第十七章 巖石圈板塊構(gòu)造

第十七章巖石圈板塊構(gòu)造第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)概述

地球外部的巖石圈并非完整的一塊，它被構(gòu)造活動帶分割成許多塊體，稱為板塊巖石圈板塊漂浮在軟流圈之上，不斷地生長、移動、消亡板塊邊界是地球表面最活動的地帶，絕大多數(shù)地震、火山分布于活動帶上，而板塊內(nèi)部則是相對穩(wěn)定的地區(qū)板塊運動是形成地表各種構(gòu)造形變根本原因第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三形成原因發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的輪廓竟如此相互對應(yīng)，特別是巴西東端的直角突出部分，與非洲西岸呈直角凹進的幾內(nèi)亞灣非常吻合遠隔重洋的大西洋兩岸，許多生物之間存在著親緣關(guān)系，保存在地層中的古生物化石存在相似性在大洋兩岸的大陸對應(yīng)位置上的地質(zhì)構(gòu)造可以相互拼接

第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)論大約在兩億年前，地球上現(xiàn)有的大陸—歐亞大陸、美洲、非洲、南極洲和澳大利亞曾是彼此相連，構(gòu)成一個統(tǒng)一的超級大陸—岡瓦納大陸當時大西洋尚未出現(xiàn)，北美東岸緊挨在非洲撒哈拉大沙漠的西緣我國西藏的南緣，卻是一片汪洋大海印度次大陸遠在相距萬里以外的大洋彼岸，它與南極洲緊緊相連以后，這塊超級大陸開始四分五裂，美洲相對于歐洲和非洲向西漂移。而印度次大陸脫離南極洲向北漂移板塊構(gòu)造說是在大陸漂移和海底擴張學(xué)說的基礎(chǔ)上引伸發(fā)展而形成的

第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)大陸漂移說

大陸漂移說的內(nèi)容大陸漂移的證據(jù)第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三大陸漂移說的內(nèi)容魏格納大陸由較輕的剛性的硅鋁層組成，它漂浮在較重的粘性的硅鎂質(zhì)洋底之上，硅鋁層原曾覆蓋過地球的整個表面，隨后由于皺縮使其面積減小而厚度增大，到古生代末期和中生代初期演變成一整塊聯(lián)合古陸（即泛大陸），相應(yīng)的海域只有一個，即泛大洋。中生代開始，特別是侏羅紀時，這個大陸裂開、解體，并發(fā)生水平移動，于是形成今天的各大洲和各大洋。大西洋和印度洋是在大陸解體、漂移過程中的產(chǎn)物，原來的泛大洋縮小為今日之太平洋

第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三1、自地球兩極向赤道的離極移動如兩億多年前聚集在南極的南半球諸大陸向北四散漂移，并在非洲、印度和歐亞大陸之間形成阿爾卑斯—喜瑪拉雅褶皺山系2、向西漂移如美洲大陸西移因太平洋底的抵抗而在大陸西線形成科迪勒拉和安第斯山系，在大陸的東部則脫落下一些落伍的碎塊形成島嶼，如在亞洲大陸后方的日本、琉球、臺灣、菲律賓島，在澳洲大陸東面的新西蘭島，在中美洲東面的古巴、安德列斯群島，在非洲大陸東面的馬達加斯加島，印度東側(cè)的錫蘭島，以及尾隨在南美洲南端的馬爾維納斯群島等，并且掉隊愈遠，島嶼愈小

