第四章大陆漂移、海底扩张与板块构造2

第一章绪论第二章地球与海洋第三章地壳第四章大陆漂移、海底扩张与板块构造第五章海洋地质作用第六章海岸带的现代过程第七章河口与三角洲第八章大陆边缘及其地质构造第九章深海沉积第十章古海洋学第十一章海洋矿产资源海洋地质学

第三节板块构造一、概述二、板块边界划分的标志及其类型三、全球板块的划分四、板块的运动及其驱动力五、板块构造学说面临解决的问题一、概述板块构造的基本原理1、固体地球上层在垂向上可划分为物理性质截然不同的两个圈层——上部的刚性岩石圈和下垫的塑性软流圈。2、岩石圈在侧向上又可分裂为若干大小不一的板块。板块是运动的，其边界性质有三种类型：(a)分离扩张型，伴随着洋壳新生和海底扩张；(b)俯冲汇聚型，伴随着洋壳消亡或大陆碰撞；(c)平移剪切型，沿着转换断层发生。地震、岩浆活动和构造变形主要集中在板块边界。3、岩石圈板块横跨地球表面的大规模水平运动，可以欧勒定律描绘为一种球面上的绕轴旋转运动。在全球范围内，板块沿分离型边界的扩张增生，与沿汇聚型边界的压缩消亡相互偿抵消，从而使地球半径保持不变。4、岩石圈板块运动的驱动力来自地球内部，最大的可能是地幔中的物质对流。板块构造的主要含义刚性的岩石圈分裂成为若干巨大块体——板块，它们驮在软流圈上作大规模水平运动，致使相邻板块相互作用，板块的边缘便成为地壳活动性强烈的地带。板块的相互作用，从根本上控制了各种内力作用，以及沉积作用的进程。板块构造说就是关于板块运动及其相互作用的理论。二、板块边界划分的标志及其类型板块边界划分的标志——构造活动性地带。表现为：地震、岩浆活动、构造变形、变质作用等。运动方向：海沟（或造山带）是板块构造的前缘，洋中脊是板块构造的后缘，转换断层则位于板块构造的两侧。比喻：海沟——为板块的方向盘；洋中脊——为板块的发动机；转换断层——板块的滑移的轨道。板块边界类型1、分离型（或离散）板块边界

相当于大洋中脊轴部，两侧板块相背离散。沿此边界岩石圈分裂和扩张，地幔物质涌出，冷凝成新的海底岩石圈，并添加到两侧板块的后缘上，故分离型边界也是板块的增生边界，或称建设型板块边界。2、汇聚（敛合）型板块边界沿此边界两个相邻板块相向运动而聚合，造成大洋板块的俯冲或大陆板块的碰撞，产生强烈的地震和岩石的构造变形，甚至引发岩浆作用以及与构造变形及岩浆活动有关的变质作用。（1）俯冲边界于海沟，相邻板块相互叠覆。由于大洋板块厚度小、密度大、位置低，而大陆板块厚度大、密度小、位置高，所以总是大洋板块俯冲于大陆板块之下。此种边界主要分布在太平洋周缘，故亦称太平洋型汇聚边界，沿此边界大洋板块潜没消亡于地幔之中，因此又称消减型板块边界。

a岛弧—海沟系，即岛弧远离大陆，发育于洋壳之上，如日本岛弧、马里亚纳岛弧、汤加岛弧，沿着岛弧外侧的海沟，大洋板块俯冲于大陆板块或另一大洋板块之下；

b山弧—海沟系，即海沟与大陆上的山脉直接相邻，大洋板块沿陆缘俯冲于大陆之下，如南美安第斯山弧—海沟系，故又称安第斯型边界。（2）碰撞边界相当于年青的造山带，为大洋闭合，两个大陆之间碰撞汇聚而成的地缝合线。当大洋板块向大陆板块俯冲到最后阶段，位于大洋后面的大陆与其前方的大陆板块之间发生碰撞和挤压，在其接触地带形成高耸的山脉，并伴有强烈的构造变形、岩浆活动以及区域变质作用。现代碰撞边界主要见于欧亚板块与南缘的阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉。