主要的大地构造学说演示文稿

主要的大地构造学说演示文稿目前一页\总数三十九页\编于十七点主要的大地构造学说目前二页\总数三十九页\编于十七点第四章、主要的大地构造学说目前三页\总数三十九页\编于十七点1、地槽、地台学说2、板块构造学说3、地幔柱构造说4、中国主要大地构造学派简介目前四页\总数三十九页\编于十七点3、地幔柱构造说地幔柱构造说，是一种地球内部物质运动方式和全球动力学假说，是以支配地幔大部分领域的地幔柱垂直流作为物质主要流动形式的大地构造学(Maruyama，1994)。地幔柱构造说的研究者称，地幔柱构造说是继大陆漂移和板块构造说之后人类认识地球的第三次浪潮。目前五页\总数三十九页\编于十七点1、地幔柱构造地幔柱构造，是地幔中受几个大的、垂直的地幔柱流控制的动力学区域(Maruy-ama，1994)。这几个大的、垂直的地幔柱流就是目前南太平洋、非洲两个上涌的热地幔柱和中亚一个下降的冷地幔柱，它们占地幔体积的3/4，在地幔主要部分起支配作用，控制着地幔之上的热作用和构造再造等动力学过程。目前六页\总数三十九页\编于十七点地幔柱构造中并存的热地幔柱和冷地幔柱的运动，是地球演化各阶段地幔物质的主要运动形式，导致前寒武纪超大陆解体-聚合旋回，驱动显生宙板块运动，引起地球各圈层相互作用，特别是壳一幔相互作用。热地幔柱、冷地幔柱的对流，是地球内部热传导的主要形式，并且可能贯穿于地球的整个演化过程。热地幔柱的上升，导致岩石圈减薄和超级大陆解体，以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构造体制转化，对应着热点、裂解的超级大陆、大陆裂谷、大洋扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥离断层等各种张性-引张-伸展-离散环境；冷地幔柱的下降，引起超级大陆聚合、大陆裂谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山，以及大洋岩石圈向大陆岩石圈构造体制转变，对应着大陆聚合、俯冲、逆冲推覆、碰撞造山等各种汇聚-碰撞-挤压环境。地幔柱构造目前七页\总数三十九页\编于十七点一、热地幔柱和冷地幔柱的概念1．热地幔柱热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱。P波层析成像（Fukao等，1994）显示，热地幔柱有D”层和400km深度的上地幔两个来源。来源D”层的热地幔柱又有两种类型，一种是底面直径约为5000km超级热地幔柱，一种是底面直径小于500km的小热地幔柱起源于D”层、直径达5000km的热地幔柱，目前全球共有两个，分别位于南太平洋和非洲下面。一般认为，太平洋的形成与南太平洋热地幔柱的活动有直接有关，是罗迪尼亚超级大陆在600~700Ma前由北美、西伯利亚和澳大利亚之间通过的RRR型板块三联点（图6-2）扩张形成的。目前八页\总数三十九页\编于十七点一、热地幔柱和冷地幔柱的概念非洲热地幔柱是导致200Ma前非洲大陆从冈瓦纳大陆裂解出来的热地幔柱，它与其他几个也源于核一幔边界的热地幔柱共同组成中央泛大陆热地幔柱链（图6-3）。大西洋的形成和这个热地幔柱链有关，大西洋中脊可能由其中的某个热地幔柱产生。冈瓦纳大陆目前九页\总数三十九页\编于十七点一、热地幔柱和冷地幔柱的概念2．冷地幔柱

