板塊構(gòu)造海底擴(kuò)張說(shuō)

1、 海底擴(kuò)張說(shuō)的提出海底擴(kuò)張說(shuō)的提出 海底擴(kuò)張說(shuō)的驗(yàn)證海底擴(kuò)張說(shuō)的驗(yàn)證 海底擴(kuò)張說(shuō)的要點(diǎn)海底擴(kuò)張說(shuō)的要點(diǎn) 六十年代初，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家赫斯（Hess, 1962）和迪茨（Dietz, 1961）提出了首次提出了“海底擴(kuò)張海底擴(kuò)張” 的概念?；纠碚摚夯纠碚摚?大洋中脊頂部是地幔物質(zhì)上升的涌出口；上涌的地幔物質(zhì)冷凝形成新的洋底，并推動(dòng)先形成的洋底逐漸向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地?cái)U(kuò)張； 洋底移動(dòng)速度大約是每年幾個(gè)厘米； 海溝是地幔對(duì)流下降區(qū)，洋底在中脊處產(chǎn)生，而在海溝處下沉。 大洋在不斷的形成、消亡和更新。 二戰(zhàn)后，工業(yè)較發(fā)達(dá)的西方各國(guó)出于軍事、資源與能源等方面的考慮，開(kāi)展了廣泛的海底地形與地質(zhì)調(diào)查。例如，利用回聲測(cè)

2、深等高精度的水深測(cè)量方法研究海底地形并繪制精確的海底地形圖；用重力、地震、地磁以及地?zé)岬鹊厍蛭锢砜碧椒椒ㄑ芯亢５椎牡刭|(zhì)構(gòu)造特征等。到60代初，海底調(diào)查已獲得了大量新成果與新資料，為海底擴(kuò)張說(shuō)的建立準(zhǔn)備了條件。其中比較重要的有下述幾個(gè)方面。洋底地貌探測(cè)結(jié)果表明，洋底并非過(guò)去人們所想象的那洋底地貌探測(cè)結(jié)果表明，洋底并非過(guò)去人們所想象的那樣是簡(jiǎn)單的深海盆地，而是和陸地一樣高低不平，而樣是簡(jiǎn)單的深海盆地，而是和陸地一樣高低不平，而是存在特殊的地形特征。是存在特殊的地形特征。 大洋中脊：中央海嶺大洋中脊：中央海嶺 (Mid-Ocean Ridge) -大西洋大西洋17000公里公里, 環(huán)球環(huán)球80000

3、公里公里 洋盆洋盆(Ocean Floor) -深海平原，海山，平頂海山深海平原，海山，平頂海山 大陸邊緣大陸邊緣 (Continental margin)-大陸架；大陸坡；大陸基大陸架；大陸坡；大陸基 海溝海溝(Trench) 50年代晚期發(fā)現(xiàn)了縱觀世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷體系。在洋中脊軸部常發(fā)育有平行洋脊的巨大中央裂谷，谷深可達(dá)1000-2000m，谷壁陡峭，實(shí)際上是一系列向谷內(nèi)陡傾的張性斷裂。裂谷寬數(shù)十至百余公里，窄的谷底寬度不過(guò)幾公里。這種張性斷裂作用造成的谷地，顯示洋中脊附近存在巨大的張力作用。大洋中脊軸部具有很強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)性，常發(fā)生淺源地震及火山活動(dòng)，并有高的地?zé)崃鳟惓＃从持?/p>

4、脊軸部是地?zé)岬呐判箍诤蜕畈繋r漿物質(zhì)上涌的地方。深海盆地 深海平原 深海丘陵 海嶺洋底地殼的新認(rèn)識(shí)洋底地殼的新認(rèn)識(shí)洋底地殼（三層結(jié)構(gòu)）：洋底地殼（三層結(jié)構(gòu)）：第一層為沉積層：主要為深海紅粘土、第一層為沉積層：主要為深海紅粘土、鈣質(zhì)、硅質(zhì)軟泥等。洋底沉積層厚度不鈣質(zhì)、硅質(zhì)軟泥等。洋底沉積層厚度不一，由頂部向大洋邊緣方向逐漸加厚。一，由頂部向大洋邊緣方向逐漸加厚。中脊頂部沉積極薄或缺失；中脊斜坡約中脊頂部沉積極薄或缺失；中脊斜坡約200200米；洋盆邊緣的沉積厚度可達(dá)米；洋盆邊緣的沉積厚度可達(dá)1 12 2公里。公里。第二層為火山巖層：表面極不平坦，厚第二層為火山巖層：表面極不平坦，厚度變化較大，平均

