板块构造学说的建立及核心思想.PPT

1第九章 海底扩张与板块构造2槽台学说（槽台学说（30-6030-60年代统治全球地学理论）年代统治全球地学理论）:认为地壳运动以垂直运动为主，大陆、大认为地壳运动以垂直运动为主，大陆、大洋的位置不变洋的位置不变.将地表分为地槽活动区将地表分为地槽活动区（GeosynclineGeosyncline）,地台稳定区（地台稳定区（PlatformPlatform）二个主要构造单元二个主要构造单元.18571857年美国丹纳年美国丹纳DanaDana、霍尔、霍尔HallHall在研究阿在研究阿帕拉契山时提出的帕拉契山时提出的.研究全球性地壳运动的学问称研究全球性地壳运动的学问称TectonismTectonism。包括沉积作。包括沉积作用、用、岩浆活动、变质作用、构造变形、成矿规律等岩浆活动、变质作用、构造变形、成矿规律等-大地构造。大地构造。3板块构造学说板块构造学说:伟大的地学革命伟大的地学革命!65-68!65-68年理年理论成熟。强调板块构造运动以水平位移为主论成熟。强调板块构造运动以水平位移为主导导,有突出贡献的人物：国际级的赫斯和迪有突出贡献的人物：国际级的赫斯和迪茨、茨、Wilson,Wilson,上田诚也，都城秋穗；中国上田诚也，都城秋穗；中国70-8070-80年代以尹赞勋，李春昱年代以尹赞勋，李春昱,郭令智为代表郭令智为代表.4大陆漂移大陆漂移假设在约假设在约2 2亿年前，地球亿年前，地球存在着一个超级大陆存在着一个超级大陆（supercontinentsupercontinent），），称联合古陆或泛大陆称联合古陆或泛大陆（Pangaea)Pangaea)德国，德国，Alfred WegenerAlfred Wegener（19151915）5The reconstructed giant radiating dyke swarm is the tectonic marks of the early Cretaceous breakup of supercontinent related to mantle plume(May,1971;Ernst and Buchan,2001)6 假设在约假设在约2 2亿年前，地亿年前，地球存在着一球存在着一个超级大陆个超级大陆（supercontisupercontinentnent），称），称联合古陆或联合古陆或泛大陆泛大陆（Pangaea)Pangaea)泛大陆（潘吉亚大陆）7从侏罗纪开始，联合古陆从侏罗纪开始，联合古陆分裂开来并各自漂移，现分裂开来并各自漂移，现今各大洋和大陆都是经过今各大洋和大陆都是经过大陆漂移后形成的。大陆漂移后形成的。而且还认为北大西洋的张而且还认为北大西洋的张开是近几百万年内完成的。开是近几百万年内完成的。8证据1：大西洋两岸大陆地形的相似性 在900米深的大陆坡处拟合9以大陆架边缘为界(而非海岸线)进行拟合黑色区为重叠部分;点线区为拟合的被淹部分;空白区为拟合的间隙.1011证据证据2 2：现代南大西洋两岸被截断的地质构造带的分布：现代南大西洋两岸被截断的地质构造带的分布深色块状反映前寒武早期的地盾；线条带状反映前寒武晚期的年青造山带（据P.M.Hurley,The confirmation of continental drift，Scientific American，vol.218,1968）12北大西洋两侧山链的相似性13证据证据3 3：动、植物：动、植物群的相似性。分布群的相似性。分布在冈瓦纳大陆的兽在冈瓦纳大陆的兽孔目爬行动物群和孔目爬行动物群和舌羊齿植物群舌羊齿植物群（250-200Ma250-200Ma前）前）是可以对比的。是可以对比的。爬行动物中龙14证据证据4 4：南半球各大陆石炭：南半球各大陆石炭二叠纪冰川的分布二叠纪冰川的分布15南半球各大陆石炭南半球各大陆石炭二叠纪冰川的分布二叠纪冰川的分布16南半球各大陆南半球各大陆石炭石炭二叠纪二叠纪冰川的分布冰川的分布(300Ma)17特提斯海古地中海泛大陆（潘吉亚大陆）泛大陆（潘吉亚大陆）冈瓦纳大陆冈瓦纳大陆劳亚大陆休斯（Suess)18成因机制解释 1、大陆地壳在大洋地壳上漂浮和移动;2、大陆向西漂移:太阳、月球的引力产生的潮汐摩擦阻力，使地球自转速度减缓，发生向西的拖曳作用.