大地構造課件第五講：板塊構造理論

主講：xx地球科學學院大地構造學第五講：板塊構造理論（二）七、板塊的運動板塊運動的核心是海底擴張。巖石圈板塊從中脊軸部向兩側不斷擴張推移，在海溝處俯沖潛沒，頗如一巨大的傳送帶。海底擴張和大陸漂移可以用板塊運動的形式表達出來。1、關于板塊的剛性

在描繪板塊運動時，通常認為板塊具有剛性，表現(xiàn)在：●板塊能在很長距離內(nèi)傳遞應力，其內(nèi)部并不發(fā)生顯著的塑性形變；●洋底沉積物未受輕微變形，形變主要發(fā)生在板塊邊緣；●大陸拼接非常理想，指示板塊在位移時很少形變。

但是認為巖石圈板塊具有絕對的剛性是不合適的，如碰撞帶大規(guī)模的褶皺變形、內(nèi)陸地震、構造活動和火山作用等。2、板塊的擴張增生與壓縮消亡之間的補償沿著大洋中脊軸部，地幔物質(zhì)上涌形成新的巖石圈，巖石圈通過俯沖消減來維持平衡。每年新生巖石圈2平方公里，每年也有2平方公里的巖石圈被俯沖銷毀。3、板塊沿球面的旋轉運動如果我們把板塊當作剛體來處理，而且地球半徑不變，那么，板塊的運動嚴格遵循球面運動的歐拉定律⑴歐拉定律1776年，瑞士數(shù)學家歐拉（E.Euler）指出，一個鋼體沿半徑不變的球面的運動，必定是環(huán)繞通過球心的軸的旋轉運動。在球體表面，任何一點的移動都不是沿著直線，而是弧線；如果這種移動表現(xiàn)為復雜的曲線形式，那么它的移動軌跡將由許多圓弧小段組成。板塊的運動遵循歐拉定律（板塊沿球面的旋轉運動圖片及兩板塊的相對運動圖片）。板塊的球面運動，遵循歐拉定律⑵求旋轉極板塊的旋轉運動主要由板塊的旋轉軸的位置和旋轉角速度來確定。轉換斷層標識出歐拉緯線的走向，沿球面作這些緯線的垂線即可得出歐拉經(jīng)線，歐拉經(jīng)線交點的位置，就是旋轉極的位置，為此可以求出兩板塊相對運動的旋轉極（圖片）美洲和非洲板塊相對運動的旋轉極⑶求旋轉角速度只要已知板塊上任何一點的線速度值，同時求出該點的歐拉緯度，便可求出旋轉角速度：式中ω為角速度（單位：度/年），V是線速度（厘米/年），R是地球半徑，單位厘米，θ為歐拉緯度。為了檢驗板塊繞極的旋轉運動，勒皮雄以板塊旋轉極為投影極，作了一系列墨卡托投影圖。在這種圖上，經(jīng)線和緯線相互垂直，都是直線（圖）。4、板塊相對運動速度的測定

測定相對運動線速度的方法，主要有以下幾種：●瓦因-馬修斯法磁異常條帶的寬度和該條帶時間跨度的比值●地形法洋底水深的變化是洋底年齡的函數(shù)，據(jù)此，可以從洋底水深的變化或中脊兩翼的坡度求板塊的擴張深度●貝尼奧夫帶長度法貝尼奧夫帶長度與板塊的俯沖速度成正比，根據(jù)貝尼奧夫帶的長度來估算俯沖的速度（圖）。●大地測量法激光測距、GPS測距●貝尼奧夫帶長度法5、板塊的三聯(lián)結合點在板塊的分布圖上，?？梢姷饺龡l板塊邊界相交于一點，這個點與三個板塊相鄰接，叫做板塊的三聯(lián)結合點（或三聯(lián)點）。任何一對板塊間的邊界總是以三聯(lián)點作為端點。與三聯(lián)點相接的板塊邊界，可以是分離型、會聚型或轉換型邊界。在理論上，這三類邊界可組合成十六種不同的三聯(lián)點。如以R代表裂谷，T代表海溝，F(xiàn)代表轉換斷層，則RRR型代表裂谷-裂谷-裂谷型的三聯(lián)點，RFT代表裂谷-海溝-轉換斷層型三聯(lián)點，余類推。

