第二章 大地構(gòu)造學(板塊構(gòu)造理論-1板塊構(gòu)造理論起源)2012

第二章板塊構(gòu)造理論要點第一節(jié)板塊構(gòu)造理論的形成和發(fā)展大陸漂移——海底擴張——板塊構(gòu)造大陸漂移與海底擴張魏格納大陸漂移的沉浮歷史在Wegener前的活動論思想奧特利烏斯（1596年）在他的地理百科全書中提及美洲是“因地震與潮汐而從歐洲及非洲分裂開去”及“如果有人拿出世界地圖，然后仔細觀測三大洲的海岸線，就會發(fā)現(xiàn)(大陸)分裂的痕跡”。1620年，英國人F.培根，注意到了非洲西海岸和南美東海岸線如此吻合，不大可能是偶然的巧合。1658年，法國R.P.F普拉塞認為，南美洲和非洲曾一度相連而后來又分開了。19世紀末，Suess注意到南半球各大陸上的巖層非常一致，因而將他們擬合成一個單一大陸－岡瓦納1912年，Wegener正式提出了大陸漂移學說，并在1915年發(fā)表的“海陸的起源”一書中做了論證。WEGENER

——grandfatherofplatetectonics

DIEENTSTEHUNGDERKONTINENTEUNDOZEANE《海陸的起源》1915年出版從古地理、古氣候、古生物、地質(zhì)和地球物理等方面論證大陸漂移學說，并展示了石炭紀晚期、第三紀早中期和第四紀早期的大陸位置復原圖。AlfredWegenerAlfredLother

Wegener,1880－1930.德國氣象學家、地球物理學家和探險家。1905年獲柏林大學天文學博士學位。1930年第4次赴格陵蘭探險時遇難。1961年由Graz大學捐贈、由奧地利登山者在格陵蘭KamarujukFjord附近建立了A.Wegener

紀念碑魏格納和他的家人乘坐氣球1970在漢堡重新命名的魏格納街魏格納有關(guān)大陸漂移的著作1912a,DieEntstehung

der

Kontinente,Petermann’s

GeographycheMitteilungen,58,185-195,305-308.1912b,DieEntstehung

der

Kontinente,GeologischeRundschau,3,276-2921915,DieEntstehung

der

KontinenteundOzeane,Braunschweiz,Veiweg.1924,TheOriginofContinentsandOceans,London:Methuen.1929(1966),TheOriginofContinentsandOceans,NewYork:Dover.魏格納時代的巖石圈觀念Wegener大陸漂移學說主要依據(jù)大西洋兩岸的海岸線相互對應南美和非洲、歐亞在地層、巖石和構(gòu)造上相呼應相鄰大陸，特別是大西洋兩岸古生物群具有親緣關(guān)系：中龍；舌羊齒C－P:南美洲、非洲中部、南極洲和印度、澳大利亞等都發(fā)生過廣泛的冰川作用。上述很多地區(qū)現(xiàn)今處于赤道附近的熱帶。相反，北半球（除印度）同時期沒有同時代的冰川遺跡Wegener還測量了格陵蘭和歐洲之間的距離，發(fā)現(xiàn)在擴大魏格納的大陸復原圖魏格納的石炭紀海陸復原圖魏格納的大陸復原圖魏格納的岡瓦納構(gòu)造圖大陸岸線擬合大西洋周邊500?。?潯=1.852米）等深線擬合圖南半球諸陸計算機擬合圖運用構(gòu)造帶復原大陸石炭－二疊紀大陸冰川遺跡大陸漂移的古氣候復原用獸孔目和舌羊齒復原成煤植物舌羊齒岡瓦納古生代植物分布泥盆紀植物產(chǎn)地擬鱗木：下石炭統(tǒng)舌羊齒：下二疊統(tǒng)