冷地幔柱是由滞留在上、下地幔界面附近的板片构成的下降地幔柱，是不保持刚性板块形状而以巨石状下落的物质移动。研究表明：在670km深度，俯冲板块受到下地幔黏度增加和相变吸热等因素的影响会产生强大的阻力，使板块近似水平地暂时滞留在670km深的不连续面上。滞留的板块随时间生长，并在其超过临界体积时开始塌陷。滞留的板块形态有东北日本型、巽他型、特提斯型和南极型四种类型（图6-4）。目前十页\总数三十九页\编于十七点①东北日本型，俯冲板块从地表连续至670km间断面，并且由于厚度增加，部分板块已插入到670km间断面的下面；②巽他型，板块从地表连续插入下地幔，达到1200km深度；③特提斯型，板块与上面不连续，一个大的块体正在下沉至1000-1500km深度，它大致与从阿尔卑斯经中东至喜马拉雅地区的板块边界平行；④南极型，现代无活动的俯冲板块，在670km处滞留的板块是100Ma前板块俯冲造成的。这四种板片形态类型揭示了板块俯冲、滞留聚集和最终塌陷沉没的命运。俯冲板块最终塌落在地核表面上，形成冷地幔柱。一、热地幔柱和冷地幔柱的概念目前十一页\总数三十九页\编于十七点一、热地幔柱和冷地幔柱的概念当大陆从周围聚集形成超级大陆时，在超级大陆下面必然蓄积有大量沉没的板片。亚洲下面的冷地幔柱，就是那时聚集在670km深度附近的大量滞留板片塌陷到下地幔中形成的。冷地幔柱一旦形成，上地幔内的大规模地幔对流将受其强烈控制。漂浮在上地幔上的所有大陆都将朝向冷地幔柱移动，最终所有的大陆会集结在一起，在地表形成一个超级大陆。冷地幔柱的寿命估计为400~500Ma，如果目前的板块移动再继续250Ma，围绕亚洲大陆会形成一个新的超大陆。【根据晚古生代期间亚洲大陆的古地理重建图推测，早一中二叠世，亚洲大陆还未形成，俄罗斯、西伯利亚、哈萨克斯坦、华北、华南、塔里木、印支等古板块和一些更小的微古板块分散在目前亚洲的位置上】目前十二页\总数三十九页\编于十七点

板块进入地幔转换带有面状和线状两种方式。面状方式是一种大面积或大区域范围内供给大量板块的方式，地幔中的冷板块是通过地表俯冲板块提供的。根据中亚是由9个以上大陆碰撞、拼合形成的，可以推断，在此时期会有大量板片滞留在亚洲大陆下，正是这些大面积的大量板片形成了一个冷地幔柱进入下地幔。线状方式是一种沿条带供给板块的方式，主要指冷板块沿俯冲板块边界连续不断地供给。线状供给可诱发一条带状排列的冷地幔柱链，特提斯和环太平洋地区的板块消亡地就是实例。当一冷地幔柱接近核一幔边界层时，边界层上的低密度物质被挤出其位置，在此位置附近，热地幔柱被诱发生长并持续。冷地幔柱挤压核一幔边界层的方式有围绕式挤压和带状挤压两种。地核中的动力作用是由下落的巨石，即冷地幔柱引起的，冷地幔柱也引起D”层的超上涌流。所以，地球动力学运动最基本、最重要和最本质的原因是冷地幔柱。

一、热地幔柱和冷地幔柱的概念目前十三页\总数三十九页\编于十七点二、地幔柱构造体系及其特征地幔柱构造体系是指地幔柱构造作用过程及其产物所构成的有机整体，包括热地幔柱和冷地幔柱两个构造体系，分别构成引张构造体系和挤压构造体系。热地幔柱构造体系热点大陆裂谷大洋扩张冷地幔柱构造体系前寒武纪硅铝壳造山显生宙硅铝壳／洋壳造山地球深部起源于地球深部的热地幔柱和返回地球深部的冷地幔柱，直接制约和决定了地球演化各阶段引张和挤压两大构造动力体制，从而制约和影响着地球浅部的各个圈层。热地幔柱和冷地幔柱之间的相互制约与转化，又决定了引张和挤压两大构造动力体制的相互制约与转化，呈现出热点、大陆裂谷、大洋扩张等引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演化和复合叠加。目前十四页\总数三十九页\编于十七点二、地幔柱构造体系及其特征（1）热地幔柱一个突出的特点，是具有多其次脉冲的旋回性，主要表现为热点、大陆裂谷、大洋扩张三大构造系统自身产生-发展-消亡的多期次旋回性——与威尔逊旋回有关；（2）热地幔柱构造体系的另一个特点，主要表现为热点、大陆裂谷、大洋扩张三大构造系统之间在相同或不同地址时期的复合与叠加，以及三大构造系统自身旋回性所表现的构造作用及时空演化产物的复合与叠加。

