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1、海底扩张与板块构造 大地构造学Geotectonics)亦称构造学(Tectonic)是从事大范围地壳构造研究的地质学分支，主要任务是研究地壳构造及其变形特征的相互关系、成因和演化规律。构造地质学(Structural Geology)，主要从事具体构造的形态和形成机制的研究，和前者的构造学有一定的区别。大地构造学主要的研究内容包括三个方面：1.地质学方面：主要通过各种地质手段研究深部作用的地质表现及其发展规律。2.地球物理方面：根据地震、重力、磁力、地热资料研究地壳及上地幔成分，构造圈内的物质交换及岩浆活动和变质作用的原因和机理。3.地球化学方面：研究地壳和上地幔成分、构造圈内的物质交换及岩
2、浆活动和变质作用的原因和机理。由于研究重点不同，大地构造学已形成一些独立的分支学科。以区域构造为主要研究对象的称区域大地构造，如大陆地质学、海洋地质学、大陆边缘地质学、岛弧地质学、大陆裂谷地质学均属该范畴。其共同特征都是以地球上某一构造分区或地理分区的大地构造特征为主要对象。一般把研究地壳运动岩浆活动和变质作用深部原因者称地球动力学，如近几十年来兴起的板块构造学的主要内容就在对地球内部的力及其作用过程的研究。固体地球物理学的主要任务也是为了解决这一问题。这方面的假说很多，有些已发展成独立学科如地质力学就是其中独具特色的一个。也有人把侧重从地壳演化历史方面来研究大地构造的称历史大地构造学，地槽地
3、台基本上属于这一领域。第一节 从大陆漂移海底扩张到板块构造 一、大陆漂移说的由来和发展 主张地球表层大规模水平运动的活动论观点首先是以大陆漂移的形式公布于世的。简朴的大陆漂移见解可一直追溯到几个世纪前。法国斯奈德(A.Snider1858)美国泰勒（F.B.Taylor.1910)都曾论证过大陆漂移，一般公认德国气象学家、地球物理学家魏格钠是大陆漂说的创始人。1.漂移说的基本内容和依据 魏格纳最初1912年发表大陆漂移观点，1915年著成海陆的起源一书系统阐述漂移问题。漂移说立足于地块漂移的地壳均衡论，认为地球上所有大陆在中生代以前曾结合成统一的巨大陆块，魏格纳称之为联合大陆(Pangaea)
4、或译为泛大陆。中生代以来该大陆开始分裂，它的碎块逐渐漂移到目前的位置即现今各大陆。由于原始大陆只有一块故不存在大西洋和印度洋，只有围绕泛大陆的海洋“泛大洋”，以后大陆裂开形成了大西洋和印度洋，泛大洋（古太平洋）收缩成为现今的太平洋。魏格纳最先从大西洋两缘海岸线弯曲形状相似中得到启发，后进一步发现美洲、欧洲、非洲在地层构造古生物化石的分布上都有密切联系，如北美洲纽芬兰一带的褶皱山系与西北欧斯勘的纳维亚半岛褶皱山系遥相呼应，都属早古生代加里东褶皱山系。美洲阿伯拉契亚山的海西褶皱带其东北端没入大西洋延至英国西南部和中欧一带复又出现。北美东部、西欧有些地方都分布一种古老红砂岩；非洲西部古老砂岩（老于2
5、0亿年）可与巴西岩石相衔接且两者之间岩石结构也彼此吻合。非洲南部的开普山脉与南美布宜诺斯艾利斯附近的山脉在地层和构造上可相衔接。魏格纳对此作了一个比喻：两片撕碎的报纸按其参差的毛边可以拼接起来且上面印刷的文字也可以相连接，不能不承认这两片报纸是由一大张撕开的。魏格纳指出：非洲、印度、澳大利亚等大陆之间也有地层构造之间的联系，而这种联系都限于中生代以前的地层和构造。古生物学家发现远隔重洋的大陆古生物有密切的亲缘关系，如中龙是营淡水生活的小型水生爬行动物巴西和南非的石炭纪二叠纪地层内同时存在，迄今为止世界其它地方都未找到过该种动物，表明两地有过陆地相联系。舌羊齿植物化石广布澳大利亚、印度、南美、非
6、洲等南方诸大陆，晚古生代地层中为作解释曾提出“陆桥”说，设想在这些大陆间的大洋中曾一度有陆地或一系列岛屿相连接，以后陆桥沉没消失大陆才被大洋隔开。魏格纳则认为，各大陆古生物面貌的相似并无陆桥连接而本来就是一个整体，是后来分裂漂移开来。该植物群所在的印度、南美、南极洲目前在纬度上相去甚远，纵使有陆桥联系仍难解释要求寒冷气候条件的该植物群会散布于如此不同的气候区。根据大陆漂移说这些大陆本来聚在一起，当时气候带相差并不远都有舌羊齿，此解释比“陆桥”说圆满。古冰川证据：距今3亿年前的晚古生代南美、非洲的中部南部、印度、澳大利亚都发生过广泛的冰川，晚古生代冰川沉积分布极广，在广大地区呈放射状流布，冰川遗
