大地构造课件第五讲：板块构造理论

主讲：xx地球科学学院大地构造学第五讲：板块构造理论（二）七、板块的运动板块运动的核心是海底扩张。岩石圈板块从中脊轴部向两侧不断扩张推移，在海沟处俯冲潜没，颇如一巨大的传送带。海底扩张和大陆漂移可以用板块运动的形式表达出来。1、关于板块的刚性

在描绘板块运动时，通常认为板块具有刚性，表现在：●板块能在很长距离内传递应力，其内部并不发生显著的塑性形变；●洋底沉积物未受轻微变形，形变主要发生在板块边缘；●大陆拼接非常理想，指示板块在位移时很少形变。

但是认为岩石圈板块具有绝对的刚性是不合适的，如碰撞带大规模的褶皱变形、内陆地震、构造活动和火山作用等。2、板块的扩张增生与压缩消亡之间的补偿沿着大洋中脊轴部，地幔物质上涌形成新的岩石圈，岩石圈通过俯冲消减来维持平衡。每年新生岩石圈2平方公里，每年也有2平方公里的岩石圈被俯冲销毁。3、板块沿球面的旋转运动如果我们把板块当作刚体来处理，而且地球半径不变，那么，板块的运动严格遵循球面运动的欧拉定律⑴欧拉定律1776年，瑞士数学家欧拉（E.Euler）指出，一个钢体沿半径不变的球面的运动，必定是环绕通过球心的轴的旋转运动。在球体表面，任何一点的移动都不是沿着直线，而是弧线；如果这种移动表现为复杂的曲线形式，那么它的移动轨迹将由许多圆弧小段组成。板块的运动遵循欧拉定律（板块沿球面的旋转运动图片及两板块的相对运动图片）。板块的球面运动，遵循欧拉定律⑵求旋转极板块的旋转运动主要由板块的旋转轴的位置和旋转角速度来确定。转换断层标识出欧拉纬线的走向，沿球面作这些纬线的垂线即可得出欧拉经线，欧拉经线交点的位置，就是旋转极的位置，为此可以求出两板块相对运动的旋转极（图片）美洲和非洲板块相对运动的旋转极⑶求旋转角速度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，便可求出旋转角速度：式中ω为角速度（单位：度/年），V是线速度（厘米/年），R是地球半径，单位厘米，θ为欧拉纬度。为了检验板块绕极的旋转运动，勒皮雄以板块旋转极为投影极，作了一系列墨卡托投影图。在这种图上，经线和纬线相互垂直，都是直线（图）。4、板块相对运动速度的测定

测定相对运动线速度的方法，主要有以下几种：●瓦因-马修斯法磁异常条带的宽度和该条带时间跨度的比值●地形法洋底水深的变化是洋底年龄的函数，据此，可以从洋底水深的变化或中脊两翼的坡度求板块的扩张深度●贝尼奥夫带长度法贝尼奥夫带长度与板块的俯冲速度成正比，根据贝尼奥夫带的长度来估算俯冲的速度（图）。●大地测量法激光测距、GPS测距●贝尼奥夫带长度法5、板块的三联结合点在板块的分布图上，常可见到三条板块边界相交于一点，这个点与三个板块相邻接，叫做板块的三联结合点（或三联点）。任何一对板块间的边界总是以三联点作为端点。与三联点相接的板块边界，可以是分离型、会聚型或转换型边界。在理论上，这三类边界可组合成十六种不同的三联点。如以R代表裂谷，T代表海沟，F代表转换断层，则RRR型代表裂谷-裂谷-裂谷型的三联点，RFT代表裂谷-海沟-转换断层型三联点，余类推。

RRR型分布最广，如印度洋中脊三条分支的交点，是非洲板块、印度板块和南极洲板块之间的RRR型三联点（图）。三联点所临接的三个板块的运动，是严格地彼此关联的（图）三联裂谷的形成过程据E.J.Tarbuck,1987)三联点所临接的三个板块的相对运动的矢量和应等于零AVB+AVC+CVA=06、现代板块运动的全球图式

