洋壳的起源与大陆漂移课件

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洋壳的起源与大陆漂移

23.1洋壳起源与大陆漂移大洋怎么形成的?海底是怎样形成的?33.1洋壳起源与大陆漂移(1)陨星撞击说——在18世纪后期,人们在地球上陆续发现了陨石撞击地貌(丹尼尔.巴林杰首先确认)。很快就有人提出海洋是由陨石或陨星撞击地球而成，而且得到了大多数人的认同。1、早期的洋壳起源说43.1洋壳起源与大陆漂移(1)陨星撞击说——尽管该学说一直存在有争议，但在地学界持续了近百年。甚至直到发现大洋中脊后，人们还提出大洋中脊是陨石撞击后的反弹和能量的释放，其成因类似陨石湖的湖心岛。

1、早期的洋壳起源说53.1洋壳起源与大陆漂移(2)创痕说——海洋盆地是早期地球尚处于炽热熔融状态时，部分熔融物质在太阳引力和地球自转离心力共同作用下，脱离地球飞往星际空间后而形成的。太平洋正是月球抛出后遗留的痕迹。1、早期的洋壳起源说63.1洋壳起源与大陆漂移

(3)大洋化说——洋底是由大陆下沉并发生大洋化作用而形成的。地球形成后冷却收缩，表面局部塌陷。

(4)大洋永存说——地球形成之初就存在“原生”大洋。通过地表条件下的改造，部分洋底逐渐转化成为大陆，“原生”大洋逐渐缩小至现今状态。1、早期的洋壳起源说73.1洋壳起源与大陆漂移以上学说的共同之处是：都认为大洋现今的地理位置始终没有变化，大洋乃至陆壳只是发生了垂向升降运动——固定论和地槽/地台学说。其局限性主要是当时人们还不了解海底过程，还没有诞生海洋地质这一重要学科。但是，在这些学说占主导的年代，也有一些学者提出了大洋相对位置变迁的认识，其中极为重要的当属1912：A.L.Wegener的大陆漂移说，公开向固定论宣布全面挑战。1、早期的洋壳起源说82、大陆漂移学说大陆漂移理念的出现可追溯到17世纪：美国哲学家弗兰西斯·培根(1620年)：非洲和秘鲁西海岸之间有一种大致的吻合。法国施奈德(1858)：《地球形成及其奥秘》首次把大西洋两岸大陆拼合起来，并利用欧、美两洲古生代煤层中的化石加以论证。美国泰勒(1910)：在1910年发表了长篇论文，首次提出了一个具有内在逻辑性的、连贯一致的假说，包含了大陆漂移说的重要内容。3.1洋壳起源与大陆漂移9魏格纳（Wegener,AlfredLothar）：德国气象学家、地球物理学家，1880生于柏林，1930年11月在格陵兰考察冰原时不幸遇难。3.1洋壳起源与大陆漂移2、大陆漂移学说10Wegener（1912）《根据地球物理学论地质轮廓（大陆及海洋）的生成》；1915年《海陆的起源》。提出了大陆漂移学说，主要内容:

大陆由较轻的刚性硅铝层组成，它漂浮在较重的粘性硅镁质洋底之上。在距今150百万年前，地球表面只有一个统一大陆（泛大陆）和一个围绕大陆的统一海洋（泛大洋）。之后到中生代侏罗纪时，泛大陆开始分裂和漂移，最后转变为现今的海陆分布。大西洋、印度洋都是在大陆分裂漂移过程中形成的，太平洋则是泛大洋的残余。3.1洋壳起源与大陆漂移2、大陆漂移学说113.1洋壳起源与大陆漂移大陆漂移说认为地球上在中生代以前曾结合成统一的巨大陆块——联合古陆或称泛大陆，其周围是围绕泛大陆的全球统一的海洋——泛大洋。中生代以后，联合古陆解体、分裂，先形成北方的劳亚古陆和南方的冈瓦纳古陆，之间为一个近东西向的、向东开口的喇叭状大洋，称为特提斯洋。随后，大陆逐步分裂为各大陆块，并逐渐漂移到现今的位置。由于各大陆分离、漂移，逐渐形成了大西洋和印度洋，而泛大洋（古太平洋）收缩成为现今的太平洋。联合古陆2、大陆漂移学说12固定论的代表性学说为地槽说地表构造单元地槽强烈下降并逐渐被沉积物所充填的坳陷