RRR型分布最廣，如印度洋中脊三條分支的交點，是非洲板塊、印度板塊和南極洲板塊之間的RRR型三聯(lián)點（圖）。三聯(lián)點所臨接的三個板塊的運動，是嚴格地彼此關聯(lián)的（圖）三聯(lián)裂谷的形成過程據(jù)E.J.Tarbuck,1987)三聯(lián)點所臨接的三個板塊的相對運動的矢量和應等于零AVB+AVC+CVA=06、現(xiàn)代板塊運動的全球圖式

1968年以來，勒皮雄（1968）、摩根（1971）、明斯特（Minsteretal.,1974)等定量地描繪了全球各主要板塊間的相對運動?！窬薮蟮奶窖蟀鍓K朝西北，向西緣和北緣的俯沖帶推移，會聚速度在湯加海溝北部至日本海溝一帶達到最大，可達9cm/a，向南和向北均遞減?！癜柋八?喜馬拉雅造山帶是另一巨型會聚型邊界，直布羅陀地區(qū)歐亞板塊與非洲板塊會聚的速度僅為0.5cm/a，是該造山帶的西界。自此向東，會聚速度增大，至喜馬拉雅地區(qū)，增至5-6cm/a。再往東過渡為印度洋東北緣的俯沖邊界，會聚速度達7.0cm/a。●環(huán)太平洋會聚邊界把全球分成不對稱的兩部分，太平洋外圍的歐亞板塊、印奧板塊及美洲板塊向太平洋方向推進，后緣是大西洋和印度洋的張開；太平洋內(nèi)部的太平洋板塊、可可板塊和納茲卡板塊則向太平洋周緣俯沖潛沒，其后緣是東太平洋中隆的擴張。阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶的形成，與非洲板塊、阿拉伯板塊和印奧板塊向北朝歐亞板塊推移有關，這一推移又是印度洋和大西洋擴張的結果。一些主要板塊相對運動角速度表全球板塊定量運動數(shù)據(jù)7、板塊的絕對運動板塊的絕對運動，是指板塊相對于地球旋轉軸的運動。如果某一系統(tǒng)在地史期間相對地球旋轉軸的位置固定不變，那么相對該系統(tǒng)的運動（如熱點）也可以當作板塊的絕對運動。一千萬年來板塊的絕對運動見圖，其中以太平洋板塊的運動速度最大，向西偏北方向運動；印奧板塊主要是向北運動；北美板塊和南美板塊主要向西偏南方向運動；非洲板塊的旋轉極位于非洲板塊上，它環(huán)繞該極作逆時針方向的旋轉運動；歐亞板塊主要是向西和向北運動。板塊絕對運動圖式八、大聾洋的演衛(wèi)化-威爾遜調(diào)旋回1、大洋的辭起源關于大洋論的起源問駐題，是地帆質(zhì)學最重賀大的理論薄問題之一養(yǎng)，長期以仙來曾提出男種種假說棋?！翊笱蠓来嬲f是丹納跨等倡導言的，認頭為大洋誼是原生豪的，洋剖殼形成著于地殼惠早期階似段，大腐陸則是師后來形蟲成并逐沫漸增生摟的，現(xiàn)子代大洋飼盆地是易大陸增呼生后原伐始大洋歐的殘留極部分?！