《宝石地质基础》05 岩石圈构造

1、岩石圈构造与地质作用Lithosphere Structure & Geological Process1本章提示板块构造学说的基本思想是刚性的岩石圈漂浮在塑性较强的软流圈上作大规模的水平运动。地质作用指改变地球物质组成、外部形态和内部构造特征的各种自然作用，学习地质学概论的主线就是内动力地质作用和外动力地质作用。2全球的海陆面貌究竟是如何形成的？自从地球科学萌生的那天起，科学家和哲学家就对这些问题进行着不停地探讨。随着科学的发展，人们对这些问题的认识也不断加深。第安斯山脉在整个地质历史进程中地壳或岩石圈以怎样的方式和规律进行演化、发展？各种地质作用特别是内部地质作用的机理及相互联系怎样？3

2、16世纪意大利学者布鲁诺最早提出收缩说，他把苹果干缩的褶皱表皮与地球表面的岩层褶皱相对比。 17世纪英国学者培根提出了与收缩说相对立的膨胀说，来解释大西洋两岸形状的相似性和非洲裂谷系等现象，但膨胀说不能解释地球表层的众多大规模挤压褶皱山系。 19世纪中叶法国学者博蒙根据拉普拉斯的太阳系起源为由热变冷的假说又重新提出收缩说，认为地球内部由热变冷是地球表部收缩和褶皱及其它构造形成的原因。但是收缩说不能解释地球表部出现的由拉张形成的众多大规模裂陷或裂谷盆地带。4 19世纪中后叶，美国学者霍尔、丹纳和奥地利学者休斯建立了地槽-地台学说，到二十世纪中叶在地学界长期占据着统治地位，对固体地球科学的发展起了

3、促进作用，但其忽视地球的大规模水平运动，对地槽-地台演化的动力机制等没有令人满意的解释。 岩石圈板块构造学说是现代地球科学对全球动力学认识的主流，被誉为是地球科学的革命，它是在确立了对大陆漂移与海底扩张的认识的基础上建立起来的。5板块构造 Plate Tectonics6 60年代中期，海底磁异常等一系列发现，海底扩张说取得了稳固的地位。作为海底扩张说的自然引伸，1968年前后，地球科学家麦肯齐、摩根、勒皮雄和威尔逊等人又进一步提出了板块构造（Plate Tectonics）学说。 板块构造归纳了大陆漂移和海底扩张所取得的重要成果，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

4、的统一角度，阐明了地球活动和演化的许多重大问题。因此，板块构造的提出，被誉为是地球科学的一场革命。7 板块构造学说的基本思想是： 固体地球上层在垂向上可划分为物理性质显著不同的两个圈层，即上部的刚性岩石圈和下部的塑性软流圈； 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运动；板块内部是相对稳定的，板块的边缘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； 板块之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。 8 1、板块的边界类型及板块的划分板块边界的存在是划分板块的依据。 板块的边界常常以具有强烈的构造

5、活动性（包括岩浆活动、地震、变质作用及构造变形等）为标志。随着海底扩张说的提出和验证，有关洋脊扩张、海沟俯冲和转换断层的概念越来越明确，揭示出板块的边界类型。 从板块之间的相对运动方式来看，可将板块边界分为三种基本类型： 离散型、聚敛型和平错型910离散型板块边界（Divergent Boundary）相当于大洋中脊轴部。其两侧板块相背运动，板块边界受拉张而分离，软流圈物质上涌，冷凝成新的洋底岩石圈，并添加到两侧板块的后缘上。这类边界主要分布于大西洋中脊、印度洋中脊和东南太平洋中隆。大陆裂谷系具有与大洋中脊类似的特征，也属于离散型板块边界。1112聚敛型板块边界(Convergent Boun

