地球构造观第5题

1、150317+5031150317+50311小组小组主讲：汤廉超主讲：汤廉超成员：李东东、高旭和、张鹏、童仁剑、汤廉超成员：李东东、高旭和、张鹏、童仁剑、汤廉超2岩石圈为什么会发生变形？变形的主要表现岩石圈为什么会发生变形？变形的主要表现形式是什么形式是什么?通过哪些现象可以认识岩石圈的垂直变位通过哪些现象可以认识岩石圈的垂直变位?岩石圈的水平变位是怎样被认识的岩石圈的水平变位是怎样被认识的?为什么板块构造学说在为什么板块构造学说在20世纪中叶出现？它世纪中叶出现？它依靠的基础是什么依靠的基础是什么?有哪些有哪些因素因素在影响岩石圈板块的运动？解释在影响岩石圈板块的运动？解释这些运动遇到了什

2、么这些运动遇到了什么难题难题？简明扼要地总结中国区域大地构造时空演化简明扼要地总结中国区域大地构造时空演化规律。规律。地球构造观地球构造观3影响因素影响因素板块驱动力来源板块驱动力来源=力学机制力学机制板块运动的驱动力，迄今仍是一个尚未解决的问题。板块运动的驱动力，迄今仍是一个尚未解决的问题。板块构造基本上是运动学理论，主要描述了地球表面水平运动板块构造基本上是运动学理论，主要描述了地球表面水平运动的特征，没有明确确定驱动或承载板块运动的力源。故至今还的特征，没有明确确定驱动或承载板块运动的力源。故至今还未有一种理论能够准确地解释板块运动的未有一种理论能够准确地解释板块运动的动力来源动力来源。

3、4板块运动板块运动外生力源外生力源内生力源内生力源银河系对太阳系的向心力银河系对太阳系的向心力固体潮固体潮陨击诱发陨击诱发力力学学机机制制地幔对流模式地幔对流模式地幔柱模式地幔柱模式浮动模式浮动模式重力机制重力机制5外生力源外生力源银河系对太阳系的向心力银河系对太阳系的向心力 地球作为天体中的一员，遵循万有引力定律，无时无刻不地球作为天体中的一员，遵循万有引力定律，无时无刻不在受到宇宙中其它天体的作用力。板块作为地球上最大的结构在受到宇宙中其它天体的作用力。板块作为地球上最大的结构单元，其运动规律应该受到天体运行规律的影响。地球是一个单元，其运动规律应该受到天体运行规律的影响。地球是一个开放性

4、体系，因此我们不能忽视地球作为宇宙中的一员与宇宙开放性体系，因此我们不能忽视地球作为宇宙中的一员与宇宙空间进行的能量交换。空间进行的能量交换。6银河系对太阳系的向心力银河系对太阳系的向心力论据论据1、 蔡东升根据地球上存在的突变事件以及地球在演化过程中蔡东升根据地球上存在的突变事件以及地球在演化过程中其岩浆活动、其岩浆活动、 变质作用以及造山运动周期与银河系对太阳系变质作用以及造山运动周期与银河系对太阳系的向心力的周期改变有关。的向心力的周期改变有关。2、现代天体物理模式的观察和计算表明、现代天体物理模式的观察和计算表明 140Ma 和和 360Ma 时时太阳系受到银河系的向心力为极大值，而这

5、基本正好对应着侏太阳系受到银河系的向心力为极大值，而这基本正好对应着侏罗纪和泥盆纪两次大的板块聚合一离散转换期，前侏罗纪的联罗纪和泥盆纪两次大的板块聚合一离散转换期，前侏罗纪的联合古陆，侏罗纪开始解体。合古陆，侏罗纪开始解体。7外生力源外生力源固体潮固体潮 在日、月引潮力的作用下，固体地球产生的周期形变的现在日、月引潮力的作用下，固体地球产生的周期形变的现象。随着作用点的位置不同和日、象。随着作用点的位置不同和日、 月相对于地球的位置变化，月相对于地球的位置变化，引潮力的大小、方向也发生改变。受固体潮的影响，引潮力的大小、方向也发生改变。受固体潮的影响， 地面不地面不停的变形。停的变形。8固体