故亦称阿尔卑斯山脉—喜马拉雅型汇聚边界。3、平错（剪切）型板块边界相当于转换断层，是一种特殊类型的板块边界。沿此种边界既无板块的增生,也无板块的消减,两侧板块仅作剪切错动.它既与洋脊相伴,也可同海沟共生.由于板块沿转换断层滑动,故常引起地震和构造变形.板块的边界类型离散型板块边界会聚型板块边界平错型板块边界三、全球板块的划分1968年法国勒皮雄)根据地震带、地形和地质等方面的资料将全球岩石圈划分为六大板块：太平洋板块、欧亚板块、印度板块、非洲板块、美洲板块、和南极板块。欧亚板块太平洋板块美洲板块非洲板块印度板块南极板块1、欧亚板块包括欧亚陆壳的大部分以及大西洋中脊轴部以东的洋壳北部。其东侧与太平洋板块以消减作用带相接，形成西太平洋海沟系统；西界为大西洋中脊轴部；南侧与非洲板块以及印度洋板块主要以消减作用带（地缝合线）相接，部分地区接触边界的性质不明。2、太平洋板块位于太平洋洋隆轴部以西及西太平洋海沟以东，占据着太平洋的主体。东侧与美洲板块及一些小板块相接，边界类型多样，其中有洋脊扩张带，也有转换断层。其北部、西部与南部则是消减性边缘。该板块俯冲于北美洲板块（在北部）。欧亚板块（在西部）与印度板块（在西南部）之下，形成一系列海沟与岛弧。3、美洲板块美洲板块该板块可分为南美洲板块和北美洲板块，这样全球共有七大板块。该板块基本上位于大西洋中脊以西和太平洋洋隆以东，包括南、北美陆壳的全部与大西洋中脊以西的洋壳。总体向西运动，因而美洲大陆的东缘是稳定大陆边缘，而西缘则是活动大陆边缘。4、非洲板块由非洲的陆壳及其周围的洋壳组成。该板块的西部、南部与东部均以洋脊扩张带为界，东北部有局部地段以消减作用带与欧亚板块的关系不明。5、印度板块包括印度与澳大利亚的陆壳，印度洋洋壳及南太平洋洋壳的一部分，故又称澳大利亚—印度板块。其北侧以地缝合线与欧亚板块相接，西北部以转换断层与非洲板块及欧亚板块相接，西部及南部以洋脊扩张带与南极洲板块相接，东北侧主要以消减作用带与太平洋板块相接，形成西南太平洋的岛弧—海沟系。该板块主要向北运动。6、南极洲板块由南极大陆的陆壳及其四周的洋壳组成。其边界主要是洋壳扩张带，部分地段为转换断层或消减作用带。五个次一级板块分别是以上是全球规模的一级板块，它们的面积均达108km2以上。此外还有面积在106km2以内的5个次一级板块。共有12个板块。：纳字卡板块：位于东太平洋洋隆以东，秘鲁—智利海沟以西，即南美洲西岸外；可可板块（CoCo)：位于加拉帕戈斯海岭以北，东太平洋洋隆与中美海沟之间；加勒比海板块：位于中美海沟和西印度群岛之间；菲律宾海板块：位于琉球、菲律宾岛弧—海沟系与马里亚纳岛弧—海弧系之间；阿拉伯板块：位于红海、亚丁湾裂谷系与扎格罗斯褶皱山系之间。四、板块的运动

及其驱动力

一）板块的运动欧拉定律：1776年，瑞士数学家欧拉证明，任何一个刚体沿着球体表面的运动，都必定是一种绕轴的旋转运动。或者说，球面上任何一点的移动都不是沿着直线，而是沿着弧线进行。如果这种移动表现为复杂的曲线开式，那么它的移动轨迹将由许多圆弧小段所组成。当我们运用数学的方法来讨论板块运动时，可以把地球当作一个正球体，而岩石圈漂移时则具有相对刚硬的性质。这样一来，刚性板块的运动就应遵循欧拉定律，它只能是一种环绕某一通过地心的旋转运动。板块的旋转轴亦称扩张轴，它与地球表面的交点叫做旋转极或扩张极、欧拉极；离旋转极90°的大圆叫做旋转赤道或扩张赤道。