大地構(gòu)造課件第五講板塊構(gòu)造理論第一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日七、板塊的運(yùn)動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)的核心是海底擴(kuò)張。巖石圈板塊從中脊軸部向兩側(cè)不斷擴(kuò)張推移，在海溝處俯沖潛沒(méi)，頗如一巨大的傳送帶。海底擴(kuò)張和大陸漂移可以用板塊運(yùn)動(dòng)的形式表達(dá)出來(lái)。第二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日1、關(guān)于板塊的剛性

在描繪板塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常認(rèn)為板塊具有剛性，表現(xiàn)在：●板塊能在很長(zhǎng)距離內(nèi)傳遞應(yīng)力，其內(nèi)部并不發(fā)生顯著的塑性形變；●洋底沉積物未受輕微變形，形變主要發(fā)生在板塊邊緣；●大陸拼接非常理想，指示板塊在位移時(shí)很少形變。

但是認(rèn)為巖石圈板塊具有絕對(duì)的剛性是不合適的，如碰撞帶大規(guī)模的褶皺變形、內(nèi)陸地震、構(gòu)造活動(dòng)和火山作用等。第三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日2、板塊的擴(kuò)張?jiān)錾c壓縮消亡之間的補(bǔ)償沿著大洋中脊軸部，地幔物質(zhì)上涌形成新的巖石圈，巖石圈通過(guò)俯沖消減來(lái)維持平衡。每年新生巖石圈2平方公里，每年也有2平方公里的巖石圈被俯沖銷毀。第四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日3、板塊沿球面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)如果我們把板塊當(dāng)作剛體來(lái)處理，而且地球半徑不變，那么，板塊的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格遵循球面運(yùn)動(dòng)的歐拉定律⑴歐拉定律1776年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉（E.Euler）指出，一個(gè)鋼體沿半徑不變的球面的運(yùn)動(dòng)，必定是環(huán)繞通過(guò)球心的軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在球體表面，任何一點(diǎn)的移動(dòng)都不是沿著直線，而是弧線；如果這種移動(dòng)表現(xiàn)為復(fù)雜的曲線形式，那么它的移動(dòng)軌跡將由許多圓弧小段組成。板塊的運(yùn)動(dòng)遵循歐拉定律（板塊沿球面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖片及兩板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖片）。第五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日板塊的球面運(yùn)動(dòng)，遵循歐拉定律第六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日⑵求旋轉(zhuǎn)極板塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由板塊的旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)角速度來(lái)確定。轉(zhuǎn)換斷層標(biāo)識(shí)出歐拉緯線的走向，沿球面作這些緯線的垂線即可得出歐拉經(jīng)線，歐拉經(jīng)線交點(diǎn)的位置，就是旋轉(zhuǎn)極的位置，為此可以求出兩板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極（圖片）美洲和非洲板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極第七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日⑶求旋轉(zhuǎn)角速度只要已知板塊上任何一點(diǎn)的線速度值，同時(shí)求出該點(diǎn)的歐拉緯度，便可求出旋轉(zhuǎn)角速度：式中ω為角速度（單位：度/年），V是線速度（厘米/年），R是地球半徑，單位厘米，θ為歐拉緯度。第八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日為了檢驗(yàn)板塊繞極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，勒皮雄以板塊旋轉(zhuǎn)極為投影極，作了一系列墨卡托投影圖。在這種圖上，經(jīng)線和緯線相互垂直，都是直線（圖）。第九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日4、板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)定

