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地球科学概论B 第九章 岩石圈板块构造
冰川分布区 煤 盐类 石膏 干旱区
晚石炭世冰川的分布有力地证明了南 美、非洲、印度、澳大利亚以及南极 洲曾经是一个统一的大陆,它们是在 大约300 Ma以后才逐渐相互分离的。 这个位于南半球的大陆被称为冈瓦纳 大陆。位于北半球的大陆称为劳亚大 陆。
大陆漂移学说的低谷与复兴 1928年的学术会议,遭到一致 反对。 50-60年代,古地磁、海底调 查、地震台网以及古生物、古 气候等取得进展
2.海沟及贝尼奥夫地震带 地球物理调查表明,海沟的重力值相 当低,出现负重力异常,这说明海沟下方 物质的密度轻,是否也存在类似于高山之 下的地壳“山根”插到地幔之中? 但据地壳重力均衡原理,密度低的物 质必将上浮形成高的地势,这与海沟的地 势相矛盾。故可推测在海沟处必定有一种 向下拉的作用力存在,这种力破坏了该处 的重力均衡,使轻的地壳物质强制下陷。
北海道-千岛群岛 贝尼奥夫带上震源深度分布剖面图
海沟附近的这种震源排列形式 是50年代美国学者贝尼奥夫发现的, 故称为贝尼奥夫地震带。这种现象 说明,沿大陆边缘的海沟存在着倾 向大陆的、正在活动的巨大断裂带。
3.洋底地壳的新认识 20世纪50年代,在世界各大洋 进行了广泛的地震勘探,确定了洋
4.5 Ma 以 来 地 磁 场 转 向 年 代 表
2.海底磁异常条带特点
海底磁异常条带特点是大致平 行于洋中脊轴线延伸,正负异常相间 排列并对称地分布于大洋中脊两侧, 单个磁异常条带宽约数公里到数十公 里,纵向上延伸数百公里以上而不受 地形影响,遇到洋底断裂带时被整体 错开。
冰岛西南方向大西洋中脊实测海底地磁条带
全世界的大陆在古生代晚期曾连接 成一体,称为联合古大陆或泛大陆( Pangaea),围绕联合古大陆的广阔海洋 称为泛大洋;可能由于某种作用力的影 响,自中生代开始,泛大陆逐渐破裂、 分离、漂移,形成现代海陆分布的基本 格局。
魏格纳认为:较轻的硅铝质的 大陆块就像一座座块状冰山一 样漂浮在较重的硅镁层之上,
第九章 岩石圈板块构造
第一节 第二节 大陆漂移 海底扩张
第三节
板块构造
问题的提出: •全球海陆面貌是如何形成的? •地质历史进程中地壳或岩石圈 演化发展的方式和规律如何? •各种地质作用特别是内部地质 作用的机理及相互联系怎样?
地槽-地台学说 19世纪中后叶,美国学者霍尔、丹纳 和奥地利学者休斯相继提出地槽、地台概 念,从而建立地槽-地台学说。
海底扩张说提出后的短短几年时 间里,新的研究成果纷纷涌现,进一 步证实了海底扩张说。 最有意义的是验证海底扩张说的 三大论据。 海底磁异常条带 深海钻探成果 转换断层的发现
(一)海底磁异常条带研究
1.大陆上岩石古地磁的极性反转现象 地磁场南、北极的极性并非固定,而是发生 周期性反转。 极性反转现象是地磁场演化的一个基本特征。 通常把保持一定的地磁极性的大阶段(约隔100万 年以上)称为极性期,把每个极性期内先后顺序,并利用岩石同位素年龄测定测 出各个极性期和极性事件的延续时间,就可以建 立古地磁场转向年代表。
张性断裂作用造成的谷地,显示 洋中脊附近存在巨大的张力作用。 大洋中脊轴部具有很强的构造活动 性,常发生浅源地震及火山活动, 并有高的地热流异常,反映中脊轴 部是地热的排泄口和深部岩浆物质 上涌的地方。
