第7章地殼運(yùn)動(dòng)的原因

1、第七章 地殼運(yùn)動(dòng)的原因 第一節(jié)第一節(jié) 主要假說(shuō)概述主要假說(shuō)概述 第二節(jié)第二節(jié) 板塊運(yùn)動(dòng)機(jī)制板塊運(yùn)動(dòng)機(jī)制 第三節(jié)第三節(jié) 均衡運(yùn)動(dòng)機(jī)制均衡運(yùn)動(dòng)機(jī)制 第一節(jié)第一節(jié) 主要假說(shuō)概述主要假說(shuō)概述 一、經(jīng)典假說(shuō)一、經(jīng)典假說(shuō) 二、槽臺(tái)說(shuō)二、槽臺(tái)說(shuō) 三、地質(zhì)力學(xué)說(shuō)三、地質(zhì)力學(xué)說(shuō) 隆起說(shuō)隆起說(shuō) 收縮說(shuō)收縮說(shuō) 膨脹說(shuō)膨脹說(shuō) 其它經(jīng)典假說(shuō)其它經(jīng)典假說(shuō) 一、經(jīng)典假說(shuō) 隆起說(shuō) 最早由英國(guó)最早由英國(guó) (1726-1797)(1726-1797)等等 人提出。在人提出。在1919世紀(jì)上半葉的大地構(gòu)造學(xué)中世紀(jì)上半葉的大地構(gòu)造學(xué)中 長(zhǎng)期占居優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期占居優(yōu)勢(shì)。1919世紀(jì)中期被擯棄。世紀(jì)中期被擯棄。 山脈隆起的原因在于巖漿山脈隆

2、起的原因在于巖漿 上升。隆起派生出擠壓褶皺和斷裂。造上升。隆起派生出擠壓褶皺和斷裂。造 山山夷平夷平沉積沉積造山的循環(huán)反復(fù)。造山的循環(huán)反復(fù)。 收縮說(shuō) 是第一個(gè)系統(tǒng)論述構(gòu)造運(yùn)動(dòng)起因的假是第一個(gè)系統(tǒng)論述構(gòu)造運(yùn)動(dòng)起因的假 說(shuō)。最早由意大利天文學(xué)家說(shuō)。最早由意大利天文學(xué)家于于1616世世 紀(jì)提出。布魯諾用蘋(píng)果的干縮來(lái)解釋地球紀(jì)提出。布魯諾用蘋(píng)果的干縮來(lái)解釋地球 表面的褶皺。表面的褶皺。18291829年法國(guó)的年法國(guó)的受受 關(guān)于地球形成的星云假說(shuō)的影響提關(guān)于地球形成的星云假說(shuō)的影響提 出了冷縮觀點(diǎn)。出了冷縮觀點(diǎn)。 地殼的一切變動(dòng)起源于地地殼的一切變動(dòng)起源于地 球的冷縮。球的冷縮。 膨脹說(shuō) 受放射性元素及

3、其衰變放熱現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)受放射性元素及其衰變放熱現(xiàn)象發(fā)現(xiàn) 的啟發(fā)，在的啟發(fā)，在2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代發(fā)展起來(lái)。年代發(fā)展起來(lái)。 （19491949）的大陸漂移演示。）的大陸漂移演示。 地球膨脹是大陸漂移、海地球膨脹是大陸漂移、海 洋和海洋地殼形成以及造山運(yùn)動(dòng)的根本原洋和海洋地殼形成以及造山運(yùn)動(dòng)的根本原 因。因。 其它經(jīng)典假說(shuō) 最早由最早由于于19061906年提年提 出。認(rèn)為地幔對(duì)流體的周期性活動(dòng)是水平出。認(rèn)為地幔對(duì)流體的周期性活動(dòng)是水平 運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)的原因。運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)的原因。 2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代等等 人提出，試圖以周期性的地球膨脹和收縮人提出，試圖以周期性的地球膨脹和收縮