7、迹显系大陆冰川而非山岳冰川的产物。前述地区除南美和南极洲外目前都处于热带和温带地区，且南美、印度、澳大利亚古冰川遗迹残留在大陆的边缘地区，冰川运动方向都是由岸外向着内陆，反映了该冰川不是源于本地，这样的遗迹差不多散布于小半个地球表面，纵使容许有极移现象把南极移到故冰川分布区之间一个最适中的位置，仍会有部分故冰川分布区位于邻近赤道的地方。或许有人提出当时地球普遍变冷使冰川扩大到赤道地区。但与此同时北半球除印度外的广大地区并未找到确切的晚古生代冰川遗迹，相反且见到许多温暖气候下的生物化石，例如我国有些地方就找到当时的生物化石。要解释奇特的古冰川分布状况非求助于大陆漂移说不可。大陆漂移说看来上列出现
8、古冰川的大陆当时曾为一个统一的冈瓦纳古陆并处在南极附近，从而对冰川分布作出了合理的解释。至于欧洲和北美的广大地区当时座落于热带和温带故不见冰川遗迹。魏格纳从海岸线形状、地质构造、古生物地理分布和古气候等几个方面 论证了大陆过去是一块，以后才漂移开来。另外根据地质构造上的联系尤其是大陆之间古生物在何时中断得出联合古陆从侏罗纪开始破裂，该结论以后被古地磁及其它资料所佐证。关于漂移的驱动力问题：与地球自转有关的两种力，其一是向西漂移的力，其二是指向赤道的离极力。美洲向西漂移前缘受太平洋底阻滞褶皱挤压形成科迪勒拉山系，漂移过程中大陆后缘（东缘）脱落下一些陆地碎块构成一系列岛群，如亚洲、澳大利亚东面的岛
9、群。原聚集在南极附近的冈瓦纳古陆分离后则具有离极向北漂移的趋向。按照魏格纳的说法西漂的力来自日月引力所产生的潮汐摩擦力。自转速度因潮汐摩擦力减缓在地球表层最为明显，致使地球表层或各大陆相对于地球自转有滞后的趋势亦导致大陆向西滑行。离极力来源：有几种设想，自转离心力除赤道和两极地球上任何一点自转离心力的水平分力都指向赤道。2.漂移说的衰落 漂移说的问世在国际地学界引起轩然大波，赞同者都深入探讨，反对者斥为谬论。自此活动论和固定论开始出现两军对垒激烈论战的局面。漂移论的根本弱点在于漂移的机制方面魏格纳以深邃的洞察力看出大陆确实漂移过，并从多方面加以 论证，但由于认识水平的限制对于漂移的方式和动力却
10、难于自圆其说。魏格纳从地壳均衡观点出发认为较轻的硅铝质大陆块就象桌状冰山一样沉浮在较重的硅镁质岩浆里，大陆硅铝层就在硅镁层上漂移，当漂移时在其前方原来的洋底被大陆所掩覆，而在其后方新的硅镁层洋底不断露出来，但事实上洋底硅镁层并不具塑性和流动性。近年来认识到上地幔中的软流圈才具一定的流动性。当时以英国著名学者杰弗里斯（H.jeffreys1924)为首的一大批地球物理学家坚决反对漂移说,断言洋底是坚硬的，大陆象船一样航行在洋底或硅镁层之上在力学上是不可能的，同时离极力和摩擦力也实在太小不足以推动深厚庞大的陆块。上世纪30年代以来深至地下700公里附近震源带的发现，深抵地幔的深大断裂盛行，长期发育
11、的定向排列的行星性断裂网被许多地质学家所承认，于是造成的一种印象是：地壳构造在地幔中有很深的根，地壳相对于地幔作大幅度的移动是不可能的；深源地震发现还使一些学者对于岩石圈下是否有塑性可流动的圈层及岩石圈是否漂浮着都产生了疑问。此外，一些学者还指责漂移说不能合理解释石炭纪以后的地质历史。魏格纳曾利用一组大地测量数据论证大陆漂移，利用天文测量成果指出格陵兰东北与欧洲间距离逐年增加，但限于当时的测量精度和技术条件测量成果远不足以证实或否定大陆漂移。这组误差甚大的数据也遭到许多学者的抨击。至于漂移说指出的地质古生物方面的证据或不加以理睬或另作解释。一些学者把冈瓦纳大陆古冰川遗迹当作山岳冰川而否定漂移说
12、的解释。就这样当时许多地球科学家抓住漂移说中的某些缺点和错误，结果把漂移说的合理内核也抛弃了。甚至有人把漂移说当作一种荒唐怪论。当1930年11月魏格纳在格陵兰冰原上遇难去世后他所创立的漂移说实际上也随着衰落了。3.漂移说的新证据 一度沉寂消亡的漂移说自上世纪50年代以来又发现一些新的独立的漂移说的证据，使漂移说再度活跃，起来，其中古地磁是最有力的证据。火成岩在冷凝过程中降温冷却经过居里点时就会在当时的地磁场中被磁化而带上磁性，这种磁性叫热剩余磁性。（居里温度：物质超过某一温度时不再具有磁性，这一温度就是该物质的居里温度。各种物质居里温度并不一致多数在400至700度之间。）某些沉积岩在沉积和