Euramerian:下二疊統(tǒng)舌羊齒/Eur混合:下二疊統(tǒng)舌羊齒/華夏混合:下二疊統(tǒng)冰川的大致范圍晚古生代中龍屬在南美和非洲出現(xiàn)，暗示那個時期這兩個大陸曾連在一起大陸漂移的古生物證據(jù)水龍獸犬頜獸290Ma的泛大陸大陸漂移學說發(fā)展遭到的阻礙魏格納的大陸漂移學說沒有很好地解決大陸漂移的力學機制問題，他認為，大陸漂移是硅鋁質(zhì)大陸殼像一座座桌狀冰山一樣航行在洋底的較重的硅鎂質(zhì)巖漿中，并且認為地球自轉(zhuǎn)的離心力和潮汐摩擦力是推動大陸漂移的驅(qū)動力。這些論點遭到當時多數(shù)地球物理學家們的激烈反對，在地球物理學家們看來，洋底是堅硬的，大陸不可能像船一樣航行在洋底或硅鎂層之上，地球自轉(zhuǎn)的離心力和潮汐摩擦力非常有限，遠不足以推動大陸漂移。由于魏格納的大陸漂移學說遇到動力機制上的困難而遭到地球物理學家們的強烈反對，加之其蘊含的活動論思想與當時地學界占支配地位的地槽理論在思想體系上矛盾，因而，隨著他本人不幸于1930年逝世，大陸漂移假說一度銷聲匿跡。HaroldJeffreys的反對意見1929“TheEarth”（劍橋大學出版社多次再版）1.定量模式支持收縮說。2.指出Wegener大陸漂移說的最大弱點是機制問題。他定量地計算了極逸離力和潮汐力，論證了這些力太弱，不足以推動大陸在硅鎂層上運動。他提出幾條證據(jù)，證明硅鎂層不能流動。20世紀30－50年代的堅持者Holms的對流模式（1944）AlexanderDu

ToitA.du

Toit的巖性－構(gòu)造復原圖Du

Toit的大陸復原Argand(1924)關(guān)于青藏高原

的構(gòu)造圖海底擴張與

大陸漂移說的新生二戰(zhàn)后地球科學的進展1.海洋地學的發(fā)展2.地震學的發(fā)展3.古地磁學的發(fā)展4.地質(zhì)年代學的發(fā)展5.地槽說與大陸增生6.全球構(gòu)造理論的發(fā)展海洋地學的新進展海洋地學進展的原因：1.軍事需求2.結(jié)合軍事作基礎(chǔ)研究3.探測儀器的發(fā)展海洋學測量儀器的發(fā)展：1.聲納深度記錄儀；2.磁力儀；3.海洋重力儀；4.地震反射研究；5.地震折射研究；6.熱流海底探針；7.海底取樣器；海洋地學的進展1872-1876年英國挑戰(zhàn)號的大洋調(diào)查1.大洋中脊；2.大洋斷裂帶；3.海下峽谷和海底平原；4.大洋海溝和島??；5.海山與平頂山（guyot）6.重力測量；7.地震研究；8.熱流研究；9.磁場測量；10.地質(zhì)年代學研究1872-1876英國挑戰(zhàn)者號Challenger調(diào)查HarryHammondHess

H.Hess二戰(zhàn)期間任美國太平洋戰(zhàn)爭時期凱普.約翰遜號船長，用聲納對海底做了不間斷的觀測。1946年發(fā)現(xiàn)水下平頂山。二戰(zhàn)后任普林斯頓大學教授，1957年2月26日聽Heezen的報告，報導了洋脊的發(fā)現(xiàn)，他當即指出：你動搖了地質(zhì)學的基石。1960年口頭發(fā)表，并于1962年正式發(fā)表了“海盆的歷史”一文。北大西洋洋底地貌南大西洋洋底地貌海底地貌圖海山和平頂山Hess的海底擴張模式A地球早期對流循環(huán)導致的大陸物質(zhì)與地幔和地核物質(zhì)的分離B現(xiàn)在，只有地幔發(fā)生對流，上涌對流導致大洋中脊，下降對流導致大洋海溝C大洋中脊過程的詳細情況。由于溫度升高和物質(zhì)破裂，地震波速變慢。注意沉積物隨遠離中脊而堆積增大。DFisher和Hess的海溝作用過程模式，沉積物在對流室上面熔融，形成火山。新證據(jù)1：古地磁學1945-1959年地球過去磁場的研究提供了使地球物理學家最后接受大陸漂移的證據(jù)地球磁場特點：1.很弱：1高斯；2.地磁場是偶極的，地磁極接近地理極點；3.地面上任何一點的磁力線都可用兩個分量來描述：磁傾角和磁偏角；在赤道上，磁傾角為0，在磁極點，磁傾角為90度；地磁場在地球表面是非均一的，在時間上也是變化的。Patrik

