板块构造与地质作用.ppt

,主讲：唐晓春,地球科学导论,资源与环境学院,自然灾害与减灾,绪论,地球的起源与演化,地球的物理性质,地球的圈层,板块运动与地质作用,大气圈,水圈,地表形态,生物圈,地球环境及其变迁,自然资源及其利用,板块运动与地质作用,第 5 章,从大陆漂移到板块构造,岩浆作用,变质作用,沉积作用,板块构造,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,板块构造学以一种总体观念把关于地球的各种科学联系再一起，地球不再被看作是一个不变的圆球，而是一个具有演变过程和历史发展的复杂球体。这个球体同时也是一架能不断进行自组织和再生的热力机。地壳覆盖着塑性地幔，地幔包裹着炽热的地核，经历了分离、对流、漂移、碰撞等巨大变化，形成我们今天的地球模样，并将继续演变下去。,大陆漂移假说形成、发展与衰落,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,1620 F.Bacon,1858 A.Snider,1910 B.Taylor,在地图上对大西洋两岸相似的部分作了标记。,地球及其奥秘,将欧洲与北美的石炭纪煤系及其所含的植物化石的相似性作了对比，断言大西洋两岸曾是联合在一起的，后来分裂而漂移开来。,补充了大西洋两岸山脉起源的相似性问题并作了论证。,地球环境与人类,Alfred Lother Wegener(魏格纳)是德国气象学家、地球物理学家，1880年11月1日生于柏林，1930年11月1日在格陵兰考察冰原时遇难。,1912年，发表根据地球物理学论地质轮廓（大陆及海洋）的生成。1915年，完成海陆的起源。,中生代地球表面存在一个泛大陆（Pangea），这个超极大陆后来分裂，经过二亿多年的漂移形成现在的海洋和陆地。,地球环境与人类,假说的证据,地球环境与人类,古地极迁移,拟合大陆的外形,古气候学,古生物学,地质学,第五章 板块运动与地质作用,拟合大陆的外形,地球环境与人类,古气候学,地球环境与人类,古生物学,地球环境与人类,地质学,地球环境与人类,古地极迁移,地球环境与人类,争论,地球环境与人类,批判,对证据,对驱动力,衰落,1928年11月，美国石油地质协会专门讨论了魏格纳的大陆漂移说。在14名权威地质学家中，只有5人支持，7人坚决反对，2个保留意见。反对者对假说持贬斥、歪曲的态度，甚至把它讥讽为“积木游戏”。,海陆固定论；,假说本身的缺陷或某些细节证据不足。,原因：,格陵兰岛与西欧相对位置变化的大地测量,假说复活,地球环境与人类,天然剩磁的发现与磁性倒转,最早是在1909年法国地球物理学家伯纳德布伦尼斯测量法国中央地块的火山岩时获得，古代火山喷发时的磁场与现在的磁场不一样，并有倒转现象。过了20年以后，日本科学家松山在研究日本火山岩时，也观察到同样的磁性倒转现象。这种反常现象是怎样产生的？解释只能有两种，一是地球磁极的位置在地质历史上曾经改变过；二是取样地点的位置曾经发生改变漂移。前者称为磁极游移说，后者称为大陆漂移说。,第五章 板块运动与地质作用,地磁场成因问题,假说复活,地球环境与人类,到50年代，剑桥的布拉德和普林斯顿的瓦特艾萨塞尔各自独立地提出发电机理论。地磁场的电磁流体力学理论电流通过导线就产生磁场。由此艾萨塞尔得出结论说：地球的两个磁极应当经常接近地球的转轴（或地理极）。地极的游移不可能离开地理极的位置太远。而地理极的位置从地球形成以后基本上就没有太大的变动。,1954年，许靖华在壳牌石油公司的研究工作。,第五章 板块运动与地质作用,海底扩张的模式,50年代的海洋科学园地犹如百花盛开，海洋学家除了海底热流测量外，还进行了海底地形测量。这些资料和地震分布、海底火山和深海沉积的研究结果，被普林斯顿大学的哈雷赫斯（Harry Hess）综合成海底扩张的模式。,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,哈雷赫斯（Harry Hess）,美国地质学家，海底扩张假说的创立者。1962年发表海洋盆地的历史，正式提出了海底扩张的假说。他的思想复活了魏格纳的大陆漂移学说，并奠定了导致地学革命的板块构造理论的基础。