新大普通地质学课件09海底扩张与板块构造

第九章海底扩张与板块构造第九章海底扩张与板块构造大地构造基本概念1.定义：研究全球性地壳运动的学问称Tectonism。包括沉积作用、构造变形、岩浆活动、变质作用、成矿规律等。2.主要学说：槽台学说（30-60年代统治全球地学理论），地质力学（李四光），断块学说（张文佑）地洼学说（陈国达），波浪镶嵌（张伯声）

板块构造:伟大的地学革命!(65-68年理论成熟。有突出贡献的人物：国际级的Wilson,LePichon,上田诚也，都城秋穗；中国70-80年代以尹赞勋，李春昱,郭令智为代表）

3.槽台学说:认为地壳运动以垂直运动为主，大陆、大洋的位置不变.将地表分为地槽活动区（Geosyncline）,地台稳定区（Platform）二个主要构造单元。中国七大学派：1.槽台学说：黄汲清、任纪舜.地壳可分为地槽、地台两种构造单元。地槽是活动区，包括岩浆活动、变质作用、构造运动强烈，沉积不稳定型，内生矿产发育。地台是地壳上稳定区，由地槽演变而来，沉积稳定型，外生矿产发育。地台底下有地槽阶段产物。华北地台，扬子地台，塔里木地台，华南地槽系，兴蒙地槽系，秦岭地槽系，西太平洋地槽系。2.地洼学说：陈国达。地槽-->地台-->地洼(活动)3.地质力学：李四光.岩层+力(自转离心力、重力)4.断块构造：张文佑.断裂限止断块之间运动5.波浪状镶嵌构造：张伯声.隆起波状网络6.重力构造：马杏垣.伸展作用7.板块构造：尹赞勋(引进)；李春昱(应用)；郭令智(应用)；王鸿珍(发展，历史+活动)；吉雄(地体学说)第一节大陆漂移一、大陆漂移学说的诞生

1915年德国气象学家魏格纳正式提出大陆漂移说。(1)人们发现大西洋两岸大陆的轮廓非常吻合，似乎大陆沿大西洋发生过裂开和漂移。魏格纳系统地作了地质古生物证据方面的搜集研究。

(2)许多动物，尤其是陆生动物，它们只能在同一大陆内迁移而不能远渡海洋。但是，在大西洋两岸许多浅海或陆地上生活的动物种属相同(历史时期)。明显的例子是二叠纪生活在内陆的爬行类--中龙，分别发现于非洲和南美洲(现也发现于南极洲)。(3)非洲高原出露的An片麻岩在巴西也有出现，明显呈带状可连。(4)非洲南部二叠系岩层组成的开普山脉向西延伸，这种岩层也出现在南美洲的布宜诺斯艾利斯；

在北半球，一条从挪威向西南延伸到苏格兰的加里东褶皱带消失于大西洋之后，在北美东海岸的加拿大和美国境内又神奇地再现。

(5)古生代冰川分布范围，明显隔海呼应。

(6)另一方面，古冰川活动的分布，对南半球各大陆曾发生分裂漂移提供了有力的证据。

石炭二叠纪的冰川活动遗迹发现于印度、澳大利亚、非洲、南美洲、南极洲。

现今南极洲位于极地位置，而远隔重洋的其它大陆分别位于热带或赤道的不同地带，现今的气候条件无法形成大陆冰川。

(7)魏格纳还参考了地球物理与大地测量方面的资料，提出了大陆漂移假说。

魏格纳认为，大约在距今150百万年前，地球表面有个统一的大陆，称为联合古陆。从侏罗纪开始，联合古陆逐步分裂成几大块，并各自漂移形成现今的海陆分布。大陆花岗岩层漂浮在玄武岩层之上，如舟行于水。

奥地利地质学家休斯进一步设想，古大陆不是一个而是两个，北半球为劳亚古陆，南半球为冈瓦纳古陆，其间为特提斯海(古地中海)。

大陆漂移说的主导思想是正确的，但这一很有希望的学说却受到宗教势力的反对，加上本身不完善而受到地质界尤其是地球物理学者的反对，沉默了20多年(?)，到50年代海底扩张理论才使其复活。

