普通地質(zhì)學 笫九章 板塊構(gòu)造

普通地質(zhì)學笫九章板塊構(gòu)造第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

六十年代晚期板塊構(gòu)造的誕生，它標志著地球科學的革命。1968年地球科學家把板塊構(gòu)造學說這一系列進展和發(fā)展宣布為“新全球構(gòu)造論”，它的重要性可與天文學上哥白尼的“太陽中心論”和生物學上達爾文的“進化論”相提并論。板塊構(gòu)造是全球構(gòu)造理論。它將各種地質(zhì)作用統(tǒng)一到板塊的相互作用這一根本性的動力之中，成功地解釋了100多年來在地球上發(fā)現(xiàn)的許多地質(zhì)事實，把地球科學的發(fā)展推到一個嶄新的階段。板塊構(gòu)造說是怎樣產(chǎn)生？它是由《大陸漂移》和《海底擴張》學說發(fā)展而來的。第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)大陸漂移一、大陸漂移學說的創(chuàng)立

大陸漂移的設想早在19世紀初就出現(xiàn)了。最初提出是為了解釋大西洋兩岸明顯的對應性。1915年德國氣象學家兼地質(zhì)學家魏格納（1880－1930）正式提出大陸漂移說。它在《大陸和海洋的起源》一書中，不僅從古氣侯，而且從整個科學領域論證了大陸漂移。大陸漂移學說提出后，受到來自固定論的地質(zhì)學家和地球物理學家的強烈反對。1930年魏格納在格陵蘭的一次科學考察中因心臟病突發(fā)，死于雪原中。在魏格納生前，大陸漂移說沒有得到廣泛接受。第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1、大陸漂移的七個主要證據(jù)（1）大西洋兩岸大陸輪廓非常吻合，即南美洲和非洲可以拼接起來。（2）大西洋兩岸許多淺海和陸生古生物種屬相同。二疊紀內(nèi)陸爬行動物中龍，分別發(fā)現(xiàn)在非洲和南美洲。（3）非洲南部開普山脈的二疊紀地層向西延伸至南美的布宜諾思艾利斯一帶。（4）非洲的前寒武紀片麻巖可與巴西的同類地層對比。（5）在北半球，挪威－蘇格蘭加里東褶皺帶越過大西洋后出現(xiàn)在加拿大和美國海岸；（6）在印度、澳大利亞、非洲、南美洲和南極大陸發(fā)現(xiàn)石炭紀－二疊紀的冰川遺跡、而冰川遺跡指示的古冰川運動方向均符合大陸漂移的結(jié)論；（7）部分地球物理和大地測量資料。南美洲非洲布宜諾思艾利斯開普山脈大西洋第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、大陸漂移學說的主要論點

魏格納認為，大陸是由較輕的剛性硅鋁質(zhì)巖層組成，它漂浮在其下粘性較大的硅鎂質(zhì)巖層之上。晚石炭紀地球表面只有一個大陸，這個大陸稱為聯(lián)合古陸或泛大陸。由于受地球自轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和潮汐力的影響，侏羅紀開始，聯(lián)合古陸裂解、漂移，最終形成現(xiàn)在的地理格局。

聯(lián)合古陸北美南美歐亞非洲南極洲澳洲晚石炭紀現(xiàn)在第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

海底擴張和板塊構(gòu)造的提出給早期的大陸漂移說注入了新的生命力?，F(xiàn)已獲得證據(jù)表明，魏格納的大陸漂移說的基本設想是正確的。經(jīng)過幾代地球科學家的努力，現(xiàn)在己經(jīng)建了各地質(zhì)時期大陸漂移的路徑和各時期古地理格局，并得到大多數(shù)科學家的贊同。

60年代初布拉德，取大陸坡一半深度，沿約900米的等深線作為拼接基線，運用計算機將南大西洋兩側(cè)大陸拼接成最佳圖式，拼接結(jié)果發(fā)現(xiàn)大陸漂移過程中并非單純的測向平移，還兼有不同程度的旋轉(zhuǎn)。第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

迪茨和霍爾登在新的理論基礎上，利用古地磁方法測定極移路線重建了2億年來聯(lián)合古陸解體的系列略圖，為全球性大陸漂移提供了直觀的圖像。

由于海底擴張說的興起以及眾多的新事實的發(fā)現(xiàn)，大陸漂移說經(jīng)過半個世紀的沉默之后又再度興起。

勞亞古陸岡瓦納古陸特提斯海晚三疊紀(180百萬年前)