美洲大陆受到较强的向西的拖曳力,落后于欧洲与非洲的运动,形成大西洋.3、由极地向赤道方向运动（离极力）：印度原位于南极大陆附近，向北漂移与欧亚大陆相接，发生碰撞挤压，形成喜马拉雅山脉。19存在的问题存在的问题-1928-1928年召开学术年会被否认年召开学术年会被否认1、证据不足：除了地形、构造带、古生物、古冰川的证据外，缺乏定量的重力、地磁、地震波、大地测量等方面的资料.2、刚性的花岗岩层不可能在刚性的玄武岩层上飘移.3、潮汐摩擦力和离极力太小，不足以引起大陆漂移.“不论在过去和现在，形成大陆漂移的动力问题一直处在游移不定的状态中，也不可能得出一个满足各个细节的完整答案.”20H.H.Hess(1962)和R.Dietz（1961）同时提出海底扩张的观点2122证据证据1 1、全球大洋中脊及中央裂谷系的发现、全球大洋中脊及中央裂谷系的发现2020世纪世纪5050年代晚期发现了纵贯世界大洋洋底的大洋中年代晚期发现了纵贯世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷体系。脊和裂谷体系。23洋脊是绵延全球各大洋底的巨大山脉，它们相互连接，延伸总长度达64000km，宽1000-4000km，高2000-4000m大西洋洋中脊（mid-Atlantic ridge）：对称式、平分大西洋；太平洋洋脊（Pacific rise）:又称太平洋洋隆，洋脊偏于东侧；印度洋洋脊：洋脊呈倒Y字型，位于中央。24大西洋洋底，洋脊扩张大西洋洋底，洋脊扩张 25印度洋海底印度洋海底 26洋中脊：洋中脊的横洋中脊：洋中脊的横截面呈平缓的等腰截面呈平缓的等腰 三角型三角型,两侧呈地垒两侧呈地垒状隆起，中间呈地堑状隆起，中间呈地堑 状陷落（裂谷）。状陷落（裂谷）。洋脊处沉积物最薄洋脊处沉积物最薄;裂谷带为火山岩裂谷带为火山岩,缺缺失海洋沉积物。洋脊失海洋沉积物。洋脊是火山喷发带是火山喷发带,因此因此也是高热流带。也是高热流带。洋脊也是地震带，特洋脊也是地震带，特点是震级低、震源浅、点是震级低、震源浅、地震频繁。地震频繁。太平洋海底太平洋海底 27沉积物从洋脊向两侧从无到有、从薄到厚；沉积沉积物从洋脊向两侧从无到有、从薄到厚；沉积层序由少到多；中间新，两边老，最老沉积物年层序由少到多；中间新，两边老，最老沉积物年龄不老于龄不老于170Ma170Ma。证据2：沉积物的分布特征28北太平洋海底岩石年龄分布图2930旋转轴磁北极磁南极 证据3：海底地磁条带地质历史时期地质历史时期地磁极的南北地磁极的南北极在不断交替极在不断交替变化变化.地磁场转向：地磁场转向：31吉尔伯特反向吉尔伯特反向高斯正向高斯正向松山反向松山反向布容正向布容正向现在现在-69-69万年万年6969万年万年-243-243万年万年 为为242242万年万年-332-332万年万年332332万年前万年前32海底地磁条带形成模块图海底地磁条带形成模块图 吉尔伯特反向吉尔伯特反向高斯正向高斯正向松山反向松山反向布容正向布容正向33对称分布的海底地磁条带对称分布的海底地磁条带34 老洋壳老洋壳-新新 洋脊洋脊 新新-老洋壳老洋壳35冰岛西南方向大西洋中脊实测海底地磁条带（引自Heirtzler et al.,1996）大西洋大西洋2.25cm/a;2.25cm/a;印度洋印度洋2.2cm/a2.2cm/a；太平洋；太平洋4.9cm/a4.9cm/a36证据3：转换断层（transform fault）:由加拿大学者Wilson于1965年提出。37转换断层模型转换断层模型 fc38海沟海沟 海沟是位于洋底边缘的一种狭长凹地，水深常超过6000米，横剖面为不对称的V字型，有沉积物，但是厚度不等。