英国学者霍尔姆斯（Holmes)提出的地幔对流说：

他认为大陆漂移可用地慢热对流来解释。意思是：因为岩石导热性不良，放射性热能在地球内部发生不均匀聚积，结果地幔下层的物质受热膨胀变形而上升，地幔上层温度相对低而密度大的物质则下降，两者构成封闭式的循环流动。二、海底地质的考察

1、水探测量：是海底地质调查的基础性工作。根据水探资料，可以绘制海底地形图。现代水探测量采用回升测探仪和侧向扫描声纳等仪器。其原理是从仪器中发出某种频率的声波，传播到海底后反射回来又为仪器所接受，根据声波在水中传播速度计算出水深。

2、深潜水考察：利用潜水装置深入洋底直接观察、取样和摄影。3、海洋地球物理研究：包括洋底的地磁、重力、地震以及地热等方面的测量。

4、海底钻探取样及钻孔样品研究：通过岩芯取样探明了海底沉积物及基岩的性质、年龄、构造，并对样品进行了物理、化学方面的综合性测试工作。三、海底在扩张1、洋脊的发现：洋脊是绵延全球各大洋底的巨大山脉。2、洋脊地震带的特征：这里地震频繁，但震级低，震源浅。这说明岩石圈沿裂谷带处在不断拉张之中，持续的引张力作用导致了低震级而高频率的地震。3、洋脊上沉积物分布的特征：（1）沉积物在裂谷带中极薄，有的部位甚至缺失，向两坡方向对称式逐渐增厚；（2）洋底沉积物最厚只有500-600米；（3）洋底沉积物的年龄不超过侏罗纪。

大西洋中脊东太平洋洋隆印度洋洋脊

4、两种大陆边缘：大陆边缘是大陆与洋底的过渡地带，有两类：

（1）稳定大陆边缘：根据其海底地形分为以下单元：

1）陆架：大陆岸外的浅水水底。坡度平均0．1度，水深小于200米,宽度大。

2）陆坡：大陆架向外海延续的部分。坡度平均3-6度，水深1400米到3200米。

3）陆隆：位于大陆坡的基部且是沉积物堆积特别厚的地区，坡度小于1/400，为过渡区。陆隆大陆边缘

（2）活动大陆边缘：具有一系列不同于稳定大陆边缘的特点。在地貌上具有海沟以及与海沟共生的岛弧或山弧，不宽的陆架与陆坡，缺失陆隆。

1）海沟：位于海底边缘的一种狭长凹地，水深常超过6000米，横坡面为不对称的V字型，近洋侧缓，近陆侧陡。

2）岛弧：是一系列呈弧状展布的岛屿。

5、洋底海山及火山岛链的意义

从海山的排列及其年龄变化的规律性可以推断，地幔顶部存在着某种热源，成为热点。热点是地幔深部热而轻的物质呈柱体上升到岩石圈底部而形成的。由于热点保持着固定位置，而岩石圈板块却通过该热点向西北方向运动，故形成了洋底的一连串火山。火山的年龄必然是近热点者新，远热点者老；同时板块在移动中渐渐变冷而下沉。6、海底热流值的分配规律测定表明，海底热流值平均为1.64±1.11（HFU，下同），大陆为1.64±0.89，两者无显著不同。但是，海底不同部位的热流值却有显著差别。四、海底扩张说的提出（见书P118）20世纪60年代初，随着海底调查积累了丰富的海底地质和地貌资料，尤其是古地磁学的进展，迪茨(R.Dietz,1961)正式提出“海底扩张”的观点；接着赫斯(H.H.Hess,1962)加以深入阐述。

海底扩张作用是大洋岩石圈在洋中脊处裂开，地幔炽热的岩浆从这里涌出，冷却固结成新的大洋岩石圈，并把先期形成的岩石向两侧对称地推挤，导致大洋海底不断扩张。

另一方面，在假设地球的体积和面积不变的情况下，大洋岩石圈也必然在大陆边缘的海沟处沿着消减带向大陆岩石圈之下俯冲，消亡于软流圈中(见下图)。

第二次世界大战后广泛开展了海底地质研究：

(1)(回声)水深测量技术和深潜水考察探明了洋底地貌、地质；

(2)海洋地球物理研究，地磁、重力、地震以及地热测量使人们了解到洋底结构与组成；

(3)海底钻探取样研究。大量事实使人们认识到海底在扩张：洋底在洋脊裂谷带形成，接受分裂，并不断向两侧扩张，同时老的洋底在海沟处潜没消减，因而洋壳不断更新。第二节海底扩张的新论证