二疊紀（225百萬年前）

晚侏羅紀（135百萬年前）晚白堊紀(65百萬年前)現(xiàn)在聯(lián)合古陸南方灣北方灣特提斯海聯(lián)合古陸階段特提斯海開始裂解特提斯海基本貫通，印度離開非洲南北美洲與歐洲、非洲裂開形成大西洋，非洲與南極洲裂開形成印度洋，非洲與歐洲碰撞。大西洋、印度洋擴大，澳大利亞離開南極洲，印度與歐亞地塊碰撞。大西洋印度洋大西洋印度洋北美南美非洲歐亞洲澳南極洲第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)海底擴張第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月一、海底擴張的起源1、洋底地質(zhì)考察

第二次世界大戰(zhàn)后廣泛開展了海洋地質(zhì)和海洋地球物理研究，取得了前所未有的成果。為海底擴張說的興起提供了豐富的第一手資料。①水深測量：采用回聲測深儀和側(cè)向掃描聲納等儀器。查明了大洋的水深和海底及海底基巖起伏變化情況。②利用潛水裝置深入洋底直接觀測、取樣和攝影：1960年深潛器潛到馬里亞納海溝10919米深度，創(chuàng)造了世界上最深的潛水記錄。1961年和1966年核潛艇穿過北極考察，確定了洋脊系統(tǒng)在北冰洋底的延伸。1966年到1971年美法聯(lián)合完成了對大西洋洋脊裂谷的深潛考察。③海洋地球物理研究：對洋底進行地磁,重力,地震和地熱等測量，為查明洋底構(gòu)造物質(zhì)成分以及洋殼結(jié)構(gòu)提供了重要資料。④海底鉆探取樣及對樣品分析及綜合研究。格洛瑪號第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、海底地形單元的認識

根據(jù)海底起伏狀況和海水深度，海底地形分為四個基本單元：①大陸架：大陸岸外的淺水水底，是與大陸相接的非常平緩的平臺，平均坡度約0.1°。一般水深由數(shù)十米至100～200米。各地大陸架的寬度不均等，寬者達1千多公里（北冰洋的歐亞沿岸），窄者僅幾公里或基本缺失（南美兩岸）。②大陸坡：大陸架向外海的延續(xù)部分。坡度3°～6°，平均4°。它是海底地形的轉(zhuǎn)折帶。其寬度20～90Km不等，基部水深1400～3200米。第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月③陸?。涵h(huán)繞大陸坡的基部并過渡為洋底，沉積物厚。坡度小于1／400。寬度不等，最大寬度可達1000Km。環(huán)太平洋洋底缺失陸隆。大陸架、大陸坡、陸隆是大陸的水下延伸部分，統(tǒng)稱為大陸邊緣。④大洋盆地：是海水最深的地區(qū)，水深4600～5500米。大洋盆地中的平坦部分為深海平原，起伏坡度為1／1000以下。大洋盆地是洋殼的組成部分。第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、海底在擴張①洋脊的發(fā)現(xiàn)

洋底并不是一望無際的平原，表面有巨大的地形起伏。洋脊是全球大洋洋底的巨大山脈。在大西洋，洋脊是一條對稱平分大西洋為東西兩部分的洋脊，稱為大西洋洋中脊；在太平洋，洋脊偏于東側(cè)，稱為東太平洋洋?。辉谟《妊?，洋脊呈倒Y字型。其西南支與大西洋洋中脊相聯(lián)，東南支與東太平洋洋隆相接。大西洋洋中脊向北經(jīng)過冰島向北冰洋延伸。

全球洋中脊延伸總長為64000Km，洋脊寬達1000～4000Km，高出洋底2000～4000m。洋脊橫切面為平緩的等腰三角形，兩側(cè)呈地壘型隆起，中間為地塹式陷落的裂谷?；鹕交顒?，以基性巖漿作裂隙式噴發(fā)。第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月②洋中脊地震

洋中脊是全球重要地震帶之一。震中沿脊頂軸部呈狹長帶狀分布。震源深度大多只有2～5Km，震級在4～5.5級，以正斷層性質(zhì)的活動為主，故屬淺源地震。洋中脊上地震常成群分布并在同一時間內(nèi)同時發(fā)震，無明顯主震、余震之分。例如，在北大西洋冰島的西南部雷克雅內(nèi)斯洋中脊地區(qū)，8天內(nèi)共發(fā)生了14600次地震，震源深度僅為1.5～5.0Km。而在缺乏中間裂谷帶發(fā)育的洋隆上（東太平洋洋隆），地震活動較稀少。

由此可知，洋脊地震的特點是，震級低、震源淺、地震頻繁。

五年內(nèi)發(fā)生的地震分布圖第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月③洋脊上的沉積物

