第二章 岩石圈构造ppt课件.ppt

第二章 岩石圈构造,涉及到地球的起源和基本特征、地球动力学的主要假说。起源研究：古老的岩层（最原始的地球岩石年龄40亿年）、陨石、宇宙探索。圈层结构地球的非对称性地球构造活动的韵律性假说,第二章 岩石圈构造,第一节 地球的起源和特征第二节 岩石圈与软流圈第三节 岩石圈的生长与演化第四节 岩石圈运动学与动力学,第一节 地球的起源和特征,一、地球起源二、特征 非对称性、构造韵律,一、地球起源1.与整个太阳系联系在一起。由于不能从行星直接取样陨石2.两种模型： 均匀聚集模型和非均匀聚集模型。 区别：先冷凝后聚集（均匀） 同时发生（非均匀）3.最晚38亿年，存在洋壳与陆壳差异，陆地出现剥蚀-搬运-沉积的地质过程,二、地球特征非对称性证据（南北不对称）：1.陆地2/3以上在北半球（北-陆半球，南-海）2.大洋脊3/4位于南半球3.1900-2001M=8级地震共47次，30在北半球 大陆M=7的强震几乎都在北半球4.热流分布，南高于北5.大气运动的赤道带略向北偏，大气运动北繁南简,非对称性证据：6.洋流的形式与环流带位置南北不对称7.全球中、新生代造山带3/4集中在北半球8.根据海陆、地震、大气等不对称的事实，马宗晋（2003）提出构造球的概念，构造球的赤道北偏10度左右9.全球大的（一级）构造系统不对称。东西半球也不对称。,地球构造活动的韵律性 地球在46亿年中，发生了不同时间尺度的韵律性变化。马宗晋（2003）划分为长韵律、中韵律、短韵律和微韵律四个层次，12个韵律级别。认为： 不同韵律层次的存在是不同类型天文周期对地球作用的效应。太阳系与银心距离的周期变化，太阳系通过银河旋臂结构所受的影响，以及大小麦哲伦星云对银河系的作用，可能对25亿年、82亿年、20.5亿年和1亿年左右的韵律,地球构造活动的韵律性 地球轨道偏心率、黄赤交角（地轴斜度）、岁差的周期变化，可能给影响地球以千万年级别到万年级别的韵律尺度。 （米兰克维奇气候曲线）部分韵律证据：超级大陆聚散（10-2.5亿年）沉积、构造波动周期25050Ma生物集群灭绝-505Ma古地磁磁极倒转3234Ma陨击事件3233Ma,第二节 岩石圈与软流圈,一、岩石圈纵向结构及特征二、岩石圈类型及特征,一、岩石圈纵向结构及特征,根据成分和力学性质可将地球内部划分为不同的同心圈层，其分层主要是依据地震波在地球内部传播速度的变化。波速成速度梯度有明显变化的深度称为不连续面或分界面，介于界面之间的则是界面间层。,一、岩石圈纵向结构及特征,重要的界面：1.莫霍面 壳-幔2.古腾堡面 幔-核3.康拉德面 上下地壳,深(超深)钻与物探：地壳结构研究的两个方面。但是，物探和地表地质确定的深度1500米的既定目标几乎都未得到钻探的证实！,一、岩石圈纵向结构及特征,根据地球内部的力学或流变强度及变形反应方式可分为岩石圈、软流圈、中间圈和地核,一、岩石圈纵向结构及特征,(一)岩石圈 又叫构造圈，是地球的刚性外壳，包括地壳和上地幔的刚性顶盖，厚20-150km。大陆区110150km。大洋盆地70一80km，洋脊、岛弧区为20一50km。,一、岩石圈纵向结构及特征,大陆岩石圈自上而下可分为四个层圈：1上地壳 由盖层和结晶基岩层两部分组成。 盖层厚度变化很大，由0一10余km。其中软弱层构成滑脱面，沿滑脱面常形成重力滑动构造、伸展构造、褶皱和逆冲推覆构造。这些没有结晶基底卷入的盖层滑脱型构造常称为薄皮构造。盖层纵波速度在2.05.5km/s。,一、岩石圈纵向结构及特征,结晶基岩层由花岗岩、花岗闪长岩和深变质的花岗片麻岩、片岩等中酸性岩石所组成。由于埋藏浅、温压低，以脆性变形为主。这些有结晶基岩卷入的上地壳构造，常称为厚皮构造。纵波速度一般为5.76.3km/s。,一、岩石圈纵向结构及特征,2.中地壳中地壳与上地壳成分相似，平均成分接近花岗闪长岩，但物态不同，为一塑性层。