板塊構(gòu)造學(xué)說的建立及核心思想.ppt

1、第九章 海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造,槽臺(tái)學(xué)說（30-60年代統(tǒng)治全球地學(xué)理論）:,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.,1857年美國丹納Dana、霍爾Hall在研究阿帕拉契山時(shí)提出的.,研究全球性地殼運(yùn)動(dòng)的學(xué)問稱Tectonism。包括沉積作用、 巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用、構(gòu)造變形、成礦規(guī)律等-大地構(gòu)造。,板塊構(gòu)造學(xué)說:偉大的地學(xué)革命! 65-68年理論成熟。強(qiáng)調(diào)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以水平位移為主導(dǎo),有突出貢獻(xiàn)的人物：國際級(jí)的赫斯和迪茨、Wilson, 上田誠也，都城秋穗；中國70-80年代以尹贊勛，李春

2、昱,郭令智為代表.,一、大陸漂移（ continental drift） 二、海底擴(kuò)張（ seafloor spreading） 三、全球板塊構(gòu)造（ globe plate tectonics）,大陸漂移,第一節(jié) 大陸漂移（ continental drift）,假設(shè)在約2億年前，地球存在著一個(gè)超級(jí)大陸（supercontinent），稱聯(lián)合古陸或泛大陸（Pangaea),德國，Alfred Wegener（1915）,The reconstructed giant radiating dyke swarm is the tectonic marks of the early Cretaceo

3、us breakup of supercontinent related to mantle plume (May, 1971; Ernst and Buchan, 2001),一、大陸漂移（Continental drift ）,假設(shè)在約2億年前，地球存在著一個(gè)超級(jí)大陸（supercontinent），稱聯(lián)合古陸或泛大陸（Pangaea),泛大陸（潘吉亞大陸）,從侏羅紀(jì)開始，聯(lián)合古陸分裂開來并各自漂移，現(xiàn)今各大洋和大陸都是經(jīng)過大陸漂移后形成的。 而且還認(rèn)為北大西洋的張開是近幾百萬年內(nèi)完成的。,證據(jù)1：大西洋兩岸大陸地形的相似性,在900米深的大陸坡處擬合,以大陸架邊緣為界(而非海岸線)進(jìn)行擬

4、合,黑色區(qū)為重疊部分;點(diǎn)線區(qū)為擬合的被淹部分;空白區(qū)為擬合的間隙.,證據(jù)2：現(xiàn)代南大西洋兩岸被截?cái)嗟牡刭|(zhì)構(gòu)造帶的分布,深色塊狀反映前寒武早期的地盾；線條帶狀反映前寒武晚期的年青造山帶（據(jù)P.M.Hurley, The confirmation of continental drift，Scientific American，vol.218, 1968）,北大西洋兩側(cè)山鏈的相似性,證據(jù)3：動(dòng)、植物群的相似性。分布在岡瓦納大陸的獸孔目爬行動(dòng)物群和舌羊齒植物群（250-200Ma前）是可以對(duì)比的。,爬行動(dòng)物中龍,證據(jù)4：南半球各大陸石炭二疊紀(jì)冰川的分布,南半球各大陸石炭二疊紀(jì)冰川的分布,南半球各大陸

5、石炭二疊紀(jì)冰川的分布(300Ma),特提斯海古地中海,泛大陸（潘吉亞大陸）,岡瓦納大陸,勞亞大陸,休斯（ Suess),(450-200 Ma),(600-200 Ma,成因機(jī)制解釋,1、大陸地殼在大洋地殼上漂浮和移動(dòng);,2、大陸向西漂移:太陽、月球的引力產(chǎn)生的潮汐摩擦阻力，使地球自轉(zhuǎn)速度減緩，發(fā)生向西的拖曳作用.美洲大陸受到較強(qiáng)的向西的拖曳力,落后于歐洲與非洲的運(yùn)動(dòng),形成大西洋.,3、由極地向赤道方向運(yùn)動(dòng)（離極力）：印度原位于南極大陸附近，向北漂移與歐亞大陸相接，發(fā)生碰撞擠壓，形成喜馬拉雅山脈。,存在的問題-1928年召開學(xué)術(shù)年會(huì)被否認(rèn),1、證據(jù)不足：除了地形、構(gòu)造帶、古生物、古冰川的證據(jù)外

