大地构造学基础理论提要（3）
胡经国
第3章大陆漂移说
一、理论主要内容
大陆漂移说（TheoryofContinentalDrift），是解释地壳运动和海陆分布、演变的学说。大陆（Continent，theMainland）彼此之间以及大陆相对于大洋盆地之间的大规模水平运动，称大陆漂移。
大陆漂移说认为，在中生代以前，地球上所有的大陆曾经是一个巨大的统一陆块，称之为泛大陆或联合古陆；从中生代开始，联合古陆分裂并漂移，逐渐漂移到现在的位置。大陆漂移的动力机制，与地球自转的两种分力有关，即：向西漂移的潮汐力和指向赤道的离极力。较轻的硅铝质大陆块漂浮在较重的黏性硅镁层之上，由于潮汐力和离极力的作用，使泛大陆破裂并与硅镁层分离，而向西、向赤道作大规模水平漂移，并且向附近移动。
海岸山脉是大陆漂移受阻形成的，岛弧是大陆漂移残留的块体；动力源是地球自转和日月引力；晚石炭世出现联合古陆。
二、大陆漂移证据
地质证据；古气候证据；冰川分布证据；古生物证据；古地磁学证据；大西洋两岸的电子计算机拼接。
第4章海底扩张说
一、海底扩张说的由来和主要内容
1、洋底沉积物
地震资料表明，洋底沉积层非常薄，平均不超过0.5公里；直到60年代以前，通过深海钻探得出，洋底没有比白垩纪更老的岩石。
2、和达清夫－贝尼奥夫带
和达清夫－贝尼奥夫带，曾经译作毕乌夫带，通常称为贝尼奥夫带（BenioffZones），是指位于海沟处、平行于海沟的震源带。
日本地球物理学家和达清夫在20世纪30年代首先发现这一震源带。在50年代，美国地震学家H.贝尼奥夫进一步研究予以确定。因此它称为和达清夫－贝尼奥夫带。
该带连续分布着浅源地震（震源深度0～70公里）、中源地震（震源深度70～300公里）、深源地震（震源深度300～700公里）。在海沟附近为浅源地震；趋向岛弧、大陆依次为中源、深源地震。该带倾角平均为45°左右；但是沿岛弧延长方向倾角有变化，大约在15°～90°之间。
3、Holmes地幔对流理论
美国地质学家赫斯（Hess，1962）和迪茨（Dietz，1961）在地幔对流理论的基础上提出了海底扩张说（Sea-floorSpreadingHypothesis）。海底扩张说认为，从大洋中脊（Mid-OceanRidge）上涌的地幔热物质冷却形成新的洋壳，并推动先形成的洋壳向两侧对称地扩张，洋壳像传送带不停生长、更新，因此洋壳不会有老的留下。
海底扩张说是海底地壳（洋壳）生长和运动扩张的一种学说，是对大陆漂移说的进一步发展。
4、海底扩张说的主要内容
⑴、大洋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。
⑵、海底在洋中脊处的扩张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。
⑶、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。
⑷、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、海底扩张说的证据
1、海底磁异常
海底磁异常条带（StripedMagneticAnomaliesinSeaFloor）大致平行于洋中脊轴线延伸，正负相间排列，并对称地分布于大洋中脊两侧。海底磁异常条带是由于地幔中大量含有磁性成分的物质涌出而引起的呈条带状分布的磁异常。