13、固结过程中一些磁性矿物颗粒受当时磁场作用影响矿物作定向排列也会取得较弱的剩余磁性。剩余磁性都反映了岩石形成时的地磁场方向。上世纪50年代英国学者布莱克特(M.S.Blackeet)大举进行剩余磁性研究工作,测得古地磁纬度与测点目前所处纬度有很大差别,实际上就是大陆漂移的结果。例如：英国有一种三叠纪的红砂岩从剩余磁性得出磁倾角为30度远小于目前65度，表明英国在三叠纪时曾处于低纬度，三叠纪以来向北漂移了相当距离。同样印度孟买城目前处于北纬19度，但测得玄武岩剩余磁性得出新生代初孟买城远在南纬32度，说明印度6000万年来向北漂移6000公里。根据古地磁位置变化把岩石剩余磁性各地质时代磁极位置标在
14、图上，发现时代越老古地磁极的位置偏离现代磁极的位置越远，把不同时期古磁极连起来即可得出古磁极迁移轨迹。由于不同大陆测出古地磁极位置有差别，结果不同大陆迁移轨迹都不重合各有各的迁移轨迹，曾有人认为古地磁极位置和古磁纬度与今天地极位置和纬度有差别，可能是地磁极本身游移的结果，但纵使游移，极移轨迹也只能有一条。不同大陆得出不同的极移轨迹说明各大陆之间必定有过相对位移。由于大陆不断漂移，岩石位置发生移动根据这些测出的相应古地磁极的位置也跟着发生位移。所谓古地磁极迁移轨迹也是相对于移动着的大陆而言，而非磁极的真正迁移，所谓磁极迁移规迹确切说是“视磁极迁移轨迹”。含意：假设大陆固定于目前的位置上，磁极与大
15、陆之间的相对位置随时间而变化，据欧亚大陆磁极迁移轨迹大约5亿年以来移动了90度，平均速度是2厘米/年。图10-3分别根据欧洲和北美大陆测出两条视磁极迁移轨迹，两条轨迹目前交于一点，随时间变老两线偏离越远，为使两线重合就得将北美大陆向东退回20多个经度这时大西洋消失北美和欧洲贴合在一起恰好恢复了魏格纳大陆漂移说提出的联合古陆的情况。不同大陆测得晚古生代末古地磁极不同都偏离现代磁极，若把当时磁极移到现代地理极附近就得移动大陆位置，结果正好把各大陆向南搬移互相结合成为统一的古陆。根据剩余磁性得出的各大陆在当时的古地磁纬度与威格纳当年根据古气候资料推出的联合古陆的古纬度也相当一致。根据各大陆视磁极迁移
16、的情况还可得出联合古陆破裂分离的年代与威格纳地质资料得出分离年代也是惊人的一致。可以说古地磁资料从定量方面很出色地证实了大陆漂移。有资料表明大西洋两侧大陆地层、构造、岩石和矿产分布都遥相呼应。大西洋两缘计算机拼接：威格纳的漂移说最初从大西洋两岸轮廓相似性中得到启发。反对派注意到海岸线看似相似,但细究并不十分吻合。自古地磁研究使漂移说复活以来对大陆拼接重新发生兴趣。英国地球物理学家布拉德等借助计算机把大西洋两岸完美地拼接起来，该拼法并不照海岸线而是按1000米等深线落在大陆坡的范围。事实上海岸线并非正式大陆边缘，在地质历史变迁中有过升降、侵蚀和堆积等作用。陡峭的大陆坡是大陆地块面向大洋的前缘和边
17、壁，是真正的大陆边缘，两缘的大陆坡某种程度上代表了当年大陆裂开时产生的崖壁，理所当然按照大陆坡来拼接大陆。布拉德作出的拼接相当理想，剩下的空隙和重叠部分相当有限只有两处例外：巴哈马群岛和尼日尔三角洲发生较明显重叠，应当指出的是前者是年轻的生物建造；后者在向海推进，两处的重叠是后期外动力改造的结果。从概率论分析如此完美大陆拼合不可能是偶然的。二、海底扩张说的提出 洋底大地形直接反映了地球的内力作用，了解洋底地形主要特征对于海底扩张和板块构造的研究十分必要。海底地形分为大洋中脊、洋底盆地和大陆边缘三个巨型单元。大洋中脊：绵延于大洋中部 洋底盆地：位于大洋中脊和两侧大陆边缘 大陆边缘：陆地与大洋区之