几年之后，他的假说就为格洛玛号的深海勘探所证实。赫斯本人也因之而成为地学史上的一代宗师。,地球环境与人类,盖奥特,基本观点,地球环境与人类,由温差导致的热应力引起对流是常识，但人们习惯中很难想象地幔内的固态物质也能像液体一样对流。然而实验表明，固态物质在高温高压或长时间的应力作用下，也具有塑性。冰川期后的地壳均衡调整就是固体地球内部蠕变的实例。地球内部的地核温度高于4000摄氏度，赫斯认为高温熔融核心的热发散必将在地幔内导致热对流。,地球环境与人类,海底扩张,地球环境与人类,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，导致大洋海底不断扩张。另一方面，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消减带向大陆岩石圈之下俯冲，消亡于软流圈中。,地球环境与人类,地磁条带,海底扩张使得洋底像一条岩石圈传送带，而磁异常条带就是一架磁带记录器，它记录了洋底的年龄和海底扩张速率，它还将磁性反转年代表外推到8000万年前。,海底扩张速率,瓦因和马修斯的磁异常成因模型指出，如果老的洋中脊裂谷从中间裂开，那么这一过程产生的磁异常应当按裂谷的轴呈对称分布。如果海底扩张的速率不变，则每个磁性条带的宽度应当与熔岩喷发阶段的磁性期呈正比。瓦因进一步指出，可以用地磁条带的宽度来估计海底扩张的速率。,地球环境与人类,海底磁异常年龄,地球环境与人类,地球环境与人类,板块边界类型,地球环境与人类,离散型板块边界 所有大洋中脊都是本类型板块边界，两侧板块沿着相反的方向运动，两侧以频繁的线状玄武岩浆上涌，拉张作用引起浅源地震和高速热流为特征。,会聚型板块边界 以太平洋东西两岸的海沟俯冲带为代表，产生深源地震，形成褶皱山系（海岸山脉增生楔），引起玄武质和安山质火山活动（火山弧、弧前盆地和弧后盆地）。,转换断层型边界 不形成新的岩石圈，原来的岩石圈也不会消减。转换断层并不是使洋中脊发生单方向的平移错位，而是反映了岩石圈的不均匀断裂。转换断层以陡崖为标志，具有水平位移的浅源地震特征，往往伴随着板块的分离和火山活动。,板块构造,地球环境与人类,地球环境与人类,板块俯冲作用,地球环境与人类,俯冲作用,火山岛链的形成,地球环境与人类,地球环境与人类,深海钻探计划(DSDP)的历史始于“莫霍面钻探计划”（Project Moho），目标是钻透洋壳和莫霍面来获取地球的上地幔样品。美国格洛玛挑战者号是世界上首次执行深海钻探任务的科学考察船。根据地磁条带宽度推测的洋壳年龄都与每个钻探地点取得的最深沉积物的年龄相符。,海底扩张的检验,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,1968年深海钻探第三次在南大西洋的钻探结果证实了海底扩张说,地球环境与人类,地球环境与人类,大洋中脊,地球环境与人类,地球环境与人类,新的观测,板块构造与地质作用,地球环境与人类,岩浆作用,变质作用,沉积作用,第五章 板块运动与地质作用,岩浆作用与板块构造,第五章 板块运动与地质作用,岩浆是一种炽热的，具有极强活动力的熔融体。受到上覆地壳挤压，深处缓慢冷却结晶；浅处较快冷却结晶；火山喷溢迅速冷却。,岩浆作用：岩浆的形成（熔融）、运移和冷凝的整个过程中，岩浆自身的变化以及对周围岩石影响的全部地质过程。,类型：侵入作用,地球环境与人类,火山作用,岩浆侵入作用,第五章 板块运动与地质作用,深部岩浆因上部压力降低而向上运移，侵入周围岩石中而未达到地表即冷凝成岩，称侵入作用，所形成岩石称侵入岩。包围侵入体的原有岩石称围岩。,地球环境与人类,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,岩浆岩的种类,玄武岩（基性喷出岩）,安山岩（中性喷出岩）,流纹岩（酸性喷出岩）,辉长岩（基性深成岩）,闪长岩（中性深成岩）,花岗岩（酸性深成岩）,火山作用,地球内部能量-物质突然释放事件。,地球环境与人类,火山喷发类型,中心式喷发：火山物质从中央火山口或火山管溢出，形成典型的火山锥构造。