地壳上稳定的，自形成以后不再遭受褶皱变形的地区地台盖层角度不整合基底（变质深的为结晶基底，变质浅的为褶皱基底）活动稳定北美阿巴拉契亚山脉北美中部平原·隆升,线状褶皱山脉,山前堆积磨拉石上升的山脉剥蚀夷平,活动性减弱,准平原化3.1洋壳起源与大陆漂移2、大陆漂移学说13大陆漂移假说海底扩张说板块构造理论泰勒(F.B.Taylor1910)魏格纳（A.Wegener1912）基本论点：大陆是主动、水平活动的，运动块体前缘收缩，后缘拉张缺陷：大陆产生大规模水平运动的动力问题没有得到满意的解决。大量海洋地质的调查（海底地磁）研究，证明大陆是被动地在下部地质体的驼载下发生水平运动。以地幔对流解释了大规模水平运动的动力问题活动论的演化3.1洋壳起源与大陆漂移2、大陆漂移学说143.1洋壳起源与大陆漂移固定论——承认大陆与海洋可以易位，但把原因归之于大规模的垂直升降。认为地壳运动以垂直为主，不承认大规模的相对横向位移，也不承认一个地区大的地质要素，如构造线方向，会随时代而发生变化。活动论——承认地壳的横向和垂向运动，但地壳运动是以大规模的水平运移为主。2、大陆漂移学说153.1洋壳起源与大陆漂移目前，固定论与活动论仍在争论中，但争论的焦点已由地表转到地下深处：地幔柱的垂向物质运移（动）与板块的水平运动中“小鸡和鸡蛋”的问题？2、大陆漂移学说163.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（1）岸线几何形态——大西洋两缘的海岸线相互平行，岸线弯曲形状极为相似，若使两岸大陆拼合在一起，就像一张撕开的报纸。E．Bullard等（1965）选择约1000m等深线（相当于大陆坡中点）作为大陆真正边缘，利用计算机对大西洋两缘大陆进行拼合，效果很好。173.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（2）地质省对比——基底岩石年龄相近的地区称为地质省。大西洋两岸古生代以前的地质省（岩石类型、地层、构造线、甚至矿床等）可以很好组合在一起。183.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（3）古气候——根据古珊瑚礁、蒸发岩、红层、煤层、以及冰川沉积等的分布，采用“将今论古”的原则，都证明大西洋在中生代之前是不存在的。a.古生代冰川现在所标示的移动方向b.恢复古大陆后的冰川移动方向193.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据——（3）古气候203.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（4）古生物及其变异——早在1912年，古生物学研究就发现某些在特定时代出现于地球上的具有亲缘关系的生物种类，其遗骸被发现于目前被大洋完全隔开的地点，从而提出大陆是否曾有连接这个尖锐的科学问题（陆桥学说）。213.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（4）古生物及其变异——如果按大陆漂移学说，把大西洋两岸拼接起来，在拼接的古大陆上，这些生物学上的亲缘关系便可得到很好的解释。二迭－三迭纪（距今200—270Ma）联合古陆上动物群分布223.1洋壳起源与大陆漂移3、大陆漂移的主要证据（5）古地磁——测量结果表明，地球上绝大部分岩石的古经纬度位置与其目前所处的位置都有很大差距，例如印度的孟买，目前位于19ºN，但那里新生代玄武岩的磁性特征表明其原来是在32ºS处，说明印度在近6000万年以来向北漂移了约6000km。233.1洋壳起源与大陆漂移4、大陆漂移过程2亿年前的联合古陆：北面：劳亚古陆——包括北美、欧洲、亚洲（阿拉伯半岛和印度不在其内）南面：冈瓦纳大陆－南半球诸大陆（南美、非洲、印度、阿拉伯半岛、澳大利亚和南极洲）联合古陆三叠纪180Ma劳亚古陆与冈瓦纳古陆分离并作顺时针旋转；南北美洲之间洋脊扩张，各大陆分离；另一条洋脊使南美和非洲与冈瓦纳古陆其余部分发生分离，同时印度与南极大陆分开。大西洋北部与印度洋不断扩展，欧亚大陆相对非洲向西滑动。一条断裂带开始将南美与非洲分离，起初类似东非大裂谷，而后演变成类似红海的狭长海。侏罗纪135Ma3.1洋壳起源与大陆漂移3.1洋壳起源与大陆漂移4、大陆漂移过程24白垩纪（6500万年）第三－第四纪南大西洋展宽与北大西洋连成一片，但尚未延伸到北极地区。美洲两大陆向西已漂移很远，劳亚古陆继续顺时针转动，非洲则逆时针向北漂移，几乎使特提斯海东端闭合，产生的巨大压应力和剪应力导致造山运动。印度继续向北运动。现今海陆分布格局——大西洋中脊扩展进入北冰洋，澳大利亚大陆与南极大陆分离向北漂移，美洲两大陆被主要由火山喷发的地峡连接；特提斯海东端完全闭合，形成地中海；印度洋中脊分支延伸形成红海；印度次大陆因与亚洲大陆主体碰撞形成喜马拉雅山和青藏高原。3.1洋壳起源与大陆漂移4、大陆漂移过程25263.1洋壳起源与大陆漂移联合古陆3.1洋壳起源与大陆漂移4、大陆漂移过程273.1洋壳起源与大陆漂移4、大陆漂移过程28漂移方式：魏格纳从海陆起伏曲线中发现大陆台地和大洋盆地间存在着明显高差，根据地壳均衡原理，他认为陆高而质轻，洋低而质重，较轻的硅铝质陆块浮在较重的硅镁层上。在大陆漂移过程中，在其前方，原来的洋底不断被大陆块掩覆，在其后方，新的硅镁层洋底不断露出。驱动大陆块侧向位移的动力:潮汐摩擦力-地球自转速度因潮汐摩擦而减缓，尤其地表最明显，致使地球表层或各大陆相对于地球由西往东的自转有滞后趋势，宏观表现为大陆缓慢向西漂移离心力：地球自转离心力导致陆地向赤道漂移。3.1洋壳起源与大陆漂移5、大陆漂移的机制29大陆漂移说最大的缺陷是漂移机制问题：（1）在力学上，将刚性的洋底硅镁层看作是塑性和可流动的，显然与事实不符；地球物理计算表明，潮汐摩擦力和离心力实在太小，既不可能驱动陆块漂移，也不可能在大陆前缘挤压形成高大的山脉；（2）二维表面几何特征不精确，例如北大西洋两岸的纽芬兰与欧洲就难以拼接；3.1洋壳起源与大陆漂移5、大陆漂移说的缺陷30大陆漂移说最大的缺陷是漂移机制问题：（3）构造布局，既然大陆经历了远距离漂移，大陆的构造布局应已打乱，为何大西洋两岸构造仍然吻合?（4）历史演化，地球有几十亿年历史，大陆的分裂为何始自中生代?（5）变形层次，既然洋底和地幔是塑性的，为什么在大陆漂移运动中发生褶皱形成山脉的却主要在大陆表层呢?这些致命的不足或缺陷最后导致大陆漂移说沉寂了40年左右的时间。3.1洋壳起源与大陆漂移5、大陆漂移说的缺陷31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2.3