6、潮固体潮论据论据1、赤道附近赤道附近的质点受到的的质点受到的固体潮力固体潮力的大小在时刻变化。但在的大小在时刻变化。但在两极和两极附近两极和两极附近的很大面积的地区受到的固体潮力的方向大致的很大面积的地区受到的固体潮力的方向大致是不变的，而板块的运动也具有稳定的是不变的，而板块的运动也具有稳定的持续性和同向性持续性和同向性，李成李成认为固体潮力可能就是使板块运动的力源之一认为固体潮力可能就是使板块运动的力源之一。2、现代天体物理模式的观察和计算表明、现代天体物理模式的观察和计算表明 140Ma 和和 360Ma 时时太阳系受到银河系的向心力为极大值，而这基本正好对应着太阳系受到银河系的向心力为

7、极大值，而这基本正好对应着侏侏罗纪和泥盆纪罗纪和泥盆纪两次大的板块聚合一离散转换期，两次大的板块聚合一离散转换期，前侏罗纪的联前侏罗纪的联合古陆，侏罗纪开始解体合古陆，侏罗纪开始解体。9外生力源外生力源陨击诱发陨击诱发 地球是宇宙大体系的一分子，尤其是太阳系内部小行星对地球是宇宙大体系的一分子，尤其是太阳系内部小行星对于地球的撞击作用对于固体地球表层的影响是不可忽视的。于地球的撞击作用对于固体地球表层的影响是不可忽视的。 这是一种立足于太阳大系统，或者说是宇宙大系统的动力学工这是一种立足于太阳大系统，或者说是宇宙大系统的动力学工作假说。作假说。10陨击诱发陨击诱发论据论据 岩石圈，作为很薄的地

8、球表层，发生板块运动，产生显著岩石圈，作为很薄的地球表层，发生板块运动，产生显著的差异应力，造成较强的的差异应力，造成较强的构造变形构造变形，很可能是地球内部演化和，很可能是地球内部演化和陨石撞击共同作用的结果，至于陨石撞击共同作用的结果，至于热点热点，很可能是陨石撞击作用，很可能是陨石撞击作用诱发而形成的，诱发而形成的，陨石撞击诱发假说与地幔对流共同作用陨石撞击诱发假说与地幔对流共同作用。11 地幔对流地幔对流 起源于深部的热扰动使地幔底层物质粘度降低，流动性增起源于深部的热扰动使地幔底层物质粘度降低，流动性增强，在热梯度的驱动下，受热的高温低粘度物质向热边界层最强，在热梯度的驱动下，受热的

9、高温低粘度物质向热边界层最低处汇集，然后随着温度升高而形成地幔上升流。低处汇集，然后随着温度升高而形成地幔上升流。121、对流只发生于软流圈，对流的方式可能是整体对流、对流只发生于软流圈，对流的方式可能是整体对流(地震学、地震学、地球动力学研究地球动力学研究)，也可能是两层或多层对流，也可能是两层或多层对流(地球化学研究地球化学研究)。？地幔对流不同的看法？地幔对流不同的看法规模、深度、方式规模、深度、方式新的地震层析成像技术和岩石地球化学等许多成果所证实新的地震层析成像技术和岩石地球化学等许多成果所证实132、对流应涉及整个地幔，热源来自地核供给。、对流应涉及整个地幔，热源来自地核供给。软流