4、來(lái)統(tǒng)一收縮說(shuō)和膨脹說(shuō)。但是它缺乏地球來(lái)統(tǒng)一收縮說(shuō)和膨脹說(shuō)。但是它缺乏地球 體積曾發(fā)生明顯變化的證據(jù)。體積曾發(fā)生明顯變化的證據(jù)。 二、槽臺(tái)說(shuō) 地槽地槽- -地臺(tái)說(shuō)經(jīng)典大地構(gòu)造學(xué)和理論地質(zhì)地臺(tái)說(shuō)經(jīng)典大地構(gòu)造學(xué)和理論地質(zhì) 學(xué)的核心，學(xué)的核心， 。 地槽地槽- -地臺(tái)說(shuō)是以沉積建造和巖相分析為地臺(tái)說(shuō)是以沉積建造和巖相分析為 基礎(chǔ)建立起來(lái)的，它對(duì)于古地理研究，大地基礎(chǔ)建立起來(lái)的，它對(duì)于古地理研究，大地 構(gòu)造單元?jiǎng)澐忠约暗V產(chǎn)勘探等方面有重要意構(gòu)造單元?jiǎng)澐忠约暗V產(chǎn)勘探等方面有重要意 義，義，。但是它以。但是它以 升降運(yùn)動(dòng)為主的觀點(diǎn)和僅考慮大陸構(gòu)造的局升降運(yùn)動(dòng)為主的觀點(diǎn)和僅考慮大陸構(gòu)造的局 限性使它無(wú)法解釋全

5、球構(gòu)造的演化，而被板限性使它無(wú)法解釋全球構(gòu)造的演化，而被板 塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)所替代。塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)所替代。 三、地質(zhì)力學(xué)說(shuō) 地質(zhì)力學(xué)是李四光創(chuàng)立的應(yīng)用力學(xué)原地質(zhì)力學(xué)是李四光創(chuàng)立的應(yīng)用力學(xué)原 理研究地殼構(gòu)造和地殼運(yùn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)。理研究地殼構(gòu)造和地殼運(yùn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)。 ，通過(guò)，通過(guò) 大量實(shí)踐已形成一套鑒定構(gòu)造形跡，劃分大量實(shí)踐已形成一套鑒定構(gòu)造形跡，劃分 構(gòu)造體系的工作方法。在石油和各種金屬、構(gòu)造體系的工作方法。在石油和各種金屬、 非金屬礦產(chǎn)的普查勘探以及地震預(yù)報(bào)等工非金屬礦產(chǎn)的普查勘探以及地震預(yù)報(bào)等工 作中收到顯著效果。作中收到顯著效果。 第二節(jié)第二節(jié) 板塊運(yùn)動(dòng)機(jī)制板塊運(yùn)動(dòng)機(jī)制 一、驅(qū)動(dòng)機(jī)制一、驅(qū)動(dòng)機(jī)制 二、板內(nèi)垂

6、直運(yùn)動(dòng)機(jī)制二、板內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)制 板塊構(gòu)造說(shuō) 板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是在板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)是在、 和和的基礎(chǔ)上，于的基礎(chǔ)上，于2020世紀(jì)世紀(jì) 6060年代末期初步形成并不斷發(fā)展起來(lái)的新年代末期初步形成并不斷發(fā)展起來(lái)的新 全球構(gòu)造理論，成功解釋了地球上眾多構(gòu)全球構(gòu)造理論，成功解釋了地球上眾多構(gòu) 造現(xiàn)象和地質(zhì)作用。成為造現(xiàn)象和地質(zhì)作用。成為的地的地 質(zhì)學(xué)理論。但是作為板塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的地質(zhì)學(xué)理論。但是作為板塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的地 幔對(duì)流至今并未獲得可靠證據(jù)，地球還有幔對(duì)流至今并未獲得可靠證據(jù)，地球還有 許多地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象不能用板塊構(gòu)造說(shuō)來(lái)解許多地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象不能用板塊構(gòu)造說(shuō)來(lái)解 釋。釋。 魏格納的泛大陸魏格納的泛大陸(Pan

