9大地构造学说.ppt

9. 大地构造学说,大地构造学研究地壳乃至全球构造发生、发展、分布格局、演化规律的地质学分科。 曾出现过的学说：收缩说、重力均衡说、对流说、脉动说、膨胀说、重力分异说、放射性旋回说、振荡说、放射性热融化说等。 目前仍有影响的学说：（地）槽（地）台学说、地质力学等。 目前最新学说：全球构造理论（板块构造学说） 大陆漂移说海底扩张说板块构造说,9.1 地槽地台说,1859年，美地质学者J.霍尔发现，阿巴拉契亚山脉北部强烈褶皱的古生代浅海相地层厚达12km以上，较此山脉以西同时代无褶皱的地层厚1020倍。据此提出地槽概念。 地向斜 地背斜 地槽区 优地槽 冒地槽 1885年，E.休斯提出在地壳上存在一些稳定地区，其上的沉积层平缓，地貌平坦。他把这种地壳上稳定的、自形成后不发生褶皱变形的地区，称为地台。 台背斜 台向斜 地台区 1900年，法国E.奥格明把地槽和地台统一起来，认为二者是地壳上两个基本构造单元，不可分割，形成了槽台说。 槽台说的形成是以大陆壳的地质构造为基础，是固定论的代表。19世纪至近代，其在大地构造学说中占统治地位，直到海底扩张和板块构造说被广泛承认。今天槽台说的一些观点仍有借鉴意义。,槽台学说的由来和发展,9.1.1 地槽区,地槽区地壳上构造运动强烈活动的狭长条状地带。 垂直运动速度快、幅度大，沉积作用、岩浆作用、构造运动和变质作用都十分强烈和发育。 地槽区呈狭长带状，宽数百千米，长数千千米。 科迪勒拉山、安第斯山、乌拉尔山、阿尔卑斯山、喜马拉雅山，及我国的天山、秦岭、祁连山等山脉，都是世界著名的地槽区。 地槽区的划分 地背斜地槽区下降的拗陷的部分。 地向斜地槽区上升的隆起的部分。 优地槽有大量火山碎屑沉积物的地槽称为优地槽。是深成造山活动的场所。 冒地槽位于大陆架上没有火山活动，以碳酸盐岩沉积为主的地槽。,9.1.1.1 地槽区的运动,下降阶段 第一阶段：以强烈下降为主阶段。地槽下降的速度和幅度都很大，但不同地区下降的速度、幅度有差异。 地向斜地槽中下降幅度大的地方。地槽中最活动的部分。 地背斜地槽中下降得慢些，相对地出现隆起的地方。 地槽内由一系列平行排列的局部凹陷和隆起所组成。 下降初期，从相邻地台或地背斜剥蚀来的碎屑物迅速堆积在地向斜中，常伴随有海底火山喷发活动；下降优势阶段，海面扩大，地背斜也被海水覆盖，广泛地沉积了碳酸盐岩。,上升阶段,第二阶段，强烈上升，回返阶段。 上升隆起先从地槽区的中央开始，上升海退，陆地渐增。沉积物由碳酸盐类沉积变为具明显韵律层理的碎屑沉积。地槽时升时降，岩性、岩相反复变化，砂岩一页岩一泥灰岩交替，称为复理石建造。一些海退残留的海湾，有泻湖沉积。 上升的结果，沉积层遭挤压、褶皱、断裂，岩浆侵入，形成岩基、岩株等酸性、中酸性侵入体。褶皱和岩浆活动的同时，发生强烈的区域变质。 地槽回返，形成高耸山区，各个拗陷区堆积由山上剥蚀下来的大小碎屑物质，形成厚但分选较差的粗碎屑岩(如砾岩、砂岩)，称磨拉石建造。并伴有基性的喷发作用。 从地槽下降经回返、褶皱隆起成为褶皱带，称一个构造旋回。约经历几千万年到1亿多年。地槽区经历一次旋回，就由活动区转为相对稳定的地台区。,地槽区升降运动的特点,升降幅度很大，可达一两万米。 升降速度相对较快，但按年平均计仍是微不足道，一般也只有一或数毫米。 升降差异性明显，从地槽区横断面来看，升降幅度、速度很不均一，所以沉积物的厚度和岩相，其横向变化很大。,9.1.1.2 地槽区的特征,巨厚的沉积建造 沉积建造指特定构造单元中一个构造旋回内某个特定阶段所发育的一套沉积物。 沉积厚度可达一两万米；但纵横方向上，岩性和厚度变化大。 表现为陆相到海相，又由海相到陆相的一套完整的沉积系列。 具有明显的节奏和清楚的韵律，即自下而上形成有节奏的沉积顺序：具有典型的地槽型沉积建造：下部陆屑建造、海底火山岩建造、上部陆屑建造、复理石建造、可燃有机岩建造、潟湖建造、磨拉石建造 强烈的构造变动 褶皱常表现线形褶皱，延伸达数百甚至上千千米；常形成规模大的复背斜和复向斜；横卧、倒转以及等斜褶皱发育。 断层规模大，断层线可延伸数十到数百千米；逆掩断层和叠瓦式构造、推覆体发育；正断层和平推断层均有；形成平行褶曲轴向的巨大正断层。,频繁的岩浆活动 既有大规模的海底火山喷发，又有酸性、中酸性岩浆的侵入。形成超基性、基性、中性、酸性等多类型的岩石；早期以基性超基性岩浆的海底喷发与小型侵入为主；中期以中酸性酸性岩浆的大型侵入为主；晚期为碱性的喷发活动和小型浅成侵入活动。 