西藏4.33.75.41972年，杜威研究了板塊碰撞所引起的造山作用類型。圖B是大陸板塊與大陸板塊碰撞，由于質(zhì)量都較輕，不能向下俯沖，因而消亡作用中止；圖C表示板塊繼續(xù)運動，在陸殼的外側(cè)形成新的消亡帶。原來的消亡帶表現(xiàn)為高大的褶皺山脈、巖漿巖帶，以及厚的陸殼。大陸板塊與大陸板塊碰撞的典型例子是烏拉爾山脈和喜馬拉雅山脈。喜馬拉雅山25×106年前開始形成，當(dāng)時載有印度大陸的板塊插入亞洲板塊之下，使亞洲板塊前緣隆起褶皺成山，原來的大洋板塊向北插入歐洲板塊之下，洋殼尚未完全消失，地中海是特提斯海的殘余，現(xiàn)仍在縮小之中。（3）平錯型表現(xiàn)為兩個板塊沿邊界互相平行作相反方向的錯動，兩側(cè)板塊均不發(fā)生褶皺、增生和消亡，有微弱的淺震發(fā)生。洋中脊被一系列轉(zhuǎn)換斷層錯開，磁異常條帶也同樣被錯開，水平斷距可達(dá)幾百公里。這種轉(zhuǎn)換斷層所引發(fā)的平錯型板塊運動形式一般分布在大洋底部，但也可以出現(xiàn)在大陸上，如美國西部的圣安德烈斯大斷層就是一條有名的從大陸上通過的轉(zhuǎn)換斷層，其錯動方向是西盤（太平洋板塊）相對于東盤（美洲板塊）向北移動。根據(jù)地質(zhì)資料，從第三紀(jì)以來，斷層的東側(cè)已往東南方向相對水平錯動了200km。2、板塊的絕對運動板塊的絕對運動是板塊相對于地球旋轉(zhuǎn)軸的運動。如果某一系統(tǒng)在地質(zhì)時期中相對于地球旋轉(zhuǎn)軸的位置不變，那么，板塊相對于該系統(tǒng)的運動則可以當(dāng)作板塊的絕對運動。目前，對于板塊絕對運動的研究還較粗略，且?guī)в幸欢ǖ耐茰y性。板塊的絕對運動是指板塊相對于深層地幔（地?！獰狳c）的運動。相對于深層地幔平均位置固定的框架，稱為板塊絕對運動參考架（參照系），這種參考架是通過熱點和巖石圈的無整體旋轉(zhuǎn)（No-net-rotation）或稱為平均巖石圈參考架來實現(xiàn)的。熱點參考架的含義是，在地幔中存在一系列熱點，一些學(xué)者認(rèn)為，熱點位置相對于地球自轉(zhuǎn)軸和深層地幔是長期固定的，板塊相對于熱點的運動也就是板塊的絕對運動，它可通過測量跨越熱點火山鏈的年齡和長度得到。巖石圈無整體旋轉(zhuǎn)參考架的含義是，如果巖石圈與軟流圈的耦合側(cè)向均勻，并且板塊邊界的力矩對稱作用于兩個相鄰板塊，則平均巖石圈參考架就是相對于深層地幔不動的參考架。板塊相對于該框架的運動就是板塊的絕對運動。佐年沙英等以西太平洋島弧系（俯沖帶）作為參照系統(tǒng)，計算了解1000萬年來全球各大板塊相對于它的運動。圖大致顯示了近1000萬年來各板塊的絕對運動，其中以太平洋板塊的運動速度最快，它主要是向西偏北方向運動；印度板塊主要是向北運動；北美板塊和南美板塊主要向西偏南方向運動；北美板塊的旋轉(zhuǎn)極位于白令海中，該極點四周的北美板塊部分（包括亞洲東北端）環(huán)繞該極運動，運動方向比較復(fù)雜；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于非洲板塊上（靠近幾內(nèi)亞灣），非洲仿佛“擱淺”了，它環(huán)繞該極作逆時針方向的旋轉(zhuǎn)運動；歐亞板塊主要是向西和向北運動。