10、圈薄而黏度大，不能带动岩石圈的板块运动。软流圈薄而黏度大，不能带动岩石圈的板块运动。地幔与地核之间热的产生与转移，尚不清楚。地幔与地核之间热的产生与转移，尚不清楚。14全地幔对流全地幔对流 如果如果660 km界面是化学成分差别，从而造成密度差别达界面是化学成分差别，从而造成密度差别达2%以上，则俯冲板片不能穿透该界面，对流将是分层的；以上，则俯冲板片不能穿透该界面，对流将是分层的；但如果是相变界面，最终俯冲板片可以穿透该界面，对流将但如果是相变界面，最终俯冲板片可以穿透该界面，对流将囊括下地幔。囊括下地幔。实验室高温高压研究表明了实验室高温高压研究表明了660 km界面的相变界面的相变性质。

11、性质。论据论据软流圈软流圈与下地与下地幔间的幔间的过渡层过渡层15分层地幔对流分层地幔对流 大洋中脊、火山岛弧、大洋海岛玄武岩和大陆溢流玄武大洋中脊、火山岛弧、大洋海岛玄武岩和大陆溢流玄武岩它们可能位于不同板块内但同类熔岩的同位素特征具有显岩它们可能位于不同板块内但同类熔岩的同位素特征具有显著的相似性，不同类岩石则显著不同。这一显著的规律性最著的相似性，不同类岩石则显著不同。这一显著的规律性最简单直接的解释，就是地幔存在起码两个以上化学成分不同简单直接的解释，就是地幔存在起码两个以上化学成分不同的源区的源区:亏损了的地幔亏损了的地幔和和未亏损的地幔未亏损的地幔。论据论据161、地幔物质黏度太大

12、，难以发生对流，近代估算结果表、地幔物质黏度太大，难以发生对流，近代估算结果表明，地幔黏度为明，地幔黏度为10的的21次方次方Pas，且相当均匀，且相当均匀2、地幔还存在分层的不同认识、地幔还存在分层的不同认识X 反对地幔对流模式反对地幔对流模式17地幔对流地幔对流 1、地震层析成像资料中体波或面波层析图上都看到高、地震层析成像资料中体波或面波层析图上都看到高波速的大陆根存在。反映波速扰动大于波速的大陆根存在。反映波速扰动大于2%的高速体位于各的高速体位于各大陆下方，深达大陆下方，深达40 km以上。大陆具有深达以上。大陆具有深达400 km的的“壳壳根根”，表明地球缺乏，表明地球缺乏完整的软

13、流圈完整的软流圈，使大地构造运动难以纳，使大地构造运动难以纳入地幔对流模型。入地幔对流模型。论据论据18 2、夏威夷火山链夏威夷火山链的火山岩年龄，呈现为从西北向东南的火山岩年龄，呈现为从西北向东南逐渐变新，代表地幔热活动中心的热点则是其参照系，逐渐变新，代表地幔热活动中心的热点则是其参照系，基本基本不动不动，火山链就是岩石圈相对于热点运动的轨迹。根据这些，火山链就是岩石圈相对于热点运动的轨迹。根据这些热点的资料，必然的结论是地幔运动热点的资料，必然的结论是地幔运动速度很小速度很小，几乎静止，几乎静止，岩石圈板块运动则可以比地幔快得多，岩石圈板块运动则可以比地幔快得多，故运动速度很小的地故运动

14、速度很小的地幔如何能带动速度较快的板块移动？幔如何能带动速度较快的板块移动？地幔对流地幔对流论据论据19 3、绝大多数地幔热活动的绝大多数地幔热活动的中心中心都不与板块扩张的中心都不与板块扩张的中心相对应，板块扩张中心的深部没有相对应，板块扩张中心的深部没有地幔物质上涌地幔物质上涌的现象，地的现象，地对流环就难以形成。对流环就难以形成。地幔对流地幔对流论据论据20 地幔柱模式地幔柱模式 地幔柱是从核幔边界升起的地幔柱是从核幔边界升起的柱状热流体柱状热流体，直径可达几百千，直径可达几百千米，地貌上为相对高点，被火山覆盖，属于高热流地区，他可米，地貌上为相对高点，被火山覆盖，属于高热流地区，他可能