显著的区域变质作用 大幅度拗陷、强烈的构造变动和岩浆活动的影响，岩石受高温、高压及热气溶液的作用，发生普遍的区域变质现象。 丰富多样的矿产资源 既发育有沉积矿床，也有岩浆矿床，以后者更为主要。例如：早期基性、超基性岩浆活动形成铬、镍、铣、铂等矿产；中期中酸性岩浆活动形成铜、铅、铂、钨、锌、锑汞等矿藏有与晚期线成岩有关的稀有金属等；有与沉积作用有关的煤、石油、泊五岩、盐类、铁、锰等矿产。,喜马拉雅地槽的发育,喜马拉雅地槽褶皱带发育简史 1 过程示意 2 6500万年前 3 4500万年前 4 现代 （据D.Elsom，1992）,9.1.2 地台区,地台区地壳上构造活动微弱、相对稳定的地区。 垂直运动速度缓慢、幅度小，沉积作用广泛而较均一，岩浆作用、构造运动和变质作用也都比较微弱。 地台区的外形呈近似圆形，直径可达数千千米，是地壳大地构造中相对稳定的构造单元。,9.1.2.1 地台区的发展过程,地槽区旋回结束后变成褶皱带，由相对活动变为相对稳定，形成地台区。即地台区是地槽区演变的产物。 地台区运动的特点 地台区相对稳定，并非静止不动，不时进行着升降运动。 相对于地槽区其升降运动，速度慢、幅度小，横向差异性不很明显。升降总幅度为地槽区的十分之一，仅个别地段较大。 上升部分可以变成陆地；下降部分可以形成地台浅海，或内陆拗陷。在地台浅海或内陆拗陷中沉积的岩层称沉积盖层。 地台的结构特点：分为两个基本构造层。 下层褶皱基底，为该地区形成地台前在地槽阶段的产物，岩层褶皱复杂，变质强烈，由结晶变质岩组成； 上层沉积盖层，为侵蚀面上堆积的新岩层，层次清楚，构造运动和缓。 褶皱基底和沉积盖层中间被一个不整合面所分开。,9.1.2.2 地台区内部构造单元的划分,据地台区上有无盖层及厚度大小，可以划分出次一级的构造单元 。 地盾 又称台盾，指地台区中大面积基底岩石出露的地区。长期稳定隆起，遭受剥蚀，没有盖层或有很薄的盖层，表面平缓凸起。如加拿大地盾、波罗的海地盾等，我国的胶辽地盾、淮阳地盾等。 台向斜 是地台区长期趋向下降的构造单元，直径数百上千千米，上覆沉积盖层，二层结构。如四川台向斜、陕北鄂尔多斯台向斜等。 台背斜 是地台区长期趋向隆起的构造单元，盖层由边缘向中心逐渐变薄，中心有较老岩层甚至基底出露。如华北地台上有山西台背斜。 沉降带 又称台褶带，是地台上的褶皱带。它曾是地台上最深的沉降带由于后期强烈褶皱而构成褶皱带。如华北地台上的燕山台皱带等。,沉积盖层,褶皱基底,不整合面,9.1.2.3 地台区的特征,厚度较小的沉积建造 沉积厚度（盖层厚度）较小，几十几百米，个别达一、二千米，但有例外； 沉积范围较广，岩性、岩相比较稳定，横向变化不显著。 具有一定的沉积韵律，主要形成陆缘碎屑建造、石灰岩建造、陆缘碎屑建造、铁质岩建造、可燃有机岩建造、陆相碎屑建造。缺少磨拉石、复理石建造，火山岩建造甚少。 构造变动微弱、构造简单 岩层产状近水乎，形成的褶皱多是一些平缓开阔的断续孤立的地台型褶皱，如穹隆、构造盆地、短背斜、短向斜等。断裂主要为正断层，规模不一，并可呈地堑、地垒的形式。地台边缘和与周围地槽的分界地带可发育一些深断裂。 微弱的岩浆活动 典型地台区盖层中，火成岩较少，以小型侵入和裂隙喷发为主。形成岩株、岩盘、岩床、岩墙，及大规模的玄武岩喷发。,不太显著的变质作用 因地台区构造运动和岩浆活动都比较弱，升降幅度较小，所以盖层的变质现象不显著、不普遍，少有区域变质现象。 丰富的沉积矿产 地台区环境稳定，有风化、剥蚀条件和广阔平静的沉积环境，因此沉积矿产丰富。常形成沉积铁矿、锰矿、铝土、粘土、煤、油页岩、石油、盐、石膏等矿产。特别是在地台上的穹隆、短背斜等构造，为石油的聚集提供了很好的条件。 在典型的地台区，因岩浆活动微弱，少有内生矿床。但在地台基底部分，经常蕴藏着地台形成以前所形成的各种矿产，如全球6070的铁矿，以及金、铜、镍、铀等金属矿产。,9.1.3 槽台说的不同学派,槽台说揭示了大陆地壳发展的基本规律，对槽台说的不同看法，形成了槽台说的不同学派。 “泛地槽说”，又称“地台扩大说” 认为：地壳在发展初期全球被地槽占据，称为地槽期。后来地槽区面积日趋缩小，地台区面积扩大，而目前正处于地槽区转化为地台区的时期，将来终归有一天全世界都转为地台区，那时地壳的活动性将十分微弱，进入其最后的发展阶段。 “地台活化”说： 认为：中国地台上古生代特别是中生代的地层，厚度大，构造复杂，在地台上又有产生了“新地槽” 。