18、间的过渡地带 大洋中脊 19世纪70年代英国“挑战者”号调查船环球考察以来就知道北大西洋中部有一条海底山系。至19251927年之间德国“流星号”用回声探测确定整个大西洋纵列一条17000公里的大洋中脊。1956年美国学者尤因（M.ewing)进一步指出：世界各大洋都有大洋中脊存在，在四大洋中连续延伸成为环球山系总长度约8万公里。大洋中脊亦称中央海岭，脊顶一般高出洋盆底部23千米，宽度1-2千公里变化范围大，最宽可达3-4千公里最窄不过数百公里。中脊地形复杂，纵向上波状起伏，大自平行中脊走向有一系列岭脊谷地相间排列，岭谷起伏幅度一般在中脊顶部起伏较大，随远离脊轴幅度渐减，主要是沉积物充填程度加
19、大缘故。中脊顶部沉积物极薄或缺失，顶部地形崎岖；向两翼沉积物厚度增大地形趋于平缓直至洋盆底部，可出现深海平原地形。大洋中脊在三大洋中分布各有特点：在太平洋内主体偏居大洋东南部，两坡平缓相对高度较小，称东太平洋海隆。在大西洋内海岭纵贯大洋中部与大洋两岸轮廓平行，也是“S”型弯曲其两坡较陡趁大西洋中脊。在印度洋大体位于大洋中部，整个大洋中脊形状分三支形成倒置的“Y”型。三大洋中脊在南端相互串连，北端伸进岛屿与大陆。东太平洋海隆南部向西绕行至澳大利亚以南与印度洋中脊的东南支相接。北端东太平洋海隆伸进加利福尼亚湾潜没于北美洲大陆西部之下。印度洋北支伸入亚丁湾、红海与东非大裂谷相接。大西洋中脊向北穿过冰
20、岛伸入北冰洋并在勒拿河河口附近伸入西伯利亚。海底组成和结构与大陆不同：大陆表面以沉积岩为主，洋脊几乎全由火成岩组成洋底沉积物最厚达1000多米，厚度由洋脊向两侧增加。裂谷带中只有极少或全部缺少沉积物。钻孔资料证明洋盆底十分年青，构成岩石的年龄不超过1.95亿年（1.95亿年为侏罗纪的底界）较大陆年青，沉积物层序变化在洋脊两侧呈对称状分布。海底地磁测定研究表明：海底沉积物所示地磁场方向处于周期性转向之中即南北极交替，正负磁异常带的宽度与转向时间长短成正比。正反向条带的分布成对称状。洋脊上年代最新，距离越远，年代越老。海底热流值：单位面积/单位时间内向外散发的热量。洋脊：1.82微卡/秒.平方厘米
21、、海沟0.99微卡/秒.平方厘米。1960-1962年间美国地质学家赫斯和迪茨在地幔对流说的基础上提出海底扩展说。大洋中脊顶部地幔物质上升涌出，涌出的地幔物质冷凝形成新的洋底并推动先成的洋底向两侧对称地扩张，地幔物质源源不断上升形成新的洋底，老洋底被往两侧推移，每年推移的速率是几厘米。海底扩张有两种不同情况：第一，扩张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洋底上与洋底同一方向移动。随新洋底不断生成并向两侧扩张，新大洋不断张开，两侧大陆远离漂开。如大西洋以数厘米/年的速度扩张1、2亿年后即可形成新的大洋。故大西洋、印度洋的洋脊裂谷系不但是生长新洋底的场所，也是大陆漂移的发源地。魏格
22、纳认为坚硬大陆是独立沿着柔软的洋底上漂移的；扩张说认为大陆不是独立主动漂移而是与相邻洋底（与大陆一样也是坚硬的）焊接在一起被动地驮在下伏的地幔对流体上被运载缓慢漂移。漂移与扩张相辅相成，扩张是漂移的一种新形式。第二，洋底扩张移动至洋缘海沟处向下俯冲潜没重新返回地幔，这时洋底并不推动大陆向两侧漂开，相反大陆逆掩在洋底俯冲带上。太平洋是一个古老辽阔的大洋，洋底在不断新生、扩展、潜没过程中似一条运动不息的传送带，2亿年左右洋底即可更新一次，故洋壳较陆壳年轻，越离洋中脊远岩石年龄越老，海底熔岩在冷凝过程中在当时磁场方向上磁化。地质历史时期磁场正反向都被磁化岩石忠实地记录下来。海底不断扩张，地磁场极性反
23、复转向，出现了一系列对称于洋中脊的磁条带图形（图10-7）。扩张说很好地解释了一系列海地地形、地质和地球物理方面的基本特征，把许多几乎不联系的事实纳入了一个简明的有规律的格局。扩张的又一证据：转换断层 大洋中脊一系列横向断裂的切割，间距50300公里，多与中轴线互相垂直看似后期把中脊错开的平移断层。威尔逊(Wilson)指出该中脊断裂带不是一般断层而是中脊向两边扩张引起的一种特殊断层，称为转换断层。转换断层与平移断层的区别：平移断层随时间推移两段中脊越离越远。转换断层虽中脊轴两侧海底不断扩张，断层两侧两中脊之间的距离并不加大。平移断层：错断是沿整条断裂线发生的。转换断层：错断仅发生在两段中脊的