1968年以来，勒皮雄（1968）、摩根（1971）、明斯特（Minsteretal.,1974)等定量地描绘了全球各主要板块间的相对运动。●巨大的太平洋板块朝西北，向西缘和北缘的俯冲带推移，会聚速度在汤加海沟北部至日本海沟一带达到最大，可达9cm/a，向南和向北均递减。●阿尔卑斯-喜马拉雅造山带是另一巨型会聚型边界，直布罗陀地区欧亚板块与非洲板块会聚的速度仅为0.5cm/a，是该造山带的西界。自此向东，会聚速度增大，至喜马拉雅地区，增至5-6cm/a。再往东过渡为印度洋东北缘的俯冲边界，会聚速度达7.0cm/a。●环太平洋会聚边界把全球分成不对称的两部分，太平洋外围的欧亚板块、印奥板块及美洲板块向太平洋方向推进，后缘是大西洋和印度洋的张开；太平洋内部的太平洋板块、可可板块和纳兹卡板块则向太平洋周缘俯冲潜没，其后缘是东太平洋中隆的扩张。阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的形成，与非洲板块、阿拉伯板块和印奥板块向北朝欧亚板块推移有关，这一推移又是印度洋和大西洋扩张的结果。一些主要板块相对运动角速度表全球板块定量运动数据7、板块的绝对运动板块的绝对运动，是指板块相对于地球旋转轴的运动。如果某一系统在地史期间相对地球旋转轴的位置固定不变，那么相对该系统的运动（如热点）也可以当作板块的绝对运动。一千万年来板块的绝对运动见图，其中以太平洋板块的运动速度最大，向西偏北方向运动；印奥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；非洲板块的旋转极位于非洲板块上，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。板块绝对运动图式八、大聋洋的演卫化-威尔逊调旋回1、大洋的辞起源关于大洋论的起源问驻题，是地帆质学最重贺大的理论薄问题之一养，长期以仙来曾提出男种种假说棋。●大洋服永存说是丹纳跨等倡导言的，认头为大洋谊是原生豪的，洋剖壳形成著于地壳惠早期阶似段，大腐陆则是师后来形虫成并逐沫渐增生搂的，现子代大洋饲盆地是易大陆增呼生后原伐始大洋欧的残留极部分。●大洋案化说是前苏联挡学者别洛盘乌索夫所采宣扬的，寨认为古生算代末期以养前，全球稍都被大陆摄地壳所覆拢盖，古生薯代末至中威生代初，逆来自地幔杜的基性和梅超基性物畏质大规模峡上升，，南陆壳破裂线成块状，谷与基性超造基性岩浆乘混合，变纺质加重沉池入地幔中鼠，陆块沉拦陷之处形还成洋盆2、威尔逊脉旋回大陆漂移滨、海底扩教张和板块膨运动的概拜念，使人帽们对大洋摩成因和演创化的认识彩发生了根巾本的变化骡。新活动女论主张，列大洋的发艘生发展离塞不开岩石壮圈板块的著分离和汇投聚运动。Wil刑son首先注席意到大朴洋开合疼的不同栏发展趋张势，将痒大洋的咱演化归交纳为6个发展冻阶段（图片和表），称为肉威尔逊旋睬回。可见，大驾洋的演化微呈现为张省开和关闭贞的旋回形驰式。由于搞大洋盆地删是全球最泊大的构造-地貌单吨元，大批洋开闭院的发展颠旋回主替宰了地姜球表层第活动和兆演化的锦全局。大洋盆柴地演化炒旋回中厅的各个降阶段及德其特征大洋盆地蚀演化旋回煌中的各个炒阶段图ⅠⅡⅡⅣⅤⅥ3、威尔逊者旋回对大术陆构造分余析的意义●一个威尔腹逊旋回2亿年，意钳味着相邻猫的大陆在积相同时限逃内发生过距大致相同董幅度的水班平运动，庆从而它所尾经历的自拴然地理环兼境、距离迎特定板块总边界的远虑近、以及迫由此导致袖的深部热强体制、地裤壳结构也丑必然会发际生深刻的牙变化。●大洋演样化可导简致海平念面的变追化，大颂洋盆地役演化前搜期，海菊底扩张跟作用建丘造起庞虽大的中孝央海岭夫，造成浑海平面马上升。问晚白垩切纪和早棚古生代传的海平姥面上升鼓就认为梅与此有敬关。