推而广之，认为世界上任何一个地槽区都是在地台区之上发育起来的。 “泛地台说”，又称“地台崩溃说” 认为：在地槽出现之前，全球只有一个连续不断的地台；地台崩溃瓦解后才转化为地槽。地壳演化规律是：古地台地槽年轻地台，古地台在逐渐缩小，年轻地台在逐渐扩大。,多旋回构造运动和地洼学说,多旋回构造说黄汲清 黄1945年指出：地槽的发展不是单旋回的，而是多旋回的。一个褶皱带的形成，要经历许多发展阶段，即前期旋回、主旋回及后期旋回。每个旋回都犹如一次槽台演变，出现各种岩浆活动，沉积建造、构造运动、变质作用和成矿规律等也都是多旋回的。 70年代后，黄又把多旋回构造与板块说结合，认为板块运动也是多旋回发展的。这些旋回不是简单重复，是螺旋式的上升发展。 地洼学说 陈国达 认为：稳定的地台区可以又变得活动起来，称之为地台活化，或地台回春；而“活化地台”，不属于地台的范畴，而应属地槽性质，叫“再生地槽”。这时其既不属于地台，也不属于地槽，而是一种新型活动区“地洼区”，是大陆壳演化的第三个构造单元。 地洼区的特征：地壳运动强烈，区内有短带状隆起“地穹”，各隆起间，相对下陷形成短带状盆地“地洼”。地洼中充填了地洼沉积，因此地洼具有三层结构，即地台基底、盖层和最上面的地洼沉积层。,地台的演化,古老的地台发生分裂，在地台内发展新的裂谷、海洋、地槽。显著的例子如东非裂谷。,东非裂谷发育示意图（据D.Elsom，1992）,9.2 地质力学简介,著名地质学家 李四光,9.2.1 地质力学的基本观点,首先，地壳上的地质构造现象，都是地壳运动的结果；研究地壳运动，必须研究其所产生的地质构造现象“构造形迹”。 构造形迹在野外见到的岩层褶皱、劈理、片理、节理、断层以及沉积岩的层理、岩浆岩的流线、流面地质构造。 其规模可以很大，如岩块、地块、大型隆起和拗陷、断裂带，横跨可为几km几百km；规模也可很小，小到用显微镜才能观察到，如各种隐裂隙、乃至晶格错位等。 其次，地质构造形迹虽然错综复杂，千变万化，但不是孤立存在的，而是互相联系、互相制约，每项构造形迹都有和它相伴生的有成因联系的一群构造形迹。 构造带具有成生联系的构造形迹群一带状聚集。 构造体系不同力学性质、不同形态、不同序次和不同等级，但有成生联系的各项构造形迹所组成的构造带，以及它们之间所夹的岩块或地块组合的总体。 第三，地质力学用力学的观点探讨地壳运动的起源和力的来源。,9.2.2 构造体系,纬向构造体系（东西复杂构造带）指出现在一定纬度上规模巨大的构造带，表现为横亘东西的山脉。 阴山-天山构造带 位于北纬40°3042°30间 阴山大青山乌拉山天山 阴山辽河一带隐没于沉积物下。 .秦岭-昆仑构造带 大致位于北纬32°3034°30间 秦岭昆仑；秦岭嵩山华北鲁南； 秦岭伏牛大别。 南岭构造带 大致位于24°25°30间。,9.2.2.1 纬向构造体系,9.2.2.2 经向构造体系,经向构造体系又称南北构造带，大体与经向平行，呈南北方向排列。 它的规模和性质不尽相同，可以是压性的，也可以是张性的。 川滇南北向构造带 横断山脉。 科迪勒拉山脉、落基山脉、安第斯山脉，东非大断裂带、莱茵地堑等,中国西南地区的构造体系,9.2.2.3 纽动构造体系,直扭构造体系 包括多字型构造（新华夏构造体系）、山字型构造、棋盘格式构造和入字型构造等。 旋扭构造体系 包括帚状构造、S状或反S状构造、歹字型构造、莲花状构造、漩涡状构造等。,新华夏构造体系,新华夏系构造 其与东西构造带构成我国东部和东亚地貌的地质基础。 第一隆起带：东亚岛弧 千岛群岛 日本群岛琉球群岛台湾岛菲律宾群岛到加里曼丹 第一沉降带：海盆 鄂霍次克海日本海东海南海等。 第二隆起带：山脉 朱格朱尔山锡霍特山张广才岭长白山狼林山(朝)辽、鲁半岛山地武夷山戴云山 第二沉降带：平原、盆地 东北平原华北平原江汉平原等构造盆地 第三隆起带：山脉 大兴安岭太行山雪峰山湘黔边境诸山 第三沉降带：盆地 呼伦贝尔-巴音和硕盆地鄂尔多斯盆地四川盆地,新华夏构造体系分布略图,新华夏系的成因及意义,李四光认为：东亚大陆硅铝壳与太平洋硅镁壳相邻，当地球旋转速度加快时，大陆壳受到自北向南的挤压力，但遇到大洋壳的阻力，产生自南向北的反作用力，构成力偶，结果形成扭动构造。 新华夏系构造主要形成于中生代末到第三纪末，在隆起带内，花岗岩等火成岩特别发育，形成丰富的金属矿床。 而在沉降带内，中生代以来接受大量沉积，基本控制了大小盆地的形成和分布，并成为重要的生油盆地（大庆、大港、胜利、江汉等油田）。 