《地球动力系统》PPT课件.ppt

1、第九章地球动力系统,主要内容,一、大陆漂移学说 二、海底扩张学说 三、板块构造学说,一、大陆漂移学说,最初于1912年提出大陆漂移观点，1915年出版 The Origin of Continents and Oceans系统论述大陆漂移学说,Alfred Wegener (1880-1930) 德国气象学家和地球物理学家,一、大陆漂移学说,魏格纳提出的大陆漂移学说的主要内容： 较轻的硅铝质大陆漂浮在较重的硅镁层之上，并在其上发生漂移； 全世界的大陆在古生代晚期曾连接成一体，称为联合古大陆或泛大陆（Pangea)，围绕联合古大陆的广阔海洋称为泛大洋； 从中生代开始，泛大陆逐渐破裂、分离、漂移，

2、形成现代海陆分布的基本格局。,一、大陆漂移学说,非洲与南美洲大陆沿大陆坡900m深处的拼合，棕色表示大陆重叠区域,一、大陆漂移学说,全球大陆沿着大陆坡拼合的结果 之所以沿着大陆坡拼合，是因为大陆坡处由于剥蚀作用引起的损失较小,一、大陆漂移学说,全球大陆上山脉的一致性 如果把大陆拼合到一起后，大陆上的山脉组成了一个具有相同年龄和变形样式的连续山系，暗示这些大陆曾经连为一体，后来逐渐分开。,一、大陆漂移学说,冈瓦纳大陆上一些动植物分布的相似性 南美、非洲、印度、澳洲和南极洲在晚古生代期间连为一体，组成了Pangea的南部陆块冈瓦纳（Gondwana）大陆,一、大陆漂移学说,古生物学证据之一：南大西

3、洋两岸恐龙化石具一致性，这种化石在世界上别的地方没有发现，说明晚古生代-早中生代期间非洲与南美大陆是相连的,一、大陆漂移学说,地质构造证据之一：北大西洋两岸山脉的一致性。,A. 北美东部阿帕拉契亚山脉向北消失于纽芬兰海滨，但年龄与地质构造均相当的山脉则发现于不列颠群岛和斯堪的那维亚。,B. 把大西洋两岸的陆块置于它们漂移前的位置，这些山脉形成了一个连续的山系，它形成于距今300Ma之前的Pangea形成期间。,一、大陆漂移学说,地质构造证据之一：南方超级大陆（冈瓦纳）上冰川运动方向的一致性,南澳大利亚Hallet Cove基岩上的冰川擦痕，指示冰川的运动方向 南方超级大陆（冈瓦纳）上冰川的运动

4、方向,一、大陆漂移学说,距今约200Ma前的联合古大陆,一、大陆漂移学说,大陆漂移学说面临的主要问题：漂移机制 由于受地球物理学的限制，当时人们尚不知道地球内部存在软流圈，大陆漂移缺乏物质基础。,一、大陆漂移学说,引起大陆漂移学说复活的主要原因： 1. 20世纪50年代古地磁学进一步证实大陆确实发生过大规模的漂移； 2. 地球物理学的进展揭示了岩石圈下部的软流圈，大陆漂移有了物质基础； 3. 海底地质学的进展。,二、海底扩张学说,20世纪60年代初期，由美国地质学家迪茨（Dietz，1961）正式提出“海底扩张”的概念，赫斯（ Hess，1962）加以深入阐述。 海底扩张学说的主要内容： 大洋

5、中脊是地幔物质上升的出口，上升的地幔物质冷凝形成新的洋壳，并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称扩张；,二、海底扩张学说, 海底在洋中脊处的扩张可能会导致新大洋两侧的大陆逐渐彼此远离，也可能使老的洋壳在大陆边缘的海沟处沿贝尼奥夫带（俯冲带）向下俯冲潜没，重新回到地幔中去，从而完成对老洋壳的更新； 海底扩张是刚性岩石圈块体驮在软流圈上运动的结果，运动的驱动力是地幔物质的热对流； 如果地幔对流的上升流发生在大陆下面，就将导致大陆的分裂与大洋的开启。,二、海底扩张学说,海底扩张作用,二、海底扩张学说!的主要证据,海底扩张学说的主要证据 海底磁异常条带 沿着洋中脊呈带状对称分布的磁性正负异常带就是海底磁异常