大陸漂移的方向第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三研究進展

魏格納的學(xué)說曾經(jīng)盛行一時。但是，硅鎂層實際是剛性的，硅鋁質(zhì)大陸不能在其上航行，人們不了解有什么機制能使大陸發(fā)生漂移。大陸漂移說本身的依據(jù)還不足，某些證據(jù)可作另外的解釋，尤其是缺乏定量的證據(jù)，不易使人信服。加之傳統(tǒng)的固定論勢力強大，大陸漂移說在一些地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)權(quán)威的極力反對之下，未能得到廣泛的支持而逐漸衰落杜.托伊特提出古生代不只一個而是有兩個聯(lián)合古陸，即北半球的勞亞古陸和南半球的岡瓦納古陸，其間為特提斯海分開認為是重力驅(qū)動大陸漂移，大陸塊由于邊緣地槽堆積負載而略傾斜，重力使它在地幔上滑向大洋，大陸中心受到拉張產(chǎn)生裂陷，這些裂陷使得巖漿得以上升而使裂陷地區(qū)進一步裂開和穹起，進而促使大陸外移

霍爾姆斯的地幔對流驅(qū)動大陸漂移第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)代的概念

大陸漂移是在巖石圈與軟流圈界面上漂移即由地殼和地幔蓋層組成的巖石圈板塊，馱載在緩慢流動的低速層之上，后者起了一個潤滑作用，使得上覆的巖石圈板塊受海底擴張和地幔對流等作用而向兩側(cè)移動

第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三大陸漂移的證據(jù)大陸的拼合古生物證據(jù)地質(zhì)構(gòu)造方面的證據(jù)冰川證據(jù)古氣保證據(jù)古地磁深?？睖y方面的證據(jù)

第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三大陸的拼合大陸邊界的拼合是以海岸線為標準的，但陸殼與洋殼存在著原則性的區(qū)別，陸殼邊界并不是以海岸線為界，而應(yīng)以大陸坡的坡腳附近為準一般采取大陸坡某一定的等深線進行拼合第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三古生物證據(jù)相同的生物物種是不可能在相隔遙遠的兩個地區(qū)分別獨立地形成的，它們必定起源于某一地區(qū)，然后直接地或通過第三地區(qū)傳播到另一地區(qū)在大西洋兩岸找到的某些化石極為相似，如果不考慮這兩個大陸曾經(jīng)相連在一起，是很難解釋的第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三中龍的分布與大陸漂移第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三地質(zhì)構(gòu)造方面的證據(jù)有許多地質(zhì)構(gòu)造在非洲大陸的海岸突然中斷，而在大西洋對岸大陸的海岸重新出現(xiàn)如果把大西洋兩岸的大陸對接在一起，不僅在地形輪廓上，而且在巖石類型和地質(zhì)構(gòu)造上也可以對接起來。這種對接就好象把撕碎了的報紙再拼合起來一樣