翊笱蟀富f是前蘇聯(lián)擋學者別洛盤烏索夫所采宣揚的，寨認為古生算代末期以養(yǎng)前，全球稍都被大陸攝地殼所覆攏蓋，古生薯代末至中威生代初，逆來自地幔杜的基性和梅超基性物畏質(zhì)大規(guī)模峽上升，，南陸殼破裂線成塊狀，谷與基性超造基性巖漿乘混合，變紡質(zhì)加重沉池入地幔中鼠，陸塊沉攔陷之處形還成洋盆2、威爾遜脈旋回大陸漂移濱、海底擴教張和板塊膨運動的概拜念，使人帽們對大洋摩成因和演創(chuàng)化的認識彩發(fā)生了根巾本的變化騾。新活動女論主張，列大洋的發(fā)艘生發(fā)展離塞不開巖石壯圈板塊的著分離和匯投聚運動。Wil刑son首先注席意到大樸洋開合疼的不同欄發(fā)展趨張勢，將癢大洋的咱演化歸交納為6個發(fā)展凍階段（圖片和表），稱為肉威爾遜旋睬回。可見，大駕洋的演化微呈現(xiàn)為張省開和關閉貞的旋回形馳式。由于搞大洋盆地刪是全球最泊大的構造-地貌單噸元，大批洋開閉院的發(fā)展顛旋回主替宰了地姜球表層第活動和兆演化的錦全局。大洋盆柴地演化炒旋回中廳的各個降階段及德其特征大洋盆地蝕演化旋回煌中的各個炒階段圖ⅠⅡⅡⅣⅤⅥ3、威爾遜者旋回對大術陸構造分余析的意義●一個威爾腹遜旋回2億年，意鉗味著相鄰貓的大陸在積相同時限逃內(nèi)發(fā)生過距大致相同董幅度的水班平運動，慶從而它所尾經(jīng)歷的自拴然地理環(huán)兼境、距離迎特定板塊總邊界的遠慮近、以及迫由此導致袖的深部熱強體制、地褲殼結構也丑必然會發(fā)際生深刻的牙變化?！翊笱笱輼踊蓪Ш喼潞Ｆ侥蠲娴淖冏坊箜炑笈璧匾垩莼八哑?，海菊底擴張跟作用建丘造起龐雖大的中孝央海嶺夫，造成渾海平面馬上升。問晚白堊切紀和早棚古生代傳的海平姥面上升鼓就認為梅與此有敬關。●大洋演化群始自大陸雹巖石圈的澇拉伸變薄窄，最后轉箏化為擠壓侍增厚體制角而結束，喉在地質(zhì)記間錄上表現(xiàn)作為大陸裂滔谷、大陸盤邊緣和擠塵壓碰撞帶飯等地球動嫂力學環(huán)境年的更迭，場本身構成需了一個完釘整的構造忠旋回。4、大洋現(xiàn)副今的活動橫趨勢目前，大煮西洋和印尾度洋在擴尸張，太平閃洋在收縮折（圖），這個是聯(lián)合剝古陸破專裂四散采分離的戶繼續(xù)。蟲大西洋壤、印度車洋周緣譽的被動籌大陸邊羽緣，不借是板塊賺的邊界叔，相鄰根的洋底題和大陸撒是作為串同一板退塊移動努的，故財大西洋先、印度令洋周緣幼的大陸兵被擴張儲著的洋柳底推動衰著，主是要是向箱外側推您移。相擁反，太劃平洋周韻緣諸大求陸漂移閃的方向狀都是指狼向太平今洋內(nèi)部丙的。一個大陸欣，相對于叛大陸漂移侍方向而言盆，有前緣短和后緣之念分，美洲閥大陸的前竄緣是陡峭覽的活動大娃陸邊緣，慣后緣則是務寬緩的被抗動大陸邊愧緣（圖）。隨飽著美洲乎大陸向源西漂移凡，前方免的太平舒洋趨于減收縮，荷后方的肯大西洋容逐漸張啞開?！翊笱蟋F(xiàn)今溉的活動趨襖勢●大洋現(xiàn)今漸的活動趨員勢九、熱崖點-地幔柱假賢說1、無震海主嶺在大洋中尺，綿延著掘一系列線叢狀延伸的既火山性海建嶺。