它们与地球的自转轴、地理极、地磁极、地理赤道等并无直接联系。与板块旋转赤道相平行的一系列同轴圆弧，标明了板块上各点的移动轨迹，可称这为欧拉纬线。通过欧拉极的大圆，则构成了欧拉经线。1、板块的相对运动板块的相对运动：即某一板块相对于另一板块或其他参照系统的运动。板块的旋转运动：指某一板块相对于另一板块或球面上某一点的旋转运动。板块的旋转运动主要由板块的旋转轴（旋转极）的位置和旋转角速度来确定。板块2相对于板块1作旋转运动，其旋转角速度是相同的，但距离旋转极远近不同的地段，其运动的线速度却不相同。距旋转极较近者，其线速度小；距旋转极较远者，其线速度较大；而在旋转赤道上，其线速度最大。确定一对邻接板块的相对运动，就归结这查明它们的旋转极的地理坐标和旋转角速度。板块运动的这一特征得到了实测资料的证明。如大西洋中脊和扩张速度正是在赤道附近者最大，每年达2cm左右，向南、北方向则逐渐减小。横切洋脊的转换断层对于同一板块的不同块段具有不同运动速度，正好起到调节作用。1968年以来，勒皮雄、摩根等定量地描绘了全球各主要板块间的相对运动，求得了这些板块相对运动的旋转极位置和角速度。根据所求得的旋转极的位置和角速度大小，板块边界上各点的线速度可以很方便地换算出来。主要板块的旋转极和扩张角速度地区（相对旋转的一对板块）旋转极位置扩张角速度（10-7度/年）1.大西洋(美洲板块—非洲板块)58°N37°W3.72北太平洋(太平洋板块—美洲板块)53°N47°W6.63.南太平洋(太平洋板块—南极洲板块)70°S118°E10.84.北冰洋(美洲板块—欧亚板块)78°N102°E2.85.印度洋(非洲板块—印度板块)26°N21°E4.0原则上说，确定二板块相对运动的旋转极是很简单的。既然板块上各点的运动轨迹标出了欧拉线（它们是同轴圆弧），沿球面作这些纬线的垂线即可得出欧拉经线，欧拉经线的交点就是旋转极的位置。因此，只要已知板块上任何一点的线速度值，同时求出该点的欧拉纬度，便可以根据下式求旋转角速度：ω=v/R·cosθ·0.01745式中ω为角速度（单位：度/年）；v是线速度（cm/a）；R是地球半径，等于6.37×108cm；θ为欧拉纬度；0.01745是由角速度换算成弧长的系数。一对板块之间在各处可有不同的线速度值，但相对运动的角速度值只有一个，常用的板块运动角速度单位是10-7度/年，即每一千万年一度，这个值大约相当于旋转赤道上每年1cm移动的线速度（即扩张速度）。现代板块运动主要表现为具有一定方向的大规模水平运动，但不同的板块边界则有不同性质的相对运动形式。与板块边界类型相对应的板块运动形式有如下三种：(1)分离型主要出现在大洋中脊，中隆和大陆裂谷系统。板块在此作相背运动，板块边缘受到拉伸、引张作用。因此在洋脊轴部形成平行洋脊的张裂缝，随着板块的分离，地幔物质沿裂谷上涌，造成规模较大的侵入和喷出活动，形成新的洋底，促使板块边界不断增生。如1963年，由于北大西洋中脊的张裂作用，在冰岛附件的洋脊上发生火山喷发而形成尔特塞岛。板块分离过程中伴随着较弱的浅源地震，并出现高热流。高温的岩浆从洋脊轴部上涌直至喷溢，产生相当高的地热梯度，从而使冷的岩石圈发生热变质作用，而受热的海水使洋底岩石发生化学反应，使洋底的玄武岩、辉长石蚀变为蛇纹岩。这种洋底玄武岩、蛇纹岩与深海沉积物的组合叫蛇绿岩套。（2）汇聚型两个板块相向移动，造成板块边界的挤压、对冲，大洋板块俯冲和大陆板块仰冲等特征，主要发生在汇聚型板块边界，如海沟岛弧、年青的山脉等地带，洋壳在海沟岛弧地区向下俯冲、消亡，这些地带则称为消亡带。