板块构造基本理论2.4大陆边缘构造2.5大洋中脊构造2.6地幔柱理论323.2海底扩张学说二次世界大战促进了海洋探测技术的快速发展，特别是回声测深技术用于海底调查，取得了三大发现：大洋中脊体系、沟-弧体系和大洋地壳的年轻性，从而改变了人们对洋底形貌及其发展演化的认识。直至20世纪60代终于催生了海底扩张学说。333.2海底扩张学说Hess于1960年首先孕育了海底扩张的思想，并于1962年发表了著名的《大洋盆地的历史》这篇经典论文，提出了一个清晰而又使魏格纳大陆漂移学说得以复兴和立足的模式。在这一模式中，他吸取了30年代关于地幔对流的某些概念，这与大陆漂移说认为大陆是在洋壳上运动的观点有着本质区别。几乎在同一时期，Dietz（1961）针对大陆和大洋盆地演化的过程，发表了具有历史意义的论文《用海底扩张说解释大陆和洋盆的演化》，首先提出了“海底扩张”这一术语。343.2海底扩张学说海底扩张学说的提出主要基于以下事实：①联合古陆的重建、拟合和越来越多的大陆漂移的证据；②在大洋中存在有一贯穿全球的大洋中脊体系；③大洋中脊轴部强烈的火山活动和自中脊向两侧沉积物依次变厚的事实；④年青的大洋地壳，且自大洋中脊向两侧年龄逐渐增大；⑤太平洋边缘的沟—弧体系及其强烈的地震和火山活动。353.2海底扩张学说

