大陆边缘构造课件

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大陆边缘构造23.4大陆边缘构造1、稳定型陆缘构造——（1）特征，（2）主要类型，（3）形成与演化

2、活动型陆缘——（1）特征、类型、空间分布（2）岛弧的主要类型，（3）安第斯亚型大陆边缘，（4）岛弧型大陆边缘，（5）形成与演化3、转换型陆缘——（1）主要特征与空间分布，（2）形成与演化4、双变质带和弧后扩张3

在挤压型板块边界，由于在板块接触带温度和压力分布而形成的高压低温和高温低压两种变质带，被称为双变质带。双变质带通常成对出现，形成时代大致相同（若有早晚，高压带比高温带稍早），两者之间通常被一条完全未变质的岩带分开；也有直接接触者。高温低压变质带低温高压变质带3.4大陆边缘构造4、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

44、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

4、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

3.4大陆边缘构造麻粒岩相

绿片岩相

角闪岩相

蓝片岩相

榴辉岩相

高压低温

低压,高温

逐渐降低

5高压低温变质带高温低压变质带部位海沟靠陆侧火山弧上成因20-30km深，俯冲带浅部和两个板块对冲的地方，压力大但温度不高，变质岩为蓝闪石片岩。挤压、剪切构造发育，常与混杂堆积体和蛇绿岩套伴生。T:250℃-400℃、P:5-7kbar。火山弧下方较深部位高温高压环境的岩浆运移至较浅部位，过渡为高温低压环境，深度>10km。火山弧岩浆岩和沉积岩变质形成高温低压变质带。常与花岗岩、花岗闪长岩及中酸性火山岩相伴。特征矿物兰闪石,硬玉、硬柱石、绿泥石等。红柱石、矽线石、兰晶石出露原因抬升，或被逆推到高处；若俯冲减缓或停止，海沟地带在均衡补偿作用下隆升，剥蚀。岛弧区隆升引起地表层强烈剥蚀分布既可以发现于现代俯冲带，又可以在大陆内部造山带（古俯冲带及古板块边界）发现。4、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

4、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

3.4大陆边缘构造6形成时代：多为中生代和早第三纪，中新世以来的尚未出露地表。分类：据位置分为陆缘双变质带（安第斯陆缘）；岛弧双变质带（千岛和日本东北）等。研究意义：其排列反映了沟弧体系的位置关系，标出了沟弧体系的极性，从而可推测古俯冲带的倾向。同时高压低温变质带还大体标志古俯冲带出露地表的位置4、双变质带和弧后扩张——（1）双变质带

3.4大陆边缘构造7沿西太平洋边缘分布的一系列弧后盆地的成因是一长期令人费解的问题。自海底扩张学说问世和大量的调查资料获取之后，人们注意到这些弧后盆地：水深多在2000—4000m，生成年代多较岛弧及其相邻的大洋盆地年轻，张性断裂发育，地壳厚度介于大陆和大洋地壳之间，地壳活动强烈，热流值高。不难使人们想到弧后盆地在成因上必然与沟弧系统有关。

4、双变质带和弧后扩张——（2）弧后扩张

日本海中国东海中国南海白令海马里亚娜海鄂霍茨克海菲律宾海3.4大陆边缘构造8

Dietz(1961)首先提出了“弧后扩张”(Back-arcspreading)的概念。人们也开始在沟-弧系统中加入了弧后盆地，出现了“沟-弧-盆系统”的概念。弧后扩张是指由于大洋岩石圈板块的俯冲作用，打乱了弧后区地幔的平衡而产生次生地幔对流，并引起的弧后海底扩张作用。4、双变质带和弧后扩张——（2）弧后扩张

3.4大陆边缘构造95、蛇绿岩套

蛇绿岩套是指在层序上有规律组合在一起的一套岩石的总称。完整的蛇绿岩套剖面自下而上包括：（1）以橄榄岩为主的超镁铁质杂岩，遭受强烈蚀变后的蛇纹石化橄榄岩或蛇纹岩；（2）辉长岩为主的结晶堆积体；（3）辉绿岩玄武质为主的岩墙群；（4）以拉斑玄武岩为主的枕状熔岩。熔岩顶面与深海沉积物穿插和被覆盖。3.4大陆边缘构造105、蛇绿岩套