冷地幔柱主要表现为超级大陆的聚合，主要与大规模地幔下降流-冷地幔柱引起的全球大规模造山挤压构造体系相对应，具有明显的构造局限性。而且，在冷地幔柱构造演化过程中，往往具有由冷地幔柱构造作用引起的次级局部热地幔柱构造作用的复合与叠加。冷地幔柱构造体系主要包括显生宙硅铝壳一洋壳造山构造系统和前寒武纪硅铝壳造山构造系统，前者又包括硅铝壳／洋壳碰撞造山构造亚系统和洋壳俯冲岛弧构造亚系统。热地幔柱构造体系特征冷地幔柱构造体系特征目前十五页\总数三十九页\编于十七点二、地幔柱构造的多级演化在空间上，地幔柱构造可分为三个层次：①近地表的表皮板块构造；②中间的地幔喷流柱；③深部的地核生长构造。地幔柱从核一幔边界(2900km)的D”层上升并颈缩变细，到达地幔的中部后向上地幔底界(670km)逐渐扩展(图6-6)；在上地幔底界(670km)附近，巨型地幔柱停滞并分裂或分支成有一定间隔的二级地幔柱（地幔亚柱）；二级地幔柱向上喷涌并再次变细，到达岩石圈底界(100km)再次扩展，二级地幔柱沿板块的断裂或薄弱地带再分裂成三级地幔柱（幔支构造），或随着在岩石圈内浮力和热能的耗尽而平息。目前十六页\总数三十九页\编于十七点2、地幔柱构造说与板块构造说的关系

板块构造说与地幔柱构造说的区别主要有三个方面：①板块构造主要涉及地球岩石圈的构造运动，而地幔柱构造提供了一种解释固体地球不同圈层间相互作用的动力学框架，板块作为一刚性固体块体起作用的区域，是沿消减板块边界浅于670km、沿发散板块边界浅于150km处，而地幔柱构造则在岩石圈下面的软流圈和中圈内起控制作用，地幔柱构造作用还涉及地核；②板块构造主要讨论板块的水平运动，而地幔柱构造主要讨论地幔内部的垂直运动；③板块构造说对发生在板块边界的现象能作出很好的解释，对远离板块边界的现象，如大洋火山链和大陆溢流玄武岩，则不能很好解释，而地幔柱构造说能对火山链和大陆溢流玄武岩之类的现象作出很好的解释。目前十七页\总数三十九页\编于十七点2、地幔柱构造说与板块构造说的关系地幔柱构造与板块构造之间的关系表现为，在俯冲带未发育时，板块构造受地幔柱构造控制，如大西洋就是由中央泛大陆超地幔柱链的上涌而张裂的，大西洋内的板块驱动力可能是核一幔边界成因的地幔柱(图6-7)；当俯冲带发育时，板块构造就不受地幔柱构造约束，如在北面有俯冲带的印度洋和两侧都有俯冲带的太平洋中，洋中脊与超地幔柱没有关系。目前十八页\总数三十九页\编于十七点从行星的构造演化角度看，地幔柱构造和板块构造在地球构造演化的不同时期所起作用的重要程度不同。地球形成后不久也具有高温表面，初期地球也不存在刚性板块，这个时期地幔柱起着更重要的作用。地幔柱的作用形成地球刚性岩石圈之后，板块构造才起重要作用，但即使在这一时期，地幔柱构造仍起重要作用。因此，与板块构造相比，地幔柱构造在地球形成和演化过程中起着更重要的作用。2、地幔柱构造说与板块构造说的关系目前十九页\总数三十九页\编于十七点地幔柱构造说可对威尔逊旋回重新解释如下：因超级地幔柱的上涌，超大陆裂开（图6-8a）；分离的大陆随时间移动到超大洋内，并任意散布在其中；在大陆分散期间，俯冲带在地球表面相当任意地发育，它们提供冷物质（板块）进入地幔，成为位于670km深度处的停滞岩块；冷物质适时地发生周期性重力塌陷，在下地幔形成任意分布的下降流；一旦吞没了较小规模冷地幔柱的巨大而规则的下降流形成，所有大陆岩石圈就会朝冷地幔柱移动，形成一超大陆，并且俯冲带将环绕此超大陆发育，最后形成一条位于超大陆旁的链。如200Ma前的劳亚古陆，由于停滞岩块具有随时间下沉的趋势，在超大陆核部可产生巨大的克拉通沉积盆地（图6-8b）。下沉岩块挤压的结果，一条热超地幔柱可在超大陆的核部发育（图6-8c）。目前二十页\总数三十九页\编于十七点3、地史时期的地幔柱