6、，缺乏定量的重力、地磁、地震波、大地測量等方面的資料.,2、剛性的花崗巖層不可能在剛性的玄武巖層上飄移.,3、潮汐摩擦力和離極力太小，不足以引起大陸漂移.,“不論在過去和現(xiàn)在，形成大陸漂移的動(dòng)力問題一直處在游移不定的狀態(tài)中，也不可能得出一個(gè)滿足各個(gè)細(xì)節(jié)的完整答案.”,第二節(jié)、海底擴(kuò)張理論（seafloor spreading ）,H.H.Hess(1962)和 R.Dietz（1961）同時(shí) 提出海底擴(kuò)張的觀點(diǎn),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(duì)稱地推擠，導(dǎo)致大洋海底不斷地?cái)U(kuò)張。,海底擴(kuò)張理論,在假設(shè)地球的體積和面積不變的情

7、況下，大洋巖石圈也必然在大陸邊緣的海溝處沿著削減帶向大陸巖石圈之下俯沖，消亡于軟流圈中。,證據(jù)1、全球大洋中脊及中央裂谷系的發(fā)現(xiàn) 20世紀(jì)50年代晚期發(fā)現(xiàn)了縱貫世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷體系。,洋脊是綿延全球各大洋底的巨大山脈，它們相互連接，延伸總長度達(dá)64000km， 寬1000-4000km， 高2000-4000m,大西洋洋中脊（mid-Atlantic ridge）：對(duì)稱式、平分大西洋； 太平洋洋脊（Pacific rise）: 又稱太平洋洋隆，洋脊偏于東側(cè)； 印度洋洋脊：洋脊呈倒Y字型，位于中央。,大西洋洋底，洋脊擴(kuò)張,印度洋海底,洋中脊：洋中脊的橫截面呈平緩的等腰 三角型,兩側(cè)呈

8、地壘狀隆起，中間呈地塹 狀陷落（裂谷）。 洋脊處沉積物最薄;裂谷帶為火山巖,缺失海洋沉積物。洋脊是火山噴發(fā)帶, 因此也是高熱流帶。 洋脊也是地震帶，特點(diǎn)是震級(jí)低、震源淺、地震頻繁。,太平洋海底,沉積物從洋脊向兩側(cè)從無到有、從薄到厚；沉積層序由少到多；中間新，兩邊老，最老沉積物年齡不老于170Ma。,證據(jù)2：沉積物的分布特征,北太平洋海底巖石年齡分布圖,旋轉(zhuǎn)軸,磁北極,磁南極,證據(jù)3：海底地磁條帶,地質(zhì)歷史時(shí)期地磁極的南北極在不斷交替變化.,地磁場轉(zhuǎn)向：,吉爾伯特反向,高斯正向,松山反向,布容正向,現(xiàn)在-69萬年,69萬年-243萬年,為242萬年-332萬年,332萬年前,海底地磁條帶形成模塊

9、圖,吉爾伯特反向,高斯正向,松山反向,布容正向,對(duì)稱分布的海底地磁條帶,老洋殼-新 洋脊 新-老洋殼,冰島西南方向大西洋中脊實(shí)測海底地磁條帶（引自Heirtzler et al., 1996）,大西洋2.25cm/a;印度洋2.2cm/a；太平洋4.9cm/a,證據(jù)3：轉(zhuǎn)換斷層（transform fault）:由加拿大學(xué)者Wilson于1965年提出。,轉(zhuǎn)換斷層模型,f,c,海溝,海溝是位于洋底邊緣的一種狹長凹地，水深常超過6000米，橫剖面為不對(duì)稱的V字型，有沉積物，但是厚度不等。,證據(jù)4、海溝及貝尼奧夫地震帶,20世紀(jì)50年代，美國人貝尼奧夫 （H.Benioff, 1968）首先發(fā)現(xiàn)天

