第四章大陸漂移、海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造2

第一章緒論第二章地球與海洋第三章地殼第四章大陸漂移、海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造第五章海洋地質(zhì)作用第六章海岸帶的現(xiàn)代過程第七章河口與三角洲第八章大陸邊緣及其地質(zhì)構(gòu)造第九章深海沉積第十章古海洋學(xué)第十一章海洋礦產(chǎn)資源海洋地質(zhì)學(xué)

第三節(jié)板塊構(gòu)造一、概述二、板塊邊界劃分的標(biāo)志及其類型三、全球板塊的劃分四、板塊的運(yùn)動(dòng)及其驅(qū)動(dòng)力五、板塊構(gòu)造學(xué)說面臨解決的問題一、概述板塊構(gòu)造的基本原理1、固體地球上層在垂向上可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩個(gè)圈層——上部的剛性巖石圈和下墊的塑性軟流圈。2、巖石圈在側(cè)向上又可分裂為若干大小不一的板塊。板塊是運(yùn)動(dòng)的，其邊界性質(zhì)有三種類型：(a)分離擴(kuò)張型，伴隨著洋殼新生和海底擴(kuò)張；(b)俯沖匯聚型，伴隨著洋殼消亡或大陸碰撞；(c)平移剪切型，沿著轉(zhuǎn)換斷層發(fā)生。地震、巖漿活動(dòng)和構(gòu)造變形主要集中在板塊邊界。3、巖石圈板塊橫跨地球表面的大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)，可以歐勒定律描繪為一種球面上的繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在全球范圍內(nèi)，板塊沿分離型邊界的擴(kuò)張?jiān)錾?，與沿匯聚型邊界的壓縮消亡相互償?shù)窒?，從而使地球半徑保持不變?、巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來自地球內(nèi)部，最大的可能是地幔中的物質(zhì)對(duì)流。板塊構(gòu)造的主要含義剛性的巖石圈分裂成為若干巨大塊體——板塊，它們馱在軟流圈上作大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)，致使相鄰板塊相互作用，板塊的邊緣便成為地殼活動(dòng)性強(qiáng)烈的地帶。板塊的相互作用，從根本上控制了各種內(nèi)力作用，以及沉積作用的進(jìn)程。板塊構(gòu)造說就是關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)及其相互作用的理論。二、板塊邊界劃分的標(biāo)志及其類型板塊邊界劃分的標(biāo)志——構(gòu)造活動(dòng)性地帶。表現(xiàn)為：地震、巖漿活動(dòng)、構(gòu)造變形、變質(zhì)作用等。運(yùn)動(dòng)方向：海溝（或造山帶）是板塊構(gòu)造的前緣，洋中脊是板塊構(gòu)造的后緣，轉(zhuǎn)換斷層則位于板塊構(gòu)造的兩側(cè)。比喻：海溝——為板塊的方向盤；洋中脊——為板塊的發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)換斷層——板塊的滑移的軌道。板塊邊界類型1、分離型（或離散）板塊邊界

相當(dāng)于大洋中脊軸部，兩側(cè)板塊相背離散。沿此邊界巖石圈分裂和擴(kuò)張，地幔物質(zhì)涌出，冷凝成新的海底巖石圈，并添加到兩側(cè)板塊的后緣上，故分離型邊界也是板塊的增生邊界，或稱建設(shè)型板塊邊界。2、匯聚（斂合）型板塊邊界沿此邊界兩個(gè)相鄰板塊相向運(yùn)動(dòng)而聚合，造成大洋板塊的俯沖或大陸板塊的碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的地震和巖石的構(gòu)造變形，甚至引發(fā)巖漿作用以及與構(gòu)造變形及巖漿活動(dòng)有關(guān)的變質(zhì)作用。（1）俯沖邊界于海溝，相鄰板塊相互疊覆。由于大洋板塊厚度小、密度大、位置低，而大陸板塊厚度大、密度小、位置高，所以總是大洋板塊俯沖于大陸板塊之下。此種邊界主要分布在太平洋周緣，故亦稱太平洋型匯聚邊界，沿此邊界大洋板塊潛沒消亡于地幔之中，因此又稱消減型板塊邊界。

a島弧—海溝系，即島弧遠(yuǎn)離大陸，發(fā)育于洋殼之上，如日本島弧、馬里亞納島弧、湯加島弧，沿著島弧外側(cè)的海溝，大洋板塊俯沖于大陸板塊或另一大洋板塊之下；

b山弧—海溝系，即海溝與大陸上的山脈直接相鄰，大洋板塊沿陸緣俯沖于大陸之下，如南美安第斯山弧—海溝系，故又稱安第斯型邊界。（2）碰撞邊界相當(dāng)于年青的造山帶，為大洋閉合，兩個(gè)大陸之間碰撞匯聚而成的地縫合線。當(dāng)大洋板塊向大陸板塊俯沖到最后階段，位于大洋后面的大陸與其前方的大陸板塊之間發(fā)生碰撞和擠壓，在其接觸地帶形成高聳的山脈，并伴有強(qiáng)烈的構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)以及區(qū)域變質(zhì)作用?，F(xiàn)代碰撞邊界主要見于歐亞板塊與南緣的阿爾卑斯山脈和喜馬拉雅山脈。故亦稱阿爾卑斯山脈—喜馬拉雅型匯聚邊界。3、平錯(cuò)（剪切）型板塊邊界相當(dāng)于轉(zhuǎn)換斷層，是一種特殊類型的板塊邊界。沿此種邊界既無板塊的增生,也無板塊的消減,兩側(cè)板塊僅作剪切錯(cuò)動(dòng).