板块的汇聚速度，可以根据历年来所发生的水平移量时行计算。通过计算，得出阿留申海沟为6.7cm/a，千岛海沟为5.3cm/a，智利海沟为6.1cm/a。板块构造学说认为，地球的体积是保持不变的，海底扩张增生的板块，必须由汇聚消亡来补偿。在全球范围内，板块的新生和消亡的总量必须相等，这样才能保持地球和体积不变。因此，汇聚的速度可以进行理论上的计算。不同地区的汇聚速度见表4-2板块的汇聚造山作用的一种主要方式。板块碰撞本身就是造山带，在这里陆壳受到挤压，使海沟陆侧的沉积物和沉积岩产生褶皱、断裂、上升、滑动，形成褶皱山脉。仰冲板块上冲时，对俯冲板块有刮蚀作用。这咱刮蚀作用将俯冲板块上的大部分沉积物。甚至部分洋壳象“刨花”一样刮落下来，堆积到仰冲板块的前缘。它们与仰冲板块的物质一起被挤压、堆积，从而形成混杂堆积。出现在大陆的边缘，使大陆不断增生。喜马拉雅山珠穆朗玛峰，8844.43m汇聚速度边界类型地区速度（cm/a）太平洋型汇聚边界岛弧—海沟系阿留申海沟千岛海沟日本海沟菲律宾海沟马里亚纳海沟汤加海沟爪哇海沟6899.52.3～4.995～6山弧一海沟系智利一秘鲁海沟中亚美利加海沟北部10.1~11.16.4山弧一地缝合线土尔其阿富汗西藏4.33.75.41972年，杜威研究了板块碰撞所引起的造山作用类型。图B是大陆板块与大陆板块碰撞，由于质量都较轻，不能向下俯冲，因而消亡作用中止；图C表示板块继续运动，在陆壳的外侧形成新的消亡带。原来的消亡带表现为高大的褶皱山脉、岩浆岩带，以及厚的陆壳。大陆板块与大陆板块碰撞的典型例子是乌拉尔山脉和喜马拉雅山脉。喜马拉雅山25×106年前开始形成，当时载有印度大陆的板块插入亚洲板块之下，使亚洲板块前缘隆起褶皱成山，原来的大洋板块向北插入欧洲板块之下，洋壳尚未完全消失，地中海是特提斯海的残余，现仍在缩小之中。（3）平错型表现为两个板块沿边界互相平行作相反方向的错动，两侧板块均不发生褶皱、增生和消亡，有微弱的浅震发生。洋中脊被一系列转换断层错开，磁异常条带也同样被错开，水平断距可达几百公里。这种转换断层所引发的平错型板块运动形式一般分布在大洋底部，但也可以出现在大陆上，如美国西部的圣安德烈斯大断层就是一条有名的从大陆上通过的转换断层，其错动方向是西盘（太平洋板块）相对于东盘（美洲板块）向北移动。根据地质资料，从第三纪以来，断层的东侧已往东南方向相对水平错动了200km。2、板块的绝对运动板块的绝对运动是板块相对于地球旋转轴的运动。如果某一系统在地质时期中相对于地球旋转轴的位置不变，那么，板块相对于该系统的运动则可以当作板块的绝对运动。目前，对于板块绝对运动的研究还较粗略，且带有一定的推测性。板块的绝对运动是指板块相对于深层地幔（地幔—热点）的运动。相对于深层地幔平均位置固定的框架，称为板块绝对运动参考架（参照系），这种参考架是通过热点和岩石圈的无整体旋转（No-net-rotation）或称为平均岩石圈参考架来实现的。热点参考架的含义是，在地幔中存在一系列热点，一些学者认为，热点位置相对于地球自转轴和深层地幔是长期固定的，板块相对于热点的运动也就是板块的绝对运动，它可通过测量跨越热点火山链的年龄和长度得到。岩石圈无整体旋转参考架的含义是，如果岩石圈与软流圈的耦合侧向均匀，并且板块边界的力矩对称作用于两个相邻板块，则平均岩石圈参考架就是相对于深层地幔不动的参考架。