亞洲地區(qū)更新世地層的一系列古地磁測定結(jié)果，表明亞洲大陸近期以來具有向北推移的趨勢。（二）板塊運動的驅(qū)動力關(guān)于板塊運動的驅(qū)動力，可以說是板塊構(gòu)造學(xué)說中研究程度最低也是最有爭議的問題，目前仍存在不同觀點。盡管如此，它卻是板塊構(gòu)造學(xué)說面臨的重大問題之一，急待深入研究。導(dǎo)致板塊運動的任何一種合理的驅(qū)動力，至少要滿足以下一些條件：第一，能夠產(chǎn)生足夠大的力；第二，必須合乎物理學(xué)，包括流體力學(xué)、熱力學(xué)、力學(xué)的基本原理；第三，應(yīng)該符合根據(jù)地球物理觀測所得出的地球內(nèi)部性質(zhì)；最后，驅(qū)動力所產(chǎn)生的效應(yīng)要與現(xiàn)代巖石圈的性狀和動態(tài)相一致，應(yīng)該能解釋板塊運動在地質(zhì)史中的演變過程。1975年，上田誠也等曾分析過作用于巖石圈板塊上的八種力，弗賽斯等則將這八種作用力分為兩類，一類是作于板塊底面的力，即地幔拖拽力和大陸拖拽力；另一類是作用于板塊邊界上的力，共有六種，即大洋中脊處的脊推力，俯沖帶的板塊拉力和海溝引力、轉(zhuǎn)換斷層阻力、碰撞阻力及潛沒板塊前端的板塊阻力。顯然，是上述八種力共同作用的結(jié)果，才維持了板塊的運動，而這八種力除了后三種阻力外，其余五種均是有可能驅(qū)使板塊運動的力。所有設(shè)想的這些力可能都是實際存在的，但由于受到現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)水平的限制，人們在對地球深處各種理論的研究中不可能得到比假說更進一步的直接證據(jù)，因此，也就不可能做出更可靠的數(shù)學(xué)和物理模擬。目前。關(guān)于板塊運動的驅(qū)動力，仍然是以地幔對流說占主導(dǎo)地位，不過，贊成冷而比重大的板塊前緣向下潛沒而產(chǎn)生的推力拉著板塊向下俯沖的觀點也日益增多，加上田等說曾強調(diào)板塊拉力是一種重要的驅(qū)動力。下邊，僅就當(dāng)前較流行的板塊驅(qū)動力模式作些簡要介紹：1、地幔對流模式地幔對流說是解釋大陸漂移和海底擴張的動力來源的傳統(tǒng)看法。認(rèn)為板塊是馱在地幔對流體上運動的。由于介質(zhì)的熱平衡或化學(xué)平衡遭到破壞，會引起物質(zhì)各部分的密度差，從而導(dǎo)致重力的不穩(wěn)定性，輕者上浮，重者下沉，這就形成了對流。一般認(rèn)為，地幔中可能發(fā)生的對流有兩種類型，即熱對流和重力對流。（1）地幔熱對流從地表向下，地溫逐漸升高。為使地幔內(nèi)部不致積蓄大量熱能而被熔化，地球內(nèi)部物質(zhì)本身從高溫區(qū)遷移到低溫區(qū)，是一種最有效的傳熱方式。因此，地幔熱對流乃是地球?qū)ζ渥陨砑訜徇^程的一種自然平衡作用。U、Th、K等放射性元素衰變產(chǎn)生了地球內(nèi)部的熱能，冷卻作用是由地球表面發(fā)生的，從而導(dǎo)致了地幔內(nèi)的熱對流。一些人主張熱對流僅局限于上地幔軟流圈，而另一些人則主張對流可囊括整個地幔。地幔對流地幔對流（2）地幔中的重力（密度）對流一些學(xué)者推測，在地?！