第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三冰川證據(jù)古生代晚期（約3億年前）在南半球各大陸的大部分地區(qū)都普遍發(fā)生過冰川作用。這次冰川作用所遺留下來的堆積物及冰川痕跡是極易辨認的，冰川底下的基巖上，由于冰川移動所留下的擦痕與溝槽，表明了冰川流動的方向。這些確鑿的冰川遺跡，廣泛分布于現(xiàn)在的南美洲、非洲、澳大利亞南部和印度半島（以后在南極洲也有發(fā)現(xiàn)），這些地方除了南極洲現(xiàn)在仍為冰川覆蓋之外，其它地方目前都處在熱帶和溫帶第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三古氣保證據(jù)一些顯著的氣候變遷的證據(jù)，也有利于大陸漂移的理論。南極洲的大量煤炭沉積表明，現(xiàn)在這個幾乎完全為冰川覆蓋的地區(qū)曾經(jīng)是大量植物繁茂的地方其他一些大陸上的巖鹽和風成砂巖沉積，也提供了古氣候的特征標志，根據(jù)這些沉積物可以恢復(fù)以往的氣候分帶第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三古地磁許多巖石都顯示磁性，它是在巖石形成時獲得的，并可能在后來有所變更沉積巖的磁化，是礦物或碎屑在沉積過程中形成的。經(jīng)一系列外力作用后，從陸地搬運到海中的各種碎屑物質(zhì)，其中有許多鐵磁性物質(zhì)在歷史上某一較早階段中已發(fā)生過磁化由于巖石的磁性具有較大的穩(wěn)定性，如果通過適當?shù)姆椒ò褞r石在形成以后獲得的一些磁性消除掉，就可以把巖石的原始磁性測定出來，這種原始磁性可以指示巖石生成時期古地磁場的方向，并算出當時的古地磁緯度以及古地磁極的位置第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三深?？睖y方面的證據(jù)在洋底進行的勘測結(jié)果說明，大西洋洋中脊平行于大西洋的大陸邊界，它幾乎把歐洲、非洲與美洲之間的洋底分成了二等分。洋中脊的中間為一條裂谷性質(zhì)的中央山谷，可能代表聯(lián)合古陸破裂和分離所產(chǎn)生的痕跡而從另一些洋底勘察資料來看，海洋盆地是地球表面比較年輕的部分。而且在斷陷了的洋脊下面不斷發(fā)生地幔物質(zhì)的上涌這些觀點形成了海底擴張的概念第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)海底擴張說一些洋底山脈標志著對流體的上升地點。地幔物質(zhì)從大洋中脊或大陸裂谷上涌，向兩旁溢流并推開舊有的洋底物質(zhì)，對流物質(zhì)不斷上涌逐漸向兩側(cè)對稱地擴張，形成新的洋底。大陸地殼與洋底是粘合在一起的，并隨著洋底的擴張一起運動，當運行到海溝處，便向下俯沖，插人地幔，重新被熔融，成為一個巨大的循環(huán)運動體第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三海底磁異常條帶

大洋磁異常的顯著特點，是正負磁異常沿大洋中脊兩側(cè)呈條帶狀相間排列地幔物質(zhì)向上涌，新生的玄武巖漿沿洋中脊形成一個新的地殼條帶，當它冷凝至居里點溫度以下時，便沿當時磁場方向被磁化。隨著地幔物質(zhì)不斷涌出，早先形成的地殼條帶便從中脊被推開，海底發(fā)生了擴張，新的洋殼占據(jù)了它原來的位置。如果這時地球磁場發(fā)生轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生于洋中脊的新地殼便具有相反方向的地磁極性，這樣就形成了與先前形成的海底磁化方向相反的一條磁異常條帶

第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三大西洋洋底沉積物

最年輕的沉積物在洋中脊的地方，離開中脊越遠，沉積物的時代越老洋底地殼的年齡以大洋中脊為對稱軸，向遠離洋中脊的兩邊有規(guī)律地增加洋底沉積層的厚度自中脊軸部向兩側(cè)逐漸增大第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)換斷層

洋中脊以及兩側(cè)的磁性條帶并不是連續(xù)，而是被一系列的巨大斷裂帶所錯開，這種橫向斷裂帶與一般所稱的平移斷層是不一樣的轉(zhuǎn)換斷層是巖石圈板塊的交接邊界，一般發(fā)育在洋底，但也可以在大陸上出現(xiàn)

第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三海底磁異常條帶和大洋沉積物特征，海底大規(guī)模的轉(zhuǎn)換斷層等都有力地證實了赫斯和迪茨的海底擴張說

第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)板塊構(gòu)造

板塊的劃分板塊邊界的基本類型第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三板塊的劃分巖石圈劃分為六大板塊：太平洋板塊、歐亞板塊、印度洋板塊、非洲板塊、美洲板塊和南極板塊其中只有太平洋板塊幾乎全為洋殼，其余五個板塊都是既包括大陸地殼，也包括大洋地殼。隨后，一些人又進一步劃分出一些小板塊，例如把美洲板塊劃分為南美洲板塊、北美洲板塊、可可板塊、納茲卡板塊、加勒比板塊等，歐亞板塊又分出菲律賓板塊、中國板塊、阿拉伯板塊、伊朗板塊等