受地幔柱控制的大规模岩浆活动，当岩浆喷出地表时就形成分布面积十分巨大的暗色岩系（以溢流玄武岩为主）区，一般认为：大型火成岩省是地幔柱巨大的“蘑菇”状顶冠到达地表形成的。大型火成岩省的特点是成分上以基性岩为主，体积巨大，出露面积多数大于1×106km2，而且这些熔浆主要在3Ma甚至<1Ma的短期内喷发。

注：火成岩省（largeigneousprovinces,缩写为LIPs）是近年来国际地学界关注的研究方向，含义是指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造。它们在很大程度上与来自深部的地幔柱活动有关,是地幔柱岩浆活动的直接产物。目前二十一页\总数三十九页\编于十七点3、地史时期的地幔柱研究地史时期的地幔柱，特别是要判断地质历史比较久远时期存在的地幔柱，常常碰到证据被破坏或证据不够充分的困难。相比之下，中生代以来的几个超级地幔柱的证据比较多，公认程度比较高。根据侏罗纪早期（200Ma左右）北美洲、南美洲和非洲发育的中大西洋火成岩省的火山活动中心、岩床和放射状岩墙群的分布，Condie(2001)推断在三大洲之间存在一个超级地幔柱，正是这个超级地幔柱使潘基亚大陆裂解（图6-9）。目前二十二页\总数三十九页\编于十七点3、地史时期的地幔柱在非洲、南极洲和南美洲之间存在一个规模巨大的南大西洋溢流玄武岩省，包括卡罗、弗拉尔和乔艾克三个火山活动中心。马尔维纳斯（福克兰）群岛周围的这三个玄武岩的火山活动中心，构成一个巨大的超级地幔柱。正是这个地幔柱造成的板块三联点，使冈瓦纳大陆发生了初始的裂解。目前二十三页\总数三十九页\编于十七点3、地史时期的地幔柱对比全球大地水准面的异常隆起和利用地震波计算出来的核幔边界起伏的资料，以及利用洋底磁条带所推算出来的地壳增生带的分布，Pavoni(1997)推测，中侏罗世180Ma以来，非洲和太平洋板块的深部存在超级地幔柱（图6-11）。非洲板块太平洋板块目前二十四页\总数三十九页\编于十七点4、白垩纪中期超地幔柱的地质效应