它既與洋脊相伴,也可同海溝共生.由于板塊沿轉(zhuǎn)換斷層滑動(dòng),故常引起地震和構(gòu)造變形.板塊的邊界類型離散型板塊邊界會(huì)聚型板塊邊界平錯(cuò)型板塊邊界三、全球板塊的劃分1968年法國(guó)勒皮雄)根據(jù)地震帶、地形和地質(zhì)等方面的資料將全球巖石圈劃分為六大板塊：太平洋板塊、歐亞板塊、印度板塊、非洲板塊、美洲板塊、和南極板塊。歐亞板塊太平洋板塊美洲板塊非洲板塊印度板塊南極板塊1、歐亞板塊包括歐亞陸殼的大部分以及大西洋中脊軸部以東的洋殼北部。其東側(cè)與太平洋板塊以消減作用帶相接，形成西太平洋海溝系統(tǒng)；西界為大西洋中脊軸部；南側(cè)與非洲板塊以及印度洋板塊主要以消減作用帶（地縫合線）相接，部分地區(qū)接觸邊界的性質(zhì)不明。2、太平洋板塊位于太平洋洋隆軸部以西及西太平洋海溝以東，占據(jù)著太平洋的主體。東側(cè)與美洲板塊及一些小板塊相接，邊界類型多樣，其中有洋脊擴(kuò)張帶，也有轉(zhuǎn)換斷層。其北部、西部與南部則是消減性邊緣。該板塊俯沖于北美洲板塊（在北部）。歐亞板塊（在西部）與印度板塊（在西南部）之下，形成一系列海溝與島弧。3、美洲板塊美洲板塊該板塊可分為南美洲板塊和北美洲板塊，這樣全球共有七大板塊。該板塊基本上位于大西洋中脊以西和太平洋洋隆以東，包括南、北美陸殼的全部與大西洋中脊以西的洋殼?？傮w向西運(yùn)動(dòng)，因而美洲大陸的東緣是穩(wěn)定大陸邊緣，而西緣則是活動(dòng)大陸邊緣。4、非洲板塊由非洲的陸殼及其周圍的洋殼組成。該板塊的西部、南部與東部均以洋脊擴(kuò)張帶為界，東北部有局部地段以消減作用帶與歐亞板塊的關(guān)系不明。5、印度板塊包括印度與澳大利亞的陸殼，印度洋洋殼及南太平洋洋殼的一部分，故又稱澳大利亞—印度板塊。其北側(cè)以地縫合線與歐亞板塊相接，西北部以轉(zhuǎn)換斷層與非洲板塊及歐亞板塊相接，西部及南部以洋脊擴(kuò)張帶與南極洲板塊相接，東北側(cè)主要以消減作用帶與太平洋板塊相接，形成西南太平洋的島弧—海溝系。該板塊主要向北運(yùn)動(dòng)。6、南極洲板塊由南極大陸的陸殼及其四周的洋殼組成。其邊界主要是洋殼擴(kuò)張帶，部分地段為轉(zhuǎn)換斷層或消減作用帶。五個(gè)次一級(jí)板塊分別是以上是全球規(guī)模的一級(jí)板塊，它們的面積均達(dá)108km2以上。此外還有面積在106km2以內(nèi)的5個(gè)次一級(jí)板塊。共有12個(gè)板塊。：納字卡板塊：位于東太平洋洋隆以東，秘魯—智利海溝以西，即南美洲西岸外；可可板塊（CoCo)：位于加拉帕戈斯海嶺以北，東太平洋洋隆與中美海溝之間；加勒比海板塊：位于中美海溝和西印度群島之間；菲律賓海板塊：位于琉球、菲律賓島弧—海溝系與馬里亞納島弧—海弧系之間；阿拉伯板塊：位于紅海、亞丁灣裂谷系與扎格羅斯褶皺山系之間。四、板塊的運(yùn)動(dòng)

及其驅(qū)動(dòng)力

一）板塊的運(yùn)動(dòng)歐拉定律：1776年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉證明，任何一個(gè)剛體沿著球體表面的運(yùn)動(dòng)，都必定是一種繞軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；蛘哒f，球面上任何一點(diǎn)的移動(dòng)都不是沿著直線，而是沿著弧線進(jìn)行。如果這種移動(dòng)表現(xiàn)為復(fù)雜的曲線開式，那么它的移動(dòng)軌跡將由許多圓弧小段所組成。當(dāng)我們運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法來討論板塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把地球當(dāng)作一個(gè)正球體，而巖石圈漂移時(shí)則具有相對(duì)剛硬的性質(zhì)。這樣一來，剛性板塊的運(yùn)動(dòng)就應(yīng)遵循歐拉定律，它只能是一種環(huán)繞某一通過地心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。板塊的旋轉(zhuǎn)軸亦稱擴(kuò)張軸，它與地球表面的交點(diǎn)叫做旋轉(zhuǎn)極或擴(kuò)張極、歐拉極；離旋轉(zhuǎn)極90°的大圓叫做旋轉(zhuǎn)赤道或擴(kuò)張赤道。它們與地球的自轉(zhuǎn)軸、地理極、地磁極、地理赤道等并無直接聯(lián)系。與板塊旋轉(zhuǎn)赤道相平行的一系列同軸圓弧，標(biāo)明了板塊上各點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，可稱這為歐拉緯線。通過歐拉極的大圓，則構(gòu)成了歐拉經(jīng)線。1、板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)：即某一板塊相對(duì)于另一板塊或其他參照系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。板塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：指某一板塊相對(duì)于另一板塊或球面上某一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。板塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由板塊的旋轉(zhuǎn)軸（旋轉(zhuǎn)極）的位置和旋轉(zhuǎn)角速度來確定。板塊2相對(duì)于板塊1作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)角速度是相同的，但距離旋轉(zhuǎn)極遠(yuǎn)近不同的地段，其運(yùn)動(dòng)的線速度卻不相同。距旋轉(zhuǎn)極較近者，其線速度小；距旋轉(zhuǎn)極較遠(yuǎn)者，其線速度較大；而在旋轉(zhuǎn)赤道上，其線速度最大。確定一對(duì)鄰接板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就歸結(jié)這查明它們的旋轉(zhuǎn)極的地理坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)角速度。板塊運(yùn)動(dòng)的這一特征得到了實(shí)測(cè)資料的證明。如大西洋中脊和擴(kuò)張速度正是在赤道附近者最大，每年達(dá)2cm左右，向南、北方向則逐漸減小。橫切洋脊的轉(zhuǎn)換斷層對(duì)于同一板塊的不同塊段具有不同運(yùn)動(dòng)速度，正好起到調(diào)節(jié)作用。1968年以來，勒皮雄、摩根等定量地描繪了全球各主要板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求得了這些板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極位置和角速度。根據(jù)所求得的旋轉(zhuǎn)極的位置和角速度大小，板塊邊界上各點(diǎn)的線速度可以很方便地?fù)Q算出來。主要板塊的旋轉(zhuǎn)極和擴(kuò)張角速度地區(qū)（相對(duì)旋轉(zhuǎn)的一對(duì)板塊）旋轉(zhuǎn)極位置擴(kuò)張角速度（10-7度/年）1.大西洋(美洲板塊—非洲板塊)58°N37°W3.72北太平洋(太平洋板塊—美洲板塊)53°N47°W6.63.南太平洋(太平洋板塊—南極洲板塊)70°S118°E10.84.北冰洋(美洲板塊—?dú)W亞板塊)78°N102°E2.85.印度洋(非洲板塊—印度板塊)26°N21°E4.0原則上說，確定二板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極是很簡(jiǎn)單的。既然板塊上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡標(biāo)出了歐拉線（它們是同軸圓?。?，沿球面作這些緯線的垂線即可得出歐拉經(jīng)線，歐拉經(jīng)線的交點(diǎn)就是旋轉(zhuǎn)極的位置。因此，只要已知板塊上任何一點(diǎn)的線速度值，同時(shí)求出該點(diǎn)的歐拉緯度，便可以根據(jù)下式求旋轉(zhuǎn)角速度：ω=v/R·cosθ·0.01745式中ω為角速度（單位：度/年）；v是線速度（cm/a）；R是地球半徑，等于6.37×108cm；θ為歐拉緯度；0.01745是由角速度換算成弧長(zhǎng)的系數(shù)。一對(duì)板塊之間在各處可有不同的線速度值，但相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角速度值只有一個(gè)，常用的板塊運(yùn)動(dòng)角速度單位是10-7度/年，即每一千萬年一度，這個(gè)值大約相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)赤道上每年1cm移動(dòng)的線速度（即擴(kuò)張速度）?，F(xiàn)代板塊運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為具有一定方向的大規(guī)模水平運(yùn)動(dòng)，但不同的板塊邊界則有不同性質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式。與板塊邊界類型相對(duì)應(yīng)的板塊運(yùn)動(dòng)形式有如下三種：(1)分離型主要出現(xiàn)在大洋中脊，中隆和大陸裂谷系統(tǒng)。板塊在此作相背運(yùn)動(dòng)，板塊邊緣受到拉伸、引張作用。因此在洋脊軸部形成平行洋脊的張裂縫，隨著板塊的分離，地幔物質(zhì)沿裂谷上涌，造成規(guī)模較大的侵入和噴出活動(dòng)，形成新的洋底，促使板塊邊界不斷增生。如1963年，由于北大西洋中脊的張裂作用，在冰島附件的洋脊上發(fā)生火山噴發(fā)而形成爾特塞島。板塊分離過程中伴隨著較弱的淺源地震，并出現(xiàn)高熱流。高溫的巖漿從洋脊軸部上涌直至噴溢，產(chǎn)生相當(dāng)高的地?zé)崽荻?，從而使冷的巖石圈發(fā)生熱變質(zhì)作用，而受熱的海水使洋底巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使洋底的玄武巖、輝長(zhǎng)石蝕變?yōu)樯呒y巖。這種洋底玄武巖、蛇紋巖與深海沉積物的組合叫蛇綠巖套。（2）匯聚型兩個(gè)板塊相向移動(dòng)，造成板塊邊界的擠壓、對(duì)沖，大洋板塊俯沖和大陸板塊仰沖等特征，主要發(fā)生在匯聚型板塊邊界，如海溝島弧、年青的山脈等地帶，洋殼在海溝島弧地區(qū)向下俯沖、消亡，這些地帶則稱為消亡帶。板塊的匯聚速度，可以根據(jù)歷年來所發(fā)生的水平移量時(shí)行計(jì)算。