上地壳的伸展作用、逆冲作用受中地壳拆离面的控制。中地壳厚约8-20km，横向分布很不均匀，埋深一般为10-15km。由于埋藏深、温压较高、放射性元素最集中，而具有塑性性质。中地壳是上、下两部地壳的过渡层，而不是一个简单的速度界面。,从渤海湾盆地深部地震资料可知，中地壳夹有三段低速层，中地壳可能是由多个软硬相间层所组成，易产生塑性流动、顺层拆离。,一、岩石圈纵向结构及特征,3.下地壳厚10-15km。上部组分偏中性，波速6.2-6.7km/s。下部含较多的基性、超基性成分，为角闪岩相麻粒岩相高温高压变质相。由上向下，偏脆性变形渐变为偏塑性变形。其下部与莫霍面一起也构成一个重要的拆离或调节带，控制着地壳构造的发育。莫霍面也是一个过渡层，由镁铁质麻粒岩和超镁铁质岩所组成，厚约l一5km，由高低速薄层组构成。纵波速度通过莫霍面由7.6km/s突增至8.1km/s。但在裂谷区纵波速度为低速，仅7.0-7.8km/s，这是由裂谷带之下有一高温、低密度、低速的异常地幔或地幔垫(枕)塑性物质所致。,一、岩石圈纵向结构及特征,4.上地幔的刚性层 由橄榄岩、辉岩和榴辉岩等组成。厚度从30-150km，纵波速度为8.1-8.5km/s。即由于以高熔点的橄榄石为主，故形成密度大、强度高的刚性层。 板块构造认为岩石圈驮在下伏的软流圈上滑移。,一、岩石圈纵向结构及特征,（二）软流圈在岩石圈一下的弱流变区，下界难确定，一般认为不超过35030km深度。顶部有厚约100km的地震低速带，纵波和横波速度均明显降低，横波速度的降低大于纵波速度降低。解释为在低速带中有部分(小于3)的熔融。软流圈及其有关低速带的存在是板块构造理论的基础。,一、岩石圈纵向结构及特征,（三)中间圈 包括下地幔的其余部分，厚度通常大于2200km。 (四)地核 由古腾堡面至地心，包括液态外核、过渡层和固态内核。,二、岩石圈类型及特征,(一)岩石圈类型岩石圈主要由玄武质层(硅镁铁层)、花岗质层(硅铝层)和沉积岩层所组成，由于地壳是岩石圈的主体，所以对于岩石圈的类型划分可以通过地壳加以讨论。根据地壳厚度、结构和组成的不同，地壳可以分为三类：大陆型地壳、大洋型地壳和过渡型地壳。,二、岩石圈类型及特征,1.大陆型地壳 大陆型地壳简称大陆壳或陆壳，主要指大陆和被海水淹没的大陆部分，约占全部地壳面积的1/3。平均厚度为35km，在大陆边缘地区厚度较薄约20km，但在年青造山带厚度很大，可达60-70km(如喜马拉雅山区)。,二、岩石圈类型及特征,陆壳的结构自上而下可分为三层： 顶层为沉积岩盖层。厚0-10km，密度为1.46g/cm3 。纵波波速Vp=2-4km/s； 中层为花岗岩质层，厚度为10-20km，密度为2.7g/cm3，纵波波速Vp=5.8-6.2km/s； 下层为玄武岩质层，厚度为1.5-2.5km，密度为2.9g/cm3，纵波波速Vp =6.5-6.9km/s。,其中顶层和中层组合称上壳层，与下层的下壳层形成明显的双层结构，康拉德面为上、下壳层间的分界面。地震和电导资料分析，陆壳区的康拉德面并不十分清楚，可能呈逐渐过渡关系。大陆型地壳的物质成分比较复杂，其中上壳层的成分大致与花岗闪长岩或石英闪长岩相当，下壳层的成分大致与辉长岩、闪长岩或硅质石榴石麻粒岩成分相当。,二、岩石圈类型及特征,2大洋型地壳 大洋型地壳简称大洋壳或洋壳，分布于大洋盆地之下，约占地壳面积的23，全为4km深的海水覆盖。洋壳顶部除有薄层沉积外广泛发育玄武岩质的硅镁层，缺少陆壳中所特有的花岗岩质层，故洋壳内部结构较陆壳简单，组分也较单一。,二、岩石圈类型及特征,洋壳可分为三层：表层为水体下松散或半松散末固结的沉积物，厚度0-1km，Vp=2-4km/s,在海岭区较薄，大洋盆地较厚；中层为玄武岩质火山岩，厚度为0.7-2.0km，Vp=4.5-5.5km/s；下层由大洋型拉斑玄武岩与辉长岩组成，厚度为3-7km，Vp=6.5-6.9km/s。