新大普通地質(zhì)學(xué)課件09海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造

第九章海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造第九章海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造大地構(gòu)造基本概念1.定義：研究全球性地殼運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)稱Tectonism。包括沉積作用、構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用、成礦規(guī)律等。2.主要學(xué)說(shuō)：槽臺(tái)學(xué)說(shuō)（30-60年代統(tǒng)治全球地學(xué)理論），地質(zhì)力學(xué)（李四光），斷塊學(xué)說(shuō)（張文佑）地洼學(xué)說(shuō)（陳國(guó)達(dá)），波浪鑲嵌（張伯聲）

板塊構(gòu)造:偉大的地學(xué)革命!(65-68年理論成熟。有突出貢獻(xiàn)的人物：國(guó)際級(jí)的Wilson,LePichon,上田誠(chéng)也，都城秋穗；中國(guó)70-80年代以尹贊勛，李春昱,郭令智為代表）

3.槽臺(tái)學(xué)說(shuō):認(rèn)為地殼運(yùn)動(dòng)以垂直運(yùn)動(dòng)為主，大陸、大洋的位置不變.將地表分為地槽活動(dòng)區(qū)（Geosyncline）,地臺(tái)穩(wěn)定區(qū)（Platform）二個(gè)主要構(gòu)造單元。中國(guó)七大學(xué)派：1.槽臺(tái)學(xué)說(shuō)：黃汲清、任紀(jì)舜.地殼可分為地槽、地臺(tái)兩種構(gòu)造單元。地槽是活動(dòng)區(qū)，包括巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，沉積不穩(wěn)定型，內(nèi)生礦產(chǎn)發(fā)育。地臺(tái)是地殼上穩(wěn)定區(qū)，由地槽演變而來(lái)，沉積穩(wěn)定型，外生礦產(chǎn)發(fā)育。地臺(tái)底下有地槽階段產(chǎn)物。華北地臺(tái)，揚(yáng)子地臺(tái)，塔里木地臺(tái)，華南地槽系，興蒙地槽系，秦嶺地槽系，西太平洋地槽系。2.地洼學(xué)說(shuō)：陳國(guó)達(dá)。地槽-->地臺(tái)-->地洼(活動(dòng))3.地質(zhì)力學(xué)：李四光.巖層+力(自轉(zhuǎn)離心力、重力)4.斷塊構(gòu)造：張文佑.斷裂限止斷塊之間運(yùn)動(dòng)5.波浪狀鑲嵌構(gòu)造：張伯聲.隆起波狀網(wǎng)絡(luò)6.重力構(gòu)造：馬杏垣.伸展作用7.板塊構(gòu)造：尹贊勛(引進(jìn))；李春昱(應(yīng)用)；郭令智(應(yīng)用)；王鴻珍(發(fā)展，歷史+活動(dòng))；吉雄(地體學(xué)說(shuō))第一節(jié)大陸漂移一、大陸漂移學(xué)說(shuō)的誕生

1915年德國(guó)氣象學(xué)家魏格納正式提出大陸漂移說(shuō)。(1)人們發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸大陸的輪廓非常吻合，似乎大陸沿大西洋發(fā)生過(guò)裂開(kāi)和漂移。魏格納系統(tǒng)地作了地質(zhì)古生物證據(jù)方面的搜集研究。

(2)許多動(dòng)物，尤其是陸生動(dòng)物，它們只能在同一大陸內(nèi)遷移而不能遠(yuǎn)渡海洋。但是，在大西洋兩岸許多淺?；蜿懙厣仙畹膭?dòng)物種屬相同(歷史時(shí)期)。明顯的例子是二疊紀(jì)生活在內(nèi)陸的爬行類--中龍，分別發(fā)現(xiàn)于非洲和南美洲(現(xiàn)也發(fā)現(xiàn)于南極洲)。(3)非洲高原出露的An片麻巖在巴西也有出現(xiàn)，明顯呈帶狀可連。(4)非洲南部二疊系巖層組成的開(kāi)普山脈向西延伸，這種巖層也出現(xiàn)在南美洲的布宜諾斯艾利斯；