通過計(jì)算，得出阿留申海溝為6.7cm/a，千島海溝為5.3cm/a，智利海溝為6.1cm/a。板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，地球的體積是保持不變的，海底擴(kuò)張?jiān)錾陌鍓K，必須由匯聚消亡來補(bǔ)償。在全球范圍內(nèi)，板塊的新生和消亡的總量必須相等，這樣才能保持地球和體積不變。因此，匯聚的速度可以進(jìn)行理論上的計(jì)算。不同地區(qū)的匯聚速度見表4-2板塊的匯聚造山作用的一種主要方式。板塊碰撞本身就是造山帶，在這里陸殼受到擠壓，使海溝陸側(cè)的沉積物和沉積巖產(chǎn)生褶皺、斷裂、上升、滑動(dòng)，形成褶皺山脈。仰沖板塊上沖時(shí)，對(duì)俯沖板塊有刮蝕作用。這咱刮蝕作用將俯沖板塊上的大部分沉積物。甚至部分洋殼象“刨花”一樣刮落下來，堆積到仰沖板塊的前緣。它們與仰沖板塊的物質(zhì)一起被擠壓、堆積，從而形成混雜堆積。出現(xiàn)在大陸的邊緣，使大陸不斷增生。喜馬拉雅山珠穆朗瑪峰，8844.43m匯聚速度邊界類型地區(qū)速度（cm/a）太平洋型匯聚邊界島弧—海溝系阿留申海溝千島海溝日本海溝菲律賓海溝馬里亞納海溝湯加海溝爪哇海溝6899.52.3～4.995～6山弧一海溝系智利一秘魯海溝中亞美利加海溝北部10.1~11.16.4山弧一地縫合線土爾其阿富汗西藏4.33.75.41972年，杜威研究了板塊碰撞所引起的造山作用類型。圖B是大陸板塊與大陸板塊碰撞，由于質(zhì)量都較輕，不能向下俯沖，因而消亡作用中止；圖C表示板塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在陸殼的外側(cè)形成新的消亡帶。原來的消亡帶表現(xiàn)為高大的褶皺山脈、巖漿巖帶，以及厚的陸殼。大陸板塊與大陸板塊碰撞的典型例子是烏拉爾山脈和喜馬拉雅山脈。喜馬拉雅山25×106年前開始形成，當(dāng)時(shí)載有印度大陸的板塊插入亞洲板塊之下，使亞洲板塊前緣隆起褶皺成山，原來的大洋板塊向北插入歐洲板塊之下，洋殼尚未完全消失，地中海是特提斯海的殘余，現(xiàn)仍在縮小之中。（3）平錯(cuò)型表現(xiàn)為兩個(gè)板塊沿邊界互相平行作相反方向的錯(cuò)動(dòng)，兩側(cè)板塊均不發(fā)生褶皺、增生和消亡，有微弱的淺震發(fā)生。洋中脊被一系列轉(zhuǎn)換斷層錯(cuò)開，磁異常條帶也同樣被錯(cuò)開，水平斷距可達(dá)幾百公里。這種轉(zhuǎn)換斷層所引發(fā)的平錯(cuò)型板塊運(yùn)動(dòng)形式一般分布在大洋底部，但也可以出現(xiàn)在大陸上，如美國(guó)西部的圣安德烈斯大斷層就是一條有名的從大陸上通過的轉(zhuǎn)換斷層，其錯(cuò)動(dòng)方向是西盤（太平洋板塊）相對(duì)于東盤（美洲板塊）向北移動(dòng)。根據(jù)地質(zhì)資料，從第三紀(jì)以來，斷層的東側(cè)已往東南方向相對(duì)水平錯(cuò)動(dòng)了200km。2、板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是板塊相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。如果某一系統(tǒng)在地質(zhì)時(shí)期中相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)軸的位置不變，那么，板塊相對(duì)于該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)則可以當(dāng)作板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。目前，對(duì)于板塊絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究還較粗略，且?guī)в幸欢ǖ耐茰y(cè)性。板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是指板塊相對(duì)于深層地幔（地?！獰狳c(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于深層地幔平均位置固定的框架，稱為板塊絕對(duì)運(yùn)動(dòng)參考架（參照系），這種參考架是通過熱點(diǎn)和巖石圈的無整體旋轉(zhuǎn)（No-net-rotation）或稱為平均巖石圈參考架來實(shí)現(xiàn)的。熱點(diǎn)參考架的含義是，在地幔中存在一系列熱點(diǎn)，一些學(xué)者認(rèn)為，熱點(diǎn)位置相對(duì)于地球自轉(zhuǎn)軸和深層地幔是長(zhǎng)期固定的，板塊相對(duì)于熱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也就是板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，它可通過測(cè)量跨越熱點(diǎn)火山鏈的年齡和長(zhǎng)度得到。巖石圈無整體旋轉(zhuǎn)參考架的含義是，如果巖石圈與軟流圈的耦合側(cè)向均勻，并且板塊邊界的力矩對(duì)稱作用于兩個(gè)相鄰板塊，則平均巖石圈參考架就是相對(duì)于深層地幔不動(dòng)的參考架。板塊相對(duì)于該框架的運(yùn)動(dòng)就是板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。