2.海沟及贝尼奥夫地震带 海沟主要见于太平洋及印度洋东北 部边缘,沿大陆边缘的岛弧或海岸山脉 线状延伸。 其横剖面多呈V字形,沟底深度一般 大于6000m,深者可达10000m以上(马里 亚纳海沟深达11033m)。
60年代中期一些学者通过洋脊两侧的 海底正、负磁异常条带与大陆岩石古 地磁研究获得的地磁场转向年代表对 比发现,海底正、负磁异常的排列与 地磁场转向年代表中的正向段和反向 段完全可以一一对比,且磁条带的宽 度也与地磁场转向年代表中极向的时 间长短成正比。
取自海底的沉积物岩心的弱剩余磁性 研究。 在沉积岩心中交替地出现正向和 反向磁化段,正向、反向磁化段的厚 度可与地磁场转向年代表中正极性期 和反极性期的时间长短一一对比,也 可与海底正、负磁异常条带对比。
地槽是指地壳上的强烈活动带, 分布于大陆边缘、大陆内部或大陆间 ,一般呈长条形,长达数百至数千公 里、宽几十至几百公里。 地槽的发展一般经历两个阶段: 早期为大幅度沉降并形成巨厚沉积层 ;晚期为褶皱回返形成山系,伴随强 烈岩浆活动和变质作用。
地台是大陆上相对稳定的地区 ,具面积大、地形起伏小、构造活 动弱的特点。 地壳的基本构造单元是由地槽 区和地台区组成,地槽褶皱回返后 经剥蚀、夷平可转变为地台区。
第二节
海底扩张
一、海底扩张说的提出 二次世界大战后,工业较发达的西 方各国出于军事、资源与能源等方面的 考虑,开展了广泛的海底地形与地质调 查。到60代初,海底调查已获得了大量 新成果与新资料,为海底扩张说的建立 准备了条件。 比较重要的有下述3个方面。
1.全球大洋中脊及中央裂 谷系的发现 2.海沟及贝尼奥夫地震带 3.洋底地壳的新认识
这三种相互独立的磁性测量资料 服从于统一的变化规律,充分证实了 它们是在地磁场频繁倒转的统一背景 下形成的(有人称“三位一体”)。 这不仅说明上述海底磁条带成因 的正确性,同时也为海底扩张说取得 了决定性的证据。
(二)深海钻探成果 深海钻探工作开始于1968年,在几年时间 里,著名的深海钻探船“格罗玛挑战者”号在 世界各大洋进行了广泛的钻探和取样,取得了 丰硕成果。 深海钻探证实,深海沉积物由洋脊向两侧 从无到有、从薄到厚,沉积层序由少到多,最 底部沉积物的年龄愈来愈老,并且与海底磁异 常条带所预测的年龄十分吻合,深海钻探所采 得的最老沉积物的年龄不老于1.7亿年(晚侏罗 世)。
由于洋底一直在生长和更新着,所 以不管是新生的大西洋和印度洋,还是 古老的太平洋,其洋底地壳都相当年青 ,不老于中生代,从而接受的海洋沉积 层比较薄。 大洋中脊顶部由于是热的地幔物质 涌出的地方,故出现高热流值;而海沟 由于是冷的、轻的地壳物质俯冲潜没的 地方,故出现低热流值和重力负异常。
二、海底扩张说的验证
海沟的地热流比正常洋盆显著低 ,说明海沟下面的物质比较冷。 海沟附近是强烈的构造活动带。 如沿太平洋边缘的海沟及其附近 ,形成著名的环太平洋火山带与地震 带。
在环太平洋地震带中,地震震源深度变 化很有规律:海沟附近都是浅源地震, 离海沟较远出现中源地震,在更远的大 陆内部则出现深源地震,最深达720km, 震源排列成为一个由海沟向大陆方向倾 斜的带,其倾角一般45°左右。
3.海底磁异常条带成因
1963年,英国学者瓦因和马修斯 结合海底扩张假说与地磁场倒转现象 ,对海底磁异常条带作了极为成功的 解释。 他们认为海底磁异常条带不是由 海底岩石磁性强弱不同所致,而是在 地球磁场不断倒转的背景下海底不断 新生和扩张的结果。