測(cè)定相對(duì)運(yùn)動(dòng)線速度的方法，主要有以下幾種：●瓦因-馬修斯法磁異常條帶的寬度和該條帶時(shí)間跨度的比值●地形法洋底水深的變化是洋底年齡的函數(shù)，據(jù)此，可以從洋底水深的變化或中脊兩翼的坡度求板塊的擴(kuò)張深度●貝尼奧夫帶長(zhǎng)度法貝尼奧夫帶長(zhǎng)度與板塊的俯沖速度成正比，根據(jù)貝尼奧夫帶的長(zhǎng)度來(lái)估算俯沖的速度（圖）?！翊蟮販y(cè)量法激光測(cè)距、GPS測(cè)距第十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日●貝尼奧夫帶長(zhǎng)度法第十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日5、板塊的三聯(lián)結(jié)合點(diǎn)在板塊的分布圖上，?？梢?jiàn)到三條板塊邊界相交于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)與三個(gè)板塊相鄰接，叫做板塊的三聯(lián)結(jié)合點(diǎn)（或三聯(lián)點(diǎn)）。任何一對(duì)板塊間的邊界總是以三聯(lián)點(diǎn)作為端點(diǎn)。與三聯(lián)點(diǎn)相接的板塊邊界，可以是分離型、會(huì)聚型或轉(zhuǎn)換型邊界。在理論上，這三類邊界可組合成十六種不同的三聯(lián)點(diǎn)。如以R代表裂谷，T代表海溝，F(xiàn)代表轉(zhuǎn)換斷層，則RRR型代表裂谷-裂谷-裂谷型的三聯(lián)點(diǎn)，RFT代表裂谷-海溝-轉(zhuǎn)換斷層型三聯(lián)點(diǎn)，余類推。RRR型分布最廣，如印度洋中脊三條分支的交點(diǎn)，是非洲板塊、印度板塊和南極洲板塊之間的RRR型三聯(lián)點(diǎn)（圖）。三聯(lián)點(diǎn)所臨接的三個(gè)板塊的運(yùn)動(dòng)，是嚴(yán)格地彼此關(guān)聯(lián)的（圖）第十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日三聯(lián)裂谷的形成過(guò)程據(jù)E.J.Tarbuck,1987)第十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日三聯(lián)點(diǎn)所臨接的三個(gè)板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的矢量和應(yīng)等于零AVB+AVC+CVA=0第十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日6、現(xiàn)代板塊運(yùn)動(dòng)的全球圖式

1968年以來(lái)，勒皮雄（1968）、摩根（1971）、明斯特（Minsteretal.,1974)等定量地描繪了全球各主要板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?！窬薮蟮奶窖蟀鍓K朝西北，向西緣和北緣的俯沖帶推移，會(huì)聚速度在湯加海溝北部至日本海溝一帶達(dá)到最大，可達(dá)9cm/a，向南和向北均遞減?！癜柋八?喜馬拉雅造山帶是另一巨型會(huì)聚型邊界，直布羅陀地區(qū)歐亞板塊與非洲板塊會(huì)聚的速度僅為0.5cm/a，是該造山帶的西界。自此向東，會(huì)聚速度增大，至喜馬拉雅地區(qū)，增至5-6cm/a。再往東過(guò)渡為印度洋東北緣的俯沖邊界，會(huì)聚速度達(dá)7.0cm/a?！癍h(huán)太平洋會(huì)聚邊界把全球分成不對(duì)稱的兩部分，太平洋外圍的歐亞板塊、印奧板塊及美洲板塊向太平洋方向推進(jìn)，后緣是大西洋和印度洋的張開(kāi)；太平洋內(nèi)部的太平洋板塊、可可板塊和納茲卡板塊則向太平洋周緣俯沖潛沒(méi)，其后緣是東太平洋中隆的擴(kuò)張。阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶的形成，與非洲板塊、阿拉伯板塊和印奧板塊向北朝歐亞板塊推移有關(guān)，這一推移又是印度洋和大西洋擴(kuò)張的結(jié)果。第十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日一些主要板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度表全球板塊定量運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)第十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日7、板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，是指板塊相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。如果某一系統(tǒng)在地史期間相對(duì)地球旋轉(zhuǎn)軸的位置固定不變，那么相對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)（如熱點(diǎn)）也可以當(dāng)作板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。