洋壳平均厚度为68km，铁镁质层的厚度相当均匀。,二、岩石圈类型及特征,3过渡型地壳一般情况下，洋壳、陆壳并不是以海岸线为界，而是在大陆架外缘和大陆坡之间，陆壳逐渐过渡为洋壳，此类地壳被称为过渡型地壳，其地壳厚度平均在23km。沟通大陆之间构造联系的海底地壳，如南美大陆、非洲大陆和新西兰与南极大陆之间的海底地壳，常具过渡型地壳特征；稳定大陆边缘(如大西洋型大陆边缘)和若干岛弧、陆缘弧附近的地壳也具过渡型地壳性质。,二、岩石圈类型及特征,不论是洋壳、陆壳或过渡壳，其厚度因地而异，总趋势是大洋区薄、大陆区厚。在大洋区，洋脊和海岭的地壳比大洋盆地厚，而岛弧区地壳厚度可超过大洋盆地一倍。在大陆区老褶皱带比新褶皱带地壳厚度要小。,二、岩石圈类型及特征,(二)主要岩石圈类型特征 根据地质和地球物理特征可进一步将岩石圈划分出不同的岩石圈类型。,二、岩石圈类型及特征,1克拉通(kraton) 一般认为，克拉通是大陆均衡的正向部分，在构造上，它比邻近的活动带更稳定。(1)地盾地盾是地壳的稳定部分，由前寒武纪岩石组成，其上的沉积盖层很薄，或者完全没有沉积；以变质岩和深成岩为主；所经历的埋藏深度从5km到35km以上。地盾区表现出地形的起伏很小，而且长期保持构造上的稳定性。地盾区占地壳总体积的12左右。最大的几个地盾分布在非洲北美和南极洲。,二、岩石圈类型及特征,(2)地台地台也是指地壳的稳定部分，地形上也仅有小的起伏，其基底也是由前寒武纪岩石组成，但其上覆盖有1-3km厚的相对未变质的沉积岩。地台的前寒武系基底和地盾一起称为克拉通。地台上沉积盖层的年龄可从前寒武纪至新生代，局部地区盖层厚度可达5km以上。地台占地壳体积约35，占地壳面积约18。,二、岩石圈类型及特征,2造山带 造山带系指造山作用中经受强烈变形的地壳所形成的狭长形山带。 传统的地槽系统认为造山带演化的前期为狭长坳陷和沉积带，后期回返遭受剧烈构造变动和深成作用，随后是造山作用上隆成山，但只有这样一次单旋回的事件实际上是很少见的。“多旋回的造山运动是全球大地构造的特征”（黄汲清）。,二、岩石圈类型及特征, 板块构造学说认为造山作用发生于板块聚敛边界，它是板块俯冲、碰撞作用引起的。造山带实际上就是俯冲带和碰撞带，它们是地球岩石圈结构和构造最复杂的地带。,还有些盆岭区和裂谷旁侧山系和全球性大洋海岭系统都是岩石圈伸展所致的，如夏威夷群岛就是由海底扩张、洋底火山活动所形成的山脉。,二、岩石圈类型及特征,因此，不仅挤压收缩成山。而且扩张伸展也可成山，只不过是在岩石圈发展的不同阶段、不同部位而已。有的造山带是古生代、中生代或新生代的，有的造山带位于大陆上，有的位于大洋中。,二、岩石圈类型及特征,3盆地 盆地是岩石圈的又一重要组成类型，简单地说，盆地就是指地表的负向汇水单元。盆地的类型主要有大洋盆地、边缘海盆地、海沟、陆内海盆地及大陆内沉积盆地。,二、岩石圈类型及特征,大洋盆地占地球表面积的41在构造上很稳定，盖有薄的沉积物，厚约0.3km，且具有线状磁异常特征。大洋盆地总体上较平坦，但仍具有深海丘陵、海山、平顶海山和大洋岛屿。深海丘陵是大洋底最普遍的地貌特征。可能与岩石国内地幔柱(热点)的活动有关；海山是海下火山，既有活火山，也有死火山；平顶海山是由海浪夷平作用形成的火山台地，由于海底的沉降而没于水下。大洋盆地的地壳厚度较稳定，平均为7km。,二、岩石圈类型及特征,边缘海盆地常位于岛弧之间(如菲律宾海)或岛弧与大陆之间(如日本海和鄂霍次克海)有洋壳的地区。就现代而言，太平洋西部地区边缘海最发育。以地堑和地垒式的构造格局为特征、 并大体上平行于相邻岛弧系的大断裂。盆地内沉积物厚度是多变的，物源主要来自大陆或岛弧区。边缘海盆地地壳厚度范围为10-15km。,二、岩石圈类型及特征,大洋海沟是俯冲带活动的地方，伴有强烈的地震活动。