地质力学学说认为，研究中国东部地貌、地震，新华夏系构造是不可忽视的重要构造因素。,9.2.3 地质力学对地壳运动的解释,地壳运动的方式和方向 地壳运动的一个主要趋向，是自两极向赤道方向（经向）推动的水平运动；另一个趋向，是由东向西（纬向）的水平运动。 总之，地壳运动的方式是水平运动为主。 地壳运动力的来源 地壳运动的起源不是地球自转，而是自转速度的变化。 自转离心力的水平分力的作用下，使之受到从高纬度向低纬度方向的挤压，在中纬度挤压更强烈。 地球自转速度加快时，产生自西向东的纬向切向分力， 地壳物质受到自东向西的惯性力 。因而向西运动。,9.2.4 地质力学的贡献,在认识论上 地质力学把各种看似孤立的、零碎的、偶然的、互不相关的地质现象、构造形迹联系起来归纳、分析。认识它们之间内在的、本质、规律性的联系，揭示地壳运动所产生的各种构造形迹的客观的空间展布规律。 用力学观点分析、阐述地壳运动和各种构造体系、构造形迹产生的原因和规律。 地质力学的理论对于普查找矿、水文地质、寻找地下热水、地震地质等方面也作出了很大的贡献。 如新华夏系的一级隆起带便是多金属矿带；而一级沉降带又是石油的成矿带；两个构造带的复合部位，常形成重要矿床。,9.3 板块构造学说,十九世纪二十世纪初期，固定论据主要地位以槽台学说为代表。其立论依据是人们对大陆地质的研究。 二十世纪初期，魏格纳提出了大陆漂移说，引起了地质学中固定论和活动论的争论。 二次世界大战之后，海洋科学和地球物理学的发展，人们对海洋地质现象了解增多。赫斯（H.H.Hess）和迪茨（R.S.Deitz） 在19601962年，提出了海底扩张说。其立论依据是海洋地质现象。 1967年，美国的摩根（J.Morgan）、英国的麦肯齐（D.P.Mekenzie）、法国的勒皮顺（X.LePichon）等人，把海底扩张说的基本原理扩大到整个岩石圈，提出了板块构造学说。 板块构造学说是人们对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识。其立论依据是人们对大陆地质和海洋地质的各种认识，因此又称“全球构造理论”。是目前人们对地壳运动的最高认识，但还有许多地方有待于进一步完善和发展。,9.3.1 大陆漂移说的由来和发展,大陆漂移观点是1910-1912年间由 魏格纳(A.L.Wegener,1912)等提出。,9.3.1.1 大陆漂移说的主要观点,大陆系由较轻的刚性硅铝质组成，它漂浮在较重的粘性硅镁质之上。 全世界大陆在古生代石炭纪以后联结成一体，名为泛大陆。围绕泛大陆的广阔海洋，称为泛大洋。 在潮汐力和地球自转离心力的作用下，自中生代开始向赤道和向西漂移。泛大陆逐渐破裂、分离、漂移，形成现代海陆分布的基本格局。 各大陆在向赤道和向西漂移的过程中，前缘受挤压并褶皱形成山脉，如科迪勒拉山脉和安第斯山脉。后缘由于硅镁层的粘结、拖曳作用而脱落下来形成岛弧、岛屿，如亚洲大陆东缘的岛弧群、小岛，。,大陆漂移示意图,大陆漂移动画图,9.3.1.2 大陆漂移说的主要论据,1.大西洋两岸大陆海岸线轮廓相似,2.地层相似,巴西东南部与非洲西南部地层层序相似。 非洲的前寒武纪片麻岩高原与巴西的片麻岩高原也十分相似。 就象一张被撕成两半的报纸，不仅完全可以重新拼合起来，其上面的文字也是可以读通的。,3. 地质构造相连,北大西洋两岸的古山系加里东山脉。在大西洋东岸的挪威看到的是山系，过爱尔兰后似乎淹没在大西洋下。在加拿大的纽芬兰有一古山系老阿巴拉契亚山脉，仿佛从大西洋里爬上来，和欧洲的加里东山脉有许多相同之处。 魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连。如果把大陆拼合在一起，就形成一条连续的山系。 非洲南部二叠系地层组成的开普山脉，向西延伸为南美的布宜诺斯艾利斯低山。,4.古生物相似,巴西晚石炭世地层中所发现的中龙化石，在非洲南部早二叠世地层中也有发现。,9.3.1.3 大陆漂移说的新证据,大陆漂移说的争议 大陆漂移的驱动力问题没有得到解决。 硬的硅铝层在较软的硅镁层上发生漂移，为什么硅铝层的前缘褶皱成山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只拗陷为海沟？ 如果大陆漂移从中生代开始，那么古生代以前的褶皱山脉是怎样形成的？ 由于许多问题无法结实，特别是固定论者的坚决反对，30年代，此学说逐渐消沉下去。 