板块相对于该框架的运动就是板块的绝对运动。佐年沙英等以西太平洋岛弧系（俯冲带）作为参照系统，计算了解1000万年来全球各大板块相对于它的运动。图大致显示了近1000万年来各板块的绝对运动，其中以太平洋板块的运动速度最快，它主要是向西偏北方向运动；印度板块主要是向北运动；北美板块和南美板块主要向西偏南方向运动；北美板块的旋转极位于白令海中，该极点四周的北美板块部分（包括亚洲东北端）环绕该极运动，运动方向比较复杂；非洲板块的旋转极位于非洲板块上（靠近几内亚湾），非洲仿佛“搁浅”了，它环绕该极作逆时针方向的旋转运动；欧亚板块主要是向西和向北运动。亚洲地区更新世地层的一系列古地磁测定结果，表明亚洲大陆近期以来具有向北推移的趋势。（二）板块运动的驱动力关于板块运动的驱动力，可以说是板块构造学说中研究程度最低也是最有争议的问题，目前仍存在不同观点。尽管如此，它却是板块构造学说面临的重大问题之一，急待深入研究。导致板块运动的任何一种合理的驱动力，至少要满足以下一些条件：第一，能够产生足够大的力；第二，必须合乎物理学，包括流体力学、热力学、力学的基本原理；第三，应该符合根据地球物理观测所得出的地球内部性质；最后，驱动力所产生的效应要与现代岩石圈的性状和动态相一致，应该能解释板块运动在地质史中的演变过程。1975年，上田诚也等曾分析过作用于岩石圈板块上的八种力，弗赛斯等则将这八种作用力分为两类，一类是作于板块底面的力，即地幔拖拽力和大陆拖拽力；另一类是作用于板块边界上的力，共有六种，即大洋中脊处的脊推力，俯冲带的板块拉力和海沟引力、转换断层阻力、碰撞阻力及潜没板块前端的板块阻力。显然，是上述八种力共同作用的结果，才维持了板块的运动，而这八种力除了后三种阻力外，其余五种均是有可能驱使板块运动的力。所有设想的这些力可能都是实际存在的，但由于受到现今科学技术水平的限制，人们在对地球深处各种理论的研究中不可能得到比假说更进一步的直接证据，因此，也就不可能做出更可靠的数学和物理模拟。目前。关于板块运动的驱动力，仍然是以地幔对流说占主导地位，不过，赞成冷而比重大的板块前缘向下潜没而产生的推力拉着板块向下俯冲的观点也日益增多，加上田等说曾强调板块拉力是一种重要的驱动力。下边，仅就当前较流行的板块驱动力模式作些简要介绍：1、地幔对流模式地幔对流说是解释大陆漂移和海底扩张的动力来源的传统看法。认为板块是驮在地幔对流体上运动的。由于介质的热平衡或化学平衡遭到破坏，会引起物质各部分的密度差，从而导致重力的不稳定性，轻者上浮，重者下沉，这就形成了对流。一般认为，地幔中可能发生的对流有两种类型，即热对流和重力对流。（1）地幔热对流从地表向下，地温逐渐升高。为使地幔内部不致积蓄大量热能而被熔化，地球内部物质本身从高温区迁移到低温区，是一种最有效的传热方式。因此，地幔热对流乃是地球对其自身加热过程的一种自然平衡作用。U、Th、K等放射性元素衰变产生了地球内部的热能，冷却作用是由地球表面发生的，从而导致了地幔内的热对流。一些人主张热对流仅局限于上地幔软流圈，而另一些人则主张对流可囊括整个地幔。地幔对流地幔对流（2）地幔中的重力（密度）对流一些学者推测，在地幔——地核边界，由于地幔中重物质（铁）沉入地核，而使地核增长；同时，在地幔下部富集了硅、铝、钙和镁的氧化物，其密度变小，向上浮升，于是引起了重力对流（或称化学——密度对流）。这种对流可占据整个地幔，直至地核的边界。