佐年沙英等以西太平洋島弧系（俯沖帶）作為參照系統(tǒng)，計(jì)算了解1000萬年來全球各大板塊相對(duì)于它的運(yùn)動(dòng)。圖大致顯示了近1000萬年來各板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中以太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)速度最快，它主要是向西偏北方向運(yùn)動(dòng)；印度板塊主要是向北運(yùn)動(dòng)；北美板塊和南美板塊主要向西偏南方向運(yùn)動(dòng)；北美板塊的旋轉(zhuǎn)極位于白令海中，該極點(diǎn)四周的北美板塊部分（包括亞洲東北端）環(huán)繞該極運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向比較復(fù)雜；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于非洲板塊上（靠近幾內(nèi)亞灣），非洲仿佛“擱淺”了，它環(huán)繞該極作逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；歐亞板塊主要是向西和向北運(yùn)動(dòng)。亞洲地區(qū)更新世地層的一系列古地磁測(cè)定結(jié)果，表明亞洲大陸近期以來具有向北推移的趨勢(shì)。（二）板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，可以說是板塊構(gòu)造學(xué)說中研究程度最低也是最有爭(zhēng)議的問題，目前仍存在不同觀點(diǎn)。盡管如此，它卻是板塊構(gòu)造學(xué)說面臨的重大問題之一，急待深入研究。導(dǎo)致板塊運(yùn)動(dòng)的任何一種合理的驅(qū)動(dòng)力，至少要滿足以下一些條件：第一，能夠產(chǎn)生足夠大的力；第二，必須合乎物理學(xué)，包括流體力學(xué)、熱力學(xué)、力學(xué)的基本原理；第三，應(yīng)該符合根據(jù)地球物理觀測(cè)所得出的地球內(nèi)部性質(zhì)；最后，驅(qū)動(dòng)力所產(chǎn)生的效應(yīng)要與現(xiàn)代巖石圈的性狀和動(dòng)態(tài)相一致，應(yīng)該能解釋板塊運(yùn)動(dòng)在地質(zhì)史中的演變過程。1975年，上田誠(chéng)也等曾分析過作用于巖石圈板塊上的八種力，弗賽斯等則將這八種作用力分為兩類，一類是作于板塊底面的力，即地幔拖拽力和大陸拖拽力；另一類是作用于板塊邊界上的力，共有六種，即大洋中脊處的脊推力，俯沖帶的板塊拉力和海溝引力、轉(zhuǎn)換斷層阻力、碰撞阻力及潛沒板塊前端的板塊阻力。顯然，是上述八種力共同作用的結(jié)果，才維持了板塊的運(yùn)動(dòng)，而這八種力除了后三種阻力外，其余五種均是有可能驅(qū)使板塊運(yùn)動(dòng)的力。所有設(shè)想的這些力可能都是實(shí)際存在的，但由于受到現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)水平的限制，人們?cè)趯?duì)地球深處各種理論的研究中不可能得到比假說更進(jìn)一步的直接證據(jù)，因此，也就不可能做出更可靠的數(shù)學(xué)和物理模擬。目前。關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，仍然是以地幔對(duì)流說占主導(dǎo)地位，不過，贊成冷而比重大的板塊前緣向下潛沒而產(chǎn)生的推力拉著板塊向下俯沖的觀點(diǎn)也日益增多，加上田等說曾強(qiáng)調(diào)板塊拉力是一種重要的驅(qū)動(dòng)力。下邊，僅就當(dāng)前較流行的板塊驅(qū)動(dòng)力模式作些簡(jiǎn)要介紹：1、地幔對(duì)流模式地幔對(duì)流說是解釋大陸漂移和海底擴(kuò)張的動(dòng)力來源的傳統(tǒng)看法。認(rèn)為板塊是馱在地幔對(duì)流體上運(yùn)動(dòng)的。由于介質(zhì)的熱平衡或化學(xué)平衡遭到破壞，會(huì)引起物質(zhì)各部分的密度差，從而導(dǎo)致重力的不穩(wěn)定性，輕者上浮，重者下沉，這就形成了對(duì)流。一般認(rèn)為，地幔中可能發(fā)生的對(duì)流有兩種類型，即熱對(duì)流和重力對(duì)流。（1）地幔熱對(duì)流從地表向下，地溫逐漸升高。為使地幔內(nèi)部不致積蓄大量熱能而被熔化，地球內(nèi)部物質(zhì)本身從高溫區(qū)遷移到低溫區(qū)，是一種最有效的傳熱方式。因此，地幔熱對(duì)流乃是地球?qū)ζ渥陨砑訜徇^程的一種自然平衡作用。U、Th、K等放射性元素衰變產(chǎn)生了地球內(nèi)部的熱能，冷卻作用是由地球表面發(fā)生的，從而導(dǎo)致了地幔內(nèi)的熱對(duì)流。一些人主張熱對(duì)流僅局限于上地幔軟流圈，而另一些人則主張對(duì)流可囊括整個(gè)地幔。地幔對(duì)流地幔對(duì)流（2）地幔中的重力（密度）對(duì)流一些學(xué)者推測(cè)，在地幔——地核邊界，由于地幔中重物質(zhì)（鐵）沉入地核，而使地核增長(zhǎng)；同時(shí)，在地幔下部富集了硅、鋁、鈣和鎂的氧化物，其密度變小，向上浮升，于是引起了重力對(duì)流（或稱化學(xué)——密度對(duì)流）。這種對(duì)流可占據(jù)整個(gè)地幔，直至地核的邊界。其中，對(duì)流的水平分支發(fā)生了粘性小的軟流圈和?！