50年代以来，古地磁及海洋地质等方面研究的进展，使一度沉寂的大脑漂移说重新得到认识。,1.很好拼接的大陆轮廓,1965年E.C.布拉德研究认为： 大陆的边界应当以大陆壳的边界即大陆坡的坡脚为准，并应考虑消除在大陆分裂后陆壳的增建和改造部分。 利用电子计算机以数学方法进行拼接，取得令人满意的结果。,2.欧洲、美洲相似的磁极移动曲线,北美大陆近10亿年的极移曲线和欧洲大陆近10亿年的极移曲线，二者大致平行，近期才逐渐靠近，最终汇于北磁极 若欧美大陆是固定的，只能得出一条极移曲线，而今得出两条，因此只有设想欧美大陆原来是合在一起，后来逐渐分离，直到形成现在的位置，才能解释这种现象。,3.相衔接的地层界线,非洲的加纳、象牙海岸及其以西地区，有年龄为19亿年以上的岩石；在贝宁、尼日利亚及其以东地区，为6亿年左右的岩石。两组岩石在加纳的阿克拉附近有一条明显的界线。 而在南美洲巴西的圣路易斯附近，也有一条这样的两组岩石的界线。 如果把南美和非洲大陆拼合起来，两个大陆的两组岩石界线正好相接。,4.古气候相似,在南美东南部、非洲南部、印度南部、澳大利亚西南部的地层中，都发现有距今约3亿前有冰川活动。 用大陆漂移说可以很好解释此现象。,9.3.2 海底扩张说,二次大战后，科技发展，展开了多方面的海洋调查，获得了大量海洋科学资料： 大洋中脊形态 海底地热流分布异常 海底地磁条带异常 海底地震带及震源分布 岛弧及与其伴生的深海沟 海底年龄及其对称分布 地幔上部的软流圈 在这些新资料的基础上，产生了一个崭新的学说海底扩张说。,9.3.2.1 大洋中脊地球上最长的山脉,大洋中脊（洋脊）海底纵横绵延的山脉，总长度可达65000km，是地球上最长的山脉。 大西洋中脊最典型，它与两侧大陆平行，略呈S形；高出洋底20003000m，洋脊的中央常为一深陷裂谷中央裂谷。裂谷两侧有一系列阶梯状断层，形成地堑构造。 有些海底山脉不在大洋的中间，一般称为海岭。 如印度洋的东印度海岭 北冰洋的罗蒙诺索夫海岭 太平洋东部的海岭（其没有明显的中央裂谷），也称太平洋中隆。,大洋中脊的一段,全球大洋中脊分布,大洋中脊剖面图,大洋中脊的特点,洋脊为高地热流异常区。 中央裂谷附近的热流值常是深海盆正常值的23倍。 裂谷为重力负异常区，说明物质的密度较小。 洋脊处地壳较薄，大部分地段基岩裸露。 主要为玄武岩，没有或有极薄的深海沉积物，在较深部位的岩石有不同程度的变质现象。 综上所述，洋脊位于温度高的地幔软流圈上隆的地段，是岩石圈的巨型张裂谷，是岩浆的涌出口和地热排泄口，也是区域变质发生的地带。,9.3.2.2 大洋中脊两侧的地质特点,海底沉积层 中脊两侧 薄厚 洋脊处基岩(玄武岩)裸露 沉积物以大洋中脊为中心对称分布,1. 海底沉积物厚度对称分布,2. 海底磁条带对称排列,地下溢出的高温熔岩，当温度下降到居里点以下，其中矿物内部原子振动量减小，受到地球磁场的控制，按照当时磁力线方向发生磁化，永远保持原来的磁性，称为剩余磁性。 亿万年地球发展过程中，地球磁场南北极曾多次反向，现在的磁场叫正向，与现在磁场方向相反的叫逆向。 正负异常，以洋脊为中心对称排列。每一条磁条带宽度不超过数十千米，而长度却可达几千千米以上。,3. 海底沉积物年龄对称排列,海底沉积物的两个特点： 一是最老的沉积物年龄不早于侏罗纪，即不早于2亿年。 二是海底沉积物年龄从洋脊到两侧由新到老对称分布。,9.3.2.3 海沟深切岩石圈的断裂,海沟是切穿岩石圈的深大断裂 海沟轴线靠近大洋一侧为一系列阶梯状断层；靠近大陆一侧，为陡峻谷壁；轴线附近为一宽约30m的破碎带。 大陆壳推覆在大洋壳之上，属于逆断层性质；大洋壳向下斜插于大陆之下，为一系列张断裂或阶梯状正断层。 总之，大洋中脊是将岩石圈拉开，而海沟带则是使岩石圈受到压缩。,1.海沟是切穿岩石圈的深大断裂,2.海沟是陆壳、洋壳的重叠处,大洋壳以较大的角度（45°±15°）向大陆壳下俯冲插入。换言之，大陆壳向着大洋壳之上仰冲。贝尼奥夫带。 构成了环太平洋地震带，世界的中、深源地震主要发生在这里。,3. 海沟是地热流值较低区,在海沟附近，地热流值较低（0.991.16HFU），一般没有现代火山活动； 海沟向陆一侧150200km左右，则往往是一系列火山带；为一系列岛弧带，热流值升高（2.0HFU左右）。 在岛弧的靠大陆一侧，往往形成边缘海（或称弧后盆地），高地热流异常区也常扩大到这一地区。,9.3.2.4 海底扩张学说,上述这些奇怪现象的发现，引起科学工作者的极大兴趣和注意。