1927年，

首先发现并提出“三位一体”的蛇绿岩套：主要由蛇纹石化橄榄岩和少量辉长岩、玄武岩组成的岩石群体，强调它们与深海远洋沉积的放射虫硅质岩密切共生。

Hess(1955)建议将蛇纹岩、基性火山岩、燧石岩的组合称“斯特曼三位一体”，表示是它们紧密的共生组合系列，代表了优地槽的产物以及消失了的洋壳残片。

1959年,Brunn首次提出把蛇绿岩的研究与大西洋中脊进行相类比，认为是与板块扩张轴和海底环境有关联的深海沉积物以及基性和超基性火成岩集合体。3.4大陆边缘构造115、蛇绿岩套

自板块构造理论建立以后，才对蛇绿岩套的成因有了较合理的解释：是在陆缘板块俯冲带附近由于海洋岩石圈的俯冲或逆冲而遗留的海洋地壳残块。经对比，海洋岩石圈与存在于造山带中的橄榄岩－辉长岩－辉绿岩－枕状熔岩相似。说明古老的造山带中存在有残存的洋壳。沉积物枕状玄武岩席状岩墙辉长岩闪长岩3.4大陆边缘构造12被动陆缘褶断带陆缘增生杂岩带岛弧岩浆杂岩带蛇绿岩带

现代蛇绿岩概念——包括洋壳和上地幔的一系列岩石（如玄武岩、辉绿岩墙群、辉长岩、斜长花岗岩、超镁铁岩及地幔橄榄岩）的组合，代表消减或增生的大洋岩石圈碎片，但并非“正常”的大洋岩石圈。多形成于与现代岛弧、弧后盆地、转换断层以及小洋盆类似的环境。强调“地幔橄榄岩”和“洋壳顶部的玄武岩和辉绿岩墙”的共生。5、蛇绿岩套

3.4大陆边缘构造13混杂堆积——在板块俯冲作用下，不同时代、不同性质、不同来源的岩石或沉积物，经过破碎作用和混杂作用所形成的无规则混合体。许多学者认为混杂堆积是板块俯冲带或缝合带上强烈构造作用的产物，是鉴别古板块消亡带的重要标志之一。在我国台湾海岸山脉、雅鲁藏布江、祁连山和秦岭都有分布。6、混杂堆积与增生楔状体3.4大陆边缘构造14增生楔状体——大洋板块表层的沉积物主要是钙质软泥、硅质软泥和红粘土，板块移动至海沟附近还接受浊流沉积。这些固结程度差的物质在板块俯冲时被刮下来，与俯冲板块基底脱离，加积于海沟向陆的侧坡上，形成增生楔状体。组成：主要是混杂堆积岩，另外有俯冲时刮下的洋壳残块（蛇绿岩套）等。6、混杂堆积与增生楔状体3.4大陆边缘构造15第三章海底构造3.1洋壳的起源与大陆漂移3.2海底扩张学说3.3板块构造基本理论3.4大陆边缘构造3.5大洋中脊构造3.6地幔柱理论16洋中脊的形态，尤其是中央隆起区的发展，与扩展速率和岩浆供给速率有关。正在扩张的大洋，如大西洋和印度洋，扩张速率低，洋中脊趋向位于大洋中心盆地，地形崎岖，两坡较陡。正收缩的大洋，如太平洋，扩展速率高，地形宽缓，中央裂谷不发育。3.5大洋中脊构造1、中脊地形与扩张速率17