第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三板塊邊界的基本類型離散型邊界匯聚型邊界轉(zhuǎn)換型邊界第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三離散型邊界兩側(cè)板塊作垂直于邊界走向的相背運動，使板塊向兩側(cè)分離、散開。其應(yīng)力狀態(tài)是拉張的，地球上巨大規(guī)模的張裂構(gòu)造帶都發(fā)育在這種邊界上離散邊界可發(fā)生在大洋巖石圈板塊之間，也可發(fā)生在大陸巖石圈板塊之中或之間。前者為大洋裂谷帶，如大西洋中脊、東太平洋中?。缓笳邽榇箨懥压葞?，如東非裂谷等

第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三匯聚型邊界兩側(cè)板塊彼此相向垂直于邊界線運動，其應(yīng)力狀態(tài)是擠壓的。沿匯聚型邊界，地殼發(fā)生強烈構(gòu)造變形，伴有大量巖漿活動，形成造山帶匯聚型邊界可進一步分為兩種基本類型，一種是以俯沖作用為主；另一種則以碰撞作用為主第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)換型邊界轉(zhuǎn)換斷層構(gòu)成的板塊邊界，兩側(cè)板塊平行于邊界作走滑運動，其應(yīng)力狀態(tài)是剪切的。沿轉(zhuǎn)換邊界，巖石圈既不增生，也不消亡

第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三以上述板塊邊界類型為基礎(chǔ)，可將全球巖石圈劃分為七大板塊（一級）：歐亞板塊、非洲板塊、印度板塊、太平洋板塊、南極洲板塊、北美洲板塊和南美洲板塊。（有的學(xué)者據(jù)地震資料劃分為12-13個板塊）。

二板塊的劃分第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二板塊的劃分第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三

用板塊構(gòu)造觀點解釋大洋盆地的演化，可將其分為2個時期6個階段（威爾遜構(gòu)造旋回）。（一）大洋的形成時期：胚胎期、幼年期、成年期

1胚胎期（陸內(nèi)裂谷階段）：由大陸板塊發(fā)展為大陸裂谷盆地，但未出現(xiàn)海洋環(huán)境，如東非裂谷。三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（一）大洋的形成時期：胚胎期、幼年期、成年期

2幼年期（陸間裂谷階段）：陸殼繼續(xù)裂開，出現(xiàn)狹窄原始海洋，如紅海、亞丁灣（窄大洋階段）。三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（一）大洋的形成時期：胚胎期、幼年期、成年期

2幼年期（陸間裂谷階段）：陸殼繼續(xù)裂開，出現(xiàn)狹窄原始海洋，如紅海、亞丁灣（窄大洋階段）。三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（一）大洋的形成時期：胚胎期、幼年期、成年期

3成年期（被動大陸邊緣階段）：陸殼繼續(xù)分離，大洋中脊向兩側(cè)不斷增生，但大洋邊緣未出現(xiàn)俯沖消減現(xiàn)象，可出現(xiàn)寬廣的大陸架、坡、基（被動大陸邊緣），面積擴大。如大西洋。三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（二）大洋的衰亡時期：衰退期、殘余期、終了期4衰退期（主動大陸邊緣階段／俯沖消減階段）：隨著海底擴張作用的不斷進行，被動大陸邊緣處的洋殼發(fā)生斷裂，并向大陸之下俯沖，形成海溝，雖然海底擴張在不斷進行，但大洋邊緣出現(xiàn)俯沖消減現(xiàn)象，因此，大洋面積在減小，如太平洋。三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（二）大洋的衰亡時期：5殘余期（有限洋盆階段）：隨著洋殼海域的縮小，最終導(dǎo)致兩側(cè)陸殼地塊相互靠近，其間僅存殘留海，如地中海。始新世三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化地中海第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（二）大洋的衰亡時期：6遺痕期／終了期（拼合造山階段）：最終兩側(cè)大陸完全拼合、碰撞，海域完全消失，并轉(zhuǎn)化為高大的褶皺山系，如阿爾卑斯—喜馬拉雅山脈（地縫合線）。