,裂隙式喷发：熔岩与火山碎屑都是从狭长的裂隙或裂隙群中喷射（溢流）而出的，具有一个线性的熔浆源。如哥伦比亚高原、洋底玄武岩层。,玄武岩高原,地球环境与人类,玄武质的熔岩流从裂隙中流出，称为溢流玄武岩。它们不会形成火山，而往往构成宽阔的玄武岩高原。,日本富士山,长白山天池,海南雷虎岭-马鞍岭火山,火山的空间分布(P127),地球上存在着500600座活火山，大多数火山分布在板块的边缘。据统计，其中80分布在会聚板块的压性火山岛弧带，15分布在板块分离的拉张带。极少数分布在板块内部。著名的环太平洋火山链（又叫火圈）就集中分布近70火山。,分离板块边缘的火山活动,会聚板块边缘的火山链,大洋板块内的火山,大陆板块内的火山,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,世界火山分布,变质作用与板块构造,地球环境与人类,在地下的固态岩石，因受温度、压力及化学活动性流体的作用，发生了组成、成分、结构与构造变化的地质作用，称为变质作用。要说明的是，岩石变质基本上未发生熔融，原有岩石并未失去其整体性。,变质作用的类型,区域变质作用,接触变质作用,动力变质作用,热液变质作用,埋藏变质作用,第五章 板块运动与地质作用,地球环境与人类,变质作用与板块构造,常见变质岩,地球环境与人类,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,沉积物质在地表温度及大气压力下以成层方式进行堆积和形成的过程，包括沉积物埋藏以前（即成岩作用之前）自风化、搬运以至堆积的全过程。沉积作用广泛地发生在大气圈下部，水圈、生物圈以及岩石圈上部，沉积物主要堆积在地势相对低洼的地区。,沉积作用与板块构造,沉积盆地,地球表面不同部位间的差异升降运动，导致出现不同深度的海洋和陆地上的各种河湖平原、山间盆地等负地形，在地球外部地质营力（包括水流、风、冰川、生物作用）影响下是发生沉积作用的主要场所。,地球外部地质营力和沉积作用,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,沉积岩,地球上的大部分表面都被沉积物覆盖。沉积物与沉积岩是岩石循环中重要的一环。地壳上先期已存在的岩石，受到风化、剥蚀、搬运、沉淀、埋藏和成岩作用，最终形成各种沉积岩。因为它曾经是沉积物，故而可以根据沉积岩的原生构造指示沉积环境。对沉积物和沉积岩的研究有着相当大的实用价值：沉积岩中有我们不可缺少的能量资源，如石油、天然气和煤。了解了这些沉积岩的形成就能帮助我们更好的探求尚未查明的资源。,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,沉积环境,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,原生构造与沉积环境,沉积岩在解释地球历史时显得特别重要，地质学家能根据岩石的原生构造，推断出岩石的历史，包括原岩的组成、搬运的形式和距离以及颗粒成岩时的自然环境，即沉积环境。沉积岩在地球表面沉积，因此能保存并提供原物质聚集地的物理、化学和生物环境情况的线索，进而追溯其历史。,层理,波痕,泥裂,生物印模,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,层理,沉积物和沉积岩在不同沉积环境下在沉积物上所呈现的差异叫做成层性。它是由组成岩石的不同部分的颜色、矿物成分、碎屑的特征及结构等所表现出的差异而产生的。层理多数是水平的，但也可以是倾斜的。若纹层之间相互交错，且与水平面交角大于35度时，特称为交错层理，它表明沉积时介质处于较强烈的水动力环境下。在砂岩、砾岩沉积物中，交错层理经常出现。,地球环境与人类,波痕,不论在古老的还是较新的砂岩中，波痕都是常见的沉积构造。自然界中，我们可以从被强风吹过的沙丘表面、小溪的水下沙礁及海岸边的沙滩上看到波痕。地质学家能通过波痕的形状来判断沉积时流水或风的运动方向。它是沉积介质动荡的标志。更重要的是波痕还可用来判断岩层的顶底，出现波痕的一侧为顶.,地球环境与人类,泥裂,泥裂是由岩层表面垂直向下的多边形裂缝。泥裂的产生表明当时的沉积环境是在干燥与湿润之间变化的。