6、条带，单个磁异常条带宽约数公里到数十公里，纵向上延伸数百公里而不受地形影响。,二、海底扩张学说的主要证据,海底磁异常条带的形成模式图解 洋中脊处形成的玄武岩中的古地磁记录了当时的地磁场方向。不同的磁异常条带反映的是不同的磁化方向。,二、海底扩张学说的主要证据,海底磁异常条带的形成动态图解 磁异常条带的形成与地磁场方向的反复转向密切相关,二、海底扩张学说的主要证据,2. 深海钻探成果 深海钻探表明，深海沉积物由洋脊向两侧从无到有，从薄到厚，沉积层序由少到多，最底部沉积物的年龄越来越老，并且与海底磁异常条带所预测的年龄十分吻合。 3. 转换断层 横向错断大洋中脊、断层的运动方向和性质在断层的两端突

7、然发生改变的断层就是转换断层。,全球大洋地壳的年龄,洋壳的年龄不老于侏罗纪，相对于大陆地壳40多亿年的年龄而言十分年青，说明洋壳处于不断更新之中。,大西洋底地貌中间的山脉是大洋中脊 （中央裂谷和转换断层）,转换断层,海平面,洋中脊,洋壳,上地幔,岩浆,海沟,转换断层处板块的水平运动 转换断层连接两个洋中脊，相对运动仅发生在两个洋中脊之间； 转换断层连接两个海沟； 转换断层连接海沟与洋中脊,三、板块构造,板块构造学说的主要内容： 刚性岩石圈被分裂成为多个巨大的块体板块； 板块驮在软流圈上作大规模的水平运动； 板块的边缘由于板块的相互作用而成为地壳活动性强烈的地带； 板块的相互作用从根本上控制了各

8、种内动力地质作用及沉积作用的进程。,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型,1. 板块划分与板块边界类型,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型,1. 板块划分与板块边界类型,分离型、汇聚型与转换型板块边界示意图,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型,（1）离散型板块边界,主要位于大洋中脊轴部，两侧板块相背运动，软流圈物质上涌，冷凝成新的洋底岩石圈。,大洋中脊,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型,（2）汇聚型板块边界,相当于海沟与板块碰撞带，两侧板块相对运动，在板块边界造成挤压、对冲或碰撞。 又可分为俯冲边界与碰撞边界两种次级类型。 古老的大洋板块消亡后，原来位于大洋板块

9、两侧的陆块愈合起来，古俯冲带在地表的出露线称为地缝合线（或缝合带，suture）。,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 （2）汇聚型边界,汇聚型板块边界,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (2) 汇聚型边界, 俯冲边界,相当于海沟或贝尼奥夫带，相邻的大洋与大陆板块发生相互叠覆，一般是大洋板块俯冲到大陆板块之下，也称消减带。 分两种次级类型：岛弧-海沟型，俯冲带上方发育岛弧，主要见于西北太平洋边缘；安第斯型（山弧-海沟型），大洋板块沿陆缘海沟俯冲于山弧之下，主要见于南美大陆西部边缘。,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (2) 汇聚型边界 俯冲边界,日本东北部三条P波速

10、度结构图（据赵大鹏，2002）示太平洋板块向日本岛之下的俯冲,汤加岛弧和劳（Lau）弧后地区0-700km深度的P波速度结构图（据赵大鹏，2002）向下俯冲的太平洋板块在700km深处（下地幔）仍有显示,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (2) 汇聚型边界 俯冲边界,安第斯型板块俯冲带 以不发育岛弧区别于太平洋西岸的岛弧-海沟型俯冲带,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (2) 汇聚型边界 碰撞边界,印度板块与欧亚板块的碰撞过程,西喜马拉雅1000km深度范围内地震层析剖面显示印度板块以 “ 翻转构造 ” 形态插入下地幔,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (2) 汇

11、聚型边界 碰撞边界,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (3) 转换（平错型）板块边界,（3）转换（平错）型板块边界,相当于转换断层，其两侧板块互相剪切滑动，通常既没有板块的生长，也没有板块的消亡。 一般分布在大洋中，也可以出现在大陆上。美国西部的圣安德烈斯断层就是大陆上的转换断层。,三、板块构造 1. 板块划分与板块边界类型 (3) 转换（平错型）板块边界,北美西部40Ma以来转换板块边界的演化 20Ma时由于太平洋-法拉隆洋脊与北美板块碰撞，俯冲难以继续进行，原来的俯冲边界变成转换边界,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 （1）板块构造与岩浆作用,（1）板块构造与岩浆作用 岩浆