5、厚度約為度變化較大，平均厚度約為1.71.7公里。公里。上部為低鉀的拉斑玄武巖，夾深海沉積上部為低鉀的拉斑玄武巖，夾深海沉積物的枕狀熔巖及玻璃質(zhì)碎屑巖，越向下，物的枕狀熔巖及玻璃質(zhì)碎屑巖，越向下，夾層越少。其底部為席狀巖墻群。夾層越少。其底部為席狀巖墻群。第三層為玄武巖層第三層為玄武巖層( (輝長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖) )：平均厚度：平均厚度為為4.94.9公里，構(gòu)成了大洋地殼的主體。公里，構(gòu)成了大洋地殼的主體。主要有輝長(zhǎng)巖、角閃巖及蛇紋石化橄欖主要有輝長(zhǎng)巖、角閃巖及蛇紋石化橄欖巖組成。巖組成。 熔融的巖漿在大洋中脊噴溢而出，形成海底火山。隨時(shí)間遷移，地幔對(duì)流將火山島緩緩地從大洋中脊向兩側(cè)推開(kāi)，同時(shí)火山島

6、的年齡從沿洋中脊向外逐漸變老1.1.大陸型地殼大陸型地殼;2.;2.過(guò)渡型地殼過(guò)渡型地殼;3.;3.大洋型地殼大洋型地殼;4.;4.拉張拉張裂谷階段的粗碎屑裂谷階段的粗碎屑+ +拉斑玄武巖沉積拉斑玄武巖沉積;5.;5.拉斑玄武拉斑玄武巖巖+ +鈣堿性火山巖鈣堿性火山巖+ +磁鐵礦沉積磁鐵礦沉積;6.;6.大陸邊緣碎屑大陸邊緣碎屑巖巖+ +碳酸鹽巖沉積碳酸鹽巖沉積美國(guó)東部（巴爾西摩海槽）地殼剖面美國(guó)東部（巴爾西摩海槽）地殼剖面（Grow and Sheridan,1988Grow and Sheridan,1988） 大西洋型大陸邊緣大西洋型大陸邊緣 島弧島弧-海溝系；安第斯型海溝系；安第斯型海

7、溝分布在大洋邊緣，主要見(jiàn)于太平洋及印度洋東北部海溝分布在大洋邊緣，主要見(jiàn)于太平洋及印度洋東北部邊緣，沿大陸邊緣的島弧或海岸山脈線狀延伸。其剖邊緣，沿大陸邊緣的島弧或海岸山脈線狀延伸。其剖面多呈面多呈V V字形，溝底深度一般大于字形，溝底深度一般大于6000m6000m，深者可達(dá)，深者可達(dá)10000m10000m以上。若計(jì)算溝底與島弧或海岸山脈的相對(duì)高以上。若計(jì)算溝底與島弧或海岸山脈的相對(duì)高差，可達(dá)差，可達(dá)13000m13000m以上。所以海溝附近是地球上高差最以上。所以海溝附近是地球上高差最為懸殊的巨型地形單元。為懸殊的巨型地形單元。海溝的地?zé)崃鞅日Ｑ笈栾@著低，說(shuō)明海溝下面的物質(zhì)海溝的地?zé)崃?/p>

