地球表面特征构造和动力系统

第二章、地球外表特征、内部构造和动力系统地球外表并不是一成不变的，地球外表形态仅仅是整个地球动力系统中一个环节。地球外表不断受到内部和外部动力过程作用而改变自己的形态。所以当我们讨论地球内部和外部发生的过程时，首先要认识其外表的特征，同时将这些外表特征或者作为限定条件，或者作为最终判别标准去研究与其有关的动力学模型。1、大陆和大洋的分布及物质组成1.1大陆和大洋的分布地球外表有两个根本的单元：海洋和大陆。地球外表70％以上为大洋;65%以上的大陆集中在北半球，在北半球有47%的陆地53%的海洋，而在南半球11%的陆地，89%的海洋;大洋是洋脊扩张作用的产物;被动大陆边缘多以盆-岭地貌;活动大陆边缘那么以高山峻岭的山脉为特征结论：大陆和大洋的分布及地形地貌都是地球动力学在地表的表现。1、大陆和大洋的分布及物质组成1.2大洋、大陆的物质组成、地球层圈结构及主要物理参数地壳物质不均一性；大洋地壳厚度薄，年龄小，质量大，以玄武质组成；大陆地壳厚度厚，年龄大，质量小1、大陆和大洋的分布及物质组成☆稳定大陆地块〔地盾/shield、克拉通/craton〕

克拉通泛指地盾或大陆上被变形微弱的沉积盖层所覆盖，自古生代以来没有卷入造山作用的大陆区，大多数克拉通最年轻的构造热事件的时限大约是1Ga。典型的克拉通是由一个或几个古老的〔2.4Ga〕前花岗质克拉通内核和变质玄武岩〔绿岩〕组成，四周环绕着年轻的线状深变质带。

克拉通化是指地壳进一步硬结到大陆地块的形成，这一过程主要是在元古宙时期，以垂向添加为主，侧向增生只发生在局部地区。2.地球外表主要构造单元及其特征☆

山系：环太平洋构造带、阿尔卑斯-喜马拉雅等，分布在构造活动带；☆

大陆边缘：性质及特征；☆

大洋盆地及边缘海性质及其特征；☆

大洋中脊〔隆〕/无震脊；☆

海沟、陆隆；☆

火山弧：分布特征？物质组成及形成过程？地壳生长机制？☆

海山及洋岛：分布特征？物质组成及特征？2.地球外表主要构造单元及其特征☆大洋中脊-全球裂谷系统；☆全球破裂带系统-转换断层；☆全球海沟系统；☆造山带；☆火山及地震带

3.全球活动构造系统及其特征地球内部经历了长期而复杂的分异演化，形成了与其它行星大不相同的的地质地形，如褶皱带、台地沉积分布与环形山岩石圈的形成、运动及其相互作用是地球大规模构造运动和地形特征形成的根本原因，也是壳幔物质不断迁移演化的主要形式4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用Structureinthemantle,byseismictomographicmodel.Blueshows“cold〞material,andredshows“hot〞material.Downwellingformeroceanicplates(blue)appeartosinktotheCMBinmostareas.Twolargemegaplumes(red)areobservedunderneathAfrica(left0ftheimage)andthePacific(centeroftheimage).4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用Modelsofmantleconvection(left)Inatwo-layerconvectionmodel,the660Kmdiscontinuityservesasabarrierforconvection(right)alternatively,subductionofcrustalmaterialcanreachthelowermantlebeforebeingtransporteduptowardagaininaplume.(FromJLassiter,1999).4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用Diagramillustratingthepossibledynamicsofanintrinsicallydenselayerinthelowermantle.InternalcirculationwithinthelayerisdrivenbyinternalheatingandbyheatflowacrosstheCMB.(fromLHBradfordetal.1999)4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用Productionofmid-oceanridgebasalt,andofoceanislandbasaltsuchasHawaii,asseenintheslab-recyclingmodel(FromANHalliday,1999).4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用地幔隆起/地幔柱→伸展作用→地壳/岩石圈减薄/裂解→裂谷/洋盆形成/岩浆作用〔洋壳体积面积增大〕→地壳沉降→接受沉积；4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用主要构造事件的开展过程／伸展构造板块会聚→挤压作用→缩短变形/岩浆作用/变质作用→地壳加厚/大陆根形成及拆沉→山脉隆升/岩浆作用→风化剥蚀作用/河流等发生强烈的侵蚀作用→提供物源构造事件的开展过程／会聚作用岩石圈根/大陆根拆沉作用→地幔物质底侵作用→地壳内部物质局部熔融→岩浆作用〔地壳剩余、地壳再造作用〕→地壳隆升→风化剥蚀作用→提供物源；板块俯冲→岩浆作用使陆壳加厚/洋壳物质增生作用〔地壳物质进入地幔再循环〕→大陆壳生长〔洋壳消减〕→风化剥蚀作用→提供物源；4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用主要构造事件的开展过程☆走滑/转换系统：转换挤压/转换拉伸→挤压冲断褶皱地层缩短/拉伸伸展断层地壳减薄→隆起或造山/断陷拉分盆地→隆起区风化剥蚀、提供物源/盆地接受沉积

主要构造事件的开展过程阿尔金走滑造山带与盆地主要构造事件的开展过程主要构造事件的开展过程郯庐走滑断层造山带和盆地Tectonicmodelfortheoccurrenceofthethreetectonio-magmaticphaseineasternTibetandsoutheasternAsia