24、内侧 ，内侧以外的断裂带上由于海底扩张移动的方向相同，其间无互相错动。转换断层的成因：同一中轴在不同地段由于扩张速度不一致所致。大量地震沿洋中脊分布证明洋中脊是活动的。平移断层平移断层 三、板块构造学的诞生 地幔对流、大陆漂移、海底扩张三者从机制上从地质和地球物理资料上说明了大陆、洋底分裂的可能性。1968年勒皮雄、摩根、麦肯齐不约而同正式提出了板块构造假说，他们把厚为70公里的岩石圈以由转换断层连接的活动构造体系为边界划分开来，这些彼此分割的块体称为板块或岩石圈板块。设想：地幔对流物质不断从中脊处上升，为洋底增添新的条带从而推挤较老地壳驮在对流的地幔上向两侧移动（扩散），当遇大陆时由于洋壳板
25、块密度大位置低顺海沟下沉而钻入大陆以下地幔之中（消亡），这就是板块俯冲。俯冲至一定深度受地热和俯冲摩擦热的影响，下降板块就熔融并沿裂隙上升至地壳上部而在俯冲带附近形成火山岛和边缘火山带。洋壳一面生长，一面消亡不断更新，比较理想地解释了大洋地区地质地球物理得出的许多结论，亦即板块构造基本思想。岩石圈相当于软流圈是刚性的，本身具侧向不均匀性，其上分布有洋脊、海沟等各种类型的活动带，活动带之间的岩石圈是稳定的，边缘和接缝地带是不稳定的，是构造运动、地震、岩浆活动和变质作用的主要场所。板块活动以水平运动为主，大规模位移可达几千公里在此过程中可分离，可碰撞焊接或平行错开。假说一提出即得到地质界广泛支持，
26、同年（1968）艾萨克等人把海底扩张说推广到全球并命名为“新全球构造”。每年有成百上千篇论文来论述世界各地的板块构造特征，于是这一假说被看作是地质学上的一场革命。第二节 板块构造概述 一、板块的划分 地球岩石圈划分为6大板块，它们是太平洋板块、欧亚板块、印度洋（澳洲）板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。这些板块既包括陆地也包括海洋，太平洋板块几乎全为水域，仅包含了圣安德列斯大断裂以西和加利福尼亚半岛一小部分陆地；非洲板块包括了东大西洋非洲大陆和西印度洋。以上为一级划分即一级大板块，它决定了全球板块运动的特点。流行的有12板块划分方案即美洲板块一分为二成为南美洲板块和北美洲板块，剩余的被地震带
27、环绕成次一级板块。它们是纳兹卡班块：东太平洋海隆以东秘鲁智利海沟以西。可可板块：东太平洋海隆与中美海沟之间。加勒比板块中美海沟和西印度群岛之间。菲律宾板块：琉球菲律宾岛弧海沟系与马里亚纳岛弧海沟系之间。阿拉伯板块：红海亚丁湾裂谷系与扎格罗斯褶皱山系之间。小板块活动从属于大板块运动并受大板块控制。二、板块边界的基本类型 离散的 敛合的 转换的三种类形 边界性质及其特征由边界两侧板块运动的相对特征来决定的，并取决于两侧相对运动的速度及其与板块边界走向的几何关系，据此可划分为：1.离散型（张性）板块边界 这类边界类型主要分布在大洋中脊和大陆裂谷带中。离散型边界：两侧板块垂直于边界走向作相背运动，使两
28、侧分离散开。应力状态是拉张性质。全球巨大规模的张力构造都发育在此边界上。表现为前者：大西洋中脊 东太平洋中隆 后者：东非裂谷，大陆裂谷使统一大陆岩石圈板块分裂、散开进而演化为大洋裂谷。2.敛合（挤压）型板块边界 边界两侧板块彼此相向垂直于边界线运动，应力状态是挤压的。沿边界地壳强烈构造变形伴有大量岩浆活动形成造山带。两种基本类型：一种以碰撞为主；另一种以附冲为主 1）.俯冲边界：位置相当于海沟。大洋板块比重大，浮力小，位置低；大陆板块比重小，浮力大，位置高，一般大洋板块俯冲在大陆板块底下。该类型边界分布范围主要在太平洋周围亦称太平洋型汇聚型边界。由于太平洋板块俯冲消亡在地幔中故又称消亡型边界。
29、俯冲边界可进一步分为：山弧海沟系 洋块陆块直接接触，接触处表现为山弧海沟系。本类型岛弧不发育，相当于岛弧的海岸山脉发育如南美西海岸，又称安第斯型大陆边缘。岛弧海沟系 两侧均为海洋板块在接触处产生岛弧海沟系如玛利亚内海沟、汤加海沟。一侧为海洋板块，一侧前缘带有岛弧的大陆板块相碰撞，接触处也表现为岛弧海沟系如日本琉球。2）.碰撞型板块边界：又称山弧地缝合线 两个大陆板块互相碰撞大洋闭合，陆壳彼此受挤压形成山脉。两板块逢合处标志为地逢合线，相当于年轻造山带。现代见于欧亚板块南缘如雅鲁藏布江地逢合线。3）.平错（剪切）型板块边界 相当于转换断层，是转换断层构成的板块边界。两侧板块平行于边界作走滑运动，