10、然地震的震源深度與在海溝島弧系有密切的關(guān)系，呈有規(guī)律的變化：從大洋方向向大陸邊緣附近地震分布依次為淺源地震、中源地震和深源地震。震源可排列成一條由海溝向大陸方向深處的傾斜帶，也稱貝尼奧夫地震帶。該帶的傾角一般為45，可在15-60之間變化。,貝尼奧夫帶的意義：說明沿大陸邊緣的海溝，存在著傾向大陸的正在活動(dòng)著的巨型斷裂帶，洋殼在此帶俯沖、下插到大陸巖石圈下。現(xiàn)在認(rèn)為貝尼奧夫帶就是一個(gè)洋殼的削減帶，是大洋與大陸巖石圈的聚斂帶！,古新世,始新世,證據(jù)5:海底火山島鏈的分布,霍爾姆斯的地幔對(duì)流說,海底擴(kuò)張成因機(jī)制,Holmes,海底擴(kuò)張示意圖,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

11、洋底在海溝處潛沒消減，因而洋底不斷更新。 洋底擴(kuò)張是由于剛性的巖石圈塊體馱在軟流圈上運(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。,海底在擴(kuò)張，大陸與大洋在漂移,大陸、大洋是漂浮在軟流圈上的板塊,1968年前后，麥肯齊、摩根、X.LePechon、J.T.Willson等,他們歸納了大陸漂移和海底擴(kuò)張所取得的成果，并及時(shí)地吸取了當(dāng)時(shí)對(duì)地球上部層圈巖石圈和軟流圈所獲得的新認(rèn)識(shí)，從全球統(tǒng)一的角度，提出了板塊構(gòu)造學(xué)說，闡明了地球活動(dòng)和演化的許多重大問題。,第三節(jié) 板塊構(gòu)造理論,固體地球上層在垂向上可劃分出物理性質(zhì)顯著不同的兩個(gè)圈層,即上部的剛性巖石圈和下

12、墊的塑性軟流圈;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)模的水平運(yùn)動(dòng),板塊（plate)內(nèi)部是相對(duì)穩(wěn)定的，板塊的邊界則由于相鄰板塊的相互作用而成為構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)烈的地帶；板塊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(dòng)和演化的基本格局。,一、板塊構(gòu)造學(xué)說的核心思想,二、板塊運(yùn)動(dòng)的方式,巖石圈板塊主要的、主導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)形式是水平運(yùn)動(dòng)； 水平運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致地殼發(fā)生垂向運(yùn)動(dòng)；,離散運(yùn)動(dòng),水平運(yùn)動(dòng)的三種端元運(yùn)動(dòng)方式,聚斂運(yùn)動(dòng),走滑運(yùn)動(dòng),三、板塊邊界,聚斂型板塊邊界 板塊兩側(cè)沿著相向的方向運(yùn)動(dòng)。以太平洋東西兩岸的海溝俯沖帶為代表，以產(chǎn)生深源地

13、震，褶皺山系，引起火山活動(dòng)特征,離散型板塊邊界 板塊兩側(cè)沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)。所有大洋中脊都是這類板塊邊界,轉(zhuǎn)換斷層型邊界 此類邊界既不產(chǎn)生也不削減巖石圈，使洋中脊發(fā)生水平錯(cuò)位。以水平錯(cuò)位產(chǎn)生淺源地震，伴隨板塊的分離和火山活動(dòng)為特征,大洋中脊軸部，當(dāng)兩個(gè)板塊相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，板塊邊界受到拉張而分離，巖石圈深部和軟流圈的熔融物質(zhì)上涌，并逐漸冷凝形成新的大洋巖石圈。這種情況下的相鄰板塊的邊界稱為離散邊界。 由于有大量玄武巖漿噴發(fā)，頻繁的淺源地震及斷裂活動(dòng)，因此也稱洋脊擴(kuò)張帶，或稱增生型邊界（accreting plate boundary）。,離散板塊邊界（divergent plate boundary

14、）,不同形式的聚斂邊界,B型俯沖 大洋巖石圈板塊相對(duì)于大陸巖石圈板塊的匯聚運(yùn)動(dòng)，密度較大的大洋板塊俯沖于密度較小的大陸板塊之下，使大洋巖石圈在俯沖帶不斷消亡 相鄰的大洋板塊和大陸板塊之間的邊界稱為俯沖型邊界（subduction boundary）,A型俯沖 兩個(gè)大陸巖石圈板塊發(fā)生相對(duì)匯聚運(yùn)動(dòng)，并在匯聚運(yùn)動(dòng)中發(fā)生碰撞形成造山帶，而碰撞造山的表現(xiàn)也可以是一個(gè)大陸板塊俯沖與另一個(gè)大陸板塊之下 相鄰的兩大陸板塊之間的邊界稱為碰撞型邊界（collision boundary）。,四、巖石圈板塊的劃分,太平洋板塊,南極洲板塊,歐亞板塊,非洲板塊,北美板塊,南美板塊,它是板塊俯沖作用發(fā)生的場所。通常是大洋