8、比正常洋盆顯著低，說(shuō)明海溝下面的物質(zhì)比較冷。海溝附近是最強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)帶，如沿太平比較冷。海溝附近是最強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)帶，如沿太平洋邊緣的海溝及其附近，形成著名的環(huán)太平洋火山帶洋邊緣的海溝及其附近，形成著名的環(huán)太平洋火山帶與地震帶。與地震帶。在環(huán)太平洋地震帶中，地震震源深度變化很有規(guī)律：海溝附在環(huán)太平洋地震帶中，地震震源深度變化很有規(guī)律：海溝附近都是淺源地震，離海溝較遠(yuǎn)出現(xiàn)中源地震，在更遠(yuǎn)的大近都是淺源地震，離海溝較遠(yuǎn)出現(xiàn)中源地震，在更遠(yuǎn)的大陸內(nèi)部則出現(xiàn)深源地震，最深達(dá)陸內(nèi)部則出現(xiàn)深源地震，最深達(dá)720720kmkm，震源排列成為一震源排列成為一個(gè)由海溝向大陸方向傾斜的帶個(gè)由海溝向大陸方向傾斜的

9、帶。海溝附近的這種震源排列。海溝附近的這種震源排列形式是形式是5050年代美國(guó)學(xué)者貝尼奧夫發(fā)現(xiàn)的，故稱(chēng)為年代美國(guó)學(xué)者貝尼奧夫發(fā)現(xiàn)的，故稱(chēng)為貝尼奧夫貝尼奧夫地震帶地震帶。這種現(xiàn)象說(shuō)明，沿大陸邊緣的海溝存在著傾向大。這種現(xiàn)象說(shuō)明，沿大陸邊緣的海溝存在著傾向大陸的、正在活動(dòng)的巨大斷裂帶。陸的、正在活動(dòng)的巨大斷裂帶。在不同海區(qū)，海底擴(kuò)張可有兩種情況。 一種是擴(kuò)張著的洋底同時(shí)把鄰接的大陸向兩側(cè)推開(kāi)，大陸仿佛凍結(jié)在相鄰的洋底上，與洋底一起向同一方向移動(dòng)。這樣，隨著新洋底不斷生成和向兩側(cè)擴(kuò)展，新生的大洋不斷張開(kāi)，兩側(cè)大陸逐漸漂移。像大西洋這樣寬的大洋，在速度為每年數(shù)厘米的海底擴(kuò)張作用下，大約二億年便可形成。

10、 另一種情況是當(dāng)洋底擴(kuò)展移動(dòng)至大洋邊緣的海溝處時(shí)，沿貝尼奧夫地震帶向下俯沖潛沒(méi)，重新返回到地幔中去。這時(shí)，洋底并不推動(dòng)相鄰大陸向兩側(cè)漂開(kāi)，相反，大陸逆掩于洋殼俯沖帶上。太平洋就是這樣，它本是一個(gè)古老的大洋，其洋底不斷地在洋脊處新生，同時(shí)不斷在海溝處潛沒(méi)消亡，好似一條運(yùn)動(dòng)不息的傳送帶，大約2億年左右洋底就可以更新一次。 海底擴(kuò)張說(shuō)提出后的短短幾年時(shí)間里，新的研海底擴(kuò)張說(shuō)提出后的短短幾年時(shí)間里，新的研究成果紛紛涌現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了海底擴(kuò)張說(shuō)。其中究成果紛紛涌現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了海底擴(kuò)張說(shuō)。其中最有意義的是最有意義的是海底磁異常條帶研究、深海鉆探成果海底磁異常條帶研究、深海鉆探成果及轉(zhuǎn)換斷層及轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)

11、現(xiàn)，它們被稱(chēng)為驗(yàn)證海底擴(kuò)張說(shuō)的的發(fā)現(xiàn)，它們被稱(chēng)為驗(yàn)證海底擴(kuò)張說(shuō)的三大論據(jù)。三大論據(jù)。a. a. 條帶狀海底磁條帶狀海底磁異常基本特征：異?；咎卣鳎赫聪虻卮艞l帶相間排列，每一條寬度僅2030公里，長(zhǎng)數(shù)百到千公里，異常強(qiáng)度約400伽瑪左右；：顯著定向，平行洋脊；：以洋中脊為軸，對(duì)稱(chēng)分布；。 瓦因瓦因(F.J.Vine)&馬休斯馬休斯(D.H.Matthews,1963)假說(shuō)假說(shuō)： 海底磁異常條帶海底磁異常條帶在正反向交替的地磁場(chǎng)中，形成交替磁化的玄在正反向交替的地磁場(chǎng)中，形成交替磁化的玄武巖條帶。武巖條帶。 當(dāng)新的大洋巖石圈地幔物質(zhì)的上涌冷凝形成新的海底，一旦冷卻當(dāng)新的大洋巖石圈地幔物

