地壳运动原因

1、第七章 地壳运动的原因第一节第一节 主要假说概述主要假说概述第二节第二节 板块运动机制板块运动机制第三节第三节 均衡运动机制均衡运动机制第一节第一节 主要假说概述主要假说概述一、经典假说一、经典假说 二、槽台说二、槽台说 三、地质力学说三、地质力学说 隆起说隆起说 收缩说收缩说 膨胀说膨胀说 其它经典假说其它经典假说一、经典假说 隆起说 最早由英国最早由英国 (1726-1797)(1726-1797)等等人提出。在人提出。在1919世纪上半叶的大地构造学中世纪上半叶的大地构造学中长期占居优势。长期占居优势。1919世纪中期被摈弃。世纪中期被摈弃。 山脉隆起的原因在于岩浆山脉隆起的原因在于岩浆

2、上升。隆起派生出挤压褶皱和断裂。造上升。隆起派生出挤压褶皱和断裂。造山山夷平夷平沉积沉积造山的循环反复。造山的循环反复。 收缩说 是第一个系统论述构造运动起因的假是第一个系统论述构造运动起因的假说。最早由意大利天文学家说。最早由意大利天文学家于于1616世世纪提出。布鲁诺用苹果的干缩来解释地球纪提出。布鲁诺用苹果的干缩来解释地球表面的褶皱。表面的褶皱。18291829年法国的年法国的受受关于地球形成的星云假说的影响提关于地球形成的星云假说的影响提出了冷缩观点。出了冷缩观点。地壳的一切变动起源于地地壳的一切变动起源于地球的冷缩。球的冷缩。 膨胀说 受放射性元素及其衰变放热现象发现受放射性元素及其

3、衰变放热现象发现的启发，在的启发，在2020世纪世纪2020年代发展起来。年代发展起来。（19491949）的大陆漂移演示。）的大陆漂移演示。地球膨胀是大陆漂移、海地球膨胀是大陆漂移、海洋和海洋地壳形成以及造山运动的根本原洋和海洋地壳形成以及造山运动的根本原因。因。 其它经典假说最早由最早由于于19061906年提年提出。认为地幔对流体的周期性活动是水平出。认为地幔对流体的周期性活动是水平运动和垂直运动的原因。运动和垂直运动的原因。2020世纪世纪3030年代年代等等人提出，试图以周期性的地球膨胀和收缩人提出，试图以周期性的地球膨胀和收缩来统一收缩说和膨胀说。但是它缺乏地球来统一收缩说和膨胀说

4、。但是它缺乏地球体积曾发生明显变化的证据。体积曾发生明显变化的证据。二、槽台说 地槽地槽- -地台说经典大地构造学和理论地质地台说经典大地构造学和理论地质学的核心，学的核心，。 地槽地槽- -地台说是以沉积建造和岩相分析为地台说是以沉积建造和岩相分析为基础建立起来的，它对于古地理研究，大地基础建立起来的，它对于古地理研究，大地构造单元划分以及矿产勘探等方面有重要意构造单元划分以及矿产勘探等方面有重要意义，义，。但是它以。但是它以升降运动为主的观点和仅考虑大陆构造的局升降运动为主的观点和仅考虑大陆构造的局限性使它无法解释全球构造的演化，而被板限性使它无法解释全球构造的演化，而被板块构造学说所替代

5、。块构造学说所替代。三、地质力学说 地质力学是李四光创立的应用力学原地质力学是李四光创立的应用力学原理研究地壳构造和地壳运动的学说。理研究地壳构造和地壳运动的学说。，通过，通过大量实践已形成一套鉴定构造形迹，划分大量实践已形成一套鉴定构造形迹，划分构造体系的工作方法。在石油和各种金属、构造体系的工作方法。在石油和各种金属、非金属矿产的普查勘探以及地震预报等工非金属矿产的普查勘探以及地震预报等工作中收到显著效果。作中收到显著效果。第二节第二节 板块运动机制板块运动机制 一、驱动机制一、驱动机制 二、板内垂直运动机制二、板内垂直运动机制 板块构造说 板块构造学说是在板块构造学说是在、和和的基础上，

6、于的基础上，于2020世纪世纪6060年代末期初步形成并不断发展起来的新年代末期初步形成并不断发展起来的新全球构造理论，成功解释了地球上众多构全球构造理论，成功解释了地球上众多构造现象和地质作用。成为造现象和地质作用。成为的地的地质学理论。但是作为板块运动驱动力的地质学理论。但是作为板块运动驱动力的地幔对流至今并未获得可靠证据，地球还有幔对流至今并未获得可靠证据，地球还有许多地质构造现象不能用板块构造说来解许多地质构造现象不能用板块构造说来解释。释。魏格纳的泛大陆魏格纳的泛大陆(Pangaea)一、驱动机制 目前一般认为目前一般认为。高温低密度的地幔物质。高温低密度的地幔物质上涌，在近岩石圈处