睾诉吔?，由于地幔中重物質(zhì)（鐵）沉入地核，而使地核增長；同時，在地幔下部富集了硅、鋁、鈣和鎂的氧化物，其密度變小，向上浮升，于是引起了重力對流（或稱化學(xué)——密度對流）。這種對流可占據(jù)整個地幔，直至地核的邊界。其中，對流的水平分支發(fā)生了粘性小的軟流圈和?！诉吔纾谄溟g粘度較高的大部分地幔中，物質(zhì)作垂直方向位移（上浮或上沉）。朗科恩曾指出，隨著地核的增大和地幔層的變薄，地幔對流體從一個分化為兩個、三個，以至更多，每一次調(diào)整都導(dǎo)致出現(xiàn)新的大陸漂移或板塊構(gòu)造旋回。總之，當(dāng)采用地幔對流作為板塊驅(qū)動力的來源時，通常認(rèn)為，板塊的擴張中心（洋中脊）位于對流的上升流處，板塊的匯聚邊界位于對流的下降流處。地幔對流從洋中脊向兩側(cè)分流，逐漸變冷，至海溝（或造山帶）成為下降流，在地幔較深處，又從海溝下面反流回大洋中脊以下，并重新變熱成為上升流。所以，海底擴張和板塊運動實際是上是地幔對流在地球表面的直接反映，板塊運動的速度大體上代表了地幔對流的速度，而且，有多少個獨立運動的板塊，也就有多少個獨立的對流體?，F(xiàn)代熱動力學(xué)的研究表明，經(jīng)典的地幔對流理論由于種種理由也許是不能接受的，一些科學(xué)家根據(jù)人造衛(wèi)星所提供的大量地球物質(zhì)資料，計算出地幔物質(zhì)的粘滯系數(shù)約為1026P。如果這一計算結(jié)果是可信的，那么由于地幔粘性太大，在其中就不可能存在大規(guī)模的對流。而巖石圈之下的軟流圈，其粘滯系數(shù)約為1021P，這樣的粘度則可以引起對流。所以，有人主張對流只發(fā)生在軟流圈中，是淺對流?？墒?，把對流僅限制在軟流圈中也有困難。因為根據(jù)對流理論，對流的水平尺度與垂直尺度相差不大，軟流圈的厚度有限（約100—500km），只能形成許多小尺度的對流體，而難以與一些大型板塊的運動相適應(yīng)。因此，為了克服這些新認(rèn)識給地幔對流模式帶來的困難，一些科學(xué)家又提出了關(guān)于地幔物質(zhì)運動的新理論。其中，熱點—地幔柱假說即為其中一種。2、熱點一地幔柱1963年，威爾遜根據(jù)大洋中綿延著的一系列線狀伸展的火山島鏈表現(xiàn)出來的板塊驅(qū)動機制。威爾遜認(rèn)為，形成火山的巖漿來自上地幔中相對固定的巖漿源（或熱源），這種巖漿源（或熱源）則叫做熱點。如圖所示，當(dāng)巖石圈板塊作側(cè)向運動而跨越于熱點之上，板塊仿佛被“燒穿”了，形成活火山。隨著板塊的運動，先形成的火山移出熱點，逐漸熄滅成死火山，而在其后的熱點處，則又形成新的活火山。這樣不斷地“推陳出新”，便發(fā)育一連串由新到老呈線狀延伸的火山鏈。因此，火山鏈實際上標(biāo)示出板塊漂移通過熱點的軌跡，記錄了板塊運動的方向。例如，夏威夷的基拉韋拉活火山正好處于一個熱點之上。由于太平洋板塊向西北方向運動而通過該熱點，就造成夏威夷諸島自東南往西北方向排列的格局，而其年齡也依次遞增。固定的“熱點”為了解釋熱點的生成，摩根于1971年提出了地幔柱的概念和假說。地幔柱是源于地幔深部的一種圓柱狀上升流，它攜帶著地幔物質(zhì)和熱能自近地核處上升，直至地幔上層，并在巖石圈和軟流圈分界處象蘑菇云一樣向四周擴展，激起軟流圈中的水平流動，從而驅(qū)動板塊運動。