人们提出了一系列问题希望得到解决的：例如， 洋脊是岩石圈的张裂带和岩浆涌出口，岩石圈会不会被拉开？ 越来越多的岩浆流到哪里去？ 海沟是岩石圈的挤压带，岩石圈将会缩短到什么程度？ 深海沉积物既薄而又年轻，如果深海沉积速度以每100年1mm计，从太古代至今，应该有30km以上的厚度，但实际上只有几十、几百米的厚度，这是因为什么？ 凡此种种，如果按照传统的地质学理论是无法加以解释的。因此，一个新的课题摆在人们面前，那就是大洋壳究竟是如何形成和演化的。 19601962年，赫斯（H.H.Hess）和迪茨（R.S.Deitz）首先提出一种理论，叫海底扩张说。,赫斯与海底扩张说,哈雷·赫斯（Harry Hess）是美国地质学家。海底扩张假说的创立者。 赫斯的地学研究生涯起始于他年青时在美国海军服役的经历。二战期间，赫斯是美国太平洋舰队“约翰逊角”号运输舰上的一名军官。在多次横渡太平洋的过程中，他注意到船上的雷达探测到了海底一连串的圆形山体。这些山体高出洋底约2000米，且都有一个共同的特点，即顶部异常平坦。赫斯认为这些都是沉落于海洋中的火山。不久的勘测也证实了他的设想。但是问题的难点在于如何解释这些山体平顶的特征。 战后长期的研究融入了赫斯丰富的想象力。终于在1962年诞生了海洋盆地的历史这篇划时代的地球诗篇。在这篇论文中，赫斯正式提出了海底扩张的假说。他的思想复活了魏格纳的大陆漂移学说，并奠定了导致地学革命的板块构造理论的基础。几年之后，他的假说就为格洛玛号的深海勘探所证实。赫斯本人也因之而成为地学史上的一代宗师。 赫斯的经历同时也印证了中国著名学者胡适的治学诤言：“大胆假设，小心求证”，也许正体现了人类对待科学应有的态度。,海底扩张说的主要观点（1）,密度较小的大洋壳浮在密度较大的地幔软流圈之上；因地幔温度不均一，地幔或软流圈中引起物质的对流，形成若干环流； 在两个向上环流的地方，大洋壳拉张，形成大洋中脊和中央裂谷。岩浆不断在此涌出，冷凝后形成新的洋壳。 所以大洋中脊又叫生长脊，温度和热流值都较高； 新洋壳不断生长，随着地幔环流不断向两侧推开，如传送带一样不断向两侧扩张。 因此，地磁异常条带在大洋中脊两旁有规律的排列以及洋壳年龄离洋脊越远越老；大洋中脊两侧向外扩张速度（半速度）大约为每年12cm，有的可达38cm。,海底扩张说的主要观点（2）,大洋壳与大陆壳相遇处，因洋壳密度较大，位置较低，俯冲到大陆壳下，形成海沟或贝尼奥夫带。 倾斜插入陆壳下的洋壳，由于远离中脊，温度已经变冷，同时沉积物中的水分也被带入深部，形成海沟低热流值带； 地热和摩擦的作用，在约深150200km处，大洋壳局部或全部熔融，形成岩浆。岩浆及挥发成分的强大内压使其上侵，并携带大量热能上升。 因此海沟向陆一侧一定距离处形成高热流值；岩浆喷出地表形成火山和岛弧；火山喷出的岩浆，因混入了硅铝层（大陆壳重熔物质）的成分，属于中性的安山岩质（在环太平洋区安山岩出露的界线，称为安山岩线）。 大洋壳俯冲带，因其下部逐渐熔化、混合而消亡，故贝尼奥夫带又称为大洋壳消亡带。,海底扩张说的主要观点（3）,海底扩张说对于许多海底地形、地质和地球物理特征，都能作出很好的解释。 特别是它提出一种崭新的思想，即大洋壳不是固定的和永恒不变的，而是经历着“新陈代谢”的过程。 地表总面积基本上是一个常数，既然有一部分洋壳不断新生和扩张，那就必然有一部分洋壳逐渐消亡。这一过程大约需2亿年。这就是在洋底未发现年龄比这更老的岩石的缘故。,9.3.3 板块构造说,1912年，魏格纳提出大陆漂移。此后论战持续了近40年。 50年代，海底调查和古地磁研究的突破性进展，激发了人们的兴趣；1962年，地质诗人赫斯提出了海底扩张的假说。 1967和1968年剑桥大学的麦肯齐（D.P.Mckenzin）和派克（R.L.Parker），普林斯顿大学的摩根（W.J.Morgan）和拉蒙特观测所的勒皮松（X.Lepichon）发表了几篇合写的文章，从不同的观点论证了“新全球构造学”。根据这一批论文，板块构造学说意义明确地形成了。 板块构造以恢弘的气势建立新的全球说，用和谐的框架将大量的杂散的专门发现协调组织成一个完整的体系，几乎包含了地球科学的各学科领域：岩石学、矿床学、大地构造、海底资源。,9.3.3.1 板块构造的基本思想,地球表层的硬壳岩石圈（或称构造圈），相对于软流圈来说是刚性的，其下面是粘滞性很低的软流圈。 