平行于大陆边缘上的岛弧或火山链，深度5-8km，是大洋中最深的部分；常充填有来自岛弧附近或大陆的少量沉积物；海沟下边的地壳厚度变化很大，一般为3-12km，而且变厚和变薄都发生在下部地壳中。,二、岩石圈类型及特征,陆内海盆地是完全被大陆包围的盆地(如黑海和墨西哥湾盆地)。构造活动性属于中等稳定到稳定区。 某些陆内海盆地的沉积物中有软泥和盐底辟体出现。 陆内海盆地的地壳厚度和层变化范围相当大。地壳厚度从墨西哥湾盆地的15km变至里海盆地的45km。一般是一层或多层沉积层(Vp2-5km/s)直接分布在地壳下部层(Vp6.2-6.7km/s)之上，地壳上部层少有或没有沉积层。陆内海盆地的地壳厚度变化可以用沉积层和地壳下部层两者厚度差异来解释。,第二节 岩石圈的生成与演化,一、地壳的生长二、水平运动与垂直运动、沉陷 与隆起三、中、新生代山脉四、前中生代构造,一、地壳的生长,地壳的生长可以通过以下几种方式：从地幔带来新的物质；经循环进入地幔的地壳物质重新加入地壳；由于沉积作用和构造活动使地壳元素重新分布。 地壳的净生长只应包括来自地幔增加到地壳中的新物质，而不包括再循环的物质。,一、地壳的生长,岩石圈生长的主要机制包括岩浆加入地壳、地壳岩石的相互逆冲和堆积、地体或微大陆碰撞而导致的汇聚拼合以及沉积棱柱体焊接到大陆边缘上等等。,一、地壳的生长,Windley、Veizer、Reymer和Schubert等对大陆生长速度进行了探讨，主要提出了五种模式：1、大陆地壳的迅速生长发生在地球历史的早期，随后地壳物质通过地幔或在地壳内形成再循环；2、大陆地壳的形成随时间作指数增加；,一、地壳的生长,3、大陆地壳的生长与地壳的再循环呈线性关系；4、地球分异的早期，大陆地壳迅速增长，古太古 代陆壳进入了缓慢的线性增长期；5、大陆地壳主要在新太古代迅速增长，基本上构 成现今陆壳的主体，元古宙后才大大降低了增 长的速率。 第一种和第二种模式都是极限的情况，最近愈来愈多的研究发现，大陆壳实际生长速度介于这二者之间。,地壳表面不断剥蚀，迫使地表高程降低，现今陆地平均海拔高度约875m，仅计算由河流带走的陆地剥蚀流失量，则只要1000万年，陆地就会被削平，沉沦于海平面之下。地质历史表明，在一些高级变质的前寒武系地区，有证据证实，有15-30km的隆起剥蚀量，可是由于前述的地壳生长，大陆不断得到物质补给，才幸免于成为一片汪洋，可见剥蚀量和生长量是何等可观。大陆沉积物不断被搬运到海洋中，若要保持大陆体积不变或增长，就应该至少有等量的物质添加到大陆地壳中，方能构成海陆长期共存的格局。,二、水平运动与垂直运动、沉陷与隆起,岩石圈究竟是以水平运动为主还是以垂直运动为主?,海底磁异常条带、海洋古地理、微体化石、火山岩同位素年龄测定所反映的洋盆下岩层的年龄分布规律，是随着远离大洋中脊而呈线性增加的趋势。再结合由反射地震和地震带的分析，基本上可查明洋壳相对于大陆的运动轨迹和运动速度，并借以重建南、北大西洋的扩张、阿尔卑斯古地中海的闭合和印度次大陆与欧亚大陆碰撞的历史，现代应力测量、近期大地测量反映各板块之间的相对运动和地体的漂移等等，均以无可辩驳的事实证明了确实存在着巨大的水平运动。,大洋岩石圈的垂直升降运动也引人注目，大洋中脊增生上隆并向两边迁移，海底地貌鲜明的变化，都是垂直运动的具体反映。,喜马拉雅山的形成,喜马拉雅造山带一般被认为是强烈垂直运动的典型实例，第四纪以来垂直升高二、三千米。其实是水平运动造成的垂向升高。陆内楔形岩席顺着逆冲面斜向滑移。喜马拉雅地区向南逆冲推覆，从l00万年前的每年12cm，到现今降为每年2cm。若以每年平均5cm计算，假设逆冲岩席与水平面呈5交角，很容易计算出每年的平均增高量，除去剥蚀量后，这个数字虽十分微小，但l00万年累计结果就十分可观。,占主导地位的仍是水平挤压作用，其次才是由此触发的垂直升降，只是这种水平位移幅度远不如大洋地区。