统计结果表明：全扩张速率(两侧扩张速率之和)l～5cm／a的慢速扩张脊，如大西洋中脊和西南印度洋中脊，有1.5～3km深，10～30km宽的中央裂谷；全扩张速率5～9cm／a的中速扩张脊，如科科斯－纳兹卡板块间扩张脊，有50～400m深，7～20km宽的裂谷；全扩张速率9～l8cm／a的快速扩张脊，如东太平洋海隆，无中央裂谷，相反出现200～400m高，5～15km宽的轴部高地。1、中脊地形与扩张速率3.5大洋中脊构造181、中脊地形与扩张速率3.5大洋中脊构造191、中脊地形与扩张速率什么因素影响或决定着中脊地形?大西洋中脊东太平洋海隆3.5大洋中脊构造20大西洋(印度洋)和太平洋中脊突出的差异是扩张速率不同，决定扩张速率的因素不外乎张力大小和地幔物质上涌强弱或岩浆供应是否充足两个因素！1、中脊地形与扩张速率3.5大洋中脊构造21沿大洋中脊，岩浆作用表现为熔岩喷发、岩墙侵入和深成岩体的冷凝结晶；机械拉张作用表现为近地表的断层和深层位的塑性拉张。岩浆活动和拉张作用是造成快速扩张脊与慢速扩张脊地形和构造差异的根源。1、中脊地形与扩张速率3.5大洋中脊构造22在EPR发现了多处轴部岩浆房，说明快速扩张脊有充分的岩浆供给。慢速扩张脊的情况则相反，在MAR轴部地带不仅没有发现规模性的岩浆房，而且钻取到到的多是蛇纹石化橄榄岩，洋壳底部或上地幔物质却出露于洋壳表层。说明慢速扩张脊机械拉张作用占主导地位，岩浆供给明显不足。拉张作用导致慢速扩张脊出现突出的断块构造和裂谷地形。1、中脊地形与扩张速率3.5大洋中脊构造232、拓展性裂谷与拓展性扩张轴在对洋底磁异常条带的详细分析发现，一些以转换断层为界的洋中脊段，其端部可以伸长或退缩。向前伸展的裂谷称为前展性裂谷或拓展性裂谷，相应的扩张轴称为拓展性扩张轴。拓展性扩张轴在衰退性扩张轴早期生成的地壳中不断侵入延伸，转换断层长度逐渐加大。3.5大洋中脊构造242、拓展性裂谷与拓展性扩张轴通常，前展性扩张轴的走向与板块扩张方向垂直，而衰退性扩张轴则与板块扩张方向斜交。扩张轴的向前延伸是适应板块相对运动的方向，若板块运动方向发生变化，则可通过新扩张轴向前伸展来调整整个扩张轴的走向，从而适应板块运动方向的改变。因此，扩张轴的消退（亡）或增长是板块运动方向改变的结果。剪切变形带3.5大洋中脊构造252、拓展性裂谷与拓展性扩张轴在大洋中脊上，以两条并列的扩张轴为界可构成微板块，如复活节微板块。作为微板块边界的扩张脊，是有利于发生扩张脊前展的场所。