（1）大洋中脊轴部裂谷带是地幔物质的涌升出口。地幔物质自大洋中脊轴部裂谷涌出，并冷凝形成新的洋壳，新洋底同时推动先期形成的较老洋底逐渐向大洋两侧扩展推移，这就是“海底扩张”。1、海底扩张学说的基本内容363.2海底扩张学说（2）海底扩张有两种表现形式——一种是主动漂移扩张，指扩张着的洋底同时把与其相邻接的大陆向两侧推开，大陆与相邻海底镶嵌在一起。随着新洋底的不断生成和向两侧扩展，大洋逐渐变宽，两侧大陆随之远离，大陆与相邻洋底被地幔对流体驮载着缓慢运移是一种被动漂移运动。大西洋及其两侧的大陆属于这种形式。1、海底扩张学说的基本内容373.2海底扩张学说另一种形式是在海底扩张的同时，伴随有海底俯冲消亡的过程。当洋底扩展移动到一定程度，海底便向下俯冲潜没，重新回到地幔中去，相邻大陆逆掩于俯冲带上。海底在扩张运动过程中接受的沉积物因密度小、质量轻，不随海底潜没而被刮削下来，加积于逆掩的大陆侧，形成岛弧或边缘山弧。海底俯冲潜没产生的牵引作用，则在俯冲带形成深海沟，从而构成沟弧体系。太平洋属于这种被动俯冲消亡型。1、海底扩张学说的基本内容383.2海底扩张学说（3）洋底存在周期与地幔对流——洋底同时进行着产生、运动、潜没过程，具有一定的存在周期，周期不超过200Ma。海底运动的原动力是地幔对流，洋中脊是地幔对流的涌升与离散区，大洋盆地是地幔物质的运动区，海沟是地幔对流的下降汇聚区。在热地幔物质涌升的中脊轴部发生火山活动，并出现高热流异常。在经历了漫长运动的洋底向下俯冲的海沟区，则形成低热流异常带。由于洋底周期性地更新，洋底的年龄不超过中生代，因接受沉积的时间短，总体上比较薄，从中脊向大洋边缘呈增厚趋势。1、海底扩张学说的基本内容393.2海底扩张学说

(1)条带状海底磁异常——1961年，Moson和Raff首先发现在东北太平洋海底存在着条带状磁异常，这种磁异常近似对称地分布在洋中脊轴部两侧，并且年龄随离开中脊轴的距离增大而增加。随后，在三大洋底都发现了这种具有共同特征的海底磁异常条带。2、海底扩张学说的论证