15、板塊俯沖于大陸板塊或大洋板塊之下。其突出的構(gòu)造標(biāo)志是伴有強(qiáng)烈的地震活動(dòng)和巖漿、變質(zhì)作用，及在凹側(cè)產(chǎn)生海溝島弧、貝尼奧夫帶。主動(dòng)大陸邊緣最重要的地貌特征是發(fā)育有弧溝系（trench-arc），即海溝及與海溝共生的島弧或山弧。如蘇門答臘爪哇構(gòu)造帶是由于印度洋板塊向北西方向的俯沖作用，形成爪哇海溝、明打威火山弧等。,五、兩種類型的大陸邊緣,1、主動(dòng)大陸邊緣(active continental margin),也稱活動(dòng)邊緣、太平洋型邊緣或聚斂型大陸邊緣。,太平洋板塊,南極洲板塊,歐亞板塊,非洲板塊,北美板塊,南美板塊,2、被動(dòng)大陸邊緣（stable continental margin）,這種大陸邊

16、緣是位于板內(nèi)，其兩側(cè)的大陸與大洋屬于一個(gè)統(tǒng)一的板塊。也稱穩(wěn)定邊緣、不活動(dòng)邊緣、大西洋型或離散型邊緣.如北美和南美的東部邊緣、歐洲西部邊緣與非洲邊緣、印度南部邊緣、澳大利亞南緣、歐亞大陸與北美北緣等。被動(dòng)大陸邊緣在地貌上其海底地形是由陸架，陸坡和陸基（陸?。﹩卧M成。,太平洋板塊,南極洲板塊,歐亞板塊,非洲板塊,北美板塊,南美板塊,大陸,大陸架,大陸坡,陸隆,深海平原,陸殼,洋殼,陸架:與大陸相接向海方向平緩傾斜的部分.坡度平均約0.1.寬度每增加1km，水深增加約2m.,陸坡:海底地形發(fā)生顯著轉(zhuǎn)折的地帶.坡度平均約4.寬度20-90km，水深1400-3200m.,陸隆:陸坡的坡陸向大洋底緩

17、傾斜的地帶.坡度小于1/400，最寬1000km，水深2000-5000m.,無論被動(dòng)還是主動(dòng)邊緣常受轉(zhuǎn)換斷層的影響，這種情況下，構(gòu)造特征以走滑斷層(strike slip fault)為主，如活動(dòng)邊緣那樣，伴隨著地震作用的發(fā)生。,被動(dòng)邊緣是沒有或極少發(fā)生地震和火山活動(dòng)的大陸邊緣，是板內(nèi)邊緣跨過陸殼和洋殼的邊界；,活動(dòng)邊緣是形成在聚斂型板塊邊界上，常伴隨強(qiáng)烈的地震作用、巖漿作用、變質(zhì)作用和巖石的變形變位；,大陸內(nèi)初始裂谷,翹隆和裂谷階段,早期海底擴(kuò)張,沉降邊緣,大陸間原洋裂谷,被動(dòng)大陸邊緣,紅海,大西洋,被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)化為主動(dòng)大陸邊緣,地幔對(duì)流環(huán)能穿透整個(gè)地幔厚度。 地幔對(duì)流環(huán)主要發(fā)生在上地幔頂部的軟流圈。 上升對(duì)流僅限于幾個(gè)地幔柱，對(duì)流環(huán)的下降翼是冷的、密度大的大洋板塊。,地幔對(duì)流模型,六、板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,六、威爾遜旋回的演化模式,胚胎期,聯(lián)合古陸初始張裂，形成大陸裂谷,幼年期,巖石圈進(jìn)一步破裂，開始出現(xiàn)洋中脊和狹窄的洋盆,成年期,裂谷中出現(xiàn)了新的大型的成熟的洋盆,衰退期,洋脊擴(kuò)張同時(shí)產(chǎn)生俯沖作用，洋盆開始收縮,殘余期,洋脊擴(kuò)張作用減弱，