结论可以认为自从全球板块构造形成以后，地球内部运动便纳入了板块构造体系。这是研究地球内部物质演化的一个重要前提。由此看来，在地球演化过程的不同阶段具有不同地球物质组成特征和物理状态的。4、地球深部物质运动、大地构造与地表过程的动态相互作用地球化学家基于陆壳从地幔萃取而成的认识，提出了许多重要的大陆形成、生长、再循环模式。HurleyandRand强调现代地壳体积是通过地幔新物质逐渐添加而成，间有迅速生长期，陆壳再循环相对较弱的“渐生长模式〞另一种观点那么认为陆壳总物质是在地球早期从地幔分异而成，之后发生稳定的生长与再循环作用，地幔新物质添加与陆壳再循环根本上是保持平衡的。5、地球演化过程中不同阶段地球物质组成例如，澳大利亚Pilbara的玄武岩〔3.47Ga〕地球化学研究说明[16]，玄武岩源自亏损地幔，陆壳混染物达25%，提示亏损地幔与3.5Ga前的大陆基底发生过相互作用，该区极少量的前3.5Ga岩石剩余体反映了前3.5Ga大陆基底发生有效的再循环；Sylvester等[7]利用Nb/U比值证明了西澳Yilgarn克拉通2.7Ga的玄武岩是幔源的，其性质接近现代亏损地幔(Nb/U=47)，陆壳体积与现代相当。5、地球演化过程中不同阶段地球物质组成☆陆壳是从地幔萃取而成，因而，两者之间在地球化学系统上具有互补性，如Th、U、Nb、Ta、Nb/U、Nb/Th、La/Nb、La/Sm、Sm/Nd等，在陆壳中高度富集〔亏损〕，而在分异出地壳的地幔源那么表现为高度亏损〔富集〕☆地质地球化学证据说明大陆壳是由镁铁质向长英质方向演化的，因此，最早期的地壳应该是镁铁质的，包括太古宙玄武岩和相对少量的科马提岩。如何演化？5、地球演化过程中不同阶段地球物质组成☆岩石圈地幔年龄及意义利用同位素年代学，特别是Re-Os同位素系统的研究结果说明，陆下岩石圈地幔的年龄与上覆地壳形成的主构造热事件的年龄相当，即在太古宙克拉通下岩石圈地幔年龄是以太古宙为主的，如Siberia,Kaapvaal和Wyoming克拉通；元古宙地壳之下的岩石圈地幔为元古宙的，如环Kaapvaal克拉通的元古宙地壳；显生宙地壳之下的为显生宙岩石圈地幔。6.岩石圈地幔、莫霍面与地壳演化这种“上下〞年龄对应关系说明，地壳与其下的岩石圈地幔具有成因联系，地壳特别是克拉通保持长期的稳定性主要取决于其下岩石圈地幔根的性状，并提示了地壳生长和演化可能是通过迅速的弧增生或地幔柱分异或侧向岩石圈地体增生作用而实现的。倘假设地壳与其下岩石圈地幔的年龄存在大规模的差异，那么可能与重要的构造事件有关6.岩石圈地幔、莫霍面与地壳演化如Zimbabwan和Kaapvaal克拉通之间的新太古代碰撞带—Limpopo构造带，其岩石圈地幔橄榄岩的Re-Os模式年龄为3.6Ga，Limpopo是克拉通根部上晚期的浅部地质现象，克拉通根继续向北延入Zimbabwe；如果岩石圈发生大规模的伸展作用导致岩石圈地幔被软流圈所代替或地幔根发生拆沉作用或底侵作用都可出现岩石圈地幔的局部年龄小于上覆地壳的年龄，如在Kaapvaal克拉通；在中朝克拉通东部，在中生代时期大约有100Km厚的太古宙岩石圈由于伸展作用而发生大规模的裂解〔裂谷作用〕，导致年轻富集的地幔上侵到太古宙岩石圈地幔根部，并伴随着地壳上升作用、盆地形成和大规模的岩浆作用。6.岩石圈地幔、莫霍面与地壳演化莫霍面特征及其意义地震证据说明莫霍面通常是一个起伏不平、厚度不一的带莫霍面的起伏和厚度变化对太古宙地壳的形成与演化过程具有重要的指示意义，它是地壳生长、加厚机制和壳内分异及再造作用的反映。碰撞增生过程可能产生一种复杂的Moho面结构以及由不同的地壳岩石组成，如在Zimbabwan和Kaapvaal克拉通之间的新太古代碰撞带—Limpopo构造带，由于强烈的构造变形和地壳加厚作用使得该区Moho面结构表现为起伏不平、高度复杂的过渡带。6.岩石圈地幔、莫霍面与地壳演化地球物理证据说明，除了Kaapvaal克拉通的Kimberley地区下地壳主要以中性-长英质岩石和少量的镁铁质麻粒岩相组成的特征外，Moho面是一过渡层缺乏0.5Km厚的极其平坦的突变带，在2400Km2的区域内地壳厚度变化仅为1Km。原因：平坦的Moho构造和中酸性物质组成的下地壳是通过下地壳重熔分异作用而形成，剩余地壳或许由于密度增大转入地球物理意义上的岩石