403.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

Vine和Matthews认为，海底磁异常条带是在地球磁场极性不断转换的背景下，海底不断新生、不断扩张的结果。地幔物质沿中脊轴部上涌，在冷凝形成新海底的过程中被当时的地球磁场磁化，在海底玄武岩层上记录下当时地磁场的方向和强度。随着海底扩张的持续进行，如果地球磁场极性发生反复倒转，这样就形成一系列正向磁化和反向磁化相间排列的异常条带。由于海底扩张运动在中脊轴两侧是对称的，中脊轴两侧的正负磁异常条带也就一一对应对称地保留下来。413.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

由于沉积物中也有磁性矿物，这些矿物在沉淀过程中，会根据当时的地磁场选择定向排列。因此，沉积岩芯中同样记录了地磁场磁性变化的信息。研究结果表明，沉积岩芯中正、反向磁化段的厚度不仅可以与地磁场转向年表中正极性期和反极性期的时间长短一一对比，还可与洋中脊附近正、负磁异常条带的宽度相对比。423.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

地磁场转向年表、洋中脊对称分布的磁异常条带、沉积岩芯中正、反向磁化段的厚度与年龄，这三种相互独立的不同尺度具有惊人等同的定量关系，不仅证实了地磁场的频繁倒转，同时也证明了海底扩张移动和大规模的水平运动。因此，海底磁异常条带是海底扩张学说的强有力的三大支柱之一。433.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(2)深海钻探与海底扩张海底真的那么年轻？洋底年龄真的如同海底扩张说所预测的那样随距中脊轴距离的增加而增大？只有在洋底打钻！！！在深海打钻最初的目的之一就是要验证海底扩张学说。443.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(2)深海钻探与海底扩张深海钻探计划（DSDP）——美国发起，美国主导，使用“格洛玛挑战者”号调查船,自1968年首航,到1983期间几乎航行了所有的大洋盆地，在624个钻位钻取了总长98,000m的沉积物和大洋地壳的岩芯。453.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(2)深海钻探与海底扩张大洋钻探计划(ODP）——美国主导，60多个国家参与，使用JOIDESResolutions号钻探船，带着数项新的技术使命，例如：要钻得更深，在高纬地区打钻，在洋中脊顶部钻透新生成的地壳，以及钻孔内的物理化学测量等而诞生了。始航于1985年，2003年结束。463.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(2)深海钻探与海底扩张IODP（IntegratedOceanDrillingProgram)——自2003年接替ODP启动，由美国和日本各自分别建造一艘钻探船参与，形成了由至今国际上规模最大的国际性海底科学研究计划。473.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(2)深海钻探与海底扩张钻探结果表明：①洋底最深沉积物的年龄都与磁异常条带年龄相符,不仅证明了洋壳很年轻,而且证明了洋壳对称于大洋中脊轴分布；②洋壳层I的沉积厚度与层序对称于大洋中脊轴分布；③中脊轴部沉积层缺失或极薄，随着远离中脊逐渐增厚，至大洋边缘可增至1.3～1.6km；④40多年的深海钻探尚未在洋底发现早于170Ma（晚侏罗纪）的洋底地壳。这无疑是从各种不同的角度验证了海底扩张学说！483.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(3)转换断层与海底扩张横切大洋中脊的一系列大断裂从20世纪50年代初被发现，直至20世纪60年代，一直被认为是平移断层。

Wilson从动力学的

观点出发进行分析后，

于1965年提出，这类断

层是由于海底扩张所引

起的“转换断层”。4910Ma2Ma浅红色深度<1000m深色紫色区深度>6000m3.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(3)转换断层与海底扩张50

转换断层与平移断层的区别：①运动方向：转换断层两侧只在被错开的洋脊段之间做水平滑动,而在洋脊之外断层两盘没有错动；平移断层两盘的运动方向始终相反，错动沿整条断裂发生。转换断层两盘的运动方向永远与断层走向平行，而走滑断层两盘的运动方向可以与走滑断层线斜交。平移断层ABCD扩张中脊轴转换断层3.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(3)转换断层与海底扩张2、海底扩张学说的论证

