第7章地殼運動的原因

1、第七章 地殼運動的原因 第一節(jié)第一節(jié) 主要假說概述主要假說概述 第二節(jié)第二節(jié) 板塊運動機制板塊運動機制 第三節(jié)第三節(jié) 均衡運動機制均衡運動機制 第一節(jié)第一節(jié) 主要假說概述主要假說概述 一、經(jīng)典假說一、經(jīng)典假說 二、槽臺說二、槽臺說 三、地質(zhì)力學(xué)說三、地質(zhì)力學(xué)說 隆起說隆起說 收縮說收縮說 膨脹說膨脹說 其它經(jīng)典假說其它經(jīng)典假說 一、經(jīng)典假說 隆起說 最早由英國最早由英國 (1726-1797)(1726-1797)等等 人提出。在人提出。在1919世紀(jì)上半葉的大地構(gòu)造學(xué)中世紀(jì)上半葉的大地構(gòu)造學(xué)中 長期占居優(yōu)勢。長期占居優(yōu)勢。1919世紀(jì)中期被擯棄。世紀(jì)中期被擯棄。 山脈隆起的原因在于巖漿山脈隆

2、起的原因在于巖漿 上升。隆起派生出擠壓褶皺和斷裂。造上升。隆起派生出擠壓褶皺和斷裂。造 山山夷平夷平沉積沉積造山的循環(huán)反復(fù)。造山的循環(huán)反復(fù)。 收縮說 是第一個系統(tǒng)論述構(gòu)造運動起因的假是第一個系統(tǒng)論述構(gòu)造運動起因的假 說。最早由意大利天文學(xué)家說。最早由意大利天文學(xué)家于于1616世世 紀(jì)提出。布魯諾用蘋果的干縮來解釋地球紀(jì)提出。布魯諾用蘋果的干縮來解釋地球 表面的褶皺。表面的褶皺。18291829年法國的年法國的受受 關(guān)于地球形成的星云假說的影響提關(guān)于地球形成的星云假說的影響提 出了冷縮觀點。出了冷縮觀點。 地殼的一切變動起源于地地殼的一切變動起源于地 球的冷縮。球的冷縮。 膨脹說 受放射性元素及

3、其衰變放熱現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)受放射性元素及其衰變放熱現(xiàn)象發(fā)現(xiàn) 的啟發(fā)，在的啟發(fā)，在2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代發(fā)展起來。年代發(fā)展起來。 （19491949）的大陸漂移演示。）的大陸漂移演示。 地球膨脹是大陸漂移、海地球膨脹是大陸漂移、海 洋和海洋地殼形成以及造山運動的根本原洋和海洋地殼形成以及造山運動的根本原 因。因。 其它經(jīng)典假說 最早由最早由于于19061906年提年提 出。認(rèn)為地幔對流體的周期性活動是水平出。認(rèn)為地幔對流體的周期性活動是水平 運動和垂直運動的原因。運動和垂直運動的原因。 2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代等等 人提出，試圖以周期性的地球膨脹和收縮人提出，試圖以周期性的地球膨脹和收縮

4、來統(tǒng)一收縮說和膨脹說。但是它缺乏地球來統(tǒng)一收縮說和膨脹說。但是它缺乏地球 體積曾發(fā)生明顯變化的證據(jù)。體積曾發(fā)生明顯變化的證據(jù)。 二、槽臺說 地槽地槽- -地臺說經(jīng)典大地構(gòu)造學(xué)和理論地質(zhì)地臺說經(jīng)典大地構(gòu)造學(xué)和理論地質(zhì) 學(xué)的核心，學(xué)的核心， 。 地槽地槽- -地臺說是以沉積建造和巖相分析為地臺說是以沉積建造和巖相分析為 基礎(chǔ)建立起來的，它對于古地理研究，大地基礎(chǔ)建立起來的，它對于古地理研究，大地 構(gòu)造單元劃分以及礦產(chǎn)勘探等方面有重要意構(gòu)造單元劃分以及礦產(chǎn)勘探等方面有重要意 義，義，。但是它以。但是它以 升降運動為主的觀點和僅考慮大陸構(gòu)造的局升降運動為主的觀點和僅考慮大陸構(gòu)造的局 限性使它無法解釋全