证据4、海沟及贝尼奥夫地震带392020世纪世纪5050年代，美国人贝尼奥夫年代，美国人贝尼奥夫 （H.Benioff,H.Benioff,19681968）首先发现天然地震的震源深度与在海）首先发现天然地震的震源深度与在海沟沟岛弧系有密切的关系，呈有规律的变化：岛弧系有密切的关系，呈有规律的变化：从大洋方向向大陆边缘附近地震分布依次为浅从大洋方向向大陆边缘附近地震分布依次为浅源地震、中源地震和深源地震。震源可排列成源地震、中源地震和深源地震。震源可排列成一条由海沟向大陆方向深处的倾斜带，也称贝一条由海沟向大陆方向深处的倾斜带，也称贝尼奥夫地震带。该带的倾角一般为尼奥夫地震带。该带的倾角一般为4545，可在，可在1515-60-60之间变化。之间变化。404142贝尼奥夫带的意义：说明沿大陆边缘的海沟，存在着贝尼奥夫带的意义：说明沿大陆边缘的海沟，存在着倾向大陆的正在活动着的巨型断裂带，洋壳在此带俯倾向大陆的正在活动着的巨型断裂带，洋壳在此带俯冲、下插到大陆岩石圈下。现在认为贝尼奥夫带就是冲、下插到大陆岩石圈下。现在认为贝尼奥夫带就是一个洋壳的削减带，是大洋与大陆岩石圈的聚敛带！一个洋壳的削减带，是大洋与大陆岩石圈的聚敛带！43古新世始新世证据5:海底火山岛链的分布4445霍尔姆斯的地幔对流说霍尔姆斯的地幔对流说海底扩张成因机制Holmes46海底扩张示意图海底扩张示意图47洋底在洋脊裂谷带形成，接受分裂，并不断向两侧扩张，同时老的洋底在海沟处潜没消减，因而洋底不断更新。洋底扩张是由于刚性的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。洋脊轴部是对流圈的上升处，海沟是对流圈的下降处。4819681968年前后，麦肯齐年前后，麦肯齐、摩根、摩根、X.LePechonX.LePechon、J.T.WillsonJ.T.Willson等等他们归纳了大陆漂移和海底扩张他们归纳了大陆漂移和海底扩张所取得的成果，并及时地吸取了所取得的成果，并及时地吸取了当时对地球上部层圈当时对地球上部层圈岩石圈和岩石圈和软流圈所获得的新认识，从全球软流圈所获得的新认识，从全球统一的角度，提出了板块构造学统一的角度，提出了板块构造学说，阐明了地球活动和演化的许说，阐明了地球活动和演化的许多重大问题。多重大问题。第三节 板块构造理论49固体地球上层在垂向上可划分出物理性质显著不同的两个圈层,即上部的刚性岩石圈和下垫的塑性软流圈;刚性的岩石圈在侧向上可划分为若干大小不一的板块,它们漂浮在塑性较强的软流圈上作大规模的水平运动,板块（plate)内部是相对稳定的，板块的边界则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带；板块间的相互作用从根本上控制着各种地质作用的过程，同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。一、板块构造学说的核心思想50二、板块运动的方式二、板块运动的方式岩石圈板块主要的、主导的运动形式是水平运动；岩石圈板块主要的、主导的运动形式是水平运动；水平运动可以导致地壳发生垂向运动；水平运动可以导致地壳发生垂向运动；51离散运动水平运动的三种端元运动方式聚敛运动走滑运动52聚敛型板块边界聚敛型板块边界 板块两侧沿着相向的方向运动。以太平洋东西两岸板块两侧沿着相向的方向运动。以太平洋东西两岸的海沟俯冲带为代表，以产生深源地震，褶皱山系，的海沟俯冲带为代表，以产生深源地震，褶皱山系，引起火山活动特征引起火山活动特征离散型板块边界离散型板块边界 板块两侧沿着相反的方向运动。所有大洋中脊都是板块两侧沿着相反的方向运动。所有大洋中脊都是这类板块边界这类板块边界转换断层型边界转换断层型边界 此类边界既不产生也不削减岩石圈，使洋中脊发此类边界既不产生也不削减岩石圈，使洋中脊发生水平错位。以水平错位产生浅源地震，伴随板块生水平错位。以水平错位产生浅源地震，伴随板块的分离和火山活动为特征的分离和火山活动为特征53大洋中脊轴部，当两个板块相背运动时，板块边界受大洋中脊轴部，当两个板块相背运动时，板块边界受到拉张而分离，岩石圈深部和软流圈的熔融物质上涌，到拉张而分离，岩石圈深部和软流圈的熔融物质上涌，并逐渐冷凝形成新的大洋岩石圈。