当暴露于空气中时，湿泥蒸干、萎缩形成裂痕。泥裂经常与浅湖和沙漠盆地相联系，即是滨海或滨湖地带的泥质沉积物，暴露水面后失水变干收缩而成。利用泥裂也可以确定岩层的顶底，开口方向为顶，尖灭方向为底。,地球环境与人类,生物印模,化石是埋藏在岩层中的古代生物遗体或遗迹。动物的贝壳、牙齿、骨骼、蛋、粪以及植物的根、茎、叶、果、种或其印迹均可以成为化石。保存为化石的生物实体一般都会受到某种矿物的充填或交代而石化。化石也是研究地质史及生命起源和演化的重要工具。知道了特定时期的生物面貌，可以帮助研究者更进一步了解古环境状况。化石还是有关地质年代的重要标志，而且可以用作为形成时期相同、但出露地点不同的岩石间相互对比的重要依据。,地球环境与人类,沉积岩,沉积岩仅占地壳岩石总体积的5，但由于它形成于广泛分布的陆地表面及海洋盆地中由沉积作用形成，因而，它占据地表75面积。沉积岩最显著的特征是成层性，在山区常常可以看到一层层的岩石，这就是沉积岩。组成沉积岩的物质来自陆地上已生成的各类岩石，它们称为沉积岩的母岩（或源岩）。,根据物质来源、沉积物搬运和沉积作用方式可以分为陆源碎屑岩和化学、生物化学沉积岩两大类。,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,陆源碎屑岩,指沉积物来自大陆物理侵蚀作用，经流水、风、冰川、泥石流、重力流等搬运到沉积盆地沉积而成的岩石。沉积过程受物理的或机械的因素控制，如流体性质（气体、液体、固体），运动状态及其强度控制。碎屑岩占沉积岩总量的34以上。陆源碎屑岩根据颗粒大小可分为砾岩（2mm）、砂岩（20.05mm）、粉砂岩（0.050.005 mm）、泥岩（0.005mm）。对于碎屑岩而言，有两个方面的特征最为重要：一是结构，二是构造。,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,结构与构造(P94),碎屑岩结构包括粒度、分选性、磨圆度、胶结方式和颗粒表面特征。,构造是指组成沉积岩的颗粒的排列特征，有层理构造、层面构造等等。如水平层理、交错层理、平行层理、反丘交错层理等。层面构造如波痕、流痕、冲刷痕、铸模及生物活动的遗迹等。,地球环境与人类,化学及生物化学沉积岩,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,其物质来源是风化成真溶液或胶体溶液搬运到盆地内，或者其本身就来自盆地内部，通过物理化学或生物化学方式沉积下来并经成岩作用转化为岩石。,根据沉积作用的控制因素分为化学或物理化学成因的岩石，如蒸发作用形成的石膏、岩盐和钾盐；白云岩的形成也与蒸发作用有关。物理化学或化学沉淀形成的沉积岩如锰质岩、铜质岩、铁质岩、铝质岩及沸石质岩等等。生物及生物化学形成的如碳酸盐岩、硅质岩、磷质岩及部分铁质岩和有机质岩石如煤、油页岩、石油、天然气及沥青质岩等等。,角砾岩,砂岩,砾岩,页岩,地球环境与人类,第五章 板块运动与地质作用,典型沉积岩,近年来的研究表明，油页岩是一个储量丰富但几乎还未被很好利用的资源。据估计，全世界大约有30000亿桶原油储藏在油页岩中。但只有不到2000亿桶能被我们现有的技术所利用。油页岩是一种细粒的沉积岩，其中含有丰富的有机质使每吨油页岩能产生至少38升的石油。目前，从油页岩中提炼油要比原油贵的多。所以在将来的几十年中，由于开采技术、资金和环境问题，油页岩的提炼还不能完全代替原油在化石燃料市场上的地位.,地球环境与人类,油页岩,沉积岩中蕴藏着丰富的煤、石油和天然气，这些都是现代工业最基本的能源。全世界约有百分之九十的能源来源于此。自从七十年代“石油危机”以来，能源问题越来越受到人们的关注。,三类岩石的循环演化(P96),沉积岩和岩浆岩可以通过变质作用成为变质岩。在地球表面，岩浆岩、变质岩又可以通过风化搬运沉积转变成沉积岩；变质岩、沉积岩进入地下深处，在一定的温度压力条件下熔融成岩浆，再经历冷却结晶作用又可生成岩浆岩。,地壳的结构,地洼学说 陈国达,多字型构造,大洋地壳演化,地球环境与人类,胚胎期 幼年期 成年期 衰退期 结束期 遗迹期东非裂谷 红海 大西洋 太平洋 地中海 喜马拉雅,