6、dary)相当于海沟及板块碰撞带。其两侧板块相向运动，在板块边界造成挤压、对冲或碰撞。聚敛型边界是最复杂的板块边界，又可进一步划分为两个亚型： 俯冲边界 碰撞边界13（1）俯冲边界(Subduction boundary) 相当于海沟(Trench)或贝尼奥夫带(Benioff Zone) 。相邻的大洋与大陆板块发生相互叠覆。由于大洋板块比大陆板块密度大、位置低，故一般总是大洋板块俯冲到大陆板块之下。俯冲边界主要分布于太平洋周缘及印度洋东北边缘，沿这种边界大洋板块潜没消亡于地幔之中，故也称为消减带(Subduction Zone) 。1415 岛弧-海沟型(Island arc -trench

7、 type) ，主要见于西、北太平洋边缘，指大洋板块沿海沟俯冲于与大陆以海盆相隔的岛弧之下； 安第斯型( Andes type) ，主要见于太平洋东南的南美大陆边缘，指大洋板块沿陆缘海沟俯冲于山弧之下。俯冲边界又包括两类：16（2）碰撞边界(Collision boundary) 又称地缝合线(Suture line) ，是指两个大陆板块之间的碰撞带或焊接线。当大洋板块向大陆板块不断俯冲时，大洋板块可逐渐消耗完毕，最后位于大洋后面的大陆与大陆板块之间发生碰撞并焊接成为一体，从而形成高耸的山脉并伴随有强烈的构造变形、岩浆活动以及区域变质作用。17（3）平错型板块边界(Transform boun

8、dary 相当于转换断层，其两侧板块相互剪切滑动，通常即没有板块的生长，也没有板块的消亡。它一般分布在大洋中，但也可以在大陆上出现，如美国西部的圣安德烈斯断层，就是一条有名的从大陆上通过的转换断层。18 上述几类板块边界在全球的分布及相互连接勾画出了全球岩石圈板块的轮廓。 1968年法国地球物理学家勒皮雄(Le Pichon)将全球岩石圈划分为六大板块： 欧亚板块、 非洲板块、阿拉伯板块 印度板块（或称大洋洲板块、印度-澳大利亚板块）、 太平洋板块、菲律宾板块（美洲板块） 南美板块、北美板块、加勒比板块 南极洲板块。 纳兹卡板块、可可板块 此后，在上述6大板块的基础上，人们将原来的板块进一步划

9、分为。这样，六大板块便增至十二个板块。 19阿拉伯 板块202、板块运动的驱动机制问题关于板块运动的驱动机制或驱动力，目前还是一个尚未解决的问题。 许多人主张板快运动的驱动机制可能是地幔对流，认为地幔中由于温度差或密度差的存在可引起物质的缓慢移动，热的、轻的地幔物质上升，冷的、重的物质下沉，这样连接起来就构成了一个个的对流环。在上升流处形成大洋的扩张脊；在下降流处则形成海沟和俯冲带；在两者之间，则由软流圈顶部发生水平向流动的物质拖曳刚性岩石圈表层随之一起运动；每一个大型的板块，相应地有一个对流循环系统。21 关于对流环的规模，目前有两种观点，一种认为对流环能穿透整个地幔厚度；一种则认为下地幔粘

10、性太大，不足以引起对流，对流主要是限于上地幔软流圈中。 地幔对流对板块驱动机制的解释仍然存在不少问题。 1、在密度、粘度都很大的地幔中究竟能不能发生大规模的物质对流？ 2、即便能发生对流，其对流的速度是否能达到或超过板块运动的速度？这些问题目前尚未获得确凿的事实依据，也没有成功的数学或物理模拟实验来得到验证。22地质作用（Geological Process）地质作用：改变地球物质组成、外部形态和内部构造特征的各种自然作用。根据地质作用的能量来源分为两类： 内动力地质作用 外动力地质作用 引起这些变化的各种自然动力，称为地质营力。23内动力地质作用（Endogeneous）：以地球内热为能源，主要发生在地球内部的各种地质作用。如岩浆作用、地壳运动、变质作用、地震等。24外动力地质作用（Exogeneous）：以太阳能、日月引力能为能源，