岩石圈具侧向不均一性，被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。 整个岩石圈为由若干刚性板块拼合起来的圈层，板块内部是稳定的，而板块的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带，有强烈的构造运动、沉积作用、深成作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动，又是极有利的成矿地带。 岩石圈板块的是围绕着一个旋转扩张轴在活动，并且以水平运动占主导地位，可以发生几千千米的大规模的水平位移；在漂移过程中，板块或拉张裂开，或碰撞压缩焊结，或平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带，控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。,9.3.3.2 板块构造的划分,全球岩石圈划分成六大板块：太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。 太平洋板块几乎全是海洋，其余板块既包括陆地，又包括海洋。,9.3.3.3 板块构造边界类型,大洋中脊（中隆、海岭） 岩石圈板块的生长场所和海底扩张的中心地带。 岩石圈张裂；基性、超基性岩浆涌出；高热流值及浅震。如大西洋中脊、东太平洋中隆等。 大陆裂谷也属于拉张性边界。 绝大多数裂谷为复式地堑构造。如东非大裂谷、贝加尔裂谷等，垂直断距可达数千米。 在裂谷中火山活动比较频繁，浅源地震比较活跃。高地热流；东非大裂谷是胚胎时期的洋脊，可发展形成新的海洋。,1.拉张（分离）型边界,火山链与海底平顶山的形成,2.挤压（汇聚）型边界,挤压型边界 又称汇聚型边界、消亡带或贝尼奥夫带。 岛弧-海沟型 西太平洋最为典型，日本岛弧-海沟。两个板块挤压、碰撞。 大洋岩石圈板块沿着消亡带俯冲到大约150200km深度，洋壳局部熔融形成岩浆，岩浆喷发形成火山岛弧。火山岛弧带距离海沟为150200km。在岛弧与海沟间形成50100km宽的无火山带。,山弧海沟系,山弧-海沟型 南美，一侧为海沟，一侧为安第斯山。,山弧地缝合线,山弧-地缝合线型 两大陆板块汇合相撞，形成一侧是高山，一侧是地缝合线。 阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带，雅鲁藏布江一带为缝合线。喜马拉雅山是印巴次大陆板块和欧亚板块互相碰撞的结果。,喜马拉雅山的形成,喜马拉雅山是印巴次大陆板块和欧亚板块互相碰撞的结果。 在碰撞成山之前，板块之间一片海洋，这就是古地中海（又称特提斯海）。,3. 剪切（平错）型边界,转换断层是一种特殊类型的板块边界。 此种边界板块既无增生又无消减，相邻两个板块作剪切错动。 大洋中脊常为垂直于它的横断层所错开，并常切成许多段。 美国的圣安德列斯断层，是一条错开太平洋中隆的转换断层。,圣·安得列斯断裂,9.3.3.4 板块运动与海洋演化,板块运动与大西洋的形成,板块运动与太平洋的形成,威尔逊旋回,威尔逊（J.T.Wilson）对海洋和裂谷的发展研究后认为： 洋壳分裂、地幔物质涌出、新洋壳的生长不仅在海洋出现，大陆上同样可以现象。海洋的发展可以看成裂谷的发展过程。 海洋开始形成到封闭经历下列过程：大陆裂谷红海型海洋大西洋型海洋太平洋型海洋地中海型海洋地缝合线。 这一过程被称为大洋发展旋回或威尔逊旋回。,9.3.3.5 板块构造说对各种地质现象的解释,板块构造学说认为，地槽可在板块的不同部位。 美洲东部大陆边缘的沉积地层，在一个板块上，海陆间无俯冲带和火山和地震带，为冒地槽，称为大西洋型地槽。 南美洲西部大陆边缘的沉积地层，位于两个板块的挤压带上，多火山和地震，沉积物中多火山碎屑物，远海地带形成碳酸盐岩，为优地槽，称为安第斯山型地槽。 太平洋西部岛弧地带，沉积物多为陆源碎屑，夹火山碎屑及熔岩，间有侵入岩，称为岛弧型地槽。 此外还有日本海型地槽、地中海型地槽等。 在一定条件下地槽类型可以转化。 如日本海型地槽槽转化为大西洋型地槽。,1.现代地槽,2. 造山作用,板块相撞使地槽沉积发生褶皱和断裂，形成山脉。 阿尔卑斯山推覆构造，是非洲板块和欧亚板块碰撞的结果。 喜马拉雅山脉是印度板块和亚欧板块碰撞的结果。,阿尔卑斯山的形成 （M.Bradshaw et al,1993） A. 5千万年前的褶皱造山 B. 