5、球構(gòu)造的演化，而被板限性使它無法解釋全球構(gòu)造的演化，而被板 塊構(gòu)造學(xué)說所替代。塊構(gòu)造學(xué)說所替代。 三、地質(zhì)力學(xué)說 地質(zhì)力學(xué)是李四光創(chuàng)立的應(yīng)用力學(xué)原地質(zhì)力學(xué)是李四光創(chuàng)立的應(yīng)用力學(xué)原 理研究地殼構(gòu)造和地殼運動的學(xué)說。理研究地殼構(gòu)造和地殼運動的學(xué)說。 ，通過，通過 大量實踐已形成一套鑒定構(gòu)造形跡，劃分大量實踐已形成一套鑒定構(gòu)造形跡，劃分 構(gòu)造體系的工作方法。在石油和各種金屬、構(gòu)造體系的工作方法。在石油和各種金屬、 非金屬礦產(chǎn)的普查勘探以及地震預(yù)報等工非金屬礦產(chǎn)的普查勘探以及地震預(yù)報等工 作中收到顯著效果。作中收到顯著效果。 第二節(jié)第二節(jié) 板塊運動機制板塊運動機制 一、驅(qū)動機制一、驅(qū)動機制 二、板內(nèi)垂

6、直運動機制二、板內(nèi)垂直運動機制 板塊構(gòu)造說 板塊構(gòu)造學(xué)說是在板塊構(gòu)造學(xué)說是在、 和和的基礎(chǔ)上，于的基礎(chǔ)上，于2020世紀(jì)世紀(jì) 6060年代末期初步形成并不斷發(fā)展起來的新年代末期初步形成并不斷發(fā)展起來的新 全球構(gòu)造理論，成功解釋了地球上眾多構(gòu)全球構(gòu)造理論，成功解釋了地球上眾多構(gòu) 造現(xiàn)象和地質(zhì)作用。成為造現(xiàn)象和地質(zhì)作用。成為的地的地 質(zhì)學(xué)理論。但是作為板塊運動驅(qū)動力的地質(zhì)學(xué)理論。但是作為板塊運動驅(qū)動力的地 幔對流至今并未獲得可靠證據(jù)，地球還有幔對流至今并未獲得可靠證據(jù)，地球還有 許多地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象不能用板塊構(gòu)造說來解許多地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象不能用板塊構(gòu)造說來解 釋。釋。 魏格納的泛大陸魏格納的泛大陸(Pan

7、gaea) 一、驅(qū)動機制 目前一般認(rèn)為目前一般認(rèn)為 。高溫低密度的地幔物質(zhì)。高溫低密度的地幔物質(zhì) 上涌，在近巖石圈處向兩側(cè)擴散轉(zhuǎn)為平流上涌，在近巖石圈處向兩側(cè)擴散轉(zhuǎn)為平流 并冷卻，冷而重的物質(zhì)沉入深處被再加熱并冷卻，冷而重的物質(zhì)沉入深處被再加熱 并升起。但具體的并升起。但具體的， 有有深地幔對流模式、軟流圈深地幔對流模式、軟流圈( (淺地幔淺地幔) )對對 流模式、熱柱假說流模式、熱柱假說( (淺地幔對流和深地幔淺地幔對流和深地幔 對流結(jié)合的模式對流結(jié)合的模式) )、分層對流模式等。、分層對流模式等。 哈雷哈雷赫斯的海底擴張說赫斯的海底擴張說 哈雷哈雷赫斯的地球詩篇赫斯的地球詩篇 大膽假設(shè)，小

8、心求證大膽假設(shè)，小心求證 洋底磁性條帶 洋底磁性條帶成因圖解 二、板內(nèi)垂直運動機制 熱點上方的巖石熱點上方的巖石 圈膨脹而隆起。圈膨脹而隆起。 上地幔頂部橄欖巖上地幔頂部橄欖巖 的蛇紋巖化的蛇紋巖化 + + 水水 + + 熱量熱量 軟流圈的起伏使巖石圈軟流圈的起伏使巖石圈 的隆起和凹陷位置隨時間而變。的隆起和凹陷位置隨時間而變。 第三節(jié)第三節(jié) 均衡運動機制均衡運動機制 一、均衡調(diào)整經(jīng)典假說一、均衡調(diào)整經(jīng)典假說 二、現(xiàn)代均衡補償理論二、現(xiàn)代均衡補償理論 三、地球流變學(xué)三、地球流變學(xué) (J.G.Pratt,1854)(J.G.Pratt,1854)假說假說 均衡面水平，地殼密度不同；密度均衡面水平