从阿尔卑斯和阿巴拉契亚等地区也能得到同样的结论。,大陆内的水平运动地体运动、推覆构造和裂谷伸展都为大陆内的水平运动提供了充分的依据。海陆沧桑变迁一般发生在陆缘附近，在大陆内部未曾发现过真正的深海沉积物，古地盾区似乎自前寒武纪以来就是大陆，说明大陆内没有发生过强烈的垂直振荡运动。大量的水平剪切应力作用是造山带演化的基本特征，深地壳逆冲系统、伴随着结晶基底岩席的大规模迁移而导致了垂直矗覆。美国大陆反射地震指示了南阿巴拉契亚的薄皮构造、俄怀明州的大型逆俺断层，证明了大陆内确定存在大规模的水平运动。裂谷的水平扩张量总是大于垂直升降量，再次证明了水平运动的重要性。,二、水平运动与垂直运动、沉陷与隆起,岩石圈中除大幅度水平位移外，隆起与沉陷亦是十分醒目的，不仅控制了大洋盆地的发育，还控制了大陆地区的演化。垂直运动一方面造成了深陷的盆地，另一方面又形成相对的隆起，有时可看到由盆地转为隆起或相反情况的构造反转。发生垂直运动的因素是各种各样的，有些还是复合因素的产物。,二、水平运动与垂直运动、沉陷与隆起,现一般认为：(1)沉积物对弹性岩石圈的挠曲载荷，引起下沉；(2)来自地幔深处的局部热柱促使岩石圈加热和热膨胀，导致岩石圈上隆，随着地壳的侵蚀，被剥蚀岩石圈冷却和下沉；(3)被动大陆边缘陆壳横向的伸展作用，使得大陆地壳的中部和下部向大洋地壳蠕动，从而造成以断层为界且与海岸平行的沉陷谷和地堑；,二、水平运动与垂直运动、沉陷与隆起,(4)地幔物质的贯入，致使地壳物质密度增大，地壳 质量增加；(5)下地壳和上地幔相变，导致密度的变化；(6)冰盖的溶化造成的地壳回跳。 这些因素是通过褶皱、逆冲叠覆、构造侵位、物质的横向流动、重力引张造成的地壳剥蚀和引张伸展作用等形式反映出来的。,三、中、新生代山脉,从山脉的分布来看，可分四种类型，即： 火山弧型（或陆缘型）山脉 岛弧型山脉 碰撞型山脉 陆内型山脉,三、中、新生代山脉,（一）火山弧山脉(陆缘山脉) 以安第斯科迪勒拉山系和北美科迪勒拉山系为典型代表，规模宏大。,三、中、新生代山脉,耸立于俯冲带的上方，俯冲面直接位于大陆地壳之下。在逆冲大陆边缘形成增生棱柱体，与俯冲有关的热物质侵入作用引起褶皱和隆升，形成陆缘山脉。水下增生柱是最早造山的场所，在那里沉积物被抬升、变形，最终转化成大陆壳。,三、中、新生代山脉,在陆缘山脉中，大洋板块的俯冲主要不是横向挤压作用或伸展作用，而是输送物质，加厚大陆地壳，最后形成巨大的山系。安第斯山脉虽自J3以来经历了五期横向挤压而发育了逆断层和相应的褶皱及为数不多的推覆体，据Megard估计，在秘鲁，山脉的总缩短量仅100km，区域变质作用微弱，劈理不甚发育等，表明挤压作用强度有限，地壳褶皱、叠覆不足以使山系大面积平均升高三千米左右。在海岸山脉与安第斯山脉之间，有好几条纵向地堑，智利中央谷地就是其中最著名的一条。中央谷地两侧均为正断层，显然，谷地是由横向伸展作用形成的，由此产生的物质侧向流动，也可挤入到安第斯山脉之下。然而，地堑引起岩石圈减薄，出现的质量亏损，远远不能与安第斯抬升所需填补的质量相平衡。说明物质的补给主要通过地幔楔的岩浆注入、增生棱柱体和俯冲带上的构造侵位获得的。,三、中、新生代山脉,（二）岛孤山脉 其规模远不如陆缘山脉，虽也出现在俯冲带的上方，但弧后发育强烈拉张沉陷的边缘海盆，有时俯冲带与大陆之间隔有一段洋壳。,三、中、新生代山脉,岛弧山脉中的强烈岩浆活动是它们的共同特点，正像陆缘山脉那样，大洋俯冲提供了大量物质，垫高了岛弧山脉。不过，增生地体在某些岛弧造山作用中大大削弱。由于应力的变化，伴随的俯冲角度、速度以及海沟与大陆之间距离等方面的差异，致使不同岛弧山脉之间发育程度差异甚大。,三、中、新生代山脉,（三）碰撞型山脉 当两个陆块间的洋壳因俯冲消失殆尽，两个大陆发生碰撞，大陆边缘会发生有限的俯冲，驱使巨大的陆壳板片超覆于俯冲板片之上，则成为碰撞型山脉，喜马拉雅山系、阿尔卑斯山系可为这种类型的代表，这种山脉主要通过地壳内部物质的叠置，生长成高耸的峻岭。