12、作用主要发生在板块边界部位，即大洋中脊轴部、板块俯冲带和板块碰撞带内。,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 （1）板块构造与岩浆作用,全球主要的火山分布 全球火山主要分布在三个带上：环太平洋带、阿尔卑斯-喜马拉雅-印度尼西亚带、大洋中脊及大陆裂谷带,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用离散板块边界, 分离型（离散型）板块边界处的岩浆作用 即大洋中脊处的岩浆作用。 主要为基性岩浆活动，产物为枕状熔岩或基性岩墙、岩体； 大规模的裂隙式火山喷发，熔岩溢出的方式主要为平静式； 大洋中脊是全球最大规模的火山活动带； 大洋中脊处的岩浆活动导致海底扩张与新洋壳的形成。,三、板

13、块构造 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用离散板块边界,离散型板块边界处的岩浆作用 形成大洋地壳，大洋地壳的残片被称之为蛇绿岩（ophiolite),三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用离散板块边界,枕状熔岩 基性岩浆水下喷发的产物,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用汇聚板块边界, 汇聚板块边界的岩浆作用 俯冲板块边界处岩浆作用的特点： 以中、酸性火山活动为主，以中性岩浆活动最为特征，往往形成安山岩； 由于岩浆中富含挥发份，常表现为强烈的中心式爆发； 岩浆主要来源于俯冲洋壳的部分熔融，大多为幔源和壳幔混源。,三、板块构造

14、 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用汇聚板块边界,碰撞型板块边界处岩浆作用的特点： 主要为酸性岩浆活动； 岩浆主要来自大陆地壳的局部熔融。,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (1)板块构造与岩浆作用汇聚板块边界,俯冲板块边界处的岩浆作用 俯冲洋壳的局部熔融形成岛弧带的岩浆源，以中性火山活动为特征,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (2)板块构造与变质作用,（2）板块构造与变质作用 变质作用主要发生于汇聚型板块边界处，以动力变质和区域变质作用为主。 汇聚型板块边界处的变质作用可形成高压低温变质带和低压高温变质带，它们在地表沿着平行于海沟的方向平行排列，称双变质带。,三

15、、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (2)板块构造与变质作用,俯冲板块边界处的岩浆作用与变质作用 海沟处的高压低温变质带与岛弧处的低压高温变质带构成双变质带,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (2)板块构造与变质作用,板块碰撞带的区域变质环境 洋壳完全消减后引起大陆板块的碰撞作用，碰撞导致碰撞带的区域变质作用和中-下地壳的熔融作用，形成酸性岩浆,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (3)板块构造与地震及岩石变形的关系,（3）板块构造与地震及岩石变形的关系 全球地震主要分布于板块边界带上，与板块的分裂、俯冲与碰撞作用密切相关。 在碰撞型板块边界带内岩石可以发生强烈的变形，形成高大的山

16、脉；在俯冲型板块边界带内的大陆一侧也可以发生较强烈的岩石变形。,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (3)板块构造与地震及岩石变形的关系,全球震源与板块边界分布,日本四国岛东北部P波速度结构图（据赵大鹏，2002）示太平洋板块向日本岛之下的俯冲和1995年神户地震的特殊位置,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (4)板块构造与表层地质作用的关系,（4）板块构造与表层地质作用的关系 板块构造控制着地表地形轮廓的形成和演变，从而影响风化、剥蚀与沉积作用的特点； 如：板块碰撞形成的山脉是风化与剥蚀作用的主要场所，而通过大陆裂谷作用形成的裂谷与湖泊是沉积作用的主要场所； 板块运动可以引起自然条

17、件和气候变化，导致表层地质作用的营力类型与特点发生变化。,三、板块构造 2. 板块构造与地质作用 (4)板块构造与表层地质作用,大陆裂谷向大洋裂谷的转化 大陆裂谷与被动大陆边缘是重要的沉积场所。,三、板块构造 3. 板块运动的驱动机制问题,3. 板块运动的驱动机制问题 目前存在着多种解释，主要有地幔对流模式和重力拖曳模式。,三、板块构造 3. 板块运动的驱动机制问题 （1）地幔对流模式,（1）地幔对流模式 地幔中由于温度或密度的差异存在着多个对流环； 对流环中的上升流处形成大洋中脊，下降流处则形成海沟和俯冲带； 在上升流与下降流之间，水平向流动的软流圈顶部物质拖曳上部的刚性岩石圈随之一起作水平运动； 每一个大型的板块相应地对应着一个对流环。 地幔对流又分全地幔对流（单层对流）、软流圈对流和双层对流等次级类型。,地幔对流的两种模式左图为双层对流模式，右图为单层对流模式。太平洋板块向东、向西分别消亡于核幔边界，印度板块翻转于亚洲板块之下，东非和东太平洋均有超地幔柱,三、