诉吔?，而在其間粘度較高的大部分地幔中，物質(zhì)作垂直方向位移（上浮或上沉）。朗科恩曾指出，隨著地核的增大和地幔層的變薄，地幔對(duì)流體從一個(gè)分化為兩個(gè)、三個(gè)，以至更多，每一次調(diào)整都導(dǎo)致出現(xiàn)新的大陸漂移或板塊構(gòu)造旋回?？傊?，當(dāng)采用地幔對(duì)流作為板塊驅(qū)動(dòng)力的來源時(shí)，通常認(rèn)為，板塊的擴(kuò)張中心（洋中脊）位于對(duì)流的上升流處，板塊的匯聚邊界位于對(duì)流的下降流處。地幔對(duì)流從洋中脊向兩側(cè)分流，逐漸變冷，至海溝（或造山帶）成為下降流，在地幔較深處，又從海溝下面反流回大洋中脊以下，并重新變熱成為上升流。所以，海底擴(kuò)張和板塊運(yùn)動(dòng)實(shí)際是上是地幔對(duì)流在地球表面的直接反映，板塊運(yùn)動(dòng)的速度大體上代表了地幔對(duì)流的速度，而且，有多少個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的板塊，也就有多少個(gè)獨(dú)立的對(duì)流體?，F(xiàn)代熱動(dòng)力學(xué)的研究表明，經(jīng)典的地幔對(duì)流理論由于種種理由也許是不能接受的，一些科學(xué)家根據(jù)人造衛(wèi)星所提供的大量地球物質(zhì)資料，計(jì)算出地幔物質(zhì)的粘滯系數(shù)約為1026P。如果這一計(jì)算結(jié)果是可信的，那么由于地幔粘性太大，在其中就不可能存在大規(guī)模的對(duì)流。而巖石圈之下的軟流圈，其粘滯系數(shù)約為1021P，這樣的粘度則可以引起對(duì)流。所以，有人主張對(duì)流只發(fā)生在軟流圈中，是淺對(duì)流。可是，把對(duì)流僅限制在軟流圈中也有困難。因?yàn)楦鶕?jù)對(duì)流理論，對(duì)流的水平尺度與垂直尺度相差不大，軟流圈的厚度有限（約100—500km），只能形成許多小尺度的對(duì)流體，而難以與一些大型板塊的運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)。因此，為了克服這些新認(rèn)識(shí)給地幔對(duì)流模式帶來的困難，一些科學(xué)家又提出了關(guān)于地幔物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的新理論。其中，熱點(diǎn)—地幔柱假說即為其中一種。2、熱點(diǎn)一地幔柱1963年，威爾遜根據(jù)大洋中綿延著的一系列線狀伸展的火山島鏈表現(xiàn)出來的板塊驅(qū)動(dòng)機(jī)制。威爾遜認(rèn)為，形成火山的巖漿來自上地幔中相對(duì)固定的巖漿源（或熱源），這種巖漿源（或熱源）則叫做熱點(diǎn)。如圖所示，當(dāng)巖石圈板塊作側(cè)向運(yùn)動(dòng)而跨越于熱點(diǎn)之上，板塊仿佛被“燒穿”了，形成活火山。隨著板塊的運(yùn)動(dòng)，先形成的火山移出熱點(diǎn)，逐漸熄滅成死火山，而在其后的熱點(diǎn)處，則又形成新的活火山。這樣不斷地“推陳出新”，便發(fā)育一連串由新到老呈線狀延伸的火山鏈。因此，火山鏈實(shí)際上標(biāo)示出板塊漂移通過熱點(diǎn)的軌跡，記錄了板塊運(yùn)動(dòng)的方向。例如，夏威夷的基拉韋拉活火山正好處于一個(gè)熱點(diǎn)之上。由于太平洋板塊向西北方向運(yùn)動(dòng)而通過該熱點(diǎn)，就造成夏威夷諸島自東南往西北方向排列的格局，而其年齡也依次遞增。固定的“熱點(diǎn)”為了解釋熱點(diǎn)的生成，摩根于1971年提出了地幔柱的概念和假說。地幔柱是源于地幔深部的一種圓柱狀上升流，它攜帶著地幔物質(zhì)和熱能自近地核處上升，直至地幔上層，并在巖石圈和軟流圈分界處象蘑菇云一樣向四周擴(kuò)展，激起軟流圈中的水平流動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)。根據(jù)重力異常分析及地震控測(cè)資料，地幔柱的直徑可達(dá)到200km，甚至更大。地幔柱可以把上覆的巖石圈抬起，在地表形成直徑達(dá)上千公里的巨大穹窿，并表現(xiàn)出正重力異常和高熱流值。地幔柱沖破巖石圈的地方就形成了熱點(diǎn)，熱點(diǎn)處的火山活動(dòng)就是地幔柱物質(zhì)噴出地表的反映，所以地幔柱實(shí)際上是熱假點(diǎn)假說的引申。摩根認(rèn)為，地球上地幔柱總共只有36個(gè)，并大體上固定于地幔中。因此，板塊相對(duì)于熱點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，便是相對(duì)于地幔固定部分的運(yùn)動(dòng)，也即是相對(duì)于地理極或地球自轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)太平洋中可能由熱點(diǎn)形成的三列火山海嶺的走向，摩根計(jì)算了8000萬年來太平洋板塊相對(duì)于熱點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)極。