海底呈条带状分布的磁异常，是大洋盆地中广泛存在的一种磁异常。它常沿大洋中脊轴的两侧对称分布，相互平行，正负相间。这种分布格局与陆上复杂的磁异常分布有着明显的不同。条带状磁异常的发现和解释为海底扩张说提供了论据，也是建立板块构造说（TheoryofPlateTeotonics）的基础之一。
2、Vine-Matthews假说
1963年，英国青年学者瓦因和马修斯提出，海底磁异常条带不是由海底岩石磁性强弱不同所致，而是在地球磁场不断倒转的背景下海底不断新生扩张的结果。瓦因和马修斯认为：在交替的地磁场中，形成交替磁化的玄武岩条带而产生的。随着海底扩张的继续进行，先成的磁性地壳将被新生的磁性地壳向两侧推开。于是，只要海底不断扩张和地磁场周期性地转向，先后相继的、正反磁化方向交替的洋壳条带就会从洋中脊轴部不断现外推移，而形成平行并对称于洋中脊分布的磁异常条带。
3、洋底年龄
距洋中脊愈近，洋底的地质年龄愈新，愈远则愈老。
4、洋底热流
20世纪50年代末，根据洋底热流测量获得，大洋中脊为裂谷，高热流，而海沟处则比正常值低。这种热流分布体制表明，热流应是从大洋中脊上涌，在海沟处下降。
5、深海钻探和洋底沉积物年龄
覆盖在玄武岩基底之上的最老沉积物年龄，与根据磁异常所测得的年龄一致，并且愈接近洋中脊，洋底年龄愈新。
6、海底扩张速率
海底扩张作用以洋中脊为轴向两侧扩张，通常用扩张速率来表示其强度。一般以一侧的扩张速率来表示。
测算结果表明，太平洋的扩张速率为每年5～7厘米，大西洋的扩张速率为每年1～2厘米。
7、转换断层
转换断层（TransformFault）具有平移剪切断层性质，但与平移断层不同。后者在全断层线上均有相对运动；但是转换断层只在错开的两个洋中脊之间有相对运动；在洋中脊外侧因运动的方向和速度均相同，断层线并无活动特征。
由于洋底岩石圈背离洋中脊向两侧推移，因而转换断层另一端最终与消亡边界相遇而中止。
第5章板块构造
一、基本原理
1、岩石圈和软流圈
固体地球外层在垂向上可划分为物理性质完全不同的两个圈层，即：上部的刚性岩石圈和下垫的塑性软流圈。
2、岩石圈板块及其边界
岩石圈在侧向上可划分为由不同类型活动边界分隔的若干大小不同的岩石圈板块，板块边界有三种类型：离散扩张型、俯冲汇聚型和平移转换型。
3、岩石圈板块运动模式
岩石圈板块横跨地球表面作大规模水平运动，可用欧拉几何定律描绘为一种球面上的绕轴旋转运动。
4、地幔物质对流
岩石圈板块运动的驱动力来自地球内部，最可能是地幔中的物质对流。
二、板块划分
1、板块相对运动方式
板块之间有三种相对运动方式：
⑴、在地貌上表现为海沟、岛弧、褶皱山脉等。
⑵、在地貌上表现为裂谷、洋中脊等。
⑶、运动方式类似地表的走向滑移断层。
2、划分原则
岩石圈的结构特征；不同类型板块边界；地震带。
3、板块的划分
欧亚板块、非洲板块、澳大利亚—印度板块、南极板块、菲律宾板块、太平洋板块、北美洲板块、南美洲板块、加勒比海板块、可可板块。
三、板块边界类型及其基本特征
1、离散型板块边界
⑴、大陆裂谷
陆内、陆间裂谷：东非裂谷、红海裂谷。
⑵、大洋中脊
板块沿着洋中脊离散并相背运动；高温的地幔物质从地幔深部上涌充填板块运动留下的空隙，部分物质喷发到地表形成玄武岩，从而板块的后缘出现新生的岩石圈。
2、汇聚型板块边界
⑴、俯冲型边界
①、洋—洋俯冲
②、洋—陆俯冲
⑵、碰撞型边界——板块缝合带
