板块构造学说的建立及核心思想.ppt

第九章 海底扩张与板块构造,槽台学说（30-60年代统治全球地学理论）:,认为地壳运动以垂直运动为主，大陆、大洋的位置不变.将地表分为地槽活动区（Geosyncline）,地台稳定区（Platform）二个主要构造单元.,1857年美国丹纳Dana、霍尔Hall在研究阿帕拉契山时提出的.,研究全球性地壳运动的学问称Tectonism。包括沉积作用、岩浆活动、变质作用、构造变形、成矿规律等-大地构造。,板块构造学说:伟大的地学革命!65-68年理论成熟。强调板块构造运动以水平位移为主导,有突出贡献的人物：国际级的赫斯和迪茨、Wilson,上田诚也，都城秋穗；中国70-80年代以尹赞勋，李春昱,郭令智为代表.,一、大陆漂移（continental drift）二、海底扩张（seafloor spreading）三、全球板块构造（globe plate tectonics）,大陆漂移,第一节 大陆漂移（continental drift）,假设在约2亿年前，地球存在着一个超级大陆（supercontinent），称联合古陆或泛大陆（Pangaea),德国，Alfred Wegener（1915）,The reconstructed giant radiating dyke swarm is the tectonic marks of the early Cretaceous breakup of supercontinent related to mantle plume(May,1971;Ernst and Buchan,2001),一、大陆漂移（Continental drift）,假设在约2亿年前，地球存在着一个超级大陆（supercontinent），称联合古陆或泛大陆（Pangaea),泛大陆（潘吉亚大陆）,从侏罗纪开始，联合古陆分裂开来并各自漂移，现今各大洋和大陆都是经过大陆漂移后形成的。而且还认为北大西洋的张开是近几百万年内完成的。,证据1：大西洋两岸大陆地形的相似性,在900米深的大陆坡处拟合,以大陆架边缘为界(而非海岸线)进行拟合,黑色区为重叠部分;点线区为拟合的被淹部分;空白区为拟合的间隙.,证据2：现代南大西洋两岸被截断的地质构造带的分布,深色块状反映前寒武早期的地盾；线条带状反映前寒武晚期的年青造山带（据P.M.Hurley,The confirmation of continental drift，Scientific American，vol.218,1968）,北大西洋两侧山链的相似性,证据3：动、植物群的相似性。分布在冈瓦纳大陆的兽孔目爬行动物群和舌羊齿植物群（250-200Ma前）是可以对比的。,爬行动物中龙,证据4：南半球各大陆石炭二叠纪冰川的分布,南半球各大陆石炭二叠纪冰川的分布,南半球各大陆石炭二叠纪冰川的分布(300Ma),特提斯海古地中海,泛大陆（潘吉亚大陆）,冈瓦纳大陆,劳亚大陆,休斯（Suess),(450-200 Ma),(600-200 Ma,成因机制解释,1、大陆地壳在大洋地壳上漂浮和移动;,2、大陆向西漂移:太阳、月球的引力产生的潮汐摩擦阻力，使地球自转速度减缓，发生向西的拖曳作用.美洲大陆受到较强的向西的拖曳力,落后于欧洲与非洲的运动,形成大西洋.,3、由极地向赤道方向运动（离极力）：印度原位于南极大陆附近，向北漂移与欧亚大陆相接，发生碰撞挤压，形成喜马拉雅山脉。,存在的问题-1928年召开学术年会被否认,1、证据不足：除了地形、构造带、古生物、古冰川的证据外，缺乏定量的重力、地磁、地震波、大地测量等方面的资料.,2、刚性的花岗岩层不可能在刚性的玄武岩层上飘移.,3、潮汐摩擦力和离极力太小，不足以引起大陆漂移.,“不论在过去和现在，形成大陆漂移的动力问题一直处在游移不定的状态中，也不可能得出一个满足各个细节的完整答案.”,第二节、海底扩张理论（seafloor spreading）,H.H.Hess(1962)和R.Dietz（1961）同时提出海底扩张的观点,大洋岩石圈在洋中脊处裂开，地幔炽热的岩浆从这里涌出，冷却固结成新的大洋岩石圈，并把先期形成的岩石向两侧对称地推挤，导致大洋海底不断地扩张。,海底扩张理论,在假设地球的体积和面积不变的情况下，大洋岩石圈也必然在大陆边缘的海沟处沿着削减带向大陆岩石圈之下俯冲，消亡于软流圈中。