17第十七章 岩石圈板块构造.ppt

第十七章岩石圈板块构造,第一节概述,地球外部的岩石圈并非完整的一块，它被构造活动带分割成许多块体，称为板块岩石圈板块漂浮在软流圈之上，不断地生长、移动、消亡板块边界是地球表面最活动的地带，绝大多数地震、火山分布于活动带上，而板块内部则是相对稳定的地区板块运动是形成地表各种构造形变根本原因,形成原因,发现大西洋两岸的轮廓竟如此相互对应，特别是巴西东端的直角突出部分，与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合远隔重洋的大西洋两岸，许多生物之间存在着亲缘关系，保存在地层中的古生物化石存在相似性在大洋两岸的大陆对应位置上的地质构造可以相互拼接,结论,大约在两亿年前，地球上现有的大陆欧亚大陆、美洲、非洲、南极洲和澳大利亚曾是彼此相连，构成一个统一的超级大陆冈瓦纳大陆当时大西洋尚未出现，北美东岸紧挨在非洲撒哈拉大沙漠的西缘我国西藏的南缘，却是一片汪洋大海印度次大陆远在相距万里以外的大洋彼岸，它与南极洲紧紧相连以后，这块超级大陆开始四分五裂，美洲相对于欧洲和非洲向西漂移。而印度次大陆脱离南极洲向北漂移板块构造说是在大陆漂移和海底扩张学说的基础上引伸发展而形成的,第二节大陆漂移说,大陆漂移说的内容大陆漂移的证据,大陆漂移说的内容,魏格纳大陆由较轻的刚性的硅铝层组成，它漂浮在较重的粘性的硅镁质洋底之上，硅铝层原曾覆盖过地球的整个表面，随后由于皱缩使其面积减小而厚度增大，到古生代末期和中生代初期演变成一整块联合古陆（即泛大陆），相应的海域只有一个，即泛大洋。中生代开始，特别是侏罗纪时，这个大陆裂开、解体，并发生水平移动，于是形成今天的各大洲和各大洋。大西洋和印度洋是在大陆解体、漂移过程中的产物，原来的泛大洋缩小为今日之太平洋,,1、自地球两极向赤道的离极移动如两亿多年前聚集在南极的南半球诸大陆向北四散漂移，并在非洲、印度和欧亚大陆之间形成阿尔卑斯喜玛拉雅褶皱山系2、向西漂移如美洲大陆西移因太平洋底的抵抗而在大陆西线形成科迪勒拉和安第斯山系，在大陆的东部则脱落下一些落伍的碎块形成岛屿，如在亚洲大陆后方的日本、琉球、台湾、菲律宾岛，在澳洲大陆东面的新西兰岛，在中美洲东面的古巴、安德列斯群岛，在非洲大陆东面的马达加斯加岛，印度东侧的锡兰岛，以及尾随在南美洲南端的马尔维纳斯群岛等，并且掉队愈远，岛屿愈小,大陆漂移的方向,研究进展,魏格纳的学说曾经盛行一时。但是，硅镁层实际是刚性的，硅铝质大陆不能在其上航行，人们不了解有什么机制能使大陆发生漂移。大陆漂移说本身的依据还不足，某些证据可作另外的解释，尤其是缺乏定量的证据，不易使人信服。加之传统的固定论势力强大，大陆漂移说在一些地质学和地球物理学权威的极力反对之下，未能得到广泛的支持而逐渐衰落杜.托伊特提出古生代不只一个而是有两个联合古陆，即北半球的劳亚古陆和南半球的冈瓦纳古陆，其间为特提斯海分开认为是重力驱动大陆漂移，大陆块由于边缘地槽堆积负载而略倾斜，重力使它在地幔上滑向大洋，大陆中心受到拉张产生裂陷，这些裂陷使得岩浆得以上升而使裂陷地区进一步裂开和穹起，进而促使大陆外移霍尔姆斯的地幔对流驱动大陆漂移,现代的概念,大陆漂移是在岩石圈与软流圈界面上漂移即由地壳和地幔盖层组成的岩石圈板块，驮载在缓慢流动的低速层之上，后者起了一个润滑作用，使得上覆的岩石圈板块受海底扩张和地幔对流等作用而向两侧移动,大陆漂移的证据,大陆的拼合古生物证据地质构造方面的证据冰川证据古气保证据古地磁深海勘测方面的证据,大陆的拼合,大陆边界的拼合是以海岸线为标准的，但陆壳与洋壳存在着原则性的区别，陆壳边界并不是以海岸线为界，而应以大陆坡的坡脚附近为准一般采取大陆坡某一定的等深线进行拼合,古生物证据,相同的生物物种是不可能在相隔遥远的两个地区分别独立地形成的，它们必定起源于某一地区，然后直接地或通过第三地区传播到另一地区在大西洋两岸找到的某些化石极为相似，如果不考虑这两个大陆曾经相连在一起，是很难解释的,中龙的分布与大陆漂移,地质构造方面的证据,有许多地质构造在非洲大陆的海岸突然中断，而在大西洋对岸大陆的海岸重新出现如果把大西洋两岸的大陆对接在一起，不仅在地形轮廓上，而且在岩石类型和地质构造上也可以对接起来。