其上折無中央裂太谷發(fā)育，肝也不見橫至斷海嶺的犁轉換斷層態(tài)。北太平絡洋中的蝦夏威夷愧海嶺和栽天皇海為嶺，研貌究比較筐詳實，填往往被牧當作火矮山海嶺消中的樣萍板。夏糞威夷海謊嶺上的210多座火山[噴溢火山石的照片]，年齡魔顯示出挽有規(guī)律倒的變化碗，向東聯(lián)南方向竟依次變漸新（海嶺立體獲排列圖片悠和年齡變閣化圖片）。2、熱點威爾遜彎注意到分海嶺火畏山年齡澤的遞變派現(xiàn)象，書提出了稼熱點假論說。熱悔點處于遺地幔中患，其位已置大體撿固定，脹當巖石噴圈跨越策于熱點渴之上時購，板塊帖仿佛被“燒穿”了，形男成火山直中心。宋在熱點司除不斷孕地形成離火山，罪而板塊級不斷地妙跨過熱小點。這臟樣不斷紙地“推陳出遲新”，便發(fā)草育成由熊新到老影的一串侄火山鏈[圖]。天皇海嶺著和夏威夷暴海嶺之間生有一明顯室的轉折，偽表明太平收洋板塊的束運動方向發(fā)發(fā)生過變矮更，這一茄轉向大約石發(fā)生在4000完年以前夕（圖）。除太平愁洋外，修大西洋析、印度需洋以及甲陸上出食現(xiàn)玄武狀巖火山亡活動的屑一些地龜方，也循有熱點章活動的肯蹤跡（圖）火山鏈熱堅點形成模剩式圖(據(jù)E.J擺.Ta鏟rbu書ck,倆198姿7)由熱點形礙成的無震炊海嶺●地球表略面熱點誕分布3、地幔泥柱假說為了解釋騰熱點的形賢成，摩根活（197啞1）提出了脖地幔柱假域說地幔柱燦是源于地趴幔深部的震圓柱形上鵲升流，它冤攜帶地幔壇物質(zhì)和熱趴能直至地名幔上層，堅在巖石圈民和軟流圈施分界處四損三外流，外它的位置鳴大體固定喬于地幔中絮。熱點處時的火山活婦動就是地準幔柱物質(zhì)顧噴出代表蕉的反映（圖片）。據(jù)猛摩根的田看法，奸地球上鴿的地幔松柱總共音不過二農(nóng)、三十欄個（見下熱點分命布圖片）。熱點-地幔柱抵假說為揉解釋板渠塊內(nèi)部口的火山泥和構造錫活動，托為描繪秧板塊的壁絕對運眨動，以朽及闡明梁火山海搖嶺的定待向排列隊和年齡濕遞變等界一系列改現(xiàn)象，異開辟了則有益的箏途徑地幔柱示鋒意圖十、板塊倆的驅(qū)動機得制巖石圈下奸面軟流圈沃的存在是換板塊運動飛的物質(zhì)基盆礎。板塊乞驅(qū)動機制糟中討論最壤多的是地眠幔對流，朝后來又提林出一些不治同的假說勒。1、地幔差對流說板塊運動沖的地幔熱貼對流假說蘆是被多數(shù)不地質(zhì)學家?guī)浰邮艿奈占僬f。熱睜而低密度假的地幔物化質(zhì)上涌，每在巖石圈嘩處向兩側缺擴展成為孕平流，平伍流過程中展由于熱傳盞導使之變躲冷，冷而伶重的物質(zhì)拔沉入地幔深深處，在廈深處重新圍加熱再升色起，如此紅往復循環(huán)汽（圖片）。地幔對竿流模式橫圖地幔的眉對流有蒜三種模既式：●深地幔當對流模蜜式（圖a）對流發(fā)午生于下唯地?；虻谜麄€地愚幔內(nèi)，肉對流熱向量來自唉地核。●淺地幔喝對流模聯(lián)式（圖b）對流發(fā)生善于上地幔閣的軟流圈嗚中，熱能滑來自放射煎性衰變?！裆顪\地趕幔對流獎相結合兆的熱柱刪對流模念式（圖d）認為由役液態(tài)外命核供給槍熱