其中，对流的水平分支发生了粘性小的软流圈和幔——核边界，而在其间粘度较高的大部分地幔中，物质作垂直方向位移（上浮或上沉）。朗科恩曾指出，随着地核的增大和地幔层的变薄，地幔对流体从一个分化为两个、三个，以至更多，每一次调整都导致出现新的大陆漂移或板块构造旋回。总之，当采用地幔对流作为板块驱动力的来源时，通常认为，板块的扩张中心（洋中脊）位于对流的上升流处，板块的汇聚边界位于对流的下降流处。地幔对流从洋中脊向两侧分流，逐渐变冷，至海沟（或造山带）成为下降流，在地幔较深处，又从海沟下面反流回大洋中脊以下，并重新变热成为上升流。所以，海底扩张和板块运动实际是上是地幔对流在地球表面的直接反映，板块运动的速度大体上代表了地幔对流的速度，而且，有多少个独立运动的板块，也就有多少个独立的对流体。现代热动力学的研究表明，经典的地幔对流理论由于种种理由也许是不能接受的，一些科学家根据人造卫星所提供的大量地球物质资料，计算出地幔物质的粘滞系数约为1026P。如果这一计算结果是可信的，那么由于地幔粘性太大，在其中就不可能存在大规模的对流。而岩石圈之下的软流圈，其粘滞系数约为1021P，这样的粘度则可以引起对流。所以，有人主张对流只发生在软流圈中，是浅对流。可是，把对流仅限制在软流圈中也有困难。因为根据对流理论，对流的水平尺度与垂直尺度相差不大，软流圈的厚度有限（约100—500km），只能形成许多小尺度的对流体，而难以与一些大型板块的运动相适应。因此，为了克服这些新认识给地幔对流模式带来的困难，一些科学家又提出了关于地幔物质运动的新理论。其中，热点—地幔柱假说即为其中一种。2、热点一地幔柱1963年，威尔逊根据大洋中绵延着的一系列线状伸展的火山岛链表现出来的板块驱动机制。威尔逊认为，形成火山的岩浆来自上地幔中相对固定的岩浆源（或热源），这种岩浆源（或热源）则叫做热点。如图所示，当岩石圈板块作侧向运动而跨越于热点之上，板块仿佛被“烧穿”了，形成活火山。随着板块的运动，先形成的火山移出热点，逐渐熄灭成死火山，而在其后的热点处，则又形成新的活火山。这样不断地“推陈出新”，便发育一连串由新到老呈线状延伸的火山链。因此，火山链实际上标示出板块漂移通过热点的轨迹，记录了板块运动的方向。例如，夏威夷的基拉韦拉活火山正好处于一个热点之上。由于太平洋板块向西北方向运动而通过该热点，就造成夏威夷诸岛自东南往西北方向排列的格局，而其年龄也依次递增。固定的“热点”为了解释热点的生成，摩根于1971年提出了地幔柱的概念和假说。地幔柱是源于地幔深部的一种圆柱状上升流，它携带着地幔物质和热能自近地核处上升，直至地幔上层，并在岩石圈和软流圈分界处象蘑菇云一样向四周扩展，激起软流圈中的水平流动，从而驱动板块运动。根据重力异常分析及地震控测资料，地幔柱的直径可达到200km，甚至更大。地幔柱可以把上覆的岩石圈抬起，在地表形成直径达上千公里的巨大穹窿，并表现出正重力异常和高热流值。地幔柱冲破岩石圈的地方就形成了热点，热点处的火山活动就是地幔柱物质喷出地表的反映，所以地幔柱实际上是热假点假说的引申。摩根认为，地球上地幔柱总共只有36个，并大体上固定于地幔中。因此，板块相对于热点的运动，便是相对于地幔固定部分的运动，也即是相对于地理极或地球自转轴的绝对运动。根据太平洋中可能由热点形成的三列火山海岭的走向，摩根计算了8000万年来太平洋板块相对于热点的旋转极。