9、，地殼密度不同；密度 小的地方地勢高小的地方地勢高 (B.D.Airy,1855)(B.D.Airy,1855)假說假說地殼地殼 密度大至相同，均衡面有起伏；高密度大至相同，均衡面有起伏；高 山必有山必有“山根山根” 一、經(jīng)典假說一、經(jīng)典假說 二、現(xiàn)代均衡補償理論二、現(xiàn)代均衡補償理論 事實和解釋事實和解釋 地殼的結(jié)構(gòu)和密度各處不同，高山區(qū)地殼的結(jié)構(gòu)和密度各處不同，高山區(qū) 硅鋁層厚度大，大洋區(qū)確失硅鋁層。硅鋁層厚度大，大洋區(qū)確失硅鋁層。 莫霍面起伏不平；高山區(qū)莫霍面下凹，莫霍面起伏不平；高山區(qū)莫霍面下凹， 大洋區(qū)莫霍面上凸。大洋區(qū)莫霍面上凸。 青藏高原地殼剖面青藏高原地殼剖面 在高山和高原在高山

10、和高原 地區(qū)，地殼上部的地區(qū)，地殼上部的“質(zhì)量過剩質(zhì)量過?！?會通過莫霍面下凹，被深部地幔會通過莫霍面下凹，被深部地幔 物質(zhì)的物質(zhì)的“質(zhì)量不足質(zhì)量不足”所所；在；在 海洋地區(qū)海洋地區(qū), ,地殼上部的地殼上部的“質(zhì)量不質(zhì)量不 足足”會通過莫霍面上凸，以深部會通過莫霍面上凸，以深部 地幔物質(zhì)的地幔物質(zhì)的“質(zhì)量過剩質(zhì)量過?！彼?。 的定義的定義 。也就是說，達(dá)到地殼均衡狀。也就是說，達(dá)到地殼均衡狀 態(tài)時，在地下態(tài)時，在地下存在一個存在一個“ ”，該基面上的重力處處趨于一致。，該基面上的重力處處趨于一致。 該基面就稱之為該基面就稱之為，該深度則稱，該深度則稱 之為之為。 定義定義 均衡補償理論的意義在

11、于強均衡補償理論的意義在于強 調(diào)了調(diào)了， 而不是永遠(yuǎn)處于均衡狀態(tài)。實際而不是永遠(yuǎn)處于均衡狀態(tài)。實際 上不均衡是絕對的，均衡是相對上不均衡是絕對的，均衡是相對 的、暫時的。的、暫時的。 均衡補償深度圖示均衡補償深度圖示 高山高山 高原高原 平原平原 大洋大洋 0 0 kmkm 5050 補償補償 基面基面 海面海面 151.2151.2150.8150.8151.5151.5151.3151.310107 7N/mN/m2 2 4 4 1616 3434 1 1 5050 2323 2727 3939 6 6 5 5 2.82.8 2.72.7 3.33.3 2.92.9 1.031.03 2.

12、92.9 高山高山(50+4)(50+4)2.8 = 151.2 (102.8 = 151.2 (107 7 N/m N/m2 2) )高原高原(34+1)(34+1)2.8 + 162.8 + 163.3 = 150.83.3 = 150.8平原平原27272.8 + 232.8 + 233.3 = 151.53.3 = 151.5 大洋大洋 5 51.03 + 61.03 + 62.9 + 392.9 + 393.3 = 151.33.3 = 151.3 硅鋁層硅鋁層2.7;2.7;硅鎂層硅鎂層2.9; 2.9; 地殼地殼 平均平均2.8;2.8;地幔地幔3.3(3.3(單位單位10103

13、 3kg/mkg/m2 2) ) 三、地球流變學(xué)三、地球流變學(xué) 傳統(tǒng)均衡概念是一種靜力學(xué)概念傳統(tǒng)均衡概念是一種靜力學(xué)概念 (iso sta sy)(iso sta sy)，并把地幔假設(shè)為液體，并把地幔假設(shè)為液體， 這都是不確切的。因為地殼的升降必然這都是不確切的。因為地殼的升降必然 伴隨地幔物質(zhì)的垂直和水平運動，這種伴隨地幔物質(zhì)的垂直和水平運動，這種 過程顯然是一種動力學(xué)過程。而且，過程顯然是一種動力學(xué)過程。而且， ，也即同時具有彈性和粘，也即同時具有彈性和粘 滯性。滯性。 粘彈性體概念模型粘彈性體概念模型 麥克斯麥克斯 韋體韋體( (左左) ) 和沃伊特和沃伊特 體體( (右右) ) 地球流變學(xué)地球流變學(xué) 7070年代以來一些地球物理學(xué)家引年代以來一些地球物理學(xué)家引 進了粘彈性體概念和流變學(xué)方法，進了粘彈性體概念和流變學(xué)