Blackett

and

KeithRuncorn（英國）PatrickBlackett通過測定研究英國2億年前紅色砂巖的古地磁，發(fā)現(xiàn)其古緯度要比現(xiàn)在的緯度低得多，從而明顯意味著這些大陸之間發(fā)生過相對位移。他的研究組還證明印度從南半球向北漂移了4000英里（6400公里）Runcorn作出了北美和歐洲的極移曲線，提出大陸裂離時，極移曲線分離古地磁的研究使英國的一批地球物理學家首先轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘈糯箨懫?。Runcorn的極移曲線新證據(jù)2：貝尼奧夫帶及其地震活動

Benioff（1954）提出的海溝向大陸一側(cè)的地震剪切帶證實洋殼向大陸殼下的俯沖HugoBenioffK.Wadati早在1930’s，日本學者Wadati首先發(fā)現(xiàn)傾斜的震源帶，1950’s美國的Benioff對此詳細研究，并作為大陸和大洋間的巨型逆沖帶，海底擴張興起后，被當作板塊的俯沖帶，給出了板塊俯沖的形跡。新證據(jù)3：大西洋、印度洋中島嶼年齡隨距中脊距離增大而增大新證據(jù)4：海底擴張說提出后，很快得到對海底磁異常研究的強有力支持。1961年，梅森（Mason）和拉弗（Raff）北美西部海岸外的磁力條帶Vine

andMatthews（1963）對海底磁異常條帶的成因解釋結(jié)合古地磁倒轉(zhuǎn)特性和海底擴張，對海底磁異常條帶成因進行了解釋，提出海底磁異常條帶不是由海底巖石磁性強弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉(zhuǎn)的背景下，海底擴張新涌到地表的巖漿冷卻到居里點時磁化的結(jié)果

FredVineandDrummond

Matthews1962年，F(xiàn)redJ.Vine還是劍橋大學的一名研究生時，隨一艘英國海洋考察船參加了國際印度洋考察隊，并直接觀察、了解了磁異常的存在。1963年9月，F(xiàn)redJ.VineandDrummondH.Matthews（研究生）合作發(fā)表了一篇短文：Magneticanomaliesoveroceanicridges,Nature,1963,v.199,p.947-949.古地磁與大陸漂移磁化：某些巖石在形成時在地球磁場下變?yōu)榇呕瘞r石，保存并記錄了當時地球磁場特征。剩磁：在有些條件下，原子質(zhì)點定向產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化（磁疇）能夠保持下來，當磁化場被移開后，物質(zhì)仍能保持它的磁性。巖石的剩余磁性，反映了巖石形成時的地磁場的方向。通過巖石剩余磁性的研究，可以追溯歷史時期地球磁場的特征和變化歷史，這是古地磁學的研究目的。大洋脊沉積物的磁條帶洋中脊巖漿冷卻

與磁化東北太平洋磁力異常條帶東太平洋隆磁性剖面新證據(jù)5：為了進一步證實海底擴張和海底條帶狀磁異常之間的關(guān)系，1968年開始，由多個單位科學家聯(lián)合，進行了一系列的深海鉆探工作（DeepSeaDrillingProject），巖芯上部沉積物中的微體古生物和下部玄武巖層的同位素年齡，證實在大洋中脊部份最新，為全新世，而兩側(cè)接近大陸最老巖石為侏羅紀。皮特曼（Pitman）等根據(jù)海底鉆探數(shù)據(jù)的校正，制訂了磁極年表，據(jù)中脊越近，洋底的地質(zhì)年齡越新，越遠則越老。根據(jù)磁極年表，編制了大西洋、太平洋和印度洋三大洋洋底年齡圖。

大西洋、印度洋、太平