这种对接就好象把撕碎了的报纸再拼合起来一样,冰川证据,古生代晚期（约3亿年前）在南半球各大陆的大部分地区都普遍发生过冰川作用。这次冰川作用所遗留下来的堆积物及冰川痕迹是极易辨认的，冰川底下的基岩上，由于冰川移动所留下的擦痕与沟槽，表明了冰川流动的方向。这些确凿的冰川遗迹，广泛分布于现在的南美洲、非洲、澳大利亚南部和印度半岛（以后在南极洲也有发现），这些地方除了南极洲现在仍为冰川覆盖之外，其它地方目前都处在热带和温带,古气保证据,一些显著的气候变迁的证据，也有利于大陆漂移的理论。南极洲的大量煤炭沉积表明，现在这个几乎完全为冰川覆盖的地区曾经是大量植物繁茂的地方其他一些大陆上的岩盐和风成砂岩沉积，也提供了古气候的特征标志，根据这些沉积物可以恢复以往的气候分带,古地磁,许多岩石都显示磁性，它是在岩石形成时获得的，并可能在后来有所变更沉积岩的磁化，是矿物或碎屑在沉积过程中形成的。经一系列外力作用后，从陆地搬运到海中的各种碎屑物质，其中有许多铁磁性物质在历史上某一较早阶段中已发生过磁化由于岩石的磁性具有较大的稳定性，如果通过适当的方法把岩石在形成以后获得的一些磁性消除掉，就可以把岩石的原始磁性测定出来，这种原始磁性可以指示岩石生成时期古地磁场的方向，并算出当时的古地磁纬度以及古地磁极的位置,深海勘测方面的证据,在洋底进行的勘测结果说明，大西洋洋中脊平行于大西洋的大陆边界，它几乎把欧洲、非洲与美洲之间的洋底分成了二等分。洋中脊的中间为一条裂谷性质的中央山谷，可能代表联合古陆破裂和分离所产生的痕迹而从另一些洋底勘察资料来看，海洋盆地是地球表面比较年轻的部分。而且在断陷了的洋脊下面不断发生地幔物质的上涌这些观点形成了海底扩张的概念,第三节海底扩张说,一些洋底山脉标志着对流体的上升地点。地幔物质从大洋中脊或大陆裂谷上涌，向两旁溢流并推开旧有的洋底物质，对流物质不断上涌逐渐向两侧对称地扩张，形成新的洋底。大陆地壳与洋底是粘合在一起的，并随着洋底的扩张一起运动，当运行到海沟处，便向下俯冲，插人地幔，重新被熔融，成为一个巨大的循环运动体,,海底磁异常条带,大洋磁异常的显著特点，是正负磁异常沿大洋中脊两侧呈条带状相间排列地幔物质向上涌，新生的玄武岩浆沿洋中脊形成一个新的地壳条带，当它冷凝至居里点温度以下时，便沿当时磁场方向被磁化。随着地幔物质不断涌出，早先形成的地壳条带便从中脊被推开，海底发生了扩张，新的洋壳占据了它原来的位置。如果这时地球磁场发生转向，产生于洋中脊的新地壳便具有相反方向的地磁极性，这样就形成了与先前形成的海底磁化方向相反的一条磁异常条带,,大西洋洋底沉积物,最年轻的沉积物在洋中脊的地方，离开中脊越远，沉积物的时代越老洋底地壳的年龄以大洋中脊为对称轴，向远离洋中脊的两边有规律地增加洋底沉积层的厚度自中脊轴部向两侧逐渐增大,转换断层,洋中脊以及两侧的磁性条带并不是连续，而是被一系列的巨大断裂带所错开，这种横向断裂带与一般所称的平移断层是不一样的转换断层是岩石圈板块的交接边界，一般发育在洋底，但也可以在大陆上出现,海底磁异常条带和大洋沉积物特征，海底大规模的转换断层等都有力地证实了赫斯和迪茨的海底扩张说,第四节板块构造,板块的划分板块边界的基本类型,板块的划分,岩石圈划分为六大板块太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极板块其中只有太平洋板块几乎全为洋壳，其余五个板块都是既包括大陆地壳，也包括大洋地壳。