一千萬(wàn)年來(lái)板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)見(jiàn)圖，其中以太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)速度最大，向西偏北方向運(yùn)動(dòng)；印奧板塊主要是向北運(yùn)動(dòng)；北美板塊和南美板塊主要向西偏南方向運(yùn)動(dòng)；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于非洲板塊上，它環(huán)繞該極作逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；歐亞板塊主要是向西和向北運(yùn)動(dòng)。第十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日板塊絕對(duì)運(yùn)動(dòng)圖式第二十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日八、大洋的演化-威爾遜旋回1、大洋的起源關(guān)于大洋的起源問(wèn)題，是地質(zhì)學(xué)最重大的理論問(wèn)題之一，長(zhǎng)期以來(lái)曾提出種種假說(shuō)。●大洋永存說(shuō)是丹納等倡導(dǎo)的，認(rèn)為大洋是原生的，洋殼形成于地殼早期階段，大陸則是后來(lái)形成并逐漸增生的，現(xiàn)代大洋盆地是大陸增生后原始大洋的殘留部分?！翊笱蠡f(shuō)是前蘇聯(lián)學(xué)者別洛烏索夫所宣揚(yáng)的，認(rèn)為古生代末期以前，全球都被大陸地殼所覆蓋，古生代末至中生代初，來(lái)自地幔的基性和超基性物質(zhì)大規(guī)模上升，，陸殼破裂成塊狀，與基性超基性巖漿混合，變質(zhì)加重沉入地幔中，陸塊沉陷之處形成洋盆第二十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日2、威爾遜旋回大陸漂移、海底擴(kuò)張和板塊運(yùn)動(dòng)的概念，使人們對(duì)大洋成因和演化的認(rèn)識(shí)發(fā)生了根本的變化。新活動(dòng)論主張，大洋的發(fā)生發(fā)展離不開(kāi)巖石圈板塊的分離和匯聚運(yùn)動(dòng)。Wilson首先注意到大洋開(kāi)合的不同發(fā)展趨勢(shì)，將大洋的演化歸納為6個(gè)發(fā)展階段（圖片和表），稱為威爾遜旋回。可見(jiàn)，大洋的演化呈現(xiàn)為張開(kāi)和關(guān)閉的旋回形式。由于大洋盆地是全球最大的構(gòu)造-地貌單元，大洋開(kāi)閉的發(fā)展旋回主宰了地球表層活動(dòng)和演化的全局。第二十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日大洋盆地演化旋回中的各個(gè)階段及其特征第二十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日大洋盆地演化旋回中的各個(gè)階段圖ⅠⅡⅡⅣⅤⅥ第二十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日

3、威爾遜旋回對(duì)大陸構(gòu)造分析的意義●一個(gè)威爾遜旋回2億年，意味著相鄰的大陸在相同時(shí)限內(nèi)發(fā)生過(guò)大致相同幅度的水平運(yùn)動(dòng)，從而它所經(jīng)歷的自然地理環(huán)境、距離特定板塊邊界的遠(yuǎn)近、以及由此導(dǎo)致的深部熱體制、地殼結(jié)構(gòu)也必然會(huì)發(fā)生深刻的變化?！翊笱笱莼蓪?dǎo)致海平面的變化，大洋盆地演化前期，海底擴(kuò)張作用建造起龐大的中央海嶺，造成海平面上升。晚白堊紀(jì)和早古生代的海平面上升就認(rèn)為與此有關(guān)?！翊笱笱莼甲源箨憥r石圈的拉伸變薄，最后轉(zhuǎn)化為擠壓增厚體制而結(jié)束，在地質(zhì)記錄上表現(xiàn)為大陸裂谷、大陸邊緣和擠壓碰撞帶等地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境的更迭，本身構(gòu)成了一個(gè)完整的構(gòu)造旋回。第二十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日4、大洋現(xiàn)今的活動(dòng)趨勢(shì)目前，大西洋和印度洋在擴(kuò)張，太平洋在收縮（圖），這是聯(lián)合古陸破裂四散分離的繼續(xù)。大西洋、印度洋周緣的被動(dòng)大陸邊緣，不是板塊的邊界，相鄰的洋底和大陸是作為同一板塊移動(dòng)的，故大西洋、印度洋周緣的大陸被擴(kuò)張著的洋底推動(dòng)著，主要是向外側(cè)推移。相反，太平洋周緣諸大陸漂移的方向都是指向太平洋內(nèi)部的。一個(gè)大陸，相對(duì)于大陸漂移方向而言，有前緣和后緣之分，美洲大陸的前緣是陡峭的活動(dòng)大陸邊緣，后緣則是寬緩的被動(dòng)大陸邊緣（圖）。隨著美洲大陸向西漂移，前方的太平洋趨于收縮，后方的大西洋逐漸張開(kāi)。第二十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日●大洋現(xiàn)今的活動(dòng)趨勢(shì)第二十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日●大洋現(xiàn)今的活動(dòng)趨勢(shì)第二十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日九、熱點(diǎn)-地幔柱假說(shuō)1、無(wú)震海嶺在大洋中，綿延著一系列線狀延伸的火山性海嶺。其上無(wú)中央裂谷發(fā)育，也不見(jiàn)橫斷海嶺的轉(zhuǎn)換斷層。