8000萬-—4000萬年前（相應(yīng)于天皇海嶺段），旋轉(zhuǎn)極位于23°N、110°W，旋轉(zhuǎn)角度為45°；4000萬年前（相應(yīng)于夏威夷海嶺段），旋轉(zhuǎn)極位于67°N、73°W，旋轉(zhuǎn)角度為34°，說明太平洋曾作順時(shí)針向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另據(jù)威爾遜等學(xué)者的意見，地幔柱先造成大陸巖石圈的穹形窿起，穹窿破裂則可演化三叉形裂谷，一連串地幔柱穹窿的破裂則可彼此連成縱長(zhǎng)的裂谷，板塊從抬升的穹窿向外順坡下滑，進(jìn)而可發(fā)展成為大洋中脊和大洋盆地。熱點(diǎn)一，地幔柱假說為解釋板塊內(nèi)部的火山和構(gòu)造活動(dòng)，為描繪板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及闡明火山海嶺的定向排列和年齡遞變等一系列現(xiàn)象開辟了有益的途徑，它對(duì)于板塊構(gòu)造學(xué)說是一項(xiàng)重要補(bǔ)充，摩根主張將地幔柱當(dāng)做板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，雖有合理的一面，然而地幔柱的起因和形成機(jī)制如何？它與地幔中主要對(duì)流的關(guān)系如何？尚不清楚。另外，有的海嶺年齡的測(cè)定值與熱點(diǎn)假說不完全符合，所有這一切都導(dǎo)致人們?nèi)ヌ剿髁硗庖恍┌鍓K的驅(qū)動(dòng)力。3、板塊驅(qū)動(dòng)力的其他模式

（1）重力拖拉模式俯沖邊界長(zhǎng)度最大的太平洋板塊具有最大的運(yùn)動(dòng)速度，促使一些學(xué)者提出這一模式。該模式認(rèn)為，新生的洋底離開洋脊軸部后逐漸冷卻變重，冷而重的板塊前緣向下沉沒而產(chǎn)生拉力，拖拉著板塊與周圍地幔之間的密度差產(chǎn)生的。板塊俯沖時(shí)伴隨板塊拉下去。這一模式可比擬為桌布下垂一角浸在一桶水中，變重了的濕桌布有可能把桌面上的整塊桌布拉向水桶。（2）脊頂推離模式該模式認(rèn)為，當(dāng)熱地幔物質(zhì)上侵于洋脊軸部，就如同在板塊中間不斷地打進(jìn)楔子，從而產(chǎn)生向兩側(cè)的推力，推動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)。這種推力叫脊推力，它產(chǎn)生于較低的能量狀態(tài)。而在板塊內(nèi)部，擠壓應(yīng)力超過引張應(yīng)力的事實(shí)亦說明板塊所受的脊頂推力比俯沖帶的拉力強(qiáng)。這些都有利于板塊從脊頂替被推出的說法，而不利于俯沖板塊拖拉說。（3）順坡滑移模式由于軟流圈的頂面在洋脊軸部位置最高，在洋脊兩翼的位置較低，所以巖石圈板塊可以沿著傾斜的軟流圈頂面順坡向下滑移，此稱順坡滑移模式。一些學(xué)者通過計(jì)算認(rèn)為，只要軟流圈的頂面有1/3000的坡度，就足以引起每年4cm的速度下滑。在這三種板塊驅(qū)動(dòng)力的模式中，板塊或是被拉下去，或是被推著走。為保持板塊持續(xù)不斷地從洋脊頂部滑向海溝，在軟流圈中應(yīng)產(chǎn)生緩慢的回流，升至中脊軸部，以補(bǔ)償巖石圈的移出，所以上述推—拉模式實(shí)際上也是一種對(duì)流。不過，在一般的地幔熱對(duì)流或重力對(duì)流中，巖石圈板塊是被子動(dòng)的，軟流圈是主動(dòng)的，板塊在地幔拖拽力帶動(dòng)下被動(dòng)地馱載在地幔對(duì)流之上移動(dòng)，板塊運(yùn)動(dòng)與地幔對(duì)流上部水平分支流動(dòng)方向一致。而在推—拉模式中，巖石圈板塊是主動(dòng)的，軟流圈板塊是被動(dòng)的，板塊是獨(dú)立地沿著軟流圈頂面滑移，作用于板塊底面的地幔拖力反而成一種阻力，板塊本身仿佛構(gòu)成了對(duì)流的上部水平分支。鑒于地球深部過程的復(fù)雜性以及觀測(cè)實(shí)驗(yàn)條件的限制，盡管已經(jīng)提出了板塊被動(dòng)機(jī)制（地幔對(duì)流）和板塊主動(dòng)機(jī)制（推—拉模式），但二者究竟哪一種機(jī)制更為合理，各家的意見遠(yuǎn)未統(tǒng)一。關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力問題，迄今仍未能獲得圓滿的解決。實(shí)際上，不只是板塊學(xué)說，任何一種大地構(gòu)造學(xué)說的深部機(jī)制問題，大體上也都停留在推理和探索階段。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，一種現(xiàn)象是否存在與能否解釋，乃是不可混為一談的兩項(xiàng)命題。絕不能因?yàn)檫€難以解釋其發(fā)生機(jī)制便不承認(rèn)板塊運(yùn)動(dòng)的存在。相反，我們必須不懈地探索，努力去解決板塊驅(qū)動(dòng)的機(jī)制。深入研究并定量描繪全球地幔流動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，探討它是怎樣導(dǎo)致巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上和空間上的種種變化，這將是地球科學(xué)一項(xiàng)艱巨而又帶根本意義的課題。五、板塊構(gòu)造學(xué)說面臨解決的問題