随后，一些人又进一步划分出一些小板块，例如把美洲板块划分为南美洲板块、北美洲板块、可可板块、纳兹卡板块、加勒比板块等，欧亚板块又分出菲律宾板块、中国板块、阿拉伯板块、伊朗板块等,,板块边界的基本类型,离散型边界汇聚型边界转换型边界,,离散型边界,两侧板块作垂直于边界走向的相背运动，使板块向两侧分离、散开。其应力状态是拉张的，地球上巨大规模的张裂构造带都发育在这种边界上离散边界可发生在大洋岩石圈板块之间，也可发生在大陆岩石圈板块之中或之间。前者为大洋裂谷带，如大西洋中脊、东太平洋中隆；后者为大陆裂谷带，如东非裂谷等,汇聚型边界,两侧板块彼此相向垂直于边界线运动，其应力状态是挤压的。沿汇聚型边界，地壳发生强烈构造变形，伴有大量岩浆活动，形成造山带汇聚型边界可进一步分为两种基本类型，一种是以俯冲作用为主；另一种则以碰撞作用为主,转换型边界,转换断层构成的板块边界，两侧板块平行于边界作走滑运动，其应力状态是剪切的。沿转换边界，岩石圈既不增生，也不消亡,以上述板块边界类型为基础，可将全球岩石圈划分为七大板块（一级）欧亚板块、非洲板块、印度板块、太平洋板块、南极洲板块、北美洲板块和南美洲板块。（有的学者据地震资料划分为12-13个板块）。,二板块的划分,二板块的划分,用板块构造观点解释大洋盆地的演化，可将其分为2个时期6个阶段（威尔逊构造旋回）。（一）大洋的形成时期胚胎期、幼年期、成年期1胚胎期（陆内裂谷阶段）由大陆板块发展为大陆裂谷盆地，但未出现海洋环境，如东非裂谷。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,（一）大洋的形成时期胚胎期、幼年期、成年期2幼年期（陆间裂谷阶段）陆壳继续裂开，出现狭窄原始海洋，如红海、亚丁湾（窄大洋阶段）。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,（一）大洋的形成时期胚胎期、幼年期、成年期2幼年期（陆间裂谷阶段）陆壳继续裂开，出现狭窄原始海洋，如红海、亚丁湾（窄大洋阶段）。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,（一）大洋的形成时期胚胎期、幼年期、成年期3成年期（被动大陆边缘阶段）陆壳继续分离，大洋中脊向两侧不断增生，但大洋边缘未出现俯冲消减现象，可出现宽广的大陆架、坡、基（被动大陆边缘），面积扩大。如大西洋。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,（二）大洋的衰亡时期衰退期、残余期、终了期4衰退期（主动大陆边缘阶段／俯冲消减阶段）随着海底扩张作用的不断进行，被动大陆边缘处的洋壳发生断裂，并向大陆之下俯冲，形成海沟，虽然海底扩张在不断进行，但大洋边缘出现俯冲消减现象，因此，大洋面积在减小，如太平洋。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,（二）大洋的衰亡时期5残余期（有限洋盆阶段）随着洋壳海域的缩小，最终导致两侧陆壳地块相互靠近，其间仅存残留海，如地中海。,始新世,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,地中海,,（二）大洋的衰亡时期6遗痕期／终了期（拼合造山阶段）最终两侧大陆完全拼合、碰撞，海域完全消失，并转化为高大的褶皱山系，如阿尔卑斯喜马拉雅山脉（地缝合线）。,三板块构造与大洋盆地的起源与演化,四板块构造与地质作用,（一）板块构造与岩浆作用1板块构造与火山作用的分布火山活动是岩浆作用的一种方式。全球火山活动主要集中分布于环太平洋火山带、阿尔卑斯－喜马拉雅－印尼火山带以及大洋中脊和大陆裂谷带。其中，以环太平洋火山带为主，约占世界活火山的3／5，有“火环”之称。