白垩纪中期，作为超地幔柱地质效应的一系列全球性异常事件主要有地磁正极性超时、全球洋壳增生率陡增、古温度升高与海平面上升、黑色页岩沉积与全球石油资源剧增和生物群体灭绝（万天丰，2004；图6-12）。一、地磁正极性超时：在地质历史时期，地磁场的正、负极性频繁地发生倒转，长期处于某一极性而不发生倒转属于异常事件二、全球洋壳增生率陡增：根据洋脊扩张速率的增加和大洋高原的年龄分布计算地球大洋地壳的体积，得出过去150Ma大洋地壳生成率在120~80Ma期间增加了50%-75%。三、古温度升高和海平面上升四、黑色页岩沉积和全球石油资源剧增：全球已知石油的60%生成于112~88Ma期间（Irving等，1974）五、生物群体灭绝：Larson(1991)则认为，是白垩纪超地幔柱的强烈活动造成玄武岩火山作用广泛发生，使全球气候剧变，导致大量生物灭绝。目前二十五页\总数三十九页\编于十七点4、中国主要大地构造学派简介中国地大物博，地质现象非常丰富。20世纪50年代后期至60年代初是我国大地构造学蓬勃发展的时期，这一阶段早期全盘接受了地槽地台说，晚期强调中国地质特殊性的大地构造学说大批涌现，出现了以李四光为代表的地质力学，以黄汲清为代表的多旋回构造说，以张文佑为代表的断块构造说，以陈国达为代表的地洼构造说，以张伯声为代表的波浪镶嵌构造说。目前二十六页\总数三十九页\编于十七点1、地质力学地质力学由李四光创立，它从观察地质构造的现象（构造形迹）出发，分析地应力分布状况和岩石力学性质，追索力的作用，从力的作用方式进而追索地壳运动程式，并结合海水进退规程，探索地壳运动的规律和起源。它研究地壳运动产生的各种形变的规律及其引起的物质变化规律，以及二者间的相互关系。目前二十七页\总数三十九页\编于十七点1、地质力学

地质力学强调：①任何一种地壳构造运动的正确假说，都必须能够完满地说明客观地质现象，必须接受客观地质构造实际（和水圈变化）的严格检验，地质构造是探索地壳构造运动的主要研究客体；②各种地质构造大都是力作用的直接结果，它们都有一定的力学属性和力学本质，查明地质构造的力学性质就成为首要的基础性工作；③任何地质构造现象都不是孤立存在的，在它的发生和发展过程中，必有其不可分割的伴侣，成群成带相伴出现的地质构造现象的总体构成统一的构造体系。现已认识的构造体系，可划分为纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系三大主要类型。这些构造体系主要是地壳的水平运动（经向的和纬向的）造成的，而地球自转速率的变化是发动地壳水平运动的主因。目前二十八页\总数三十九页\编于十七点1、地质力学主要内容和一些基本概念：构造要素：构造地块：构造体系：构造等级：构造序次：构造复合：构造联合：构造应力场：

李四光(1926)在《地球表面形象变迁之主因》一文中，首开将力学原理引入地壳运动问题研究之先河，并为创立地质力学奠定了基础。地质力学认为：发生以水平运动为主导的地壳运动之主因，是在重力控制下的地球自转离心力时而增大或减小的作用；而地球自转和自转角速率变化引起的离心惯性力的水平分量和纬向惯性力，则为其主要动力来源。但也不能忽视地热场和放射场等其他场能量互相转化及其对地壳运动发动过程的作用和影响。

目前二十九页\总数三十九页\编于十七点2、多旋回构造说黄汲清多旋回构造说，亦称多旋回造山运动说。黄汲清(1945)提出，一个褶皱带（造山带）的形成往往经历了多旋回造山运动，即多旋回的发展。后来发现，多旋回造山运动是地槽特别是优地槽发展的一般规律。在地槽发展的全部过程中，不仅构造运动是多旋回的，而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成矿作用也是多旋回的，此即地槽发展的多旋回观点。一般说来，每一旋回先出现基性超基性岩，之后地槽部分褶皱并有花岗岩侵入，随后碱性或偏碱性岩浆出现，形成一个构造岩浆旋回。这样的旋回可出现若干次，然后地槽系才全部褶皱封闭。世界上许多地槽系都是多旋回发展的，典型实例有中国的秦岭地槽系和天山地槽系，澳大利亚的塔斯曼地槽系等。目前三十页\总数三十九页\编于十七点2、多旋回构造说概括起来，多旋回包括多旋回沉积建造、多旋回岩浆活动、多旋回褶皱带、多旋回深断裂、多旋回成矿、多旋回发展的生物界、多旋回的冰期，甚至连板块活动也是多旋回的。多旋回构造的原因:中国的多旋回构造现象比较典型。中国大陆地壳的块状结构十分清楚，各块体之间的分界一般是长期发育的深断裂带。这不仅是地壳表层物质运动的反映，更重要的是深部特别是上地幔物质运动的反映。将深部与地表特征综合分析，中国境内可划分为三大块体，分别称之为古亚洲构造域、滨太平洋构造域、特提斯一喜马拉雅构造域。三大构造域的发生、发展、交切、复合控制了古生代以来中国大地构造的发展，也是形成多旋回造山运动的原因之一。目前三十一页\总数三十九页\编于十七点张文佑3、断块构造说