在北半球，一條從挪威向西南延伸到蘇格蘭的加里東褶皺帶消失于大西洋之后，在北美東海岸的加拿大和美國(guó)境內(nèi)又神奇地再現(xiàn)。

(5)古生代冰川分布范圍，明顯隔海呼應(yīng)。

(6)另一方面，古冰川活動(dòng)的分布，對(duì)南半球各大陸曾發(fā)生分裂漂移提供了有力的證據(jù)。

石炭二疊紀(jì)的冰川活動(dòng)遺跡發(fā)現(xiàn)于印度、澳大利亞、非洲、南美洲、南極洲。

現(xiàn)今南極洲位于極地位置，而遠(yuǎn)隔重洋的其它大陸分別位于熱帶或赤道的不同地帶，現(xiàn)今的氣候條件無(wú)法形成大陸冰川。

(7)魏格納還參考了地球物理與大地測(cè)量方面的資料，提出了大陸漂移假說(shuō)。

魏格納認(rèn)為，大約在距今150百萬(wàn)年前，地球表面有個(gè)統(tǒng)一的大陸，稱為聯(lián)合古陸。從侏羅紀(jì)開(kāi)始，聯(lián)合古陸逐步分裂成幾大塊，并各自漂移形成現(xiàn)今的海陸分布。大陸花崗巖層漂浮在玄武巖層之上，如舟行于水。

奧地利地質(zhì)學(xué)家休斯進(jìn)一步設(shè)想，古大陸不是一個(gè)而是兩個(gè)，北半球?yàn)閯趤喒抨?，南半球?yàn)閷呒{古陸，其間為特提斯海(古地中海)。

大陸漂移說(shuō)的主導(dǎo)思想是正確的，但這一很有希望的學(xué)說(shuō)卻受到宗教勢(shì)力的反對(duì)，加上本身不完善而受到地質(zhì)界尤其是地球物理學(xué)者的反對(duì)，沉默了20多年(?)，到50年代海底擴(kuò)張理論才使其復(fù)活。

英國(guó)學(xué)者霍爾姆斯（Holmes)提出的地幔對(duì)流說(shuō)：

他認(rèn)為大陸漂移可用地慢熱對(duì)流來(lái)解釋。意思是：因?yàn)閹r石導(dǎo)熱性不良，放射性熱能在地球內(nèi)部發(fā)生不均勻聚積，結(jié)果地幔下層的物質(zhì)受熱膨脹變形而上升，地幔上層溫度相對(duì)低而密度大的物質(zhì)則下降，兩者構(gòu)成封閉式的循環(huán)流動(dòng)。二、海底地質(zhì)的考察

1、水探測(cè)量：是海底地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)性工作。根據(jù)水探資料，可以繪制海底地形圖?，F(xiàn)代水探測(cè)量采用回升測(cè)探儀和側(cè)向掃描聲納等儀器。其原理是從儀器中發(fā)出某種頻率的聲波，傳播到海底后反射回來(lái)又為儀器所接受，根據(jù)聲波在水中傳播速度計(jì)算出水深。

2、深潛水考察：利用潛水裝置深入洋底直接觀察、取樣和攝影。3、海洋地球物理研究：包括洋底的地磁、重力、地震以及地?zé)岬确矫娴臏y(cè)量。

4、海底鉆探取樣及鉆孔樣品研究：通過(guò)巖芯取樣探明了海底沉積物及基巖的性質(zhì)、年齡、構(gòu)造，并對(duì)樣品進(jìn)行了物理、化學(xué)方面的綜合性測(cè)試工作。三、海底在擴(kuò)張1、洋脊的發(fā)現(xiàn)：洋脊是綿延全球各大洋底的巨大山脈。2、洋脊地震帶的特征：這里地震頻繁，但震級(jí)低，震源淺。這說(shuō)明巖石圈沿裂谷帶處在不斷拉張之中，持續(xù)的引張力作用導(dǎo)致了低震級(jí)而高頻率的地震。3、洋脊上沉積物分布的特征：（1）沉積物在裂谷帶中極薄，有的部位甚至缺失，向兩坡方向?qū)ΨQ式逐漸增厚；（2）洋底沉積物最厚只有500-600米；（3）洋底沉積物的年齡不超過(guò)侏羅紀(jì)。

大西洋中脊東太平洋洋隆印度洋洋脊

4、兩種大陸邊緣：大陸邊緣是大陸與洋底的過(guò)渡地帶，有兩類：

（1）穩(wěn)定大陸邊緣：根據(jù)其海底地形分為以下單元：

1）陸架：大陸岸外的淺水水底。坡度平均0．1度，水深小于200米,寬度大。

2）陸坡：大陸架向外海延續(xù)的部分。坡度平均3-6度，水深1400米到3200米。

3）陸隆：位于大陸坡的基部且是沉積物堆積特別厚的地區(qū)，坡度小于1/400，為過(guò)渡區(qū)。陸隆大陸邊緣

（2）活動(dòng)大陸邊緣：具有一系列不同于穩(wěn)定大陸邊緣的特點(diǎn)。在地貌上具有海溝以及與海溝共生的島弧或山弧，不寬的陸架與陸坡，缺失陸隆。