洋脊上的沉積物主要堆積在凹陷部位，其分布的特征是：A、沉積物在裂谷中極薄甚至缺失，向洋脊兩坡方向逐漸增厚；B、洋底沉積物最厚只有500－600米；C、沉積物的年齡新，不早于侏羅紀。

洋脊沉積物的分布特征可以說明，洋底巖石是地幔物質(zhì)在裂谷帶涌出后冷凝而成的，洋底巖石形成后分裂成兩部分并向兩側(cè)移動，其間的空隙又為新涌出的地幔物質(zhì)所充填。這樣持續(xù)地進行就導致充填在裂谷帶中的巖石愈來愈新，而較老的洋底向兩側(cè)推移。說明海底在擴張中。第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月④兩種大陸邊緣

大陸邊緣分為穩(wěn)定大陸邊緣和活動大陸邊緣。A、活動大陸邊緣：具有海溝以及與海溝共生的島弧，缺失陸隆。

海溝是位于洋底邊緣的一種狹長、不對稱的V形凹地。如，在太平洋邊緣存在著一條近于環(huán)形的海溝帶，其深度一般超過6Km，寬不超過8Km。最深的海溝是馬利亞納海溝，深達－11033m。

島弧是大陸邊緣呈弧形展布的島嶼，它是在海底火山噴發(fā)基礎上形成的。組成島弧的巖石是安山質(zhì)熔巖及與其成分相當?shù)那秩霂r。如，太平洋周邊的阿留申群島、薩哈林島、千島群島、日本群島、印尼及新西蘭等許多島嶼。由于海溝與島弧緊密相連，故稱為海溝－島弧系。若海溝與海岸弧形山脈伴隨，則為海溝－山弧系。如，南美州西海岸的安第斯山，北美州西海岸的海山山脈。邊緣海島弧海溝洋殼第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月◆海溝－島弧系(山弧系)中震源排列的規(guī)律性。

地震均位于大陸一側(cè)，近海溝處為淺源地震，遠離海溝為中源地震，大陸內(nèi)為深源地震。目前已知最深的地震發(fā)生在馬利亞納海溝，震源深度的720Km?！艉鲜前鍓K的俯沖帶

洋殼在海溝處向大陸板塊之下俯沖的帶，稱為畢鳥夫帶(或稱俯沖帶、消減帶)。俯沖帶的角度變化很大，一般在45°左右，上部較緩，約30°左右；下部較陡，約50°～60°；有的很平緩，只有7°(如，祚乃魯海溝)；有的很陡，近乎直立(如，馬利亞納海溝)日本海溝附近震源分布平面圖第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月B、穩(wěn)定大陸邊緣：無海溝的大陸邊緣。如，大西洋。由大陸過渡到寬闊的大陸架與大陸坡，發(fā)育陸隆。穩(wěn)定大陸邊緣缺乏地震、火山和巖漿侵入活動，構(gòu)造運動弱。第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）海山與火山島鏈

洋底玄武巖質(zhì)火山高地稱為海山，露出海面的就是島嶼。隱沒在水下的海山數(shù)量很多，大多為海底平頂山。太平洋內(nèi)許多海山呈北西向線狀排列，其火山巖的年齡由南東向北西依次變老。地幔上部存在熱源，稱為熱點。熱點的成因與地幔柱（地幔熱物質(zhì)呈柱狀體上升）有關(guān)。熱點中地幔物質(zhì)熔融形成巖漿，噴出后形成火山。由于熱點長期保持固定位置，巖石圈板塊卻在熱點上不斷運動，所以形成了線狀排列的火山鏈。火山年齡近熱點新，遠離熱點老。根據(jù)火山鏈的研究可幫助判斷海底的運動方向和擴張速率。太平洋中的海山及火山島鏈圖第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）海底熱流值

據(jù)熱流值測定，海底平均熱流值為1.64±1.1，大陸平均熱流值為1.64±0.89，差別很小，但海底不同部位熱流值就有很大差別。洋脊軸部的熱流值極高，最高達8-10，平均2.26；而海溝地區(qū)熱流值極低。平均1.12，最低為0.44（秘魯-智利海溝)。產(chǎn)生熱流值變化的主要原因是：地幔對流

在洋中脊地幔流呈上升勢，把深部的熱源源不斷地帶出。它一方面使上覆巖石圈受到烘烤，同時地幔高溫物質(zhì)沿裂谷帶涌出也使洋脊軸部熱流值大大提高。海溝則相反。地幔流呈下降勢，由于大洋巖石圈遠離洋中脊，溫度己降低。此外，板塊向下俯沖時攜帶大量海水進入地幔，因此,海溝的熱流值就很低。地幔對流示意圖第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、海底擴張說的提出