断块构造说是一种阐述地球岩石圈块断结构及其运动规律的假说，由张文佑于20世纪50年代提出。应用地质力学分析和地质历史分析相结合的方法，研究形成与形变、建造与改造以及断裂的力学机制及其与褶皱的伴生关系等，并侧重研究地球上部岩石圈的块断结构。目前三十二页\总数三十九页\编于十七点3、断块构造说断块构造说认为，岩石圈被断裂分割成大小不等、深浅不一、厚薄不同和发展历史各异的断块，由此构成岩石圈的多层、多级和多期发展的断块构造格局。断块分为岩石圈断块、地壳断块、基底断块和盖层断块四个等级；边界断裂按其深度规模和地球物理特征，也可相应地分为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂四个等级，还有一种层间滑动断裂。断裂的形成和发展过程，由剪切开始、拉张完成，即首先形成共轭剪切断裂网络，继而形成锯齿状张断裂。断块不仅沿断裂面滑动，而且也沿着软流圈、莫霍面、康拉德面、变质基底与盖层界面滑动。沿断块边界断裂面产生错动和沿断块的顶底而产生层间滑动，是岩石圈层状块体相对运动的两种基本方式。浅层构造受深部断块运动所控制，深层构造又受浅层构造的影响；基底断裂常可控制盖层褶皱，盖层褶皱也可影响基底断裂。大陆和海洋是可以互相转化的，大陆型地壳在拉开作用下可形成地堑，产生小海洋到大洋，而大洋型地壳在挤压作用下，也可挤压成岛屿或陆缘山脉，变成大陆。目前三十三页\总数三十九页\编于十七点3、断块构造说构造应力场产生的基本原因是地球内部的热力和重力所引起的胀缩交替作用，加上外部天体的影响、地球自转角速度变化和地球自转轴摆动的不均一性对地球的影响等，是大地构造形成、发展的主导原因。驱动断块运动的力源是一个复杂的问题，断块构造说认为地球内部的热力作用所引起的膨胀（并使比岩石圈物质重的地幔物质向外运移）和重力作用引起的收缩（并使重的物质向内聚集）是地球演化过程中的一对基本矛盾。在地球演化的各个地史阶段中，有时热力作用成为矛盾的主要方面，有时重力作用成为矛盾的主要方面。但迄今科学所积累的事实还不足以彻底解释断块构造运动的驱动力源。目前三十四页\总数三十九页\编于十七点地洼构造说，又称活化区学说或活化构造学说，陈国达1956年提出。它的主要内容包括：①阐明一种新的大地构造单元（第三构造类型，活化区即地洼区），地洼构造说认为，地槽说把地壳构造划分为地槽区（活动区）和地台区（稳定区），后者由前者转化而来的看法符合中国东部中生代以前的地质实际，但从印支或燕山运动开始“中国地台”已大部分先后衰亡，地台经活化转化为新型活动区即后地台阶段的新构造单元，而不再是地台区，也不是“准地槽”，故名活化区(1956)或地洼区(1959)；②提出地壳动“定”转化递进说，认为中国东部自印支运动或燕山运动以来已进入新的阶段即地洼阶段，地壳是通过活动区与“稳定”区互相转化螺旋式发展的，叫地壳动定转化递进律；4、地洼构造说陈国达目前三十五页\总数三十九页\编于十七点③提出成矿理论，认为不同大地构造单元各有成矿专属性，地洼阶段是一重要成矿阶段，有色金属、稀散元素、放射性元素及其他金属等矿床特多，后成构造单元可继承先成构造单元的矿产，形成成矿叠加，地洼区是出现最晚的构造单元，故矿种、矿床类型丰富多彩，先成矿床可受后阶段成矿作用的叠加