7、向两侧扩散转为平流上涌，在近岩石圈处向两侧扩散转为平流并冷却，冷而重的物质沉入深处被再加热并冷却，冷而重的物质沉入深处被再加热并升起。但具体的并升起。但具体的，有有深地幔对流模式、软流圈深地幔对流模式、软流圈( (浅地幔浅地幔) )对对流模式、热柱假说流模式、热柱假说( (浅地幔对流和深地幔浅地幔对流和深地幔对流结合的模式对流结合的模式) )、分层对流模式等。、分层对流模式等。哈雷哈雷赫斯的海底扩张说赫斯的海底扩张说 哈雷哈雷赫斯的地球诗篇赫斯的地球诗篇大胆假设，小心求证大胆假设，小心求证洋底磁性条带洋底磁性条带成因图解二、板内垂直运动机制热点上方的岩石热点上方的岩石圈膨胀而隆起。圈膨胀而隆起

8、。上地幔顶部橄榄岩上地幔顶部橄榄岩的蛇纹岩化的蛇纹岩化 + + 水水 + + 热量热量软流圈的起伏使岩石圈软流圈的起伏使岩石圈的隆起和凹陷位置随时间而变。的隆起和凹陷位置随时间而变。第三节第三节 均衡运动机制均衡运动机制 一、均衡调整经典假说一、均衡调整经典假说 二、现代均衡补偿理论二、现代均衡补偿理论 三、地球流变学三、地球流变学(J.G.Pratt,1854)(J.G.Pratt,1854)假说假说均衡面水平，地壳密度不同；密度均衡面水平，地壳密度不同；密度小的地方地势高小的地方地势高(B.D.Airy,1855)(B.D.Airy,1855)假说假说地壳地壳密度大至相同，均衡面有起伏；高

9、密度大至相同，均衡面有起伏；高山必有山必有“山根山根”一、经典假说一、经典假说二、现代均衡补偿理论二、现代均衡补偿理论 事实和解释事实和解释 地壳的结构和密度各处不同，高山区地壳的结构和密度各处不同，高山区硅铝层厚度大，大洋区确失硅铝层。硅铝层厚度大，大洋区确失硅铝层。莫霍面起伏不平；高山区莫霍面下凹，莫霍面起伏不平；高山区莫霍面下凹，大洋区莫霍面上凸。大洋区莫霍面上凸。 青藏高原地壳剖面青藏高原地壳剖面在高山和高原在高山和高原地区，地壳上部的地区，地壳上部的“质量过剩质量过剩”会通过莫霍面下凹，被深部地幔会通过莫霍面下凹，被深部地幔物质的物质的“质量不足质量不足”所所；在；在海洋地区海洋地区

10、, ,地壳上部的地壳上部的“质量不质量不足足”会通过莫霍面上凸，以深部会通过莫霍面上凸，以深部地幔物质的地幔物质的“质量过剩质量过剩”所所。 的定义的定义 。也就是说，达到地壳均衡状。也就是说，达到地壳均衡状态时，在地下态时，在地下存在一个存在一个“”，该基面上的重力处处趋于一致。，该基面上的重力处处趋于一致。该基面就称之为该基面就称之为，该深度则称，该深度则称之为之为。 定义定义 均衡补偿理论的意义在于强均衡补偿理论的意义在于强调了调了，而不是永远处于均衡状态。实际而不是永远处于均衡状态。实际上不均衡是绝对的，均衡是相对上不均衡是绝对的，均衡是相对的、暂时的。的、暂时的。均衡补偿深度图示均衡

11、补偿深度图示高山高山高原高原平原平原大洋大洋0 0kmkm5050补偿补偿基面基面海面海面151.2151.2150.8150.8151.5151.5151.3151.310107 7N/mN/m2 24 4161634341 150502323272739396 65 52.82.82.72.73.33.32.92.91.031.032.92.9高山高山(50+4)(50+4)2.8 = 151.2 (102.8 = 151.2 (107 7 N/mN/m2 2) )高原高原(34+1)(34+1)2.8 + 162.8 + 163.3 = 150.83.3 = 150.8平原平原27272

12、.8 + 232.8 + 233.3 = 151.53.3 = 151.5大洋大洋5 51.03 + 61.03 + 62.9 + 392.9 + 393.3 = 151.33.3 = 151.3硅铝层硅铝层2.7;2.7;硅镁层硅镁层2.9; 2.9; 地壳地壳平均平均2.8;2.8;地幔地幔3.3(3.3(单位单位10103 3kg/mkg/m2 2) )三、地球流变学三、地球流变学 传统均衡概念是一种静力学概念传统均衡概念是一种静力学概念(iso sta sy)(iso sta sy)，并把地幔假设为液体，并把地幔假设为液体，这都是不确切的。因为地壳的升降必然这都是不确切的。因为地壳的升降必然伴随地幔物质的垂直和水平运动，这种伴随地幔物质的垂直和水平运动，这种过程显然是一种动力学过程。而且，过程显然是一种动力学过程。而且，也即同时具有弹性和粘，也即同时具有弹性和粘滞性。滞性。粘弹性体概念模型粘弹性体概念模型麦克斯麦克斯韦体韦体( (左左) )和沃伊特和沃伊特体体( (右右) )地球流变学地球流变学 7070年代以来一些地球物理学家引年代以来一些地球物理学家引进了粘弹性体概念和流变学方法，进了粘弹性体概念和流