7、gaea) 一、驅(qū)動(dòng)機(jī)制 目前一般認(rèn)為目前一般認(rèn)為 。高溫低密度的地幔物質(zhì)。高溫低密度的地幔物質(zhì) 上涌，在近巖石圈處向兩側(cè)擴(kuò)散轉(zhuǎn)為平流上涌，在近巖石圈處向兩側(cè)擴(kuò)散轉(zhuǎn)為平流 并冷卻，冷而重的物質(zhì)沉入深處被再加熱并冷卻，冷而重的物質(zhì)沉入深處被再加熱 并升起。但具體的并升起。但具體的， 有有深地幔對(duì)流模式、軟流圈深地幔對(duì)流模式、軟流圈( (淺地幔淺地幔) )對(duì)對(duì) 流模式、熱柱假說(shuō)流模式、熱柱假說(shuō)( (淺地幔對(duì)流和深地幔淺地幔對(duì)流和深地幔 對(duì)流結(jié)合的模式對(duì)流結(jié)合的模式) )、分層對(duì)流模式等。、分層對(duì)流模式等。 哈雷哈雷赫斯的海底擴(kuò)張說(shuō)赫斯的海底擴(kuò)張說(shuō) 哈雷哈雷赫斯的地球詩(shī)篇赫斯的地球詩(shī)篇 大膽假設(shè)，小

8、心求證大膽假設(shè)，小心求證 洋底磁性條帶 洋底磁性條帶成因圖解 二、板內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)制 熱點(diǎn)上方的巖石熱點(diǎn)上方的巖石 圈膨脹而隆起。圈膨脹而隆起。 上地幔頂部橄欖巖上地幔頂部橄欖巖 的蛇紋巖化的蛇紋巖化 + + 水水 + + 熱量熱量 軟流圈的起伏使巖石圈軟流圈的起伏使巖石圈 的隆起和凹陷位置隨時(shí)間而變。的隆起和凹陷位置隨時(shí)間而變。 第三節(jié)第三節(jié) 均衡運(yùn)動(dòng)機(jī)制均衡運(yùn)動(dòng)機(jī)制 一、均衡調(diào)整經(jīng)典假說(shuō)一、均衡調(diào)整經(jīng)典假說(shuō) 二、現(xiàn)代均衡補(bǔ)償理論二、現(xiàn)代均衡補(bǔ)償理論 三、地球流變學(xué)三、地球流變學(xué) (J.G.Pratt,1854)(J.G.Pratt,1854)假說(shuō)假說(shuō) 均衡面水平，地殼密度不同；密度均衡面水平

9、，地殼密度不同；密度 小的地方地勢(shì)高小的地方地勢(shì)高 (B.D.Airy,1855)(B.D.Airy,1855)假說(shuō)假說(shuō)地殼地殼 密度大至相同，均衡面有起伏；高密度大至相同，均衡面有起伏；高 山必有山必有“山根山根” 一、經(jīng)典假說(shuō)一、經(jīng)典假說(shuō) 二、現(xiàn)代均衡補(bǔ)償理論二、現(xiàn)代均衡補(bǔ)償理論 事實(shí)和解釋事實(shí)和解釋 地殼的結(jié)構(gòu)和密度各處不同，高山區(qū)地殼的結(jié)構(gòu)和密度各處不同，高山區(qū) 硅鋁層厚度大，大洋區(qū)確失硅鋁層。硅鋁層厚度大，大洋區(qū)確失硅鋁層。 莫霍面起伏不平；高山區(qū)莫霍面下凹，莫霍面起伏不平；高山區(qū)莫霍面下凹， 大洋區(qū)莫霍面上凸。大洋區(qū)莫霍面上凸。 青藏高原地殼剖面青藏高原地殼剖面 在高山和高原在高山