,三、中、新生代山脉,形成碰撞山链后，若水平挤压应力没有衰减，形变作用完全在大陆型山链中进行，则以走向滑动驱使的物质横向流动为主，发育成陆内型山脉。这种山系的特征主要不是大幅度隆升，而是山脉范围大大扩展。地貌差异因逐渐被夷平而缩小。冈底斯念青唐古拉山脉就属于这种类型。,冈底斯念青唐古拉山脉,三、中、新生代山脉,除上述四种类型外，尚有断块型山脉和走向滑动型山脉，也应引起重视。前者如非洲的乞力马扎罗山，它位于裂谷带内隆起的地垒上，后者如加利福尼亚和新西兰的部分山脉。,三、中、新生代山脉,在加利福尼亚，构造板块沿700英里（1100千里）长的圣安德烈斯山脉断层交汇，每年以平均1.5英寸（4厘米）的速度摩擦而过，并定期引发小型地震。,四、前中生代构造,根据板块构造的概念，中、新生代造山作用引起的隆升和变形与大洋岩石圈的增长和消减有关，将其应用到古生代和前寒武纪古老褶皱带，几乎是不可能的，因为至今海洋学家们还未能找到没有疑义的保存下来的古大洋地壳。 有人根据古地磁视极移曲线演绎出古板块的动态变化。,约在寒武纪末(5亿年前)就已存在一个位于南半球的超级冈瓦纳大陆，容纳了现今的南美洲、南亚、南极洲及大洋洲。在北半球内，由北美东部、中部与格陵兰组成劳亚古陆，北欧和东欧联结成欧洲古陆，于奥陶纪志留纪汇聚成更大的欧美古陆，挪威、格陵兰东海岸、苏格兰、威尔士、纽芬兰和阿巴拉契亚不同时期的加里东造山带就是不断聚合残留下来的痕迹。在亚洲分裂成以西伯利亚地台和我国华北地台为核心的小陆块。晚古生代，在欧美大陆和冈瓦纳大陆之间的古大洋俯冲，曾在古大洋边缘构成了陆缘山脉，于晚石炭世汇聚成联合古陆，在碰撞带上形成海西褶皱带，西伯利亚地台与欧洲大陆的撞击产生了乌拉尔海西造山带。从三叠纪大西洋萌芽期开始，联合古陆解体。,寒武纪末,寒武纪末,白垩纪末,四、前中生代构造,综合来看，板块构造支配着岩石圈的运动，使岩石圈在不断地消亡、生成和演化。,第三节 岩石圈运动学和动力学,一、海底扩张和大陆漂移（运动学）二、地幔对流三、重力牵引四、热点或热柱五、重力均衡补偿 动力学六、膨胀论七、地球自转,第三节 岩石圈运动学和动力学,最新总结为地球动力学的10个假说：1.地球收缩说 2.地球膨胀说 3.地球脉动说4.地球自转说 5.重力分异说和重力作用说6.地幔分异与地幔对流说 7.涌流构造说8.层块构造热涌说9.热点-地幔柱说10.星际作用说,第三节 岩石圈运动学和动力学,马宗晋（2003）指出：任何一个合理的地球动力学假说至少满足3个条件：1.能对全球的构造特征及其空间分布规律、构造演化过程作出解释；2.所依赖的动力因子既有足够的能量，其作用方式又能合理地说明构造变形场的特征；3.符合物理学的基本原理和地球内部物质的物化性质-以此来衡量，没有一个假说是完善的,一、海底扩张和大陆漂移,20年代晚期，Wegner引证了古地理、古生物、古气候资料，大胆地设想大陆是游动的，而且美洲与非洲曾经相聚在一起。由于缺乏坚实的地球物理、地球化学和地质基础的支持，未被广泛接受。二十世纪50年代末，根据海洋调查，发现大洋地壳只有6-7km厚，远比大陆地壳薄，纵贯全球的大洋脊岭频繁地引发浅源地震，大洋中脊两侧磁异常条带呈明显的对称，由此诞生了海底扩张说。Dietze、Hess等认为海岭位于地幔对流的上升处，海沟位于地幔对流的下降处，上升处地幔物质不断上涌，将两边的洋脊推开，下降处使洋脊重新回到地幔，周而复始地循坏，形成了大陆和大洋之间的相对运动。,一、海底扩张和大陆漂移,大陆为什么会漂移，其动力何在呢? 洋脊扩张推力不大可能,岩石力学的破裂试验推知了大洋中脊处推力的极限值，但该推力没有使洋脊两壁的岩层普遍破碎和强裂变形。