,证据1、全球大洋中脊及中央裂谷系的发现20世纪50年代晚期发现了纵贯世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷体系。,洋脊是绵延全球各大洋底的巨大山脉，它们相互连接，延伸总长度达64000km，宽1000-4000km，高2000-4000m,大西洋洋中脊（mid-Atlantic ridge）：对称式、平分大西洋；太平洋洋脊（Pacific rise）:又称太平洋洋隆，洋脊偏于东侧；印度洋洋脊：洋脊呈倒Y字型，位于中央。,大西洋洋底，洋脊扩张,印度洋海底,洋中脊：洋中脊的横截面呈平缓的等腰 三角型,两侧呈地垒状隆起，中间呈地堑 状陷落（裂谷）。洋脊处沉积物最薄;裂谷带为火山岩,缺失海洋沉积物。洋脊是火山喷发带,因此也是高热流带。洋脊也是地震带，特点是震级低、震源浅、地震频繁。,太平洋海底,沉积物从洋脊向两侧从无到有、从薄到厚；沉积层序由少到多；中间新，两边老，最老沉积物年龄不老于170Ma。,证据2：沉积物的分布特征,北太平洋海底岩石年龄分布图,旋转轴,磁北极,磁南极,证据3：海底地磁条带,地质历史时期地磁极的南北极在不断交替变化.,地磁场转向：,吉尔伯特反向,高斯正向,松山反向,布容正向,现在-69万年,69万年-243万年,为242万年-332万年,332万年前,海底地磁条带形成模块图,吉尔伯特反向,高斯正向,松山反向,布容正向,对称分布的海底地磁条带,老洋壳-新 洋脊 新-老洋壳,冰岛西南方向大西洋中脊实测海底地磁条带（引自Heirtzler et al.,1996）,大西洋2.25cm/a;印度洋2.2cm/a；太平洋4.9cm/a,证据3：转换断层（transform fault）:由加拿大学者Wilson于1965年提出。,转换断层模型,f,c,海沟,海沟是位于洋底边缘的一种狭长凹地，水深常超过6000米，横剖面为不对称的V字型，有沉积物，但是厚度不等。,证据4、海沟及贝尼奥夫地震带,20世纪50年代，美国人贝尼奥夫（H.Benioff,1968）首先发现天然地震的震源深度与在海沟岛弧系有密切的关系，呈有规律的变化：从大洋方向向大陆边缘附近地震分布依次为浅源地震、中源地震和深源地震。震源可排列成一条由海沟向大陆方向深处的倾斜带，也称贝尼奥夫地震带。该带的倾角一般为45，可在15-60之间变化。,贝尼奥夫带的意义：说明沿大陆边缘的海沟，存在着倾向大陆的正在活动着的巨型断裂带，洋壳在此带俯冲、下插到大陆岩石圈下。现在认为贝尼奥夫带就是一个洋壳的削减带，是大洋与大陆岩石圈的聚敛带！,古新世,始新世,证据5:海底火山岛链的分布,霍尔姆斯的地幔对流说,海底扩张成因机制,Holmes,海底扩张示意图,洋底在洋脊裂谷带形成，接受分裂，并不断向两侧扩张，同时老的洋底在海沟处潜没消减，因而洋底不断更新。洋底扩张是由于刚性的岩石圈块体驮在软流圈上运动的结果，运动的驱动力是地幔物质的热对流。洋脊轴部是对流圈的上升处，海沟是对流圈的下降处。,海底在扩张，大陆与大洋在漂移,大陆、大洋是漂浮在软流圈上的板块,1968年前后，麦肯齐、摩根、X.LePechon、等,他们归纳了大陆漂移和海底扩张所取得的成果，并及时地吸取了当时对地球上部层圈岩石圈和软流圈所获得的新认识，从全球统一的角度，提出了板块构造学说，阐明了地球活动和演化的许多重大问题。,第三节 板块构造理论,固体地球上层在垂向上可划分出物理性质显著不同的两个圈层,即上部的刚性岩石圈和下垫的塑性软流圈;刚性的岩石圈在侧向上可划分为若干大小不一的板块,它们漂浮在塑性较强的软流圈上作大规模的水平运动,板块（plate)内部是相对稳定的，板块的边界则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带；板块间的相互作用从根本上控制着各种地质作用的过程，同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。,一、板块构造学说的核心思想,二、板块运动的方式,岩石圈板块主要的、主导的运动形式是水平运动；水平运动可以导致地壳发生垂向运动；,离散运动,水平运动的三种端元运动方式,聚敛运动,走滑运动,三、板块边界,聚敛型板块边界 板块两侧沿着相向的方向运动。以太平洋东西两岸的海沟俯冲带为代表，以产生深源地震，褶皱山系，引起火山活动特征,离散型板块边界 板块两侧沿着相反的方向运动。