15、有液态外核传递的能量引发的。能有液态外核传递的能量引发的。 当热柱垂直升腾到达岩石圈之下的软流圈时，垂向运动转当热柱垂直升腾到达岩石圈之下的软流圈时，垂向运动转化为水平运动，沿不同方向放射状扩散，这回带动其上的岩石化为水平运动，沿不同方向放射状扩散，这回带动其上的岩石圈分离移动。热柱在地表的反映是圈分离移动。热柱在地表的反映是热点热点。 热点热点21 地幔柱模式地幔柱模式 热点热点1 1、夏威夷火山、夏威夷火山岛链岛链2 2、东非裂谷的、东非裂谷的两次强烈活动两次强烈活动3 3、大西洋及印、大西洋及印度洋中央裂谷的度洋中央裂谷的形成形成支支持持又称作又称作22当板块停留在热柱之上时，将可能被热

16、的上升地幔岩浆当板块停留在热柱之上时，将可能被热的上升地幔岩浆熔透而在地面上形成有老到新顺序排列的火山链。熔透而在地面上形成有老到新顺序排列的火山链。夏威夷火山岛链夏威夷火山岛链东非裂谷东非裂谷非洲板块早期和晚期静止在热柱之上，当快速从热柱上非洲板块早期和晚期静止在热柱之上，当快速从热柱上通过时，因来不及被熔透而形成火山。通过时，因来不及被熔透而形成火山。23 浮动模式浮动模式 假定软流圈足够软，板块运动可在下述方式下引起：在大假定软流圈足够软，板块运动可在下述方式下引起：在大洋中脊处被推离、离开洋隆后在重力滑动和前缘板块拖拽作用洋中脊处被推离、离开洋隆后在重力滑动和前缘板块拖拽作用中下沉。前

17、者又称为脊推作用，后者称为板拖作用。中下沉。前者又称为脊推作用，后者称为板拖作用。 在大洋中脊，由于岩浆沿轴部的挤入形成新岩石圈，两侧在大洋中脊，由于岩浆沿轴部的挤入形成新岩石圈，两侧板块发生背离运动。板块发生背离运动。24 重力也可使熔融软流圈上的岩石圈失稳发生滑动。重力也可使熔融软流圈上的岩石圈失稳发生滑动。当软流圈表坡度达到当软流圈表坡度达到1/3000，便能产生，便能产生4cm/a的滑动速率。的滑动速率。脊椎、板拖和重力滑动共同造成板块运动脊椎、板拖和重力滑动共同造成板块运动同同时时同同时时25 重力机制重力机制 研究板块运动的驱动机制，研究板块运动的驱动机制，重力因素重力因素是一个不

18、可忽视的因是一个不可忽视的因素。地球各个部分的素。地球各个部分的密度不均等密度不均等是重力能够驱动板块运动的原是重力能够驱动板块运动的原因。因。 板块运动纬向重力模式板块运动纬向重力模式就是其中的一种比较合理模型，就是其中的一种比较合理模型，地幔纬向密度异常区就会引起水平方向的纬向重力，纬向重力地幔纬向密度异常区就会引起水平方向的纬向重力，纬向重力总把地幔物质从总把地幔物质从地幔密度异常高地幔密度异常高的地区推向的地区推向地幔纬向异常低地幔纬向异常低的的地区。地区。 在纬向重力的驱动下，地幔物质沿水平方向发生迁移在纬向重力的驱动下，地幔物质沿水平方向发生迁移和调整，最终达到地幔纬向的正常的和调整，最终达到地幔纬向的正常的分布状态分布状态。26讨论讨论 针对大陆漂移及板块运动的动力学问题，还有很多不解和针对大陆漂移及板块运动的动力学问题，还有很多不解和未知到目前为止还没有一个完美的理论模型能很好的回答板块未知到目前为止还没有一个完美的理论模型能很好的回答板块运动理论出现的问题，运动理论出现的问题， 每种理论只顾及到观测数据和现象的每种理论只顾及到观测数据和现象的一个或几个方面，但又与其他