3.5大洋中脊构造262、拓展性裂谷与拓展性扩张轴拓展性扩张轴的拓展作用不仅可以调节适应板块运动方向的改变，而且可以影响海底磁异常条带的分布。3.5大洋中脊构造27282、拓展性裂谷与拓展性扩张轴由实例可以看出，尽管板块运动的大体方向在相当一段时间内是不变的，但方向的微调却是不断变化的，这可能是扩张中心岩浆供应量及通道变化、以及俯冲带阻力大小所引起的。扩张轴的拓展与消退正是这种板块运动方向细小变化的表现。3.5大洋中脊构造293、重迭性扩张轴自20世纪80年代，在海底还发现一种新的海底扩张构造，即：两个扩张带重迭分布的现象，也就是说两段中脊轴带的端部相互错开，其间却没有转换断层连接，两脊轴自由端彼此相向弯曲，并列在一起。这种构造现象被称为重迭扩张轴或雁列式超复。3.5大洋中脊构造303、重迭性扩张轴具有刚体特性的岩石圈板块通常只有一个扩张轴，很难理解扩张轴重迭现象。先前一直认为只有转换断层才能使扩张轴错开分支。迄今的调查表明，重迭扩张轴广泛分布于东太平洋海隆、加拉帕戈斯和胡安.德富卡脊的全部区域内。但是，在大西洋中脊所做的非常详细的多波束扫描调查，却没有发现重迭扩张轴，只不过是在冰岛附近发现存在规模巨大的重迭扩张轴现象。3.5大洋中脊构造313、重迭性扩张轴实际资料表明，重迭扩张轴普遍见于扩张速度超过3cm/a的扩张带。在快速扩张情况下，中脊岩石圈年龄小，不能保持板块的刚性，转换断层无法发育。在冰岛出现重迭扩张轴的原因可能与热点岩浆作用有关。冰岛是一个热点，地幔物质和热量供应都很大。所以，扩张速率和岩浆供应是控制重迭扩张轴形成的主要因素。3.5大洋中脊构造324、洋中脊分段随着海底调查技术的发展，对大洋中脊高分辨率填图成为事实。从地形地貌、岩浆岩分布、地球物理特征或构造连续性上，大洋中脊都具有明显的分段特征。3.5大洋中脊构造334、洋中脊分段依据洋中脊走向上的不同规模和不同样式的间断，将洋中脊分段(结构)层次初步划分为4级3.5大洋中脊构造344、洋中脊分段3.5大洋中脊构造I级分段II级分段III级分段IV级分段354、洋中脊分段I级分段间断是转换断层，中脊错位大于30km，中脊区段长达1000km左右，存在寿命可达10Ma。II～IV级分段间断出现在转换断层之间，中脊错位距离逐渐减小，分别表现为叠覆扩展中心、斜向剪切带、火山间隔和横向断错等。II～IV级分段区段的长度愈来愈小，存在的寿命也愈来愈短，4级区段的长度一般小于10km，存在寿命只有100a左右。3.5大洋中脊构造364、洋中脊分段洋中脊分段是普遍存在的！尽管对于洋脊分段的成因机制还不清楚，但是，其成因必然是沿洋脊动力过程的差异所致！洋中脊的动力过程表现在中脊扩张过程，而扩张作用主要取决于张力和岩浆供应。基于岩浆供应的洋脊分段模式认为：当洋中脊下软流圈上升到30～60Km时，由于绝热减压导致部分熔融，在熔岩与残余固体一起上升的途中，由于速度差异，导致不同程度的分割，形成1～3级分段现象。3.5大洋中脊构造374、洋中脊分段在I级分段转换断层之间，岩浆供应因地下物性的差异和地表地形的不同存在不均匀性，造成洋中脊分段。太平洋（快速）和大西洋（慢速）洋脊也有所不同。3.5大洋中脊构造38第三章海底构造3.1洋壳的起源与大陆漂移3.2海底扩张学说3.3板块构造基本理论3.4大陆边缘构造3.5大洋中脊构造3.6地幔柱理论393.6地幔柱理论热点概念的提出早期是为了解释夏威夷岛链火山分布与形成年代所表现的规律。后来，Morgan于1972年提出热点火山活动所需的岩浆来自上地幔的地幔柱(mantleplume)，首先提出了“地幔柱”概念。地幔柱的提出与板块构造的提出基本同期，也是上一世纪提出的地幔对流观点发展的必然产物。直至1994年，出现了全新的全球构造观，或简称为地幔柱构造(PlumeTectonics)，并很快被人们认为是继魏格纳提出大陆漂移学说和板块构造理论之后人类认识地球的第三次浪潮。