1）海溝：位于海底邊緣的一種狹長(zhǎng)凹地，水深常超過(guò)6000米，橫坡面為不對(duì)稱的V字型，近洋側(cè)緩，近陸側(cè)陡。

2）島弧：是一系列呈弧狀展布的島嶼。

5、洋底海山及火山島鏈的意義

從海山的排列及其年齡變化的規(guī)律性可以推斷，地幔頂部存在著某種熱源，成為熱點(diǎn)。熱點(diǎn)是地幔深部熱而輕的物質(zhì)呈柱體上升到巖石圈底部而形成的。由于熱點(diǎn)保持著固定位置，而巖石圈板塊卻通過(guò)該熱點(diǎn)向西北方向運(yùn)動(dòng)，故形成了洋底的一連串火山?；鹕降哪挲g必然是近熱點(diǎn)者新，遠(yuǎn)熱點(diǎn)者老；同時(shí)板塊在移動(dòng)中漸漸變冷而下沉。6、海底熱流值的分配規(guī)律測(cè)定表明，海底熱流值平均為1.64±1.11（HFU，下同），大陸為1.64±0.89，兩者無(wú)顯著不同。但是，海底不同部位的熱流值卻有顯著差別。四、海底擴(kuò)張說(shuō)的提出（見(jiàn)書(shū)P118）20世紀(jì)60年代初，隨著海底調(diào)查積累了豐富的海底地質(zhì)和地貌資料，尤其是古地磁學(xué)的進(jìn)展，迪茨(R.Dietz,1961)正式提出“海底擴(kuò)張”的觀點(diǎn)；接著赫斯(H.H.Hess,1962)加以深入闡述。

海底擴(kuò)張作用是大洋巖石圈在洋中脊處裂開(kāi)，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(duì)稱地推擠，導(dǎo)致大洋海底不斷擴(kuò)張。

另一方面，在假設(shè)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(見(jiàn)下圖)。

第二次世界大戰(zhàn)后廣泛開(kāi)展了海底地質(zhì)研究：

(1)(回聲)水深測(cè)量技術(shù)和深潛水考察探明了洋底地貌、地質(zhì)；

(2)海洋地球物理研究，地磁、重力、地震以及地?zé)釡y(cè)量使人們了解到洋底結(jié)構(gòu)與組成；

(3)海底鉆探取樣研究。大量事實(shí)使人們認(rèn)識(shí)到海底在擴(kuò)張：洋底在洋脊裂谷帶形成，接受分裂，并不斷向兩側(cè)擴(kuò)張，同時(shí)老的洋底在海溝處潛沒(méi)消減，因而洋殼不斷更新。第二節(jié)海底擴(kuò)張的新論證

洋底的擴(kuò)張是由于剛性的巖石圈塊體在軟流圈之上運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是地幔物質(zhì)的熱對(duì)流。

洋脊軸部是對(duì)流圈的上升處，海溝是對(duì)流圈的下降處。地幔對(duì)流說(shuō)表明，不是“舟行于水”，而是軟流圈類似“傳送帶”的作用。

如果上升流發(fā)生在大陸下面，就導(dǎo)致大陸的分裂和大洋的啟開(kāi)。

海底擴(kuò)張說(shuō)的證據(jù)：

一、古地磁學(xué)的論證

1、地磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向年代表地質(zhì)歷史中地磁極的南、北極在不斷交替，稱為地磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向。地磁南北極方向與現(xiàn)在一致時(shí)稱正向，有的時(shí)期為反向。最近3.4Ma間有三次重要轉(zhuǎn)向，每次持續(xù)1Ma.現(xiàn)在--0.69Ma為正向；0.69--2.43Ma反向；2.43--3.32Ma正向；3.32Ma以前反向。每次轉(zhuǎn)向過(guò)程1--2千年，此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱。每次大轉(zhuǎn)向之間還有小轉(zhuǎn)向，稱期，再小稱事件。

2、海底地磁條帶:與海底擴(kuò)張作用進(jìn)行的同時(shí)，從裂谷帶涌出的玄武巖漿在冷凝到一定溫度時(shí)應(yīng)受到磁場(chǎng)作用而磁化，其磁化方向與地磁場(chǎng)方向一致。正反相間，兩側(cè)對(duì)稱出現(xiàn)。