30、应力状态为剪切。沿转换边界岩石圈既不增生也不消亡。该种边界一般都分布于大洋中，也可在大陆中出现，如北美圣安德列斯就是一条从大陆通过的著名的转换断层。三、板块的运动 板块运动的核心是海底扩张。岩石圈板块从中脊轴部向两侧不断扩张推移，在海沟处俯冲潜没颇似一巨大传送带。1.板块沿球面的旋转运动 把板块当作刚体来处理，承认地球表面在不变的情况下得出一个结论：可用数学方式描绘板块运动。当一个刚体沿半径恒定不变的球面滑动时，严格遵守球面几何中的欧勒定律。（欧勒定律：一个刚体沿半径不变的球面运动必定是环绕通过球心的轴的旋转运动。球体表面任何一点的移动都不是沿着直线而是沿着弧线；如果这种移动表现为复杂的曲线运
31、动形式，那么它的移动轨迹由许多圆弧小段组成。）板块并不成平板状而成球面面状，似球面帽盖状的板块沿地球表面的移动不是一种简单的平面运动。刚性板块的运动是一种环绕旋转轴的旋转运动，板块的每一点运动轨迹都是以旋转轴为圆心所作的圆弧。离旋转轴越远运动线速度越大，离旋转极90度的大圆处线速度最大。旋转极或称扩张欧勒极；旋转轴或称扩张轴，离旋转极90度的大圆称旋转赤道或扩张赤道。同一洋脊不同地段扩张速度就不同。大西洋中脊中部扩张速度4.9厘米/年，向南北减小。正因为以上的原因洋中脊出现了走向与洋脊扩张带近似垂直的转换断层，调整运动速度差别。转换断层呈弧形，曲率半径向旋转赤道方向扩大。板块运动通常指板块的相
32、对运动，即一板块对于另一板块（或其它参照系统的）运动。板块的旋转运动亦指一板块相对于另一板块或球面上某一点的运动。2.板块的扩张与附冲 洋中脊轴部不断有地幔物质上涌，形成新的洋底岩石圈。由于具一定刚性，新的岩石圈在中脊轴部形成时两侧板块被推向两边分离，要维持这一过程要么是地球膨胀开来，以容纳新增的地球表面积；或者老的在别的地方破坏消失才能维持表面积不变。膨胀说拥护者主张整体膨胀来解释大洋岩石圈新生和扩张。只承认岩石圈不断扩张增生，不承认俯冲消亡现象。如果大洋岩石圈通过膨胀而产生，近2亿年来地球表面积应增加1.5倍，半径增长3000公里难以置信。板块构造说认为膨胀说并不可信，但同时也反对收缩说，
33、主张地球表面积（或半径）并未发生过显著的增加或减小，基本维持表面积不变。全球（板块）消亡压缩总量与扩张新生的总量相抵偿，沿地球大圆的任何断面上都必须保持扩张新生总量与压缩消亡总量平衡。如：太平洋两缘海沟的海底消亡总量应与东太平洋海隆及大西洋中脊二者新生海底总量相等。全球每年扩张新生洋底岩石圈2平方公里，应有2平方公里岩石圈被破坏（或被压缩）。各板块不同地点扩张速率有差异，扩张过程中伴有下降运动，离中脊距离远年龄增加，洋底深度也加大，是洋底岩石圈冷却收缩的结果（海底平顶山是一例）。俯冲带（消亡带）洋脊向两侧扩张推移，遇大陆板块碰撞而向下俯冲于大陆板块之下，这一带称为俯冲带。又由于俯冲板块进入地幔
34、后被地幔物质熔融同化而消失故又称消亡带或俯冲消减带。环太平洋是全球最强烈的地震带。在该带上既有浅震（震源深度070公里），也有中震（70300公里）和深震（300700公里）。浅源地震：集中在海沟陆侧斜坡（少数出现于岛弧海沟底及海沟的洋侧斜坡）。中源和深源：见于弧后地区（包括边缘海），震源深度的分布为靠洋侧浅，靠陆侧深呈一倾斜震源带 由美国地震学家（H.benioff)肯定此带存在称其为毕鸟夫（贝尼奥夫）带。早在上世纪三十年代日本学者和达清夫就已发现故又称和达贝尼奥夫带。俯冲带的倾角一般为45左右，近年发现贝尼奥夫带沿走向倾角有变化（1590之间）。如伊豆小笠原和玛利亚纳弧，倾角由北面45增至
35、南面90。岛弧下的贝尼奥夫带大多超过45。安第斯型大陆边缘下的较平缓一般不超过30度。通常随深度加大而变陡，不管是岛弧海沟系或安第斯大陆边缘，贝尼奥夫带一般倾向大陆除少数例外。如澳大利亚东北新不列颠、所罗门和新赫布里底群岛一线也有向洋倾斜之势。板块俯冲下弯形成海沟，是一种狭长而巨大的深海坳陷，一般深度都在6000米以上。板块俯冲进入地幔，洋壳被熔融成岩浆转而上升喷出地表，在距海沟150200公里处形成火山，构成火山岛称火山岛弧。如东亚岛弧：从南到北由阿留申、千岛、日本群岛、琉球群岛构成。向陆一侧存在边缘海，叫弧后盆地如东亚白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海、东海、菲律宾海、南海、苏威西海等。海沟