古老的大洋板块消亡后，原来位于大洋板块两侧的板块愈合起来；古俯冲带在地表的出露线称为缝合带或地缝合线。
⑶、三种汇聚板块边缘
洋—洋俯冲（秘鲁—智利海沟）；
洋—陆俯冲（日本海沟）；
陆—陆碰撞（喜马拉雅山、西藏高原）。
3、转换型板块边界
转换型边界位于相邻板块相互错动的地方，沿转换断层发育，在边界处既没有物质的增生，也没有物质的消减。
四、板块运动
1、板块刚性的证据
板块能长距离传递应力、变形集中在边界；地震波；大西洋两岸长途漂移后的完美拼贴。
2、欧勒定律
1776年，瑞士科学家欧勒（L.Euler）指出：一个刚体沿着半径不变的球面的运动，必定是环绕通过球心的轴的旋转运动。在球体表面，任何一点的移动都不是沿着直线，而是沿着弧线；如果这种运动表现为复杂的曲线形式，它的移动轨迹将由许多圆弧小段所组成。
⑴、由围绕一条虚拟轴旋转来描述
⑵、洋脊段在经线上通过该轴极点
⑶、转换断层在相对该轴的纬线上
⑷、扩张量和扩张速率在赤道上最大，在极点处为零
3、求旋转极的方法
板块上各点的运动轨迹标出了欧勒纬线（它们是同轴圆弧）；沿球面作这些纬线的垂线，即可得出欧勒径向；欧勒经线的交点就是旋转极的位置。
此外，还可以利用震源机制得出的滑动向量求旋转极。
4、求旋转角速度的方法
运动的另一参数就是旋转角速度。它可以根据线速度换算出来。只要已知板块上任何一点的线速度值，同时求出该点的欧勒纬度，便可以用下式求旋转角速度：
?＝V/(R·cos?·0.01745)
式中：
?为角速度（单位：度／年）；
V是线速度（厘米／年）；
R是地球半径；
?为欧勒纬度；
0.01745是由角度换算成弧长的系数。
5、板块的三联点
三个相邻板块的裂解点或汇聚点，是球面上的板块边界开始或终止的端点。
板块边界的类型有3种：洋中脊的生长边界（A），海沟－岛弧俯冲或大陆碰撞的消亡边界（C）和转换断层的守恒型边界（T）。所以，三联点就是由3个板块的任意3种类型的边界交汇而成的。其组合方式在理论上有10种可能的类型，即：AAA、CCC、TTT、AAC、AAT、CCT、CCA、TTA、TTC和ACT，其中7种较为常见。
五、威尔逊旋回
威尔逊旋回（WilsonCycle），是指大陆岩石圈在水平方向上的彼此分离与拼合运动的一次全过程。即：大陆岩石圈由崩裂开始、以裂谷为生长中心的雏形洋区渐次形成洋中脊、扩散出现洋盆进而成为大洋盆，而后大洋岩石圈向两侧的大陆岩石圈下俯冲(见俯冲作用)、消亡，洋壳进入地幔而重熔，从而洋盆缩小；或发生大陆渐次接近、碰撞，出现造山带，遂拼合成陆的过程。它于1974年由J.F.杜威和K.C.A.伯克提出。为纪念加拿大地质学家J.T.威尔逊而命名。
1、胚胎期
在陆壳基础上因拉张开裂形成大陆裂谷，当尚未形成海洋环境。如现代的东非裂谷。
2、幼年期
陆壳继续开裂，开始出现狭窄的海湾，局部已经出现洋壳。如：红海、亚丁湾。
3、成年期
由于大洋中脊向两侧不断增生，海洋边缘未出现俯冲、消减现象，所以大洋迅速扩张。如大西洋。
4衰退期
大洋中脊虽然继续扩张增生，但大洋边缘一侧或两侧出现强烈的俯冲、消减作用，海洋总面积渐趋减小。如太平洋。
5、终了期
随着洋壳海域的缩小，终于导致两侧陆壳地块相互逼近，其间仅存残留小型洋壳盆地。如地中海。
6、遗痕（缝合线）
2018年2月19日编写于重庆
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