8000万­—4000万年前（相应于天皇海岭段），旋转极位于23°N、110°W，旋转角度为45°；4000万年前（相应于夏威夷海岭段），旋转极位于67°N、73°W，旋转角度为34°，说明太平洋曾作顺时针向旋转运动。另据威尔逊等学者的意见，地幔柱先造成大陆岩石圈的穹形窿起，穹窿破裂则可演化三叉形裂谷，一连串地幔柱穹窿的破裂则可彼此连成纵长的裂谷，板块从抬升的穹窿向外顺坡下滑，进而可发展成为大洋中脊和大洋盆地。热点一，地幔柱假说为解释板块内部的火山和构造活动，为描绘板块的绝对运动，以及阐明火山海岭的定向排列和年龄递变等一系列现象开辟了有益的途径，它对于板块构造学说是一项重要补充，摩根主张将地幔柱当做板块运动的驱动力，虽有合理的一面，然而地幔柱的起因和形成机制如何？它与地幔中主要对流的关系如何？尚不清楚。另外，有的海岭年龄的测定值与热点假说不完全符合，所有这一切都导致人们去探索另外一些板块的驱动力。3、板块驱动力的其他模式

（1）重力拖拉模式俯冲边界长度最大的太平洋板块具有最大的运动速度，促使一些学者提出这一模式。该模式认为，新生的洋底离开洋脊轴部后逐渐冷却变重，冷而重的板块前缘向下沉没而产生拉力，拖拉着板块与周围地幔之间的密度差产生的。板块俯冲时伴随板块拉下去。这一模式可比拟为桌布下垂一角浸在一桶水中，变重了的湿桌布有可能把桌面上的整块桌布拉向水桶。（2）脊顶推离模式该模式认为，当热地幔物质上侵于洋脊轴部，就如同在板块中间不断地打进楔子，从而产生向两侧的推力，推动板块运动。这种推力叫脊推力，它产生于较低的能量状态。而在板块内部，挤压应力超过引张应力的事实亦说明板块所受的脊顶推力比俯冲带的拉力强。这些都有利于板块从脊顶替被推出的说法，而不利于俯冲板块拖拉说。（3）顺坡滑移模式由于软流圈的顶面在洋脊轴部位置最高，在洋脊两翼的位置较低，所以岩石圈板块可以沿着倾斜的软流圈顶面顺坡向下滑移，此称顺坡滑移模式。一些学者通过计算认为，只要软流圈的顶面有1/3000的坡度，就足以引起每年4cm的速度下滑。在这三种板块驱动力的模式中，板块或是被拉下去，或是被推着走。为保持板块持续不断地从洋脊顶部滑向海沟，在软流圈中应产生缓慢的回流，升至中脊轴部，以补偿岩石圈的移出，所以上述推—拉模式实际上也是一种对流。不过，在一般的地幔热对流或重力对流中，岩石圈板块是被子动的，软流圈是主动的，板块在地幔拖拽力带动下被动地驮载在地幔对流之上移动，板块运动与地幔对流上部水平分支流动方向一致。而在推—拉模式中，岩石圈板块是主动的，软流圈板块是被动的，板块是独立地沿着软流圈顶面滑移，作用于板块底面的地幔拖力反而成一种阻力，板块本身仿佛构成了对流的上部水平分支。鉴于地球深部过程的复杂性以及观测实验条件的限制，尽管已经提出了板块被动机制（地幔对流）和板块主动机制（推—拉模式），但二者究竟哪一种机制更为合理，各家的意见远未统一。关于板块运动的驱动力问题，迄今仍未能获得圆满的解决。实际上，不只是板块学说，任何一种大地构造学说的深部机制问题，大体上也都停留在推理和探索阶段。应该强调的是，一种现象是否存在与能否解释，乃是不可混为一谈的两项命题。绝不能因为还难以解释其发生机制便不承认板块运动的存在。相反，我们必须不懈地探索，努力去解决板块驱动的机制。深入研究并定量描绘全球地幔流动的复杂结构，探讨它是怎样导致岩石圈板块运动在时间上和空间上的种种变化，这将是地球科学一项艰巨而又带根本意义的课题。五、板块构造学说面临解决的问题