美國地震地質(zhì)學家迪茨（R.S.Dietz）和美國地質(zhì)學家赫斯（H.H.Hess）于1961－1962年提出了海底擴張的概念。他們認為，洋底在洋脊裂谷帶形成并不斷向兩側(cè)擴張，老的洋底在海溝處消減，使洋底不斷更新。洋底的擴張是剛性的巖石圈塊體馱在軟流圈上運動的結(jié)果。運動的動力是地幔對流。洋脊軸部位于對流圈的上升處，海溝位于對流圈的下降處。如果上升流發(fā)生在大陸內(nèi)部就會導致大陸的分裂。第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、海底擴張說的證實第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1、古地磁學的成就

地磁資料表明，地磁場方向與強度除與大陽輻射及地震等應有短期變化外，還存在微弱而持續(xù)的長期變化。地質(zhì)歷史中地磁極的南、北極處在不斷交替中，有時古地磁南北方向與現(xiàn)在一致（正向），有時則相反（反向）?，F(xiàn)己查明，在最近340萬年期間有三次重要轉(zhuǎn)向，每次轉(zhuǎn)向持續(xù)約100萬年。它們分別在：現(xiàn)在－69萬年前（正向）；69－243萬年前（反向）；243－332萬年（正向）；332萬年以前（反向）。在這些持續(xù)時間較長的轉(zhuǎn)向中還有多次持續(xù)時間較短的轉(zhuǎn)向。地磁轉(zhuǎn)向年的建立是古地磁研究最重要成就之一，為進一步論證海底擴張打下了基礎。

對海底地磁測量發(fā)現(xiàn)，在垂直洋脊方向的一系列剖面中確實存在這種對稱分布的玄武巖磁性條帶。并發(fā)現(xiàn)各磁性條帶的寬度和地磁轉(zhuǎn)向期與事件的持續(xù)時間長短成正比關(guān)系。因而，海底地磁條帶的確立就證實了海底擴張的假設。若將磁性條帶的寬度除以該條帶所延續(xù)的時間就能求出海底擴張的速率?，F(xiàn)已計算出海底擴張的速率是在每年數(shù)厘米范圍內(nèi)變化。第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、深海鉆探成果

六十年代后期美國四個海洋研究機構(gòu)共同制定了一項深海鉆探計劃，從1968年8月開始，在各大洋中進行深海鉆探。1975年11月后，參加這項工作的還有法、德、英和日本。到1978年初，在各大洋的446個地點共鉆了680個孔，鉆探最大水深6247米，鉆進洋底最大深度1768米。鉆探資料表明，洋底巖石年齡小于2億年，從洋脊向兩側(cè)逐漸變老。這一結(jié)果與根據(jù)地磁條帶建立的海底巖石年齡一致，從而為海底擴張說提供了佐證。第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、洋中脊的直接考察

1971年到1974年夏，法美聯(lián)合對大西洋亞速爾群島西南650Km的大西洋洋中脊進行了深潛水考察?？疾彀l(fā)現(xiàn)：（1）軸部裂谷帶內(nèi)堆積著極為新鮮的玄武質(zhì)枕狀熔巖和大小不一的熔巖碎塊?；鹕藉F體由枕狀熔巖構(gòu)成。這些火山產(chǎn)物證明洋脊裂谷帶就是地幔物質(zhì)的涌出口。（2）洋中脊發(fā)育大量的陡立的節(jié)理，并沿這些節(jié)理發(fā)育成地塹或階遞狀斷裂。這反映洋殼在這里被拉開。（3）冰島是大西洋洋中脊唯一露出水面的地段。中部有一個縱貫全島的巨大槽狀裂谷帶。沿裂谷帶的張裂縫分布著玄武質(zhì)熔巖構(gòu)成的盾狀火山。在深谷內(nèi)見層狀熔巖,向地下深處轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪钡男滟|(zhì)巖脈（席狀巖墻），巖墻之下為輝長巖，再向下為超基性巖，主要成分為橄欖石。綜合對水下和陸地上洋脊的考察結(jié)果，洋殼的結(jié)構(gòu)由上而下分為四個帶：

洋底沉積物、枕狀玄武質(zhì)熔巖、席狀巖墻、輝長巖。最底部為橄欖巖。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)