洋底的扩张是由于刚性的岩石圈块体在软流圈之上运动的结果，运动的驱动力是地幔物质的热对流。

洋脊轴部是对流圈的上升处，海沟是对流圈的下降处。地幔对流说表明，不是“舟行于水”，而是软流圈类似“传送带”的作用。

如果上升流发生在大陆下面，就导致大陆的分裂和大洋的启开。

海底扩张说的证据：

一、古地磁学的论证

1、地磁场转向年代表地质历史中地磁极的南、北极在不断交替，称为地磁场转向。地磁南北极方向与现在一致时称正向，有的时期为反向。最近3.4Ma间有三次重要转向，每次持续1Ma.现在--0.69Ma为正向；0.69--2.43Ma反向；2.43--3.32Ma正向；3.32Ma以前反向。每次转向过程1--2千年，此时磁场强度减弱。每次大转向之间还有小转向，称期，再小称事件。

2、海底地磁条带:与海底扩张作用进行的同时，从裂谷带涌出的玄武岩浆在冷凝到一定温度时应受到磁场作用而磁化，其磁化方向与地磁场方向一致。正反相间，两侧对称出现。

因而，海底地磁条带的确立就证明了海底扩张的存在。将玄武岩磁性条带宽度所代表的距离除以该条带的时间跨度就能求出海底扩张的速度。

二、深海钻探所揭示的海底年龄

1968年开始，美、法、德、日、英等国在各大洋进行深海钻探，到1978年共打了680个钻孔，钻探最大水深6,247m，钻进洋底最深1,768m.结果表明，最老的岩石不超过2亿年，而且从洋脊向两侧岩石年龄由新逐渐变老。大洋钻孔测的的岩石年龄，愈接近洋中脊,年龄愈新

三、洋中脊考察的发现

发现中央裂谷堆积着极为新鲜的玄武质熔岩。岩石具有各种形态的枕状构造。

四、转换断层的发现：洋中脊被一系列横向断裂切割。主要断裂长度可达几千km，位移(中脊)达几百km--几千km.断层的运动方向和运动性质在断层的两端发生了转换，由平错化为拉开。表现为以洋脊为界，左右两侧的地质体整体地作同步的分离运动，证明了海底扩张的存在。第三节板块构造一、板块构造概述海底沿洋脊脊轴扩张等海底知识的积累，板块构造说应运而生。从大陆漂移到海底扩张再到板块构造，被人们称为板块构造的三步曲。它立足于海底，而面向全球。要点：

1.刚性的岩石圈由巨大断裂分割成许多块体，叫(岩石圈)板块；

2.板块由于软流圈运动而运动，如传送带；

3.板块边界是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地质作用以及沉积作用的进程；板块内部相对稳定；4.板块边界：(山弧)岛弧-海沟系、洋中脊、转换断层，在大陆内部的地缝合线。前三种边界位于洋底或洋陆交接处。5.各边界运动方式：（1）岛弧-海沟系---相向运动消减作用，属聚敛性板块边界。大洋板块发生俯冲潜没，挤压引起强烈地震和构造变形。由于俯冲板块在深部被熔融而形成岩浆，就引起岛弧(山弧)火山作用与侵入作用，以及与构造变形及岩浆活动相关的变质作用。（2）洋中脊---离散性板块边界，岩石圈分裂和扩张，地慢物质涌出产生新的洋壳，生长作用。大量玄武岩浆喷发、浅源地震以及地堑型断裂活动，高热流引起广泛但轻度的变质作用(玄武岩-->绿色片岩；超基性岩-->蛇纹岩)。转换断层---沿此种边界既无板块增生，又无板块消减而是相邻板块作剪切错动。与洋脊或海沟相伴。地震和构造变形。地缝合线---特殊的消减作用边界，两个大陆之间的碰撞带。当大洋板块俯冲到最后阶段，洋壳消亡，两侧大陆碰撞拼合，由于挤压在其焊接带形成高耸的山脉，并伴随着强烈的构造变形、岩浆活动以及区域变质作用。