●大洋演化群始自大陆雹岩石圈的涝拉伸变薄窄，最后转筝化为挤压侍增厚体制角而结束，喉在地质记间录上表现作为大陆裂滔谷、大陆盘边缘和挤尘压碰撞带饭等地球动嫂力学环境年的更迭，场本身构成需了一个完钉整的构造忠旋回。4、大洋现副今的活动横趋势目前，大煮西洋和印尾度洋在扩尸张，太平闪洋在收缩折（图），这个是联合剥古陆破专裂四散采分离的户继续。虫大西洋壤、印度车洋周缘誉的被动筹大陆边羽缘，不借是板块赚的边界叔，相邻根的洋底题和大陆撒是作为串同一板退块移动努的，故财大西洋先、印度令洋周缘幼的大陆兵被扩张储着的洋柳底推动衰着，主是要是向箱外侧推您移。相拥反，太划平洋周韵缘诸大求陆漂移闪的方向状都是指狼向太平今洋内部丙的。一个大陆欣，相对于叛大陆漂移侍方向而言盆，有前缘短和后缘之念分，美洲阀大陆的前窜缘是陡峭览的活动大娃陆边缘，惯后缘则是务宽缓的被抗动大陆边愧缘（图）。随饱着美洲乎大陆向源西漂移凡，前方免的太平舒洋趋于减收缩，荷后方的肯大西洋容逐渐张哑开。●大洋现今溉的活动趋袄势●大洋现今渐的活动趋员势九、热崖点-地幔柱假贤说1、无震海主岭在大洋中尺，绵延着掘一系列线丛状延伸的既火山性海建岭。其上折无中央裂太谷发育，肝也不见横至断海岭的犁转换断层态。北太平络洋中的虾夏威夷愧海岭和栽天皇海为岭，研貌究比较筐详实，填往往被牧当作火矮山海岭消中的样萍板。夏粪威夷海谎岭上的210多座火山[喷溢火山石的照片]，年龄魔显示出挽有规律倒的变化碗，向东联南方向竟依次变渐新（海岭立体获排列图片悠和年龄变阁化图片）。2、热点威尔逊弯注意到分海岭火畏山年龄泽的递变派现象，书提出了稼热点假论说。热悔点处于遗地幔中患，其位已置大体捡固定，胀当岩石喷圈跨越策于热点渴之上时购，板块帖仿佛被“烧穿”了，形男成火山直中心。宋在热点司除不断孕地形成离火山，罪而板块级不断地妙跨过热小点。这脏样不断纸地“推陈出迟新”，便发草育成由熊新到老影的一串侄火山链[图]。天皇海岭着和夏威夷暴海岭之间生有一明显室的转折，伪表明太平收洋板块的束运动方向发发生过变矮更，这一茄转向大约石发生在4000完年以前夕（图）。除太平愁洋外，修大西洋析、印度需洋以及甲陆上出食现玄武状岩火山亡活动的屑一些地龟方，也循有热点章活动的肯踪迹（图）火山链热坚点形成模剩式图(据E.J摆.Ta铲rbu书ck,俩198姿7)由热点形碍成的无震炊海岭●地球表略面热点诞分布3、地幔泥柱假说为了解释腾热点的形贤成，摩根活（197哑1）提出了脖地幔柱假域说地幔柱灿是源于地趴幔深部的震圆柱形上鹊升流，它冤携带地幔坛物质和热趴能直至地名幔上层，坚在岩石圈民和软流圈施分界处四损三外流，外它的位置鸣大体固定乔于地幔中絮。热点处时的火山活妇动就是地准幔柱物质顾喷出代表蕉的反映（图片）。据猛摩根的田看法，奸地球上鸽的地幔松柱总共音不过二农、三十栏个（见下热点分命布图片）。热点-地幔柱抵假说为揉解释板渠块内部口的火山泥和构造锡活动，托为描绘秧板块的壁绝对运眨动，以朽及阐明梁火山海摇岭的定待向排列队和年龄湿递变等界一系列改现象，异开辟了则有益的筝途径地幔柱示锋意图十、板块俩的驱动机得制岩石圈下奸面软流圈沃的存在是换板块运动飞的物质基盆础。板块乞驱动机制糟中讨论最壤多的是地眠幔对流，朝后来又提林出一些不治同的假说勒。1、地幔差对流说板块运动冲的地幔热贴对流假说芦是被多数不地质学家帅所接受的握假说。热睁而低密度假的地幔物化质上涌，每在岩石圈哗处向两侧缺扩展成为孕平流，平伍流过程中展由于热传盏导使之变躲冷，冷而伶重的物质拔沉入地幔深深处，在厦深处重新围加热再升色起，如此红往复循环汽（图片）。地幔对竿流模式横图地幔的眉对流有蒜三种模既式：●深地幔当对流模蜜式（图a）对流发午生于下唯地幔或得整个地愚幔内，肉对流热向量来自唉地核。●浅地幔喝对流模联式（图b）对流发生善于上地幔阁的软流圈呜中，热能滑来自放射煎性衰变。●深浅地赶幔对流奖相结合兆的热柱删对流模念式（图d）认为由役液态外命核供给枪热