经长期剥蚀之后,全球构造与全球构造山系,3. 混杂堆积,混杂堆积板块俯冲带上由不同时代、不同成因、不同大小的岩石相混杂的现象。 岩块大小不一，形状各异，最大可达数千米。 原始产地不同：外来岩块、原地岩块和基质。 成分不同：包括沉积岩、火成岩、变质岩。 混杂堆积分布：宽度不一，延伸很长，与俯冲带平行分布。 成因 板块俯冲下插时，两板块边缘碰撞、刮削而破碎。尤其是仰冲板块，象推土机一样把俯冲板块上不同地区、不同时代和不同成因、甚至包括原来沉积基底的洋壳碎片，都刮削混合在一起，形成混杂堆积。,4. 蛇绿岩套,蛇绿岩套地缝合线出现的一套特有岩石，也叫奥菲里建造。 具有的层序：自下而上，超基性岩、基性深成岩（辉长岩）、枕状基性熔岩（玄武岩）、深海沉积岩（含放射虫硅质岩或大理岩等），其中超基性和基性岩多已变为含绿泥石、蛇纹石等绿色岩石，故名之为蛇绿岩套。 成因：岩浆物质顺切穿岩石圈的深断裂从地幔涌上来而形成。 蛇绿岩套形成于洋中脊、边缘海等海底扩张环境。在海洋关闭、大陆碰撞过程中，推覆到大陆板块之上，卷入到褶皱带中。 标志着洋盆的消亡，是鉴别古俯冲带、缝合线的标志之一。 世界上许多造山带都发现有蛇绿岩套。 斯堪的那维亚到英北部的加里东山脉，乌拉尔山和萨彦领，阿巴拉契亚山，以及横贯欧亚大陆的古特提斯海一带。,蛇绿岩套示意图,5. 双变质带,又称成对变质带，板块聚合或板块俯冲带的典型标志。 板块接触带俯冲一侧，热流温度较低，下冲的压力大，常形成高压低温变质带。以蓝闪石片岩为特征，又称的蓝片岩带。 板块接触带俯冲一侧，受地幔热对流和摩擦生热影响，常形成低压高温变质带。以红柱石片岩为特征。,6.火山活动,世界火山分布于全球板块边界。主要分布在三个地带： 一沿大洋中脊分布。密集成群对称排列于洋脊两侧。 二沿大陆裂谷分布，东非大裂谷等。 三沿板块俯冲带分布，如环太平洋火山带及古地中海火山带。 环太平洋板块俯冲带，海沟与岛弧火山带以安山岩线分界。,7.地震活动,沿着大洋中脊、转换断层、俯冲带（贝尼奥夫带）、大陆裂谷、地缝合线分布。 世界上的中、深源地震，特别是深源地震，主要分布于俯冲带倾向大陆的一侧。 板块内部地震较少。,9.3.3.6 板块构造说面临的问题,1、板块运动的驱动力 根据热流值的分布和热点的存在等现象，地幔对流有可能存在，但缺乏直接证据。至于如何对流，就更不清楚。还不能建立板块运动的数理模型。 2、错断洋脊的巨大断裂的成因 洋脊的错断不是转换断层作用的结果，它究竟是如何产生? 3、洋底出现含煤沉积的原因 根据深海钻探资料，大西洋、印度洋与太平洋底部都有白垩纪和三叠纪的含煤沉积，表明这些大洋底曾经露出水面，处于滨海沉积条件。洋壳为何能露出水面？,板块构造说面临的问题（续）,4、非洲板块的南面，东面和西面都被扩张脊所环绕。那么，它在哪里消 减？如果没有消减带存在，沿洋脊扩张又是如何实现的？ 5、板块构造学说建立在现代海底考察的基础上，它直接研究所涉及的时间范围不超过中生代。板块构造原理在更老的地质历史中，尤其是在遥远的太古代是否适用，仍然优待于进一步探讨。 6、在“刚性”板块内部广泛存在着巨大变形，板块构造理论在大陆地质和造山带研究中也遇到许多困难。如何使板块构造“上陆”，是当今地学研究前沿领域的重大问题。,思考题,1海底扩张说的立论依据是什么7 2板块边界有哪些基本类型？说明各类型边界的基本特点。 3为什么大洋中脊是海底扩张发生处的标志？ 4海洋磁异常的线形条是怎样产生的？它们对海底扩张提供了什么特殊情报？ 5板块构造说怎样解释大洋的演化？ 6如何用板块构造理论解释全世界地震的分布规律？ 7为什么浅震震中带对定出板块边界的位置是有用的？ 8地槽区和地台区的沉积建造有什么差异？为什么会造成这种差异？ 9从地台的双层结构来说明地台的形成过程。 10板块构造说如何解释地槽的形成与发展过程？,测试题(1),1. 魏格纳在系统总结当时地学有关资料后认为，在（ ）时全球只有一个巨大的原始大陆，他称之为泛大陆（Pangaea或联合古陆）. A. 石炭纪 B. 二叠纪 C. 三叠纪 D. 侏罗纪 2. 泛大陆形成以后，沿古地中海分裂为北方的（ ）古陆和南方的（ ）古陆，并逐步分裂为若干陆块，四散漂移拼合，逐渐形成现今的各个大陆。 A. 劳亚 B. 冈瓦纳 C. 冈瓦纳 D. 劳亚 3. 板块边界的基本类型为（ ）。 A. 离散边界 B. 会聚边界 C. 碰撞造山边界 D. 转换边界 4. 全球板块可划分为若干大板块和一些小板块。其中，大板