根據(jù)重力異常分析及地震控測資料，地幔柱的直徑可達(dá)到200km，甚至更大。地幔柱可以把上覆的巖石圈抬起，在地表形成直徑達(dá)上千公里的巨大穹窿，并表現(xiàn)出正重力異常和高熱流值。地幔柱沖破巖石圈的地方就形成了熱點，熱點處的火山活動就是地幔柱物質(zhì)噴出地表的反映，所以地幔柱實際上是熱假點假說的引申。摩根認(rèn)為，地球上地幔柱總共只有36個，并大體上固定于地幔中。因此，板塊相對于熱點的運動，便是相對于地幔固定部分的運動，也即是相對于地理極或地球自轉(zhuǎn)軸的絕對運動。根據(jù)太平洋中可能由熱點形成的三列火山海嶺的走向，摩根計算了8000萬年來太平洋板塊相對于熱點的旋轉(zhuǎn)極。8000萬-—4000萬年前（相應(yīng)于天皇海嶺段），旋轉(zhuǎn)極位于23°N、110°W，旋轉(zhuǎn)角度為45°；4000萬年前（相應(yīng)于夏威夷海嶺段），旋轉(zhuǎn)極位于67°N、73°W，旋轉(zhuǎn)角度為34°，說明太平洋曾作順時針向旋轉(zhuǎn)運動。另據(jù)威爾遜等學(xué)者的意見，地幔柱先造成大陸巖石圈的穹形窿起，穹窿破裂則可演化三叉形裂谷，一連串地幔柱穹窿的破裂則可彼此連成縱長的裂谷，板塊從抬升的穹窿向外順坡下滑，進而可發(fā)展成為大洋中脊和大洋盆地。熱點一，地幔柱假說為解釋板塊內(nèi)部的火山和構(gòu)造活動，為描繪板塊的絕對運動，以及闡明火山海嶺的定向排列和年齡遞變等一系列現(xiàn)象開辟了有益的途徑，它對于板塊構(gòu)造學(xué)說是一項重要補充，摩根主張將地幔柱當(dāng)做板塊運動的驅(qū)動力，雖有合理的一面，然而地幔柱的起因和形成機制如何？它與地幔中主要對流的關(guān)系如何？尚不清楚。另外，有的海嶺年齡的測定值與熱點假說不完全符合，所有這一切都導(dǎo)致人們?nèi)ヌ剿髁硗庖恍┌鍓K的驅(qū)動力。3、板塊驅(qū)動力的其他模式

（1）重力拖拉模式俯沖邊界長度最大的太平洋板塊具有最大的運動速度，促使一些學(xué)者提出這一模式。該模式認(rèn)為，新生的洋底離開洋脊軸部后逐漸冷卻變重，冷而重的板塊前緣向下沉沒而產(chǎn)生拉力，拖拉著板塊與周圍地幔之間的密度差產(chǎn)生的。板塊俯沖時伴隨板塊拉下去。這一模式可比擬為桌布下垂一角浸在一桶水中，變重了的濕桌布有可能把桌面上的整塊桌布拉向水桶。（2）脊頂推離模式該模式認(rèn)為，當(dāng)熱地幔物質(zhì)上侵于洋脊軸部，就如同在板塊中間不斷地打進楔子，從而產(chǎn)生向兩側(cè)的推力，推動板塊運動。這種推力叫脊推力，它產(chǎn)生于較低的能量狀態(tài)。而在板塊內(nèi)部，擠壓應(yīng)力超過引張應(yīng)力的事實亦說明板塊所受的脊頂推力比俯沖帶的拉力強。這些都有利于板塊從脊頂替被推出的說法，而不利于俯沖板塊拖拉說。（3）順坡滑移模式由于軟流圈的頂面在洋脊軸部位置最高，在洋脊兩翼的位置較低，所以巖石圈板塊可以沿著傾斜的軟流圈頂面順坡向下滑移，此稱順坡滑移模式。一些學(xué)者通過計算認(rèn)為，只要軟流圈的頂面有1/3000的坡度，就足以引起每年4cm的速度下滑。