12、質(zhì)的上涌冷凝形成新的海底，一旦冷卻到居里溫度以下，新生的洋底玄武巖層必定沿著當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)方到居里溫度以下，新生的洋底玄武巖層必定沿著當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)方向磁化（如果地磁場(chǎng)是正常的，則獲得正向磁化，如果地磁場(chǎng)極向磁化（如果地磁場(chǎng)是正常的，則獲得正向磁化，如果地磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)，磁化就是反向的）。隨著海底擴(kuò)張的繼續(xù)進(jìn)行，先成的性反轉(zhuǎn)，磁化就是反向的）。隨著海底擴(kuò)張的繼續(xù)進(jìn)行，先成的磁性地殼將被新生的磁性地殼向兩側(cè)推開(kāi)。于是，由于海底不斷磁性地殼將被新生的磁性地殼向兩側(cè)推開(kāi)。于是，由于海底不斷擴(kuò)張和地磁場(chǎng)周期性地轉(zhuǎn)向，正反磁化方向交替的洋殼就會(huì)從洋擴(kuò)張和地磁場(chǎng)周期性地轉(zhuǎn)向，正反磁化方向交替的洋殼就會(huì)從洋中脊軸

13、部不斷向外推移，形成平行并對(duì)稱(chēng)于洋中脊分布的磁異常中脊軸部不斷向外推移，形成平行并對(duì)稱(chēng)于洋中脊分布的磁異常條帶。條帶。瓦因（瓦因（F.J.VineF.J.Vine）馬休斯）馬休斯(D.H.Matthews,1963)(D.H.Matthews,1963)假說(shuō)檢驗(yàn)假說(shuō)檢驗(yàn) 洋脊被一系列橫向斷層切割，斷層長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千公里，斷層兩側(cè)洋脊被明顯錯(cuò)斷，錯(cuò)距可達(dá)數(shù)百至千余公里。斷裂帶多已成為很深的溝槽，在海底地貌圖上十分清楚。這種巨大規(guī)模的橫向斷層早在50年代即已發(fā)現(xiàn)，曾被認(rèn)為是一般的平移斷層，并用以證明地殼中存在巨大規(guī)模的水平運(yùn)動(dòng)。但其實(shí)際意義遠(yuǎn)不止于此。加拿大學(xué)者威爾遜（Wilson,1965）指出，

14、這種橫斷中脊的斷裂帶不是一般的平移斷層，而是自中脊軸部向兩側(cè)的海底擴(kuò)張引起的一種特殊斷層，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換斷層（transform fault）。南大西洋大洋中脊彩色陰影地形圖 J. Tuzo Wilson, 1965, A new class of faults and their bearing on continental drift, Nature, 207, p.343 J. Tuzo Wilson, 1965, Transform faults, ocean ridges, and magnetic anomaly southwest of Vancouver island, Scienc

15、e, V.150, p482-4853132John Tuzo Wilson(1908-1993) made major contributions to the development of the plate-tectonics theory in the 1960s and 1970s. He remained a dominant force in the Canadian scientific scene until his death. (Photograph courtesy of the Ontario Science Centre)板塊的邊界；轉(zhuǎn)換斷層是伴隨著洋中脊分布的一種