40地幔柱概念可以很好地解释热点。地幔柱是源于地幔深处（有人认为可能源于核—幔边界）、呈圆柱状涌升的热地幔物质流。炽热的地幔物质向上运移，导致岩石圈下物质的盈余，并把上覆岩石圈向上拱起，在地表形成巨大穹隆，同时表现为正重力异常，并在地表出现高热流值。热地幔柱的涌升不断向上地幔乃至岩石圈之下输送热量、质量和动量，在烧破岩石圈的地方便成为热点。因此，热点处的火山活动就是地幔柱热物质喷出地表的反映。3.6地幔柱理论41全球识别出并经过严格检验确认的地幔柱热点有几十个之多，大部分位于板块内部。3.6地幔柱理论42地幔柱在地表表现为隆起地形。当其从地幔上升至近岩石圈底部时，变成“蘑菇”状，头部粗大而颈干细小。地幔柱直径大小目前还不十分清楚，估计从十几公里至几千公里都有。地幔柱顶头直径可达500km到3000Km，而地幔柱尾直径在100到200Km。地质学家们认为地幔柱起源于地幔的D″层，D″层从地核吸收热量，使其具有较高的温度和较低的粘度，因此地幔柱具有高热流、低速带的特征，一般称为热幔柱。

1、热幔柱——（1）形态3.6地幔柱理论43热幔柱的真实形态目前还不清楚。据试验结果，地幔深部的底密度物质上升形成地幔柱，上升过程中尾部逐渐变细，而头部逐渐变成蘑茹状。到达岩石圈底部后侧向伸展，并逐渐冷却。部分冷却的地幔物质可能再下沉回到地幔，再生成新的地幔柱。这些形态变化特征也许更接近产生在核幔边界附近的热幔柱形态。1、热幔柱——（1）形态3.6地幔柱理论D″层软流圈软流圈软流圈软流圈441、热幔柱——（1）形态根据全球地震层析图象，热幔柱的发育有四个阶段(状态)：(a)萌芽期热幔柱，外核微微上隆，热流及岩浆上涌；(b)发展期热幔柱，地幔中下部为热幔柱密集区；(c)全盛期热幔柱，热幔柱密集区连通外核与软流圈；(d)衰亡期热幔柱，由于上下堵塞残留的热幔柱。3.6地幔柱理论4520世纪90年代以来，关于地幔柱的研究有了新的进展。许多证据显示，地幔柱源于核—幔边界附近(