震源机制揭示了大洋板块内部的应力状态，除靠近洋脊的地方外，板内地震、甚至在俯冲带中深度上通常呈张性，就好像有什么东西在牵引着大洋板块，将其置于一种张性状态下。这种伸展作用导致大洋脊轴处的地幔上穹，犹如真空泵一样，吸出了地幔熔融的物质。因此，涌出的岩浆脉状体的推力不可能太大。考虑力在接力棒式传递过程中的损耗，可推想，从东太平洋脊岭至西太平洋海沟为一万余公里，经长距离输送的推力抵达俯冲带处，还可能有多少呢?,事实说明，欲从大洋中脊处产生巨大推力迫使板块大规模运动是困难的，海底大洋中脊的扩张不可能成为大陆和大洋水平运动的主要动力源。不应该将海底扩张与大陆漂移作为因果关系强行拉扯在一起。,一、海底扩张和大陆漂移,二、地幔对流说,两种说法：1.由地幔内放射性能和地球初期残余热能诱发的地幔流在粘滞力的作用下，就像传送带一样，推动着岩石圈沿水平方向移动。2.认为地幔的基本作用是提供热能，造成浅部的对流循环，并非是板块的主要驱动机制，如果是地幔对流机制驱动，则张性和压性二种性质的震源机制会同时出现，这显然与实际情况不符。,要较准确地估计地幔对流所起作用的大小，还必须考虑温度、密度和粘滞度的侧向变化、流体的热导率、岩石圈与软流圈之间的摩擦力、板块的负荷力等诸多因素。,三、重力牵引,岩石圈的许多运动都是在板块俯冲作用下产生的。 如地震、火山喷发、弧后盆地的发育、大陆碰撞、板块运动的变化、造山活动、地体增生、构造侵位、沉积增生与消减，以至板块的初始断裂与海底扩张等等，都与板块俯冲作用有着千丝万缕的联系。海沟深度的变化、俯冲板块的年龄、俯冲速率与板块运动之间存在明显的相关关系。具有较长俯冲带的板块比较短俯冲带板块俯冲速度快，海底扩张速度亦随俯冲带长短而变化。地震层析成像的研究表明，在俯冲带的范围内，从地表到地核皆存在地震波速度异常，岩石圈与软流圈的三维模型也说明了只在俯冲带范围内才呈现明显下降趋势。,三、重力牵引,在俯冲带处随着岩层的加厚，其质量随之增加，通常是板块年龄愈老，厚度愈大。俯冲带上的密度较周围地幔的密度高而温度则较低，本身的重力牵引作用使其下沉，大洋岩石圈不断下沉造成附近大陆一侧的前缘应力松弛，地幔对流将后继的逐渐冷却的岩石圈不断传送到前缘地区，把广袤的大洋岩石圈普遍置于张应力状态之下。,三、重力牵引,不能将重力牵引作用仅限于俯冲板块边界，应当从整个对流体系范围内进行动力方面的论证。整个大洋岩石圈中都存在的重力作用，洋脊、俯冲带、岩石圈的漂移皆是重力作用引起的。从板块运动的角度来看，地球范围内的总动力取决于具有刚性和高密度的板块本身，因为它有低于地幔的温度和高于地幔的密度，其自身就自然下沉，并要求潜入到地幔中去。,三、重力牵引,之所以在俯冲带处沉入，是由于那里的大洋岩石圈温度和密度已达到下沉的允许值，倘若大洋岩石圈与地幔的温度和密度差所产生的重力不足以使其下沉潜入时，就不会形成俯冲型大陆边缘，而成为大西洋式被动大陆边缘。由重力造成的伸展作用还会在洋脊处引起地幔的上升和岩浆的贯入。,四、热点和热柱,夏威夷群岛与火山活动早已熄灭的一系列火山构成一连续的南东北西向火山链，其时代呈极为规则的变化，愈远离现代火山活动区时代愈老。在近50Ma期间，由于软流圈上的板块运动，火山岩跟随着向北西向移动，但喷出的火山口位置没有大的变化，或者说，来源于深部地慢的热柱位置没有什么改变，它们就像是一系列相对锚定并穿越了地幔的刚性柱。,四、热点和热柱,有人从热点隆起的形成，推测传递到岩石圈的热量，粗略地计算暗示，差不多等于地球热流量的背景值。尽管计算仍需改进和完善，倘若真的能得到详尽的证明，则热点是全球性热传导机制的最主要因素，同时也是导致全球性对流的直接原因。地质和地球物理资料还表明，热点隆起造成大陆破裂和解体，洋底上的热点轨迹似乎影响了俯冲带上岩石圈的浮力。并且可能到汇聚的大陆边缘上。,固定热点,热柱示意图,Morgan提出热柱是深部地幔(甚至来自于壳幔边界)上的一般上升流，并断言它是地幔对流的原动力，缓慢的热柱运动和一些地震资料支持了他的观点。