扩张的海底就像录音磁带那 样记录了地磁场转向的历史。 正向磁化的海底条带由于加 强了地磁场强度而形成正异常, 反向磁化的海底条带由于抵消了 一部分地磁场强度而形成负异常 。
另一种情况是当洋底扩展移动至大 洋边缘的海沟处时,沿贝尼奥夫地震带 向下俯冲潜没,重新返回到地幔中去。 这时,洋底并不推动相邻大陆向两侧漂 开,相反,大陆逆掩于洋壳俯冲带上。 太平洋就是这样,它本是一个古老 的大洋,其洋底不断地在洋脊处新生, 同时不断在海沟处潜没消亡,好似一条 运动不息的传送带,大约2亿年左右洋底 就可以更新一次。
阿尔弗雷德•魏格纳(Alfred Wegener,1880-1930): 生于柏林,文科中学毕业, 海德尔堡大学和因斯布鲁克大学 学习天文学,同时研究地质学和 气象学。1905年获天文学博士学 位。在林登贝格的普鲁士皇家航 空观测站任助理;1906夏-1908 年夏作为气象学者参加丹麦人米 留-艾里逊组织的格陵兰考察旅 行; 1908年秋,马尔堡大学教授。 1912夏-1913秋,参加丹麦人科 赫上尉组织的穿越大冰盖旅行; 1930年春,自己组织格陵兰考察 ,想了解大冰盖以及其上空的反 气旋,一去不返(1930年11月1日 遇难)。
1.全球大洋中脊及中央裂谷系的发现 50年代晚期发现了纵贯世界大洋洋底的 大洋中脊和裂谷体系。 大洋中脊在各大洋中互相连接,延伸总长 约64000km,是世界上最长最大的山系。 在洋中脊轴部常发育有平行洋脊的巨大的 中央裂谷,谷深可达1000~2000m,谷壁陡 峭,是一系列向谷内陡倾的张性断裂。裂 谷宽数十至百余公里,窄的谷底宽度不过 几公里。
构造方面的证据:北美洲纽芬兰 一带的褶皱山系与北欧斯堪的纳 维亚半岛的褶皱山系遥相呼应, 同属早古生代加里东褶皱带;美 国阿巴拉契亚山的海西褶皱带东 北端没入大西洋,延至英国西部 和中欧一带又出现。
南美洲和非洲岩石和构造的拼合
魏格纳等曾将石炭纪蒸发盐 、煤等的分布标在联合古大陆上 ,其中岩盐、石膏、沙漠砂岩均 集中在干燥的亚热带,与其所要 求的古气候条件完全相符,从而 为联合古陆的存在提供了佐证。
中央裂谷
(三)转换断层的发现
地质力学学说 李四光于1926年提出。 运用力学原理研究地壳构造及其 成因。 认为构造运动以水平运动为主, 垂直运动是水平运动派生的。 水平运动以南北向和东西向为两 个主导方向。构造运动的动力是由于 地球自转的速度变化引起的。
对于地球自转速度变化能否产生 足够大的动力形成全球海陆分布与 大规模的褶皱山系。地壳上不同方 向、不同时代的各种纷繁复杂的地 质构造与地质现象能否全用这种动 力系统加以解释,存在不同看法。
并在其上发生漂移。
魏格纳的大陆漂移说主要根 据大陆形状相似性、地层、地
质构造、古生物、古气候等方
面的证据提出。
岩石方面证据:非洲西部的古老 岩石分布区(老于20亿年)可与 巴西的古老岩区衔接,且两者间 岩石结构、构造彼此吻合;非洲 南端的开普勒山脉与南美的布宜 诺斯艾利斯附近山脉在地层和构 造上可彼此衔接等。
海底扩张示意图
海底扩张可有两种情况:
一种是扩张着的洋底同时把邻接的 大陆向两侧推开,大陆仿佛冻结在相邻 的洋底上,与洋底一起向同一方向移动 。这样,随着新洋底不断生成和向两侧 扩展,新生的大洋不断张开,两侧大陆 逐渐漂移。 像大西洋这样宽的大洋,在速度为 每年数厘米的海底扩张作用下,大约二 亿年便可形成。