板块构造学说问世以来，在地球科学中已引起了一场革命。虽然目前还不能精确地估量它的价值，但在地球科学中，板块构造学说也许是自均变论以来最被广泛接受的统一概念。尽管如此，该学说如同其它任何科学假说一样，在其发展过程中总会遇到新问题，不足之处也在所难免。纵观如雪片快速飞来的评论文章，支持者居多，批评者较少，中立者有之。然而，如果仅凭数量的多少就作简单的肯定和否定，则必将导致谬误。因为有时真理也会掌握在少数者手中，更何况在科学研究中，不同观点的争论有时是胜负难分的。勿庸讳言，被伊萨克斯等称为“新全球构造”的板块学说确实面临着一些急待解决或探索的问题。现择其要者简介如下：1、板块的驱动机制尽管已经提出了各种可能的设想，如地幔对流，板块自大洋中脊向外推动，海沟的牵引作用，地幔的拖拽力作用以及重力影响下从中脊向两侧的下滑作用等，但至今还没有人能确核实是什么力量在驱使板块运动。因而，驱动机制问题能否完善地得以解决，可能是板块构造学说最终成败的关键。2、垂直运动板块构造学说认为，岩石圈板块的水平运动是地球的主要构造运动，并且只有在板块收敛处，它们才有可能转变为斜向的和垂直的运动。因此，岩石圈内的垂直运动和斜向构造运动都未能为该学说视作独立的主要运动，而只当作水平运动的分量。果真如此的话，该学说就全然不能解释代表下伏地幔中物理化学作用的直接垂直反映的那些地壳运动——例如，整个大陆或其某一部分的造陆性质的隆起和拗陷。有人认为，岩石圈的垂直运动，倘若不是更重要的话，至少也会是与水平运动同等重要的。所以，为了解弄清楚板块的基本水平运动是如何和在何处可能与垂直运动有关，就要求板块构造学说作出进一步的阐明。3、俯冲带的复杂构造根据板块构造理论，深海沟是岩石圈板块俯冲的地带。如果是这样的话，那么，将在海沟中找到被带到岩石圈表面的巨厚沉积物。因为在其俯冲沉陷时，其上的沉积物会被海沟对侧的板块以推土机的方式刮蚀下来，并保留在地表。假设大洋板块以3cm/a的速率移动了100Ma，而沉积物的平均厚度为200m，则在宽50km的海沟中堆积起来的沉积物厚度将达10km。然而，目前在海沟的任何地方都未找到过这么厚的沉积物；通常，海沟中沉积物的厚度仅为1km左右，且从未超过4km。另外，在海沟中也没发现有任何挤压的迹象，沉积层在海沟内发现有任何应与俯冲作用有关的蓝闪石片岩。从目前所获得的资料来看，非洲板块的南面，东面和西面都被扩张的洋脊所环绕。那么，它在哪里俯冲消减呢？如果没有俯冲带存在，沿洋脊的扩张又如何能够实现呢？4、板内构造板块构造学说将岩石圈块体看作“刚性板块”，由于相互碰撞，它们才只在边界上发生变形。然而，长期进行的大陆内部的地质研究成果证明，强烈的构造变形（包括塑性变形和破裂变形）及尾随其后的岩浆活动，不仅发生在板块地边界，也同样存在于板块内部。例如，地台上的宽阔上隆与下拗，断块隆起以及大大小小陆块的沉陷。再以我国为例：除青藏高原外，中国大陆主体部分在中生代已经焊接为一个板块，但是侏罗、白垩纪时，我国许多地主都发生过剧烈的断裂运动，并伴随着大量火山喷发和岩浆侵入，这些地方都位于板内。甚至连最信服板块构造理论的支持者也承认，他们不能理解板内构造受其它因素的控制（如垂直运动）而与板块构造运动无关？事实上，将板块作为刚体来看，显然只能是相对的，而且板块内部也并非理想的均一地块。根据大陆地质和地球物理资料，陆块内部具有不同的构造带，不同的地台和褶皱带。它们的地质发展包括地壳的垂直运动（下拗与上隆），岩层被挤压成褶皱，岩将作用的多种表现以及区域变质作用。所有这些现象，无论在空间上或者时间上，都显示出