二、海洋的开闭旋回（威尔逊旋回）

从大陆分裂到大洋形成，然后从大洋收缩到大洋关闭和消失，是构成连续演变的过程，这一过程可以划分为以下六个阶段：

1、萌芽阶段2、幼年阶段3、成熟阶段4、收缩阶段5、结束阶段6、大陆碰撞阶段

1.萌芽阶段：岩石圈受拉力变薄。现代代表是东非裂谷.

2.幼年阶段：海洋初成，海湾式的狭窄盆地。红海、亚丁湾.

3.成熟阶段：广阔的大洋，其中部为洋脊，两侧稳定大陆边缘。大西洋。

4.收缩阶段：沿稳定大陆边缘与洋底交接带，岩石圈发生断裂，洋壳俯冲形成岛孤-海沟或山孤-海沟。太平洋。

5.结束阶段：大洋板块进一步俯冲，残留狭窄的洋盆。地中海.

6.大陆碰撞阶段：海洋消失，大陆相碰，使大陆边缘原有的沉积物强烈变形隆起成山。喜马拉雅山.三、全球板块的划分

6大板块：美洲板块，欧亚板块，非洲板块，印度洋板块，南极洲板块，太平洋板块(全为洋壳)。目前，全球划分出十多个大小不等的板块。在大板块内又可进一步划分次一级板块(中型板块)，再次小型板块。如华北板块、扬子板块，其间秦岭-大别山为碰撞造山带。东南(华夏大陆)。大别山形成过程间都是断层接触，然而它们之间的关系并非都符合洋壳俯冲与大陆碰撞模式。由此地体的概念便应运而生。四、板块的运动及其驱动力1、岩石圈块体绕球面的旋转运动板块是地球表面上的曲面体，板块的运动是这些曲面体绕各自旋转轴的球面运动。板块的旋转轴通常不与地球的自转轴重合。板块上距离旋转极远近不同的地段其运动的线速度不同。离旋转轴较近者，线速度较小，反之，则较大。为了适应和调节不同块段运动速度的差别，形成了延长方向与洋脊垂直的转换断层。转换断层呈弧形，其曲率半径向着旋转赤道方向逐渐增大。

2、板块运动的驱动力板块运动的驱动力主要来自地幔对流。板块是驮在地慢对流体之上运动的。对地幔对流存在不同认识。一种观点认为地幔对流发生在整个地幔中；另一种观点认为对流只发生在软流圈，是浅对流。理由是地幔太硬，不能整体发生对流。此外，洋脊隆起使板块掀斜产生的重力，地幔物质从洋脊轴部楔入时伴随的侧向推力，俯冲带附近冷而重的板块前缘向下沉没产生的拉力等，都可成为板块运动的驱动力。五、地体的概念从70年代中期以来，人们对环太平洋地区地质构造的研究发现，不同地区分别聚集着许多地质特征及发展历史相互完全不同的外来地质体，这些地质体被此之间都呈断层接触。地体（terrane):全称为构造地层地体---由统一而连贯的地质作用形成的地质实体，相邻地体在成因上与演化上均无内在联系并总以断层为界。

从大陆或火山弧中分裂出来的碎块，或是建筑在洋壳之上的岛屿或海山。它们驮在岩石圈板块之上随着板块的运动而移动，最终拼贴在大陆边缘上，导致大陆的增生。如现今太平洋上有一系列的岛屿，它们正随太平洋板块向西运动，今后同亚洲大陆相碰，大而轻的将被刮下来(增生)。

地体是对板块构造理论的发展，它丰富了板块构造的内容。陆内俯冲也是对板块构造理论的发展，即两个大陆碰撞后，一侧大陆俯冲于另一侧之下，继续作相向运动，发展有薄皮构造。大别山陆内俯冲。

六、板块构造理论的最新进展——大陆动力学1、复杂的大陆构造问题

大陆动力学（continentaldynamics）是