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转换断层与平移断层的区别：②断距：平移断层标志物之间的断距随时间增加而增加，而转换断层洋中脊之间的距离一般是稳定的。③地震活动：转换断层地震只发生在两脊轴之间，且以浅源地震为主；而地震活动可沿整个走滑断裂发生，可以是浅、中、深源地震的任何一种或多种。④地貌特征：转换断层可以是非对称脊岭(岩浆作用)，线形断崖和狭长沟槽；而走滑断层多为负地形。3.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证

(3)转换断层与海底扩张2、海底扩张学说的论证

523.2海底扩张学说(3)转换断层与海底扩张2、海底扩张学说的论证

转换断层与平移断层的区别：走滑断层是构造运动的结果，是构造应力释放的形式！转换断层是海底扩张作用在时间、强弱、快慢和扩张方向上的变化所引起的构造形式，其作用是调整海底扩张运动的均衡或统一。5360年代中期，就已建立了近3Ma以来的地磁场极性反转年表。通过对东太平洋胡安.德富卡洋脊上的磁异常剖面与极性年表进行对比研究发现，海底正、负异常条带宽度与极性正反时间长短成正相关。实测剖面与理论剖面一致，并且该一致性在各大洋中脊普遍存在。3.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证——(4)极性反转年表

54553.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证——(5)洋壳年龄与扩张速率8.中侏罗世(157-178Ma)1.更新世至上新世(0.5Ma)2.中新世(5-23Ma)3.渐新世(23-35Ma)4.始新世(35-56Ma)5.古新世(56-65Ma)6.白垩纪(65-146Ma)7.晚侏罗世(146-157Ma)563.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证——(5)洋壳年龄与扩张速率不难理解，把洋中脊附近的磁异常条带顺序与极性反转年代联系起来，可得出每个磁异常条带形成时的年代；磁异常条带至洋中脊轴的距离除以其年龄，即可得出平均侧向运动速率。由于海底自中脊轴向两侧对称扩张，用这种方法得到的是单侧扩张速率，即通常所说的半扩张速率。573.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证——(5)洋壳年龄与扩张速率以磁异常年龄为横坐标，以磁异常条带至脊轴的距离为纵坐标，将各洋区资料投在图上，各洋区投点分别连成一条直线，斜率便是洋区的扩张速度。大多数洋中脊的图形表示出一条直线，说明4Ma以来从某一特定洋中脊开始的扩张速率是恒定的。太平洋的平均扩张速率(4.5cm／a)高于大西洋(1～2cm／a),说明具有俯冲作用的太平洋，其扩张速率明显大于尚未发生俯冲作用的大西洋。583.2海底扩张学说2、海底扩张学说的论证——(5)洋壳年龄与扩张速率事实上，海底扩张速率在各大洋、甚至不同洋脊段都不相同，有的每年增生1cm，有的甚至高达12cm／a，进一步说明海底扩张在时间、强弱、快慢和方向上，不同洋脊段是有差异的，磁异常条带间距和转换断层规模上的差异恰好证明了扩张速度的差别。59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2.3

板块构造基本理论2.4大陆边缘构造2.5大洋中脊构造2.6地幔柱理论60

板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上发展起来的。可以说，源于海底科学，但却可以应用于全球构造（？）。板块构造理论的诞生是地球科学领域划时代的事件，标志着地球科学的一场革命。从此之后，地球科学从分门别类的、局部区域的视野进入了全球地质观；从分学科的资料搜集、整理、推理阶段进入了多学科综合、全面、系统的研究阶段；从固定的地球构造观转向了活动的地球构造观。为解决与人类生活密切相关的矿产资源、地震灾害等地质问题提供了新的、全面的理论基础。2.3

板块构造基本理论61二战后，海洋地质学得到了迅速的发展。回声测深（大洋中脊体系和海沟）、地震（震源分布）、重磁（异常带分布）、地热（热流值分布）等新技术被广泛应用于海洋地质调查与研究。使人们对海底及大陆边缘的形态和性质有了较全面的了解。要解释这些事实，就必须要有新的理论。

1、板块构造学产生的背景2.3

板块构造基本理论62

板块（Plate)——岩石圈被大型构造不连续面分割成大小不等的块体，这