,四板块构造与地质作用,（一）板块构造与岩浆作用2板块边界类型与岩浆活动类型板块边界活动特征决定了岩浆活动的类型，通常在大洋中脊由于拉张作用，以来源于上地幔的基性和超基性岩浆为主；俯冲带则以中、酸性岩浆为主，并形成了岛弧型安山岩带；而碰撞带岩浆活动以酸性为主，主要由地壳局部熔融形成。,四板块构造与地质作用,（二）板块构造与变质作用1分离型板块边界处由于地幔热流的不断上涌，由于热流的作用，使先前形成的洋壳发生中－低级变质作用。2平错型板块边界处由于相互错动而发生动力变质作用。,四板块构造与地质作用,（二）板块构造与变质作用3汇聚型板块边界处由于强烈的俯冲与碰撞，多发生区域变质作用，并形成双变质带。在海沟附近出现以蓝闪石片岩为代表的高压低温变质带；在火山岛弧附近出现以红柱石和蓝晶石为代表的高温低压变带。,四板块构造与地质作用,（三）板块构造与地震作用地震也多沿板块边界分布。1俯冲边界－环太平洋地震带是最强烈的地震带，占全球80％的浅缘、90％中源及全部深源地震，释放能量占全球的76％。多沿海沟分布，且呈45角度向下倾斜，称为贝尼奥夫地震带。特点地震带宽，频次高，震级大。,四板块构造与地质作用,（三）板块构造与地震作用2碰撞边界阿尔卑斯～喜马拉雅～印尼地震带为世界上第二大地震带，释放能量占全球的22％，地震带宽，多为浅源地震。3分离型边界大洋中脊地震带地震带窄，但延伸长度大（64000km），多为浅源地震。,四板块构造与地质作用,（四）板块构造与构造运动1板块内部岩石变形较弱，常以大面积的升降（造陆）运动为主。2板块边缘构造活动较强烈。（1）分离型及平错型边界以断裂为主。（2）汇聚型边界以水平挤压运动为主，多形成高大的褶皱山系。,四板块构造与地质作用,（五）板块构造与表层地质作用（外力地质作用）板块构造与表层地质作用关系也密切，不同类型板块边界其地质作用方式也不同。1汇聚型边界多形成了高山，因此以剥蚀作用为主。2分离型边界由于拉张作用，往往形成了地球上最主要的沉积盆地海洋和大陆裂谷，它们都是发生巨厚沉积的主要场所，以沉积作用为主。,五板块的驱动机制,有关板块运动的驱动机制，仍处于推理和探索阶段，目前有以下几种观点①大地幔对流模式认为由于温度差或密度差的存在而引起物质的缓慢运动，热而轻的地幔物质上升，冷而重的物质下沉，这样就形成了对流环。在上升流处形成大洋中脊，下降流处则形成海沟和俯冲带，在两者之间则由在软流圈顶部物质发生水平方向流动而拖拽其上的刚性岩石圈运动。这就是大的地幔对流。,②软流圈对流模式认为上述对流只发生在软流圈之中。,五板块的驱动机制,③重力作用日本的上田城也（1975）等人认为板块从洋中脊到海沟的运动主要是由板块前缘的不断冷却、加重、下沉和顺坡下滑所引起的。他们通过计算认为，这种下沉拖拽力比洋中脊的推挤力大得多，足以引起板块产生具有现今速率的运动。,五板块的驱动机制,④陨星撞击说近年来，根据大洋钻探的成果，发现大洋中有两次巨大的陨石撞击事件（据B．P．Glass，1982），在海底沉积物中形成上亿吨的微玻璃陨石。撞击中心点正好与几个板块的拼接点位置相近。巨大陨击作用有可能造成直径几十万米、深度几万米的陨击坑，使岩石圈表层物质发生显著的亏损，在岩石圈重力均衡补偿作用的影响下，诱发深部地慢物质上涌，造成海洋板块的张裂、扩张，从而使周邻板块沿着不同的方向运移。,五板块的驱动机制,⑤最新观点地球自转说我国的莫茹波提出地球自转速度的变化是造成大陆漂移的主要原因，认为当自转速度（向东）加大时，造成地幔内对流加强、致使大陆向西、向极地漂移。当自转速度减慢时，大陆趋向联合，并向东、向赤道漂移，地幔对流减弱。,五板块的驱动机制,小结,第一节大陆漂移说第二节海底扩张说第三节板块构造说重点掌握大陆漂移的证据转换断层的概念板块边界的类型威尔逊构造旋回板块构造与地质作用,