,五、重力均衡补偿,19世纪中叶，Airy和Pratt提出的经典均衡补偿模式。建立在壳幔均一、地下存在一个补偿水平面的假设的基础之上。大洋盆地、古老地台接近均衡状态；深海沟、大型盆地出现巨大的负均衡重力异常，重量亏损由其下高密度物质质量剩余来补偿；高山隆起区呈现巨大的正均衡重力异常，它的质量过剩由其下的质量不足来补偿。,五、重力均衡补偿,壳幔质量的非均匀分布，各地区计算所得的补偿水平面深度互不一致，等效弹性板厚度的差异，补偿物质的质量中心不止一个，岩石圈扰曲、热作用、地幔对流、软流圈流动性质及其密度的侧向变化都将影响着均衡重力补偿作用。所有这些均说明，壳幔中存在着复杂的补偿过程，因此，不仅应排除任何理想的均衡模式，而且也不存在普遍适用的模型。,五、重力均衡补偿,各地区的最佳补偿模型必须经反演计算和大量模式对比才能确定。目前更多的是从静力学的角度进行估算，对均衡解释的推断主要停留在定性的阶段。肯定均衡重力补偿作用的存在，而且它是岩石圈运动过程中的必然结果，也是造成地壳垂直升降的原因之。,六、膨胀论,Owen、Carey和Heezen分别提出，三叠纪以来地球半径增长一倍，地球表而积增加约三倍。地球圆周增长8000-10000km，甚至有人认为，地球半径有数倍的膨胀，倘若如此，地球的体积将呈三次幂增加。众所周知，地球的质量基本上是恒定的。要是发生如此庞大的膨胀，其原先的平均密度至少为现在乎均密度的二倍乃至数百倍，果真如此，物质的组成和结构与现今的应截然不同，这是不可想象的。,六、膨胀论,如果膨胀是一种普通现象,则太阳系和太阳的大小都要发生变化，地球的表面以及接受太阳辐射的能量同样要改变，然而没有充分论据证实这一点。Beck、Birch分别从能量方面和高压条件下的物性变化方面论证，得到了同样的结论，认为在地质历史中地球半径的增加不可能超过100km。其增长的速率是相当小的，这样微弱的变化。要形成不同地质历史时期中巨大造山带与深邃的大洋，看来是不可能的。,七、地球自转,地质力学派坚信地球自转速度的变化是岩石圈构造活动的主导因素。他们认为，当地球速率变更的时候，地壳内各个质点除了有惯性离心力增量在南北向的分量外，尚有东西向的纬向惯性力。全球性的大规模纬向构造体系和经向构造体系就是在这种经向应力和纬向应力作用下孕育而生。现已知道，岩石圈不同部分之间结合的牢固程度是不一样的，在变化的惯性力作用下，在弱的部位，容易发生相对运动。地球自转速度快慢的交替，形成了岩石圈时起时歇的多旋回演化的特征。,七、地球自转,其它构造学派强调岩石圈运动主要来自地球内部的动力，地球自转速率变更所引起的岩石圈变动无足轻重。 地质力学虽能解释大陆上某些构造现象，但同时也遇到颇为棘手的难题。,涌流构造说,迈耶霍夫等（Meyerhoff等，1992）提出。认为：大多数地表构造，包括板块构造不能解释的一些构造现象，可用软流圈涌动来解释。 软流圈涌动的驱动机制是地球收缩引起的岩石圈塌陷，当冷却凝固的岩石圈块段塌陷到软流圈中时，部分岩浆按重力法则上涌,涌流构造说,该假说对许多构造现象的解释是很初步的。机制是收缩塌陷，其可能性和强度、地球收缩与地质旋回的相关性还须深入研究，但总体说，对地球动力学研究有启发性。,层块构造热涌说,马宗晋（2000）提出。以地壳、上地幔的层块构造为基础，以地内热流体受构造变动的引导和驱动为主要运动方式的地球动力学模型。层：包括尺度很大的上地幔软流层也包括较小尺度的地壳低速层或低速体,层块构造热涌说,块：包括大尺度的板块、断块也包括较小尺度的被断裂网络或裂谷通道切割的块体。热涌：层块的基础上，地壳和上地幔中相对的“热”物质或塑性物质沿着层和缝通道的涌动式运动。,星际作用说,星际间的作用力也是一个重要力源。太阳黑子、宇宙爆炸等对地球有重大影响；白垩纪末恐龙灭绝的灾变事件也被公认。,