10、和高原 地區(qū)，地殼上部的地區(qū)，地殼上部的“質(zhì)量過(guò)剩質(zhì)量過(guò)?！?會(huì)通過(guò)莫霍面下凹，被深部地幔會(huì)通過(guò)莫霍面下凹，被深部地幔 物質(zhì)的物質(zhì)的“質(zhì)量不足質(zhì)量不足”所所；在；在 海洋地區(qū)海洋地區(qū), ,地殼上部的地殼上部的“質(zhì)量不質(zhì)量不 足足”會(huì)通過(guò)莫霍面上凸，以深部會(huì)通過(guò)莫霍面上凸，以深部 地幔物質(zhì)的地幔物質(zhì)的“質(zhì)量過(guò)剩質(zhì)量過(guò)剩”所所。 的定義的定義 。也就是說(shuō)，達(dá)到地殼均衡狀。也就是說(shuō)，達(dá)到地殼均衡狀 態(tài)時(shí)，在地下態(tài)時(shí)，在地下存在一個(gè)存在一個(gè)“ ”，該基面上的重力處處趨于一致。，該基面上的重力處處趨于一致。 該基面就稱之為該基面就稱之為，該深度則稱，該深度則稱 之為之為。 定義定義 均衡補(bǔ)償理論的意義在

11、于強(qiáng)均衡補(bǔ)償理論的意義在于強(qiáng) 調(diào)了調(diào)了， 而不是永遠(yuǎn)處于均衡狀態(tài)。實(shí)際而不是永遠(yuǎn)處于均衡狀態(tài)。實(shí)際 上不均衡是絕對(duì)的，均衡是相對(duì)上不均衡是絕對(duì)的，均衡是相對(duì) 的、暫時(shí)的。的、暫時(shí)的。 均衡補(bǔ)償深度圖示均衡補(bǔ)償深度圖示 高山高山 高原高原 平原平原 大洋大洋 0 0 kmkm 5050 補(bǔ)償補(bǔ)償 基面基面 海面海面 151.2151.2150.8150.8151.5151.5151.3151.310107 7N/mN/m2 2 4 4 1616 3434 1 1 5050 2323 2727 3939 6 6 5 5 2.82.8 2.72.7 3.33.3 2.92.9 1.031.03 2.

12、92.9 高山高山(50+4)(50+4)2.8 = 151.2 (102.8 = 151.2 (107 7 N/m N/m2 2) )高原高原(34+1)(34+1)2.8 + 162.8 + 163.3 = 150.83.3 = 150.8平原平原27272.8 + 232.8 + 233.3 = 151.53.3 = 151.5 大洋大洋 5 51.03 + 61.03 + 62.9 + 392.9 + 393.3 = 151.33.3 = 151.3 硅鋁層硅鋁層2.7;2.7;硅鎂層硅鎂層2.9; 2.9; 地殼地殼 平均平均2.8;2.8;地幔地幔3.3(3.3(單位單位10103

13、 3kg/mkg/m2 2) ) 三、地球流變學(xué)三、地球流變學(xué) 傳統(tǒng)均衡概念是一種靜力學(xué)概念傳統(tǒng)均衡概念是一種靜力學(xué)概念 (iso sta sy)(iso sta sy)，并把地幔假設(shè)為液體，并把地幔假設(shè)為液體， 這都是不確切的。因?yàn)榈貧さ纳当厝贿@都是不確切的。因?yàn)榈貧さ纳当厝?伴隨地幔物質(zhì)的垂直和水平運(yùn)動(dòng)，這種伴隨地幔物質(zhì)的垂直和水平運(yùn)動(dòng)，這種 過(guò)程顯然是一種動(dòng)力學(xué)過(guò)程。而且，過(guò)程顯然是一種動(dòng)力學(xué)過(guò)程。而且， ，也即同時(shí)具有彈性和粘，也即同時(shí)具有彈性和粘 滯性。滯性。 粘彈性體概念模型粘彈性體概念模型 麥克斯麥克斯 韋體韋體( (左左) ) 和沃伊特和沃伊特 體體( (右右) ) 地球流變學(xué)地球流變學(xué) 7070年代以來(lái)一些地球物理學(xué)家引年代以來(lái)一些地球物理學(xué)家引 進(jìn)了粘彈性體概念和流變學(xué)方法，進(jìn)了粘彈性體概念和流變學(xué)