洋脊被一系列橫斷層切割。這種規(guī)模巨大的橫斷層早在50年代就發(fā)現(xiàn)，當時認為是一種平移斷層，以此解釋地殼中存在大規(guī)模的平移運動。但是從地震波的研究得出，斷層兩盤的運動方向與脊軸被錯開的方向相反。因此它不同于普通的平移斷層。1965年加拿大地球物理學家威爾遜提出，這類橫切洋中脊并使裂谷和磁異常條帶錯開的斷層，稱為轉(zhuǎn)換斷層。轉(zhuǎn)換斷層兩盤的相對位移只發(fā)生在被錯開的洋脊之間，越過洋脊，斷層兩盤同步向遠離洋脊的方向運動。即由平錯轉(zhuǎn)換為拉開。轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)不僅證明了海底擴張，同時還說明了海底擴張的運動方式。這個重要發(fā)現(xiàn)，它使當時所有地球物理工作者都接受了海底擴張這一學說。第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)板塊構(gòu)造第三節(jié)板塊構(gòu)造第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月一、板塊構(gòu)造要點

由地殼和軟流圈之上的固態(tài)上地幔構(gòu)成的巖石圈以洋中脊、俯沖帶和轉(zhuǎn)換斷層為界，分成若干個剛性巖石圈板塊。以地幔對流為基本動力。巖石圈板塊在軟流圈上作大規(guī)模的水平運動。由于板塊是剛性體，其內(nèi)部基本不變形。大規(guī)模的構(gòu)造作用（變形、變質(zhì)、巖漿活動等）主要發(fā)生在相鄰板塊接觸部位。板塊邊緣是地殼活動最強烈地帶。板塊的相互作用控制了各種內(nèi)動力地質(zhì)作用以及沉積作用過程，是地球表面最重要的構(gòu)造作用。第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1、板塊碰撞帶的三種形式

當大洋板塊直接沿大陸邊緣俯沖時，火山則沿大陸邊緣呈帶狀展布而不發(fā)育島弧，形成緊鄰海溝的弧形火山山脈。①大洋板塊與大陸板塊的碰撞第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月②大洋板塊與大洋板塊的碰撞日本海溝島弧

兩個大洋板塊之間的碰撞，所形成的巖漿便通過洋殼上升，發(fā)生海底火山活動，逐漸形成高出海面的火山島嶼。邊緣海第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月③大陸板塊與大陸板塊的碰撞─碰撞造山帶喜瑪拉雅山青藏高原

印度大陸向北漂移導致洋殼在歐亞板塊下的俯沖與消亡，使兩個大陸板塊持續(xù)擠壓和俯沖，最終導致印度大陸與青藏高原的碰撞，陸殼的直接碰撞形成了喜瑪拉雅山，同時形成了一系列大規(guī)模的推覆構(gòu)造，青藏高原的地殼厚達50～70Km。這與大陸的碰撞是緊密聯(lián)系的。第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、板塊構(gòu)造與巖石類型②鐵鎂質(zhì)中性火山巖④鐵鎂質(zhì)富硅火成巖①②③③④②①鐵鎂質(zhì)中性侵入巖③玄武質(zhì)熔巖第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、板塊構(gòu)造與成礦作用第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、板塊構(gòu)造與變質(zhì)作用第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、板塊邊界類型

板塊邊界劃分的主要依據(jù)是板塊邊緣的構(gòu)造、活動性和板塊內(nèi)部的整體性。主要有三種類型邊界：1、離散性板塊邊界：洋脊擴張帶是離散性板塊邊界。沿此邊界板塊相互分離，地幔物質(zhì)涌出，形成新的洋殼。因此在擴張脊上產(chǎn)生大量的火山活動。在板塊邊界脊，板塊拉張部分產(chǎn)生地震。這一邊界又稱生長型板塊邊界。2、聚斂性板塊邊界：海溝是聚斂性板塊邊界，沿此邊界兩個相鄰板塊作相向運動，大洋板塊發(fā)生俯沖消減，因此它又稱消減型板塊邊界。3、轉(zhuǎn)換斷層邊界：這是一種特殊類型的板塊邊界。沿此邊界既無板塊的增生，又無板塊的消減。相鄰兩板塊作剪切錯動。以上三種板塊邊界主要位于洋底或洋陸交接處。此外，大陸內(nèi)部的地縫合線，則是兩個大陸之間的碰撞帶，代表己經(jīng)消亡的古海洋，是古板塊劃分的重要依據(jù)。如，雅魯藏布江地縫合線(印度板塊與歐亞板塊的碰撞線)。第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、全球板塊的劃分

地球科學家根據(jù)三種板塊邊界類型，將全球板塊劃分為：美洲板塊、太平洋板塊、歐亞板塊、非洲板塊、澳洲－印度板塊、南極洲板塊六大板塊和加勒比板塊、可可板塊、納茲卡板塊、富克板塊、菲律賓板塊等較小