三板塊構(gòu)造與大洋盆地的起源與演化第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（一）板塊構(gòu)造與巖漿作用

1板塊構(gòu)造與火山作用的分布

火山活動是巖漿作用的一種方式。全球火山活動主要集中分布于環(huán)太平洋火山帶、阿爾卑斯－喜馬拉雅－印尼火山帶以及大洋中脊和大陸裂谷帶。其中，以環(huán)太平洋火山帶為主，約占世界活火山的3／5，有“火環(huán)”之稱。第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（一）板塊構(gòu)造與巖漿作用

2板塊邊界類型與巖漿活動類型

板塊邊界活動特征決定了巖漿活動的類型，通常在大洋中脊：由于拉張作用，以來源于上地幔的基性和超基性巖漿為主；俯沖帶：則以中、酸性巖漿為主，并形成了島弧型安山巖帶；而碰撞帶：巖漿活動以酸性為主，主要由地殼局部熔融形成。第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（二）板塊構(gòu)造與變質(zhì)作用

1分離型板塊邊界處：由于地幔熱流的不斷上涌，由于熱流的作用，使先前形成的洋殼發(fā)生中－低級變質(zhì)作用。

2平錯型板塊邊界處：由于相互錯動而發(fā)生動力變質(zhì)作用。

第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（二）板塊構(gòu)造與變質(zhì)作用3匯聚型板塊邊界處：由于強烈的俯沖與碰撞，多發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，并形成雙變質(zhì)帶。在海溝附近出現(xiàn)以藍閃石片巖為代表的高壓低溫變質(zhì)帶；在火山島弧附近出現(xiàn)以紅柱石和藍晶石為代表的高溫低壓變帶。

第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（三）板塊構(gòu)造與地震作用地震也多沿板塊邊界分布。

1俯沖邊界－環(huán)太平洋地震帶

是最強烈的地震帶，占全球80％的淺緣、90％中源及全部深源地震，釋放能量占全球的76％。多沿海溝分布，且呈45°角度向下傾斜，稱為貝尼奧夫地震帶。特點：地震帶寬，頻次高，震級大。

第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（三）板塊構(gòu)造與地震作用

2碰撞邊界—阿爾卑斯～喜馬拉雅～印尼地震帶

為世界上第二大地震帶，釋放能量占全球的22％，地震帶寬，多為淺源地震。

3分離型邊界—大洋中脊地震帶地震帶窄，但延伸長度大（64000km），多為淺源地震。第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（四）板塊構(gòu)造與構(gòu)造運動

1板塊內(nèi)部：巖石變形較弱，常以大面積的升降（造陸）運動為主。

2板塊邊緣：構(gòu)造活動較強烈。（1）分離型及平錯型邊界：以斷裂為主。（2）匯聚型邊界：以水平擠壓運動為主，多形成高大的褶皺山系。

第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四板塊構(gòu)造與地質(zhì)作用（五）板塊構(gòu)造與表層地質(zhì)作用（外力地質(zhì)作用）

板塊構(gòu)造與表層地質(zhì)作用關(guān)系也密切，不同類型板塊邊界其地質(zhì)作用方式也不同。

1匯聚型邊界：多形成了高山，因此以剝蝕作用為主。

2分離型邊界：由于拉張作用，往往形成了地球上最主要的沉積盆地—海洋和大陸裂谷，它們都是發(fā)生巨厚沉積的主要場所，以沉積作用為主。第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三五板塊的驅(qū)動機制有關(guān)板塊運動的驅(qū)動機制，仍處于推理和探索階段，目前有以下幾種觀點：①大地幔對流模式

認為由于溫度差或密度差的存在而引起物質(zhì)的緩慢運動，熱而輕的地幔物質(zhì)上升，冷而重的物質(zhì)下沉，這樣就形成了對流環(huán)。在上升流處形成大洋中脊，下降流處則形成海溝和俯沖帶，在兩者之間則由在軟流