因而，海底地磁條帶的確立就證明了海底擴(kuò)張的存在。將玄武巖磁性條帶寬度所代表的距離除以該條帶的時(shí)間跨度就能求出海底擴(kuò)張的速度。

二、深海鉆探所揭示的海底年齡

1968年開(kāi)始，美、法、德、日、英等國(guó)在各大洋進(jìn)行深海鉆探，到1978年共打了680個(gè)鉆孔，鉆探最大水深6,247m，鉆進(jìn)洋底最深1,768m.結(jié)果表明，最老的巖石不超過(guò)2億年，而且從洋脊向兩側(cè)巖石年齡由新逐漸變老。大洋鉆孔測(cè)的的巖石年齡，愈接近洋中脊,年齡愈新

三、洋中脊考察的發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)中央裂谷堆積著極為新鮮的玄武質(zhì)熔巖。巖石具有各種形態(tài)的枕狀構(gòu)造。

四、轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)：洋中脊被一系列橫向斷裂切割。主要斷裂長(zhǎng)度可達(dá)幾千km，位移(中脊)達(dá)幾百km--幾千km.斷層的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)在斷層的兩端發(fā)生了轉(zhuǎn)換，由平錯(cuò)化為拉開(kāi)。表現(xiàn)為以洋脊為界，左右兩側(cè)的地質(zhì)體整體地作同步的分離運(yùn)動(dòng)，證明了海底擴(kuò)張的存在。第三節(jié)板塊構(gòu)造一、板塊構(gòu)造概述海底沿洋脊脊軸擴(kuò)張等海底知識(shí)的積累，板塊構(gòu)造說(shuō)應(yīng)運(yùn)而生。從大陸漂移到海底擴(kuò)張?jiān)俚桨鍓K構(gòu)造，被人們稱為板塊構(gòu)造的三步曲。它立足于海底，而面向全球。要點(diǎn)：

1.剛性的巖石圈由巨大斷裂分割成許多塊體，叫(巖石圈)板塊；

2.板塊由于軟流圈運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，如傳送帶；

3.板塊邊界是地殼活動(dòng)性強(qiáng)烈的地帶，板塊的相互作用，從根本上控制了各種內(nèi)力地質(zhì)作用以及沉積作用的進(jìn)程；板塊內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定；4.板塊邊界：(山弧)島弧-海溝系、洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層，在大陸內(nèi)部的地縫合線。前三種邊界位于洋底或洋陸交接處。5.各邊界運(yùn)動(dòng)方式：（1）島弧-海溝系---相向運(yùn)動(dòng)消減作用，屬聚斂性板塊邊界。大洋板塊發(fā)生俯沖潛沒(méi)，擠壓引起強(qiáng)烈地震和構(gòu)造變形。由于俯沖板塊在深部被熔融而形成巖漿，就引起島弧(山弧)火山作用與侵入作用，以及與構(gòu)造變形及巖漿活動(dòng)相關(guān)的變質(zhì)作用。（2）洋中脊---離散性板塊邊界，巖石圈分裂和擴(kuò)張，地慢物質(zhì)涌出產(chǎn)生新的洋殼，生長(zhǎng)作用。大量玄武巖漿噴發(fā)、淺源地震以及地塹型斷裂活動(dòng)，高熱流引起廣泛但輕度的變質(zhì)作用(玄武巖-->綠色片巖；超基性巖-->蛇紋巖)。轉(zhuǎn)換斷層---沿此種邊界既無(wú)板塊增生，又無(wú)板塊消減而是相鄰板塊作剪切錯(cuò)動(dòng)。與洋脊或海溝相伴。地震和構(gòu)造變形。地縫合線---特殊的消減作用邊界，兩個(gè)大陸之間的碰撞帶。當(dāng)大洋板塊俯沖到最后階段，洋殼消亡，兩側(cè)大陸碰撞拼合，由于擠壓在其焊接帶形成高聳的山脈，并伴隨著強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)以及區(qū)域變質(zhì)作用。

二、海洋的開(kāi)閉旋回（威爾遜旋回）

從大陸分裂到大洋形成，然后從大洋收縮到大洋關(guān)閉和消失，是構(gòu)成連續(xù)演變的過(guò)程，這一過(guò)程可以劃分為以下六個(gè)階段：

1、萌芽階段2、幼年階段3、成熟階段4、收縮階段5、結(jié)束階段6、大陸碰撞階段

1.萌芽階段：巖石圈受拉力變薄?，F(xiàn)代代表是東非裂谷.

2.幼年階段：海洋初成，海灣式的狹窄盆地。紅海、亞丁灣.