这种情况下的相邻并逐渐冷凝形成新的大洋岩石圈。这种情况下的相邻板块的边界称为离散边界。板块的边界称为离散边界。由于有大量玄武岩浆喷发，频繁的浅源地震及断裂活由于有大量玄武岩浆喷发，频繁的浅源地震及断裂活动，因 此 也 称 洋 脊 扩 张 带，或 称 增 生 型 边 界动，因 此 也 称 洋 脊 扩 张 带，或 称 增 生 型 边 界（accreting plate boundaryaccreting plate boundary）。）。离散板块边界（离散板块边界（divergent plate boundarydivergent plate boundary）54不同形式的聚敛边界55B B型俯冲型俯冲大洋岩石圈板块相对于大陆岩石圈板块的汇聚运动，密度较大的大洋板块俯冲于密度较小的大陆板块之下，使大洋岩石圈在俯冲带不断消亡相邻的大洋板块和大陆板块之间的边界称为俯冲型边界（subduction boundary）56A型俯冲两个大陆岩石圈板块发生相对汇聚运动，并在汇聚运动中发生碰撞形成造山带，而碰撞造山的表现也可以是一个大陆板块俯冲与另一个大陆板块之下相邻的两大陆板块之间的边界称为碰撞型边界（collision boundary）。5758以大陆为主：以大陆为主：以大洋为主以大洋为主:北美板块北美板块菲律宾板块菲律宾板块欧亚板块欧亚板块太平洋板块太平洋板块南美板块南美板块印度印度澳大利亚板块澳大利亚板块非洲板块非洲板块加勒比板块加勒比板块阿拉伯板块阿拉伯板块纳兹卡板块纳兹卡板块南极洲板块南极洲板块可可斯板块可可斯板块四、岩石圈板块的划分四、岩石圈板块的划分59北美板块加勒比板块南美板块南极洲板块非洲板块欧亚板块阿拉伯板块纳兹卡板块太平洋板块菲律宾板块可可板块斯印度澳大利亚板块东非裂谷PCMPCMPCMPCMPCMACMACMACMACMACMTFTFPCMSBSBSBSBSBDBDBDBDBDBTFSBCBPCMACM北美板块DBPCMPCM陆壳陆壳洋壳洋壳SBACMACM陆壳陆壳洋壳TFTFCB陆壳造山带板块离散运动及其边界示意剖面板块俯冲运动和转换运动及其边界示意剖面板块碰撞运动及其边界示意剖面CBCBCBTFTFTFTFTFTFTFTF索马里板块TF(a)(b)(c)SB太平洋板块南极洲板块欧亚板块非洲板块非洲板块北美板块北美板块南美板块南美板块60它是板块俯冲作用发生的场所。通常是大洋板块俯它是板块俯冲作用发生的场所。通常是大洋板块俯冲于大陆板块或大洋板块之下。其突出的构造标志冲于大陆板块或大洋板块之下。其突出的构造标志是伴有强烈的地震活动和岩浆、变质作用，及在凹是伴有强烈的地震活动和岩浆、变质作用，及在凹侧产生海沟侧产生海沟岛弧、贝尼奥夫带。主动大陆边缘最岛弧、贝尼奥夫带。主动大陆边缘最重要的地貌特征是发育有弧沟系（重要的地貌特征是发育有弧沟系（trench-arctrench-arc），），即海沟及与海沟共生的岛弧或山弧。如苏门答腊即海沟及与海沟共生的岛弧或山弧。如苏门答腊爪哇构造带是由于印度洋板块向北西方向的俯冲作爪哇构造带是由于印度洋板块向北西方向的俯冲作用，形成爪哇海沟、明打威火山弧等。用，形成爪哇海沟、明打威火山弧等。五、两种类型的大陆边缘1、主动大陆边缘(active continental margin)也称活动边缘、太平洋型边缘或聚敛型大陆边缘。也称活动边缘、太平洋型边缘或聚敛型大陆边缘。61北美板块加勒比板块南美板块南极洲板块非洲板块欧亚板块阿拉伯板块纳兹卡板块太平洋板块菲律宾板块可可板块斯印度澳大利亚板块东非裂谷PCMPCMPCMPCMPCMACMACMACMACMACMTFTFPCMSBSBSBSBSBDBDBDBDBDBTFSBCBPCMACM北美板块DBPCMPCM陆壳陆壳洋壳洋壳SBACMACM陆壳陆壳洋壳TFTFCB陆壳造山带板块离散运动及其边界示意剖面板块俯冲运动和转换运动及其边界示意剖面板块碰撞运动及其边界示意剖面CBCBCBTFTFTFTFTFTFTFTF索马里板块TF(a)(b)(c)SB太平洋板块南极洲板块欧亚板块非洲板块非洲板块北美板块北美板块南美板块南美板块62632、被动大陆边缘（stable continental margin）这种大陆边缘是位于板内，其两侧的大这种大陆边缘是位于板内，其两侧的大陆与大洋属于一个统一的板块。