北太平洋中的夏威夷海嶺和天皇海嶺，研究比較詳實(shí)，往往被當(dāng)作火山海嶺中的樣板。夏威夷海嶺上的210多座火山[噴溢火山的照片]，年齡顯示出有規(guī)律的變化，向東南方向依次變新（海嶺立體排列圖片和年齡變化圖片）。第二十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第三十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日第三十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日2、熱點(diǎn)威爾遜注意到海嶺火山年齡的遞變現(xiàn)象，提出了熱點(diǎn)假說(shuō)。熱點(diǎn)處于地幔中，其位置大體固定，當(dāng)巖石圈跨越于熱點(diǎn)之上時(shí)，板塊仿佛被“燒穿”了，形成火山中心。在熱點(diǎn)除不斷地形成火山，而板塊不斷地跨過(guò)熱點(diǎn)。這樣不斷地“推陳出新”，便發(fā)育成由新到老的一串火山鏈[圖]。天皇海嶺和夏威夷海嶺之間有一明顯的轉(zhuǎn)折，表明太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生過(guò)變更，這一轉(zhuǎn)向大約發(fā)生在4000完年以前（圖）。除太平洋外，大西洋、印度洋以及陸上出現(xiàn)玄武巖火山活動(dòng)的一些地方，也有熱點(diǎn)活動(dòng)的蹤跡（圖）第三十二頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日火山鏈熱點(diǎn)形成模式圖(據(jù)E.J.Tarbuck,1987)第三十三頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日由熱點(diǎn)形成的無(wú)震海嶺第三十四頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日●地球表面熱點(diǎn)分布第三十五頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日3、地幔柱假說(shuō)為了解釋熱點(diǎn)的形成，摩根（1971）提出了地幔柱假說(shuō)地幔柱是源于地幔深部的圓柱形上升流，它攜帶地幔物質(zhì)和熱能直至地幔上層，在巖石圈和軟流圈分界處四三外流，它的位置大體固定于地幔中。熱點(diǎn)處的火山活動(dòng)就是地幔柱物質(zhì)噴出代表的反映（圖片）。據(jù)摩根的看法，地球上的地幔柱總共不過(guò)二、三十個(gè)（見(jiàn)熱點(diǎn)分布圖片）。熱點(diǎn)-地幔柱假說(shuō)為解釋板塊內(nèi)部的火山和構(gòu)造活動(dòng)，為描繪板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及闡明火山海嶺的定向排列和年齡遞變等一系列現(xiàn)象，開(kāi)辟了有益的途徑第三十六頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日地幔柱示意圖第三十七頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日十、板塊的驅(qū)動(dòng)機(jī)制巖石圈下面軟流圈的存在是板塊運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。板塊驅(qū)動(dòng)機(jī)制中討論最多的是地幔對(duì)流，后來(lái)又提出一些不同的假說(shuō)。1、地幔對(duì)流說(shuō)板塊運(yùn)動(dòng)的地幔熱對(duì)流假說(shuō)是被多數(shù)地質(zhì)學(xué)家所接受的假說(shuō)。熱而低密度的地幔物質(zhì)上涌，在巖石圈處向兩側(cè)擴(kuò)展成為平流，平流過(guò)程中由于熱傳導(dǎo)使之變冷，冷而重的物質(zhì)沉入地幔深處，在深處重新加熱再升起，如此往復(fù)循環(huán)（圖片）。第三十八頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日地幔對(duì)流模式圖第三十九頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日地幔的對(duì)流有三種模式：●深地幔對(duì)流模式（圖a）對(duì)流發(fā)生于下地?；蛘麄€(gè)地幔內(nèi)，對(duì)流熱量來(lái)自地核?！駵\地幔對(duì)流模式（圖b）對(duì)流發(fā)生于上地幔的軟流圈中，熱能來(lái)自放射性衰變?！裆顪\地幔對(duì)流相結(jié)合的熱柱對(duì)流模式（圖d）認(rèn)為由液態(tài)外核供給熱能使熱的地幔物質(zhì)從核幔邊界沿著狹窄的圓柱形通道上涌，在地表形成熱點(diǎn)，在近巖石圈處向兩側(cè)擴(kuò)散的水平流只在軟流圈中擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，變冷的物質(zhì)在平流過(guò)程中逐漸下降而回到地幔深處。第四十頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8月28日●深地幔對(duì)流模式●淺地幔對(duì)流模式●熱柱對(duì)流模式●重力推拉模式(據(jù)E.J.Tarbuck,1987)第四十一頁(yè)，共四十三頁(yè)，2022年，8