16、剪切運(yùn)動(dòng)的斷層，其延伸方向常常與洋中脊垂直，長(zhǎng)度為數(shù)百公里。在轉(zhuǎn)換斷層中，由于洋中脊本身在向兩側(cè)擴(kuò)張，因而在轉(zhuǎn)換斷層兩側(cè)被洋中脊限制的這一部分（圖中的A、B段）的實(shí)際相對(duì)運(yùn)動(dòng)正好與洋中脊整體所表現(xiàn)的錯(cuò)動(dòng)方向相反。轉(zhuǎn)換斷層的運(yùn)動(dòng)在斷層的兩個(gè)端點(diǎn)截然終止，將一種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為另外一種運(yùn)動(dòng)。如裂谷處的伸展運(yùn)動(dòng)，或者造山帶的擠壓運(yùn)動(dòng)。33轉(zhuǎn)換斷層平移斷層34J. Tuzo Wilson, 1965，ScienceABCD典型的大洋轉(zhuǎn)換斷層連接分離的板塊邊界?；顒?dòng)斷層帶出現(xiàn)在板塊邊界之間；之外的區(qū)域，僅是一個(gè)破碎帶。35 轉(zhuǎn)換斷層在洋底均呈線性分布，長(zhǎng)度數(shù)百至數(shù)千公里，它們不僅使兩側(cè)洋底有很大高差，且平移錯(cuò)

17、斷了洋底的重力和磁異常條帶。轉(zhuǎn)換斷層的形成與沿洋中脊脊軸擴(kuò)張和新洋殼的形成相伴而生，即以脊軸為海底擴(kuò)張軸，兩側(cè)洋殼分離，并以斷裂為剪切錯(cuò)動(dòng)面同步地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。通常認(rèn)為，這一過(guò)程的動(dòng)力來(lái)源于地幔對(duì)流。地幔物質(zhì)不斷從洋中脊涌出，經(jīng)過(guò)冷卻固結(jié)形成新的大洋地殼，以后涌出的熔融巖漿又把原先形成的大洋地殼向外推移。轉(zhuǎn)換斷層的存在是海底擴(kuò)張的有力證據(jù)之一。它的提出也為板塊構(gòu)造學(xué)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。36 從60年代以來(lái)，在各大洋打了上千個(gè)鉆孔，根據(jù)所采集的放射蟲(chóng)標(biāo)本鑒定發(fā)現(xiàn)：蓋在玄武巖之上的最老沉積物年齡與根據(jù)磁異常所測(cè)得的年齡一致，并且愈接近洋中脊，洋底年齡愈新。19681968年深海鉆探第三次在南大西年深

18、海鉆探第三次在南大西洋的鉆探結(jié)果證實(shí)了海底擴(kuò)張說(shuō)洋的鉆探結(jié)果證實(shí)了海底擴(kuò)張說(shuō)洋底物質(zhì)組成不同于大陸，未發(fā)現(xiàn)老于侏羅紀(jì)的巖石，巖石年齡從洋中脊向兩側(cè)逐漸變老，并且以洋中脊為軸兩邊對(duì)稱(chēng)。（據(jù)（據(jù)W.C.PitmanW.C.Pitman等，等，19941994） 擴(kuò)張速率的計(jì)算： 海底磁異常條帶的年齡t是已知的，各海底磁異常條帶的寬度或它們之間的距離d是可以測(cè)出來(lái)的，將它們之間的距離除以它們之間的年代間隔，就可以得出當(dāng)時(shí)該海區(qū)的平均海底擴(kuò)張速率。 vd/t 全球海底擴(kuò)張速率和擴(kuò)張方向圖全球海底擴(kuò)張速率和擴(kuò)張方向圖東太平洋海隆，東太平洋海隆，v=4-6cm/yv=4-6cm/y印度洋中脊，印度洋中脊，v=1-3cm/yv=1-3cm/y大西洋中脊，大西洋中脊，v=1-2cm/yv=1-2cm/y四、海底擴(kuò)張說(shuō)的要點(diǎn)可歸納為：四、海底擴(kuò)張說(shuō)的要點(diǎn)可歸納為：洋底在洋脊形成洋底在洋脊形成, , 并不斷擴(kuò)張，老的洋底在海溝處消減，使洋底不斷更新；并不斷擴(kuò)張，老的洋底在海溝處消減，使洋底不斷更新；洋底的擴(kuò)張是剛性的巖石圈塊體馱在軟流圈上運(yùn)動(dòng)的結(jié)果；洋底的擴(kuò)張是剛性的