在這三種板塊驅(qū)動力的模式中，板塊或是被拉下去，或是被推著走。為保持板塊持續(xù)不斷地從洋脊頂部滑向海溝，在軟流圈中應(yīng)產(chǎn)生緩慢的回流，升至中脊軸部，以補償巖石圈的移出，所以上述推—拉模式實際上也是一種對流。不過，在一般的地幔熱對流或重力對流中，巖石圈板塊是被子動的，軟流圈是主動的，板塊在地幔拖拽力帶動下被動地馱載在地幔對流之上移動，板塊運動與地幔對流上部水平分支流動方向一致。而在推—拉模式中，巖石圈板塊是主動的，軟流圈板塊是被動的，板塊是獨立地沿著軟流圈頂面滑移，作用于板塊底面的地幔拖力反而成一種阻力，板塊本身仿佛構(gòu)成了對流的上部水平分支。鑒于地球深部過程的復(fù)雜性以及觀測實驗條件的限制，盡管已經(jīng)提出了板塊被動機制（地幔對流）和板塊主動機制（推—拉模式），但二者究竟哪一種機制更為合理，各家的意見遠(yuǎn)未統(tǒng)一。關(guān)于板塊運動的驅(qū)動力問題，迄今仍未能獲得圓滿的解決。實際上，不只是板塊學(xué)說，任何一種大地構(gòu)造學(xué)說的深部機制問題，大體上也都停留在推理和探索階段。應(yīng)該強調(diào)的是，一種現(xiàn)象是否存在與能否解釋，乃是不可混為一談的兩項命題。絕不能因為還難以解釋其發(fā)生機制便不承認(rèn)板塊運動的存在。相反，我們必須不懈地探索，努力去解決板塊驅(qū)動的機制。深入研究并定量描繪全球地幔流動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，探討它是怎樣導(dǎo)致巖石圈板塊運動在時間上和空間上的種種變化，這將是地球科學(xué)一項艱巨而又帶根本意義的課題。五、板塊構(gòu)造學(xué)說面臨解決的問題

板塊構(gòu)造學(xué)說問世以來，在地球科學(xué)中已引起了一場革命。雖然目前還不能精確地估量它的價值，但在地球科學(xué)中，板塊構(gòu)造學(xué)說也許是自均變論以來最被廣泛接受的統(tǒng)一概念。盡管如此，該學(xué)說如同其它任何科學(xué)假說一樣，在其發(fā)展過程中總會遇到新問題，不足之處也在所難免。縱觀如雪片快速飛來的評論文章，支持者居多，批評者較少，中立者有之。然而，如果僅憑數(shù)量的多少就作簡單的肯定和否定，則必將導(dǎo)致謬誤。因為有時真理也會掌握在少數(shù)者手中，更何況在科學(xué)研究中，不同觀點的爭論有時是勝負(fù)難分的。勿庸諱言，被伊薩克斯等稱為“新全球構(gòu)造”的板塊學(xué)說確實面臨著一些急待解決或探索的問題?，F(xiàn)擇其要者簡介如下：1、板塊的驅(qū)動機制盡管已經(jīng)提出了各種可能的設(shè)想，如地幔對流，板塊自大洋中脊向外推動，海溝的牽引作用，地幔的拖拽力作用以及重力影響下從中脊向兩側(cè)的下滑作用等，但至今還沒有人能確核實是什么力量在驅(qū)使板塊運動。因而，驅(qū)動機制問題能否完善地得以解決，可能是板塊構(gòu)造學(xué)說最終成敗的關(guān)鍵。2、垂直運動板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，巖石圈板塊的水平運動是地球的主要構(gòu)造運動，并且只有在板塊收斂處，它們才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕虻暮痛怪钡倪\動。