3.成熟階段：廣闊的大洋，其中部為洋脊，兩側(cè)穩(wěn)定大陸邊緣。大西洋。

4.收縮階段：沿穩(wěn)定大陸邊緣與洋底交接帶，巖石圈發(fā)生斷裂，洋殼俯沖形成島孤-海溝或山孤-海溝。太平洋。

5.結(jié)束階段：大洋板塊進(jìn)一步俯沖，殘留狹窄的洋盆。地中海.

6.大陸碰撞階段：海洋消失，大陸相碰，使大陸邊緣原有的沉積物強(qiáng)烈變形隆起成山。喜馬拉雅山.三、全球板塊的劃分

6大板塊：美洲板塊，歐亞板塊，非洲板塊，印度洋板塊，南極洲板塊，太平洋板塊(全為洋殼)。目前，全球劃分出十多個(gè)大小不等的板塊。在大板塊內(nèi)又可進(jìn)一步劃分次一級(jí)板塊(中型板塊)，再次小型板塊。如華北板塊、揚(yáng)子板塊，其間秦嶺-大別山為碰撞造山帶。東南(華夏大陸)。大別山形成過(guò)程間都是斷層接觸，然而它們之間的關(guān)系并非都符合洋殼俯沖與大陸碰撞模式。由此地體的概念便應(yīng)運(yùn)而生。四、板塊的運(yùn)動(dòng)及其驅(qū)動(dòng)力1、巖石圈塊體繞球面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)板塊是地球表面上的曲面體，板塊的運(yùn)動(dòng)是這些曲面體繞各自旋轉(zhuǎn)軸的球面運(yùn)動(dòng)。板塊的旋轉(zhuǎn)軸通常不與地球的自轉(zhuǎn)軸重合。板塊上距離旋轉(zhuǎn)極遠(yuǎn)近不同的地段其運(yùn)動(dòng)的線速度不同。離旋轉(zhuǎn)軸較近者，線速度較小，反之，則較大。為了適應(yīng)和調(diào)節(jié)不同塊段運(yùn)動(dòng)速度的差別，形成了延長(zhǎng)方向與洋脊垂直的轉(zhuǎn)換斷層。轉(zhuǎn)換斷層呈弧形，其曲率半徑向著旋轉(zhuǎn)赤道方向逐漸增大。

2、板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自地幔對(duì)流。板塊是馱在地慢對(duì)流體之上運(yùn)動(dòng)的。對(duì)地幔對(duì)流存在不同認(rèn)識(shí)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為地幔對(duì)流發(fā)生在整個(gè)地幔中；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為對(duì)流只發(fā)生在軟流圈，是淺對(duì)流。理由是地幔太硬，不能整體發(fā)生對(duì)流。此外，洋脊隆起使板塊掀斜產(chǎn)生的重力，地幔物質(zhì)從洋脊軸部楔入時(shí)伴隨的側(cè)向推力，俯沖帶附近冷而重的板塊前緣向下沉沒(méi)產(chǎn)生的拉力等，都可成為板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。五、地體的概念從70年代中期以來(lái)，人們對(duì)環(huán)太平洋地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)分別聚集著許多地質(zhì)特征及發(fā)展歷史相互完全不同的外來(lái)地質(zhì)體，這些地質(zhì)體被此之間都呈斷層接觸。地體（terrane):全稱為構(gòu)造地層地體---由統(tǒng)一而連貫的地質(zhì)作用形成的地質(zhì)實(shí)體，相鄰地體在成因上與演化上均無(wú)內(nèi)在聯(lián)系并總以斷層為界。

從大陸或火山弧中分裂出來(lái)的碎塊，或是建筑在洋殼之上的島嶼或海山。它們馱在巖石圈板塊之上隨著板塊的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，最終拼貼在大陸邊緣上，導(dǎo)致大陸的增生。如現(xiàn)今太平洋上有一系列的島嶼，它們正隨太平洋板塊向西運(yùn)動(dòng)，今后同亞洲大陸相碰，大而輕的將被刮下來(lái)(增生)。

地體是對(duì)板塊構(gòu)造理論的發(fā)展，它豐富了板塊構(gòu)造的內(nèi)容。陸內(nèi)俯沖也是對(duì)板塊構(gòu)造理論的發(fā)展，即兩個(gè)大陸碰撞后，一側(cè)大陸俯沖于另一側(cè)之下，繼續(xù)作相向運(yùn)動(dòng)，發(fā)展有薄皮構(gòu)造。大別山陸內(nèi)俯沖。

六、板塊構(gòu)造理論的最新進(jìn)展——大陸動(dòng)力學(xué)1、復(fù)雜的大陸構(gòu)造問(wèn)題

大陸動(dòng)力學(xué)（continentaldynamics）是