所有大洋中脊都是这类板块边界,转换断层型边界 此类边界既不产生也不削减岩石圈，使洋中脊发生水平错位。以水平错位产生浅源地震，伴随板块的分离和火山活动为特征,大洋中脊轴部，当两个板块相背运动时，板块边界受到拉张而分离，岩石圈深部和软流圈的熔融物质上涌，并逐渐冷凝形成新的大洋岩石圈。这种情况下的相邻板块的边界称为离散边界。由于有大量玄武岩浆喷发，频繁的浅源地震及断裂活动，因此也称洋脊扩张带，或称增生型边界（accreting plate boundary）。,离散板块边界（divergent plate boundary）,不同形式的聚敛边界,B型俯冲大洋岩石圈板块相对于大陆岩石圈板块的汇聚运动，密度较大的大洋板块俯冲于密度较小的大陆板块之下，使大洋岩石圈在俯冲带不断消亡相邻的大洋板块和大陆板块之间的边界称为俯冲型边界（subduction boundary）,A型俯冲两个大陆岩石圈板块发生相对汇聚运动，并在汇聚运动中发生碰撞形成造山带，而碰撞造山的表现也可以是一个大陆板块俯冲与另一个大陆板块之下相邻的两大陆板块之间的边界称为碰撞型边界（collision boundary）。,四、岩石圈板块的划分,太平洋板块,南极洲板块,欧亚板块,非洲板块,北美板块,南美板块,它是板块俯冲作用发生的场所。通常是大洋板块俯冲于大陆板块或大洋板块之下。其突出的构造标志是伴有强烈的地震活动和岩浆、变质作用，及在凹侧产生海沟岛弧、贝尼奥夫带。主动大陆边缘最重要的地貌特征是发育有弧沟系（trench-arc），即海沟及与海沟共生的岛弧或山弧。如苏门答腊爪哇构造带是由于印度洋板块向北西方向的俯冲作用，形成爪哇海沟、明打威火山弧等。,五、两种类型的大陆边缘,1、主动大陆边缘(active continental margin),也称活动边缘、太平洋型边缘或聚敛型大陆边缘。,太平洋板块,南极洲板块,欧亚板块,非洲板块,北美板块,南美板块,2、被动大陆边缘（stable continental margin）,这种大陆边缘是位于板内，其两侧的大陆与大洋属于一个统一的板块。也称稳定边缘、不活动边缘、大西洋型或离散型边缘.如北美和南美的东部边缘、欧洲西部边缘与非洲边缘、印度南部边缘、澳大利亚南缘、欧亚大陆与北美北缘等。被动大陆边缘在地貌上其海底地形是由陆架，陆坡和陆基（陆隆）单元所组成。,太平洋板块,南极洲板块,欧亚板块,非洲板块,北美板块,南美板块,大陆,大陆架,大陆坡,陆隆,深海平原,陆壳,洋壳,陆架:与大陆相接向海方向平缓倾斜的部分.坡度平均约0.1.宽度每增加1km，水深增加约2m.,陆坡:海底地形发生显著转折的地带.坡度平均约4.宽度20-90km，水深1400-3200m.,陆隆:陆坡的坡陆向大洋底缓倾斜的地带.坡度小于1/400，最宽1000km，水深2000-5000m.,无论被动还是主动边缘常受转换断层的影响，这种情况下，构造特征以走滑断层(strike slip fault)为主，如活动边缘那样，伴随着地震作用的发生。,被动边缘是没有或极少发生地震和火山活动的大陆边缘，是板内边缘跨过陆壳和洋壳的边界；,活动边缘是形成在聚敛型板块边界上，常伴随强烈的地震作用、岩浆作用、变质作用和岩石的变形变位；,大陆内初始裂谷,翘隆和裂谷阶段,早期海底扩张,沉降边缘,大陆间原洋裂谷,被动大陆边缘,红海,大西洋,被动大陆边缘转化为主动大陆边缘,地幔对流环能穿透整个地幔厚度。地幔对流环主要发生在上地幔顶部的软流圈。上升对流仅限于几个地幔柱，对流环的下降翼是冷的、密度大的大洋板块。,地幔对流模型,六、板块运动的驱动机制,六、威尔逊旋回的演化模式,胚胎期,联合古陆初始张裂，形成大陆裂谷,幼年期,岩石圈进一步破裂，开始出现洋中脊和狭窄的洋盆,成年期,裂谷中出现了新的大型的成熟的洋盆,衰退期,洋脊扩张同时产生俯冲作用，洋盆开始收缩,残余期,洋脊扩张作用减弱，两侧陆壳逼近，形成残留洋盆,消亡期,两大陆直接碰撞拼合，海域消失，造山带形成,东非裂谷,红海,大西洋,太平洋,地中海,阿尔卑斯喜马拉雅山造山带,七、板块的演化过程,各种可能的超大陆列表,Ur(3.0 Ga)Kenorland(2.5 Ga)Columbia（Nuna）(1.85-1.60 Ga)-哥伦比亚期？Rodinia(1.1-0.8 Ga)-格林威尔期Gondwana(600-200 Ma)-泛非期Laurasia(450-200 Ma)Pangea(450-200 Ma),板块构造历史及未来,Rodinia,