因此，巖石圈內(nèi)的垂直運動和斜向構(gòu)造運動都未能為該學(xué)說視作獨立的主要運動，而只當(dāng)作水平運動的分量。果真如此的話，該學(xué)說就全然不能解釋代表下伏地幔中物理化學(xué)作用的直接垂直反映的那些地殼運動——例如，整個大陸或其某一部分的造陸性質(zhì)的隆起和拗陷。有人認(rèn)為，巖石圈的垂直運動，倘若不是更重要的話，至少也會是與水平運動同等重要的。所以，為了解弄清楚板塊的基本水平運動是如何和在何處可能與垂直運動有關(guān)，就要求板塊構(gòu)造學(xué)說作出進一步的闡明。3、俯沖帶的復(fù)雜構(gòu)造根據(jù)板塊構(gòu)造理論，深海溝是巖石圈板塊俯沖的地帶。如果是這樣的話，那么，將在海溝中找到被帶到巖石圈表面的巨厚沉積物。因為在其俯沖沉陷時，其上的沉積物會被海溝對側(cè)的板塊以推土機的方式刮蝕下來，并保留在地表。假設(shè)大洋板塊以3cm/a的速率移動了100Ma，而沉積物的平均厚度為200m，則在寬50km的海溝中堆積起來的沉積物厚度將達(dá)10km。然而，目前在海溝的任何地方都未找到過這么厚的沉積物；通常，海溝中沉積物的厚度僅為1km左右，且從未超過4km。另外，在海溝中也沒發(fā)現(xiàn)有任何擠壓的跡象，沉積層在海溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)有任何應(yīng)與俯沖作用有關(guān)的藍(lán)閃石片巖。從目前所獲得的資料來看，非洲板塊的南面，東面和西面都被擴張的洋脊所環(huán)繞。那么，它在哪里俯沖消減呢？如果沒有俯沖帶存在，沿洋脊的擴張又如何能夠?qū)崿F(xiàn)呢？4、板內(nèi)構(gòu)造板塊構(gòu)造學(xué)說將巖石圈塊體看作“剛性板塊”，由于相互碰撞，它們才只在邊界上發(fā)生變形。然而，長期進行的大陸內(nèi)部的地質(zhì)研究成果證明，強烈的構(gòu)造變形（包括塑性變形和破裂變形）及尾隨其后的巖漿活動，不僅發(fā)生在板塊地邊界，也同樣存在于板塊內(nèi)部。例如，地臺上的寬闊上隆與下拗，斷塊隆起以及大大小小陸塊的沉陷。再以我國為例：除青藏高原外，中國大陸主體部分在中生代已經(jīng)焊接為一個板塊，但是侏羅、白堊紀(jì)時，我國許多地主都發(fā)生過劇烈的斷裂運動，并伴隨著大量火山噴發(fā)和巖漿侵入，這些地方都位于板內(nèi)。甚至連最信服板塊構(gòu)造理論的支持者也承認(rèn)，他們不能理解板內(nèi)構(gòu)造受其它因素的控制（如垂直運動）而與板塊構(gòu)造運動無關(guān)？事實上，將板塊作為剛體來看，顯然只能是相對的，而且板塊內(nèi)部也并非理想的均一地塊。根據(jù)大陸地質(zhì)和地球物理資料，陸塊內(nèi)部具有不同的構(gòu)造帶，不同的地臺和褶皺帶。它們的地質(zhì)發(fā)展包括地殼的垂直運動（下拗與上?。瑤r層被擠壓成褶皺，巖將作用的多種表現(xiàn)以及區(qū)域變質(zhì)作用。所有這些現(xiàn)象，無論在空間上或者時間上，都顯示出