也称稳陆与大洋属于一个统一的板块。也称稳定边缘、不活动边缘、大西洋型或离散定边缘、不活动边缘、大西洋型或离散型边缘型边缘.如北美和南美的东部边缘、欧如北美和南美的东部边缘、欧洲西部边缘与非洲边缘、印度南部边缘、洲西部边缘与非洲边缘、印度南部边缘、澳大利亚南缘、欧亚大陆与北美北缘等。澳大利亚南缘、欧亚大陆与北美北缘等。被动大陆边缘在地貌上其海底地形是由被动大陆边缘在地貌上其海底地形是由陆架，陆坡和陆基（陆隆）单元所组成。陆架，陆坡和陆基（陆隆）单元所组成。64北美板块加勒比板块南美板块南极洲板块非洲板块欧亚板块阿拉伯板块纳兹卡板块太平洋板块菲律宾板块可可板块斯印度澳大利亚板块东非裂谷PCMPCMPCMPCMPCMACMACMACMACMACMTFTFPCMSBSBSBSBSBDBDBDBDBDBTFSBCBPCMACM北美板块DBPCMPCM陆壳陆壳洋壳洋壳SBACMACM陆壳陆壳洋壳TFTFCB陆壳造山带板块离散运动及其边界示意剖面板块俯冲运动和转换运动及其边界示意剖面板块碰撞运动及其边界示意剖面CBCBCBTFTFTFTFTFTFTFTF索马里板块TF(a)(b)(c)SB太平洋板块南极洲板块欧亚板块非洲板块非洲板块北美板块北美板块南美板块南美板块65大陆大陆架大陆坡陆隆深海平原陆壳洋壳陆架:与大陆相接向海方向平缓倾斜的部分.坡度平均约0.1.宽度每增加1km，水深增加约2m.陆坡:海底地形发生显著转折的地带.坡度平均约4.宽度20-90km，水深1400-3200m.陆隆:陆坡的坡陆向大洋底缓倾斜的地带.坡度小于1/400，最宽1000km，水深2000-5000m.66无论被动还是主动边缘常受转换断层的影响，无论被动还是主动边缘常受转换断层的影响，这种情况下，构造特征以走滑断层这种情况下，构造特征以走滑断层(strike(strike slip fault)slip fault)为主，如活动边缘那样，伴随着为主，如活动边缘那样，伴随着地震作用的发生。地震作用的发生。被动边缘是没有或极少发生地震和火山活动被动边缘是没有或极少发生地震和火山活动的大陆边缘，是板内边缘跨过陆壳和洋壳的边的大陆边缘，是板内边缘跨过陆壳和洋壳的边界；界；活动边缘是形成在聚敛型板块边界上，常伴活动边缘是形成在聚敛型板块边界上，常伴随强烈的地震作用、岩浆作用、变质作用和岩随强烈的地震作用、岩浆作用、变质作用和岩石的变形变位；石的变形变位；67大陆内初始裂谷翘隆和裂谷阶段早期海底扩张沉降边缘大陆间原洋裂谷被动大陆边缘红海大西洋68被动大陆边缘转化为主动大陆边缘69地幔对流环能穿透整个地幔对流环能穿透整个地幔厚度。地幔厚度。地幔对流环主要发生地幔对流环主要发生在上地幔顶部的软流在上地幔顶部的软流圈。圈。上升对流仅限于几个上升对流仅限于几个地幔柱，对流环的下地幔柱，对流环的下降翼是冷的、密度大降翼是冷的、密度大的大洋板块。的大洋板块。70六、威尔逊旋回的演化模式六、威尔逊旋回的演化模式胚胎期胚胎期联合古陆初始张裂，形成大陆裂谷联合古陆初始张裂，形成大陆裂谷幼年期幼年期岩石圈进一步破裂，开始出现洋中脊和狭窄的洋盆岩石圈进一步破裂，开始出现洋中脊和狭窄的洋盆成年期成年期裂谷中出现了新的大型的成熟的洋盆裂谷中出现了新的大型的成熟的洋盆衰退期衰退期洋脊扩张同时产生俯冲作用，洋盆开始收缩洋脊扩张同时产生俯冲作用，洋盆开始收缩残余期残余期洋脊扩张作用减弱，两侧陆壳逼近，形成残留洋盆洋脊扩张作用减弱，两侧陆壳逼近，形成残留洋盆消亡期消亡期两大陆直接碰撞拼合，海域消失，造山带形成两大陆直接碰撞拼合，海域消失，造山带形成东非裂谷东非裂谷红海红海大西洋大西洋太平洋太平洋地中海地中海阿尔卑斯阿尔卑斯喜喜马拉雅山造山马拉雅山造山带带7172七、板块的演化过程七、板块的演化过程7374757677板块构造历史及未来Rodinia7879