36、、火山岛弧和边缘海组成了以岛弧为中心的弧沟盆系。边缘海的形成是大洋地壳沿海沟俯冲后在弧后造成区域性海底扩张的结果。如果板块直接沿大陆边缘俯冲则不形成岛屿，火山沿大陆边缘成带状或弧状分布，在仰冲板块顶部靠海沟附近由于受阻挤压形成褶皱山系，如美国西海岸山脉。俯冲板块越老就越冷越重，以较快速度较陡倾角俯冲的可能性越大。情况表明贝尼奥夫带长度和倾角似与板块俯冲速度的快慢有关，俯冲速度越大则贝尼奥夫带越长倾角越小。俯冲板块在自重作用下有下垂的倾向，假定板块均以4-6厘米/年垂向分速插进软流圈，俯冲速度越小（越接近4-6厘米/年）俯冲带倾角就越大（越趋近于垂直）；俯冲速度越大，其中包含水平分速越大俯冲带的
37、倾角就越小。按此观点，俯冲带倾角反映了板块汇聚的水平方向运动与俯冲板块在自重作用下的垂向运动之间的合成平衡。3.火山链与热岛说 在大陆与大洋上有呈线状展布的一系列火山锥构成的火山链，其岩石年龄的分布具有明显方向性如太平洋夏威夷群岛天皇海岭是著名的火山链，岛链的东南基拉韦厄火山是现代活动的火山，由此向西北随距离增加，火山熔岩年龄相应增长。例：相距1080公里 来克尔 1000万年 2430公里 中途岛 2700万年 北北西方向 天皇海岭 4200万年 最北端 明治火山 7000万年 在同一火山链上，火山锥形成的古地磁纬度与该火山链现代火山锥纬度接近。中途岛形成时古纬度不是现今北纬28度，而是基拉
38、韦厄现在的北纬19度，故2700万年以来夏威夷火山源地的位置没有发生移动。对太平洋中6条火山链研究发现至少在1000 2000万年以来它们各自的火山源地相对位置没有发生移动。火山链上岩石年龄变化（定向）火山源地位置的固定使威尔逊和摩根提出热点说。该说认为：由于液态外核供给热能，使热的地幔物质从幔核表界沿狭窄的圆柱状通道上升，当达到岩石圈底部时在地表形成热点（hot sport)，部分熔融物质从热点喷出形成火山。同时强调热点大体固定于地幔中，当岩石圈板块跨越于热点之上时板块仿佛被烧穿似的形成火山中心。在过去的1000万年内该种热点至少有120多个且相对位置基本固定不动，当岩石圈板块经过热点向前运
39、动时先成火山亦向前运移并形成死火山，在后方热点上又产生新的活火山，结果形成一串时代定向分布的线形火山链。如岩石圈板块不发生运动不同时代火山将重叠在一起而不形成火山链。非洲就有几个晚第三纪至第四纪不同时代熔岩重叠的火山，说明非洲近3000万年来几乎静止不动。但也有人认为在向北漂移。热点说在解释火山岛链的形成方面较成功。世界重力图中的重力高点正位于热点之上，证明其下的深部物质密度高位置高。四、裂谷的发展和海洋的演化旋徊 1.大洋的起源问题 地质学重大理论问题之一，长期来提出种种理论和假说。1）大洋永存说 该说认为大洋是原生的。大洋地壳形成于地质历史的早期阶段，大陆地壳是以后增生的。现代大洋盆地是大
40、陆增生后大洋的残留部分。目前大洋的位置上从来未被大陆占据过。一系列地质资料证明（包括古生物资料）中生代前期，目前印度洋及南大西洋位置上曾存在着冈瓦纳超级大陆，后魏格纳进而认为曾有过统一的联合古陆，以上事实与大洋永存说根本对立。如大洋地壳真正永存且形成于太古代时期，钻井资料应发现古生代或更老的地层及巨厚沉积，但事实是沉积厚度极薄，事实上都是在侏罗纪以后的。2）.大洋化说 以前苏联别洛乌索夫为代表，他认为全球皆为大陆地壳覆盖，太平洋、大西洋、印度洋当时不是大洋 古生代末至中生代初来自地幔超基性基性岩浆大规模上升，大陆地壳破裂成块状，陆壳块体与超基性岩浆混合变质加重沉入地幔中，陆块沉陷的地方形成洋盆
41、，随玄武岩浆的喷发洋盆底部盖上一层玄武岩，这便是大陆地壳基性化或大洋化作用。该说作为固定论观点认为地壳（大陆）垂直沉降经地壳转化而成为大洋，不承认大规模水平运动。该说解释了洋壳的年青性，但与地质、古生物、古地磁等一系列漂移证据大相径庭也无法解释洋底年龄和沉积地层对称分布的现象。上世纪60年代晚期在固定论、活动论激烈论战中别洛乌索夫曾引用一种模式：洋底火山活动区向中脊轴部退缩，火山岩早先曾覆盖洋盆广大地区，随时间推移新盖上去的火山岩面积逐渐缩小，最后局限于中脊轴部，企图以此解释洋底磁异常和年龄对称中脊轴部的分布格局，但这一系列看法也有不可克服的矛盾。首先会引出荒谬的结论即所以大洋发展至现代都同时