板塊構(gòu)造學(xué)說問世以來，在地球科學(xué)中已引起了一場(chǎng)革命。雖然目前還不能精確地估量它的價(jià)值，但在地球科學(xué)中，板塊構(gòu)造學(xué)說也許是自均變論以來最被廣泛接受的統(tǒng)一概念。盡管如此，該學(xué)說如同其它任何科學(xué)假說一樣，在其發(fā)展過程中總會(huì)遇到新問題，不足之處也在所難免?？v觀如雪片快速飛來的評(píng)論文章，支持者居多，批評(píng)者較少，中立者有之。然而，如果僅憑數(shù)量的多少就作簡(jiǎn)單的肯定和否定，則必將導(dǎo)致謬誤。因?yàn)橛袝r(shí)真理也會(huì)掌握在少數(shù)者手中，更何況在科學(xué)研究中，不同觀點(diǎn)的爭(zhēng)論有時(shí)是勝負(fù)難分的。勿庸諱言，被伊薩克斯等稱為“新全球構(gòu)造”的板塊學(xué)說確實(shí)面臨著一些急待解決或探索的問題。現(xiàn)擇其要者簡(jiǎn)介如下：1、板塊的驅(qū)動(dòng)機(jī)制盡管已經(jīng)提出了各種可能的設(shè)想，如地幔對(duì)流，板塊自大洋中脊向外推動(dòng)，海溝的牽引作用，地幔的拖拽力作用以及重力影響下從中脊向兩側(cè)的下滑作用等，但至今還沒有人能確核實(shí)是什么力量在驅(qū)使板塊運(yùn)動(dòng)。因而，驅(qū)動(dòng)機(jī)制問題能否完善地得以解決，可能是板塊構(gòu)造學(xué)說最終成敗的關(guān)鍵。2、垂直運(yùn)動(dòng)板塊構(gòu)造學(xué)說認(rèn)為，巖石圈板塊的水平運(yùn)動(dòng)是地球的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，并且只有在板塊收斂處，它們才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕虻暮痛怪钡倪\(yùn)動(dòng)。因此，巖石圈內(nèi)的垂直運(yùn)動(dòng)和斜向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都未能為該學(xué)說視作獨(dú)立的主要運(yùn)動(dòng)，而只當(dāng)作水平運(yùn)動(dòng)的分量。果真如此的話，該學(xué)說就全然不能解釋代表下伏地幔中物理化學(xué)作用的直接垂直反映的那些地殼運(yùn)動(dòng)——例如，整個(gè)大陸或其某一部分的造陸性質(zhì)的隆起和拗陷。有人認(rèn)為，巖石圈的垂直運(yùn)動(dòng)，倘若不是更重要的話，至少也會(huì)是與水平運(yùn)動(dòng)同等重要的。所以，為了解弄清楚板塊的基本水平運(yùn)動(dòng)是如何和在何處可能與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)，就要求板塊構(gòu)造學(xué)說作出進(jìn)一步的闡明。3、俯沖帶的復(fù)雜構(gòu)造根據(jù)板塊構(gòu)造理論，深海溝是巖石圈板塊俯沖的地帶。如果是這樣的話，那么，將在海溝中找到被帶到巖石圈表面的巨厚沉積物。因?yàn)樵谄涓_沉陷時(shí)，其上的沉積物會(huì)被海溝對(duì)側(cè)的板塊以推土機(jī)的方式刮蝕下來，并保留在地表。假設(shè)大洋板塊以3cm/a的速率移動(dòng)了100Ma，而沉積物的平均厚度為200m，則在寬50km的海溝中堆積起來的沉積物厚度將達(dá)10km。然而，目前在海溝的任何地方都未找到過這么厚的沉積物；通常，海溝中沉積物的厚度僅為1km左右，且從未超過4km。另外，在海溝中也沒發(fā)現(xiàn)有任何擠壓的跡象，沉積層在海溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)有任何應(yīng)與俯沖作用有關(guān)的藍(lán)閃石片巖。從目前所獲得的資料來看，非洲板塊的南面，東面和西面都被擴(kuò)張的洋脊所環(huán)繞。那么，它在哪里俯沖消減呢？如果沒有俯沖帶存在，沿洋脊的擴(kuò)張又如何能夠?qū)崿F(xiàn)呢？4、板內(nèi)構(gòu)造板塊構(gòu)造學(xué)說將巖石圈塊體看作“剛性板塊”，由于相互碰撞，它們才只在邊界上發(fā)生變形。然而，長(zhǎng)期進(jìn)行的大陸內(nèi)部的地質(zhì)研究成果證明，強(qiáng)烈的構(gòu)造變形（包括塑性變形和破裂變形）及尾隨其后的巖漿活動(dòng)，不僅發(fā)生在板塊地邊界，也同樣存在于板塊內(nèi)部。例如，地臺(tái)上的寬闊上隆與下拗，斷塊隆起以及大大小小陸塊的沉陷。再以我國(guó)為例：除青藏高原外，中國(guó)大陸主體部分在中生代已經(jīng)焊接為一個(gè)板塊，但是侏羅、白堊紀(jì)時(shí)，我國(guó)許多地主都發(fā)生過劇烈的斷裂運(yùn)動(dòng)，并伴隨著大量火山噴發(fā)和巖漿侵入，這些地方都位于板內(nèi)。甚至連最信服板塊構(gòu)造理論的支持者也承認(rèn)，他們不能理解板內(nèi)構(gòu)造受其它因素的控制（如垂直運(yùn)動(dòng)）而與板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無關(guān)？事實(shí)上，將板塊作為剛體來看，顯然只能是相對(duì)的，而且板塊內(nèi)部也并非理想的均一地塊。根據(jù)大陸地質(zhì)和地球物理資料，陸塊內(nèi)部具有不同的構(gòu)造帶，不同的地臺(tái)和褶皺帶。它們的地質(zhì)發(fā)展包括地殼的垂直運(yùn)動(dòng)（下拗與上?。?，巖層被擠壓成褶皺，巖將作用的多種表現(xiàn)以及區(qū)域變質(zhì)作用。所有這些現(xiàn)象，無論在空間上或者時(shí)間上，都顯示出