D″层),导致核—幔边界附近物质发生热扰动并生成地幔柱的热动力源于外地核的不均匀热作用。1、热幔柱——（2）起源3.6地幔柱理论461、热幔柱——（2）起源地幔柱从D″层处产生后，在其后上升过程中遇到地幔或岩石圈不均一时，地幔柱整体会发生分叉，形成次级地幔柱。3.6地幔柱理论471、热幔柱——（3）规模与等级Maruyama和Fukao等以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地壳底界(100km)为限，将热幔柱分为一、二、三级热柱，也有人称为下地幔柱（或超级热幔柱）、上地幔柱、板内柱（或幔枝）。地表热点50多个（板内柱），100km以下约20个。3.6地幔柱理论481、热幔柱——（3）规模与等级下地幔柱上地幔柱板内柱3.6地幔柱理论491、热幔柱——（4）化学成分热点大洋岛屿玄武岩的化学成分可以反映热幔柱晚期的化学成分特征，富含大离子大不相容元素（Rb、Th、Cs、U等），并有较高的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值。热柱头部在上升过程中会不断地加热周围地幔物质，与热幔柱头部融合一起上升。因而，热幔柱头部化学成分是不断变化的，具有源区化学成分和捕获的地幔成分的混合特征。3.6地幔柱理论501、热幔柱——（5）运动学特征当岩石圈板块在“热点”之上漂移时，从深部地幔上升的熔融状柱形地幔柱在地表（如夏威夷和社会群岛）产出线性大洋火山链，这是地幔柱出露地表的有力证据。火山作用是地幔柱到达近地表减压融熔而引发的，然而这些地幔柱到底起源有多深的问题目前还无法确定。3.6地幔柱理论511、热幔柱——（5）运动学特征热幔柱的启动需要一个热边界层。这个热边界层在地幔中，或是上/下地幔之间的密度界面，或是核幔边界D″层。热幔柱的启动条件是地核能够提供足够的热，以至使热幔柱能够穿过整个地幔上升至地表。愈来愈多的证据表明整个地幔在对流，而并非是分层对流。因此，上下地幔之间的热边界层产生热幔柱的可能性很小（但不排除产生小规模的热幔柱的可能性）。3.6地幔柱理论521、热幔柱——（5）运动学特征支持热幔柱启动于核幔边界D”层的事实还包括：①理论分析——要产生直径为1000Km的热幔柱扁球状头部，形成大规模的大陆溢流玄武岩，热幔柱只能启动于下地幔底部。②如果热地幔柱起源于上地幔底部，很难解释热点之间相互位置固定这一特征，至少在最近50myr内彼此位置是固定的。③热幔柱的化学成分特征表明它主要来源于富集型地幔。下地幔底部具有原始富集型地幔特征，而上地幔常呈亏损特征。3.6地幔柱理论531、热幔柱——（5）运动学特征热幔柱以单一波形式向上脉冲式运动特征的发现，是近年来有关热幔柱研究所取得的重要进展之一。Scott等（1986）实验研究表明，热幔柱的单波具有流线特征并以波速向上运移物质。Larson（1991）认为，热幔柱的单波脉冲运动特征是导致地磁极周期反转、气候和海平面周期变化一个重要原因。3.6地幔柱理论54一些学者认为地幔水平对流会改变热幔柱的直立形态，使其尾部发生弯曲倾斜，但近年来许多研究证据表明，地幔并非是分层对流，而是整体对流，对流速度很慢，尤其下地幔基本上是无应力条件下对流。因此，多数学者认为地幔对流对热幔柱不会有明显的影响。1、热幔柱——（5）运动学特征3.6地幔柱理论55尽管地幔柱——热点理论仍是一种假说，但至少明确了这样一些事实：板块内部发生着重要的地质现象——热点火山作用和构造活动，地幔深层同样也是活动的，深地幔（乃至地核）对地表板块构造的发展过程有重要影响；地球本身是一个物质实体，该体系的各组成部分是密切相关的，将其中任何一部分孤立出来研究都是片面的。因此，地幔柱——热点假说对板块构造学说是重要的补充和发展。1、热幔柱——（5）运动学特征3.6地幔柱理论5620世纪80年代，人们开始关注大量的洋壳板块俯冲之后的去向、归宿和状态，对板片行踪的讨论兴盛起来。

2、冷幔柱3.6地幔柱理论57对于俯冲板块的去向主要有三种观点：一种认为板片不能潜入到下地幔，第二种认为可以俯冲到下地幔，另一种观点介于其间，认为不同的岛弧同时潜入和未潜入下地幔的情况都有。洋壳板块俯冲后的滞留板片一般具有P波高速异常特征，表现为冷的块体因而称为冷幔柱。2、冷幔柱3.6地幔柱理论58P波层析成像表明，俯冲滞留的板片在地幔中有四种类型。A东北日本型：板片从地表连续并以板状形态滞留在670Km深度面上，部分穿过670Km以下。B巽他型：板片从地表连续，而且穿过670Km深度达到1200Km深度。C特提斯型：板片与上面不连续，与消失了的古海沟大致平行，且正在潜入1000—1200Km深处。D南极型：南极现为被动陆缘，无板片下沉，滞留在670Km以下深处的板片为古老的俯冲板块。2、冷幔柱3.6地幔柱理论592、冷幔柱3.6地幔柱理论60地震层析成像表明，下潜板块可俯冲至670km深处，并在那里发生滞留和相变。相变生成物的粘性变小，滞留板块因被软化而失去刚性特征。因此，670Km为冷幔柱的墓地。

当板块滞留量足够大时，未消亡的滞留板块就会发生塌落。2、冷幔柱3.6地幔柱理论61滞留板块塌落到下地幔会造成上地幔物质亏损，必然会从下地幔产生向上运动的热地幔柱。所以，从全局上看，滞留板块的下落和热幔柱的上升必然是相互耦合