42、进入结束阶段。火山岩向洋脊退缩必然导致火山岩在洋缘很薄在中脊极厚，但事实却相反。近年来在深海钻探洋底采样中进一步获知大陆地壳和大洋地壳存在本质差别，根据地壳均衡原理很难想象厚而轻浮的大陆地壳会发生大规模整体陷落，由此看来“大洋永存说”和“大洋化说”都不可信和不足取。2.威尔逊旋回 漂移、扩张和板块的概念对洋盆演化的认识发生根本改变。新活动论主张大洋发生发展离不开岩石圈板块分离聚合运动。裂谷是具有全球规模，延伸数百至数千公里的带状断陷构造带，由引张而使岩石圈发生破裂的产物。岩石圈发生破裂的作用称为裂谷作用。裂谷根据地质构造特征划分成三种类型：大洋型：大洋中脊；大陆型：以东非裂谷为代表；陆间型：红
43、海亚丁湾为代表。三者间具有成因上的联系，地壳拉伸地幔物质不断上涌，裂谷下的地壳变薄渐变为洋壳，裂谷由大陆 型转为陆间型继而演变为大洋型。威尔逊注意到大洋开合的不同发展趋势，将洋盆发展归纳为六个不同阶段：胚胎期、幼年期、成年期、衰退期、终了期、遗痕（地缝合线）。从张开到闭合的整个过程称“威尔逊旋回”。其中前三个阶段表志了大洋的形成和张开，后三个阶段标志了大洋的收缩和关闭。扩张大洋周缘广泛发育大西洋型大陆边缘（缺少俯冲活动）大洋中脊大致位于大洋中轴部位；收缩大洋至少有一侧是太平洋型大陆边缘，大洋中脊往往偏于大洋的某一侧。胚胎期：处于大陆裂谷阶段，地幔物质上涌地壳拉伸变薄，东非裂谷是该阶段的典型例证
44、。裂谷定义有两个要点:A.规模大，断裂可切穿整个岩石圈；B.处于引张环境从而区别于其他切过岩石圈的大型断裂（如转换断层或缝合线）。在地形上表现为纵长的凹陷和谷地，两侧被一系列正断层所限，表现为单一或复杂的地堑带。在裂谷底部多有深水湖泊的展布。如贝加尔湖就发育在贝加尔裂谷中，该湖水深1740米。在东非裂谷中坦噶尼克湖既窄且长深达1400米，该裂谷是现代最大型的大陆裂谷，其余如莱因裂谷、贝加尔裂谷规模要小得多。幼年期：生成不久狭长的幼年洋如红海、亚丁湾、加利福尼亚湾等。其轴部为地震带和高热流带，有些地方有磁异常条带。红海约于2000万年前张开，其中轴部有裂谷发育为非洲板块和印度（或阿拉伯）板块的分
45、界。约6000万年前加利福尼亚半岛裂离墨西哥陆缘，其间张开形成加利福尼亚湾。亚丁湾和加利福尼亚湾内均有洋中脊轴及被错开脊轴的转换断层发育。中脊轴呈阶梯状布列的转换断层，在大洋初生阶段便已存在。成年期：幼年期进一步发展，两侧大陆愈益分离就进入大洋发展的成年期阶段，逐渐形成宏伟的洋脊山系和开阔的深海平原。今日大西洋印度洋已是浩瀚的成年洋，当年也经历过胚胎期和幼年期都是从无到有从小到大发育起来。2亿年前大西洋也是一狭长水带，周围大陆差不多象今天红海两侧一样靠得很近，由于海底扩张才形成今日大西洋。目前遍布大西洋的火山岛屿，原先在洋中脊处形成，因此靠近大西洋中脊岛屿年龄较轻，岛屿离洋脊越远年龄越老。例：
46、冰岛1000万年，亚速尔群岛2000万年，百慕大群岛3300万年，法罗群岛约5000万年，裴尔南多波岛和普西岛则为1亿2000万年，这与大西洋在侏罗纪开始裂开的看法一致。衰退期：随大洋不断张开，大洋边缘离中脊距离越来越远，岩石圈不断冷却变重从而向下沉陷，同时由于被动大陆边缘上接受了巨厚的沉积物，在地壳均衡作用下也使洋缘的岩石圈终于在挤压作用下破裂，一侧岩石圈俯冲沉积潜于另一侧之下，随之出现了洋缘的海沟和板块俯冲带，被动大陆边缘于是转换成岛弧或大陆边缘。当板块俯冲作用占优势时大洋便进入衰退期。终了期：以地中海为代表。印度板块非洲板块向北漂移古地中海洋底在北缘海沟处俯冲消失。古地中海地区今天已没有
47、或只有极少数古地中海大洋壳的残余，说明地中海已进入终了期，不久将要完全闭合。现代地中海（主要指东部）是古地中海萎缩后的残余海洋，其内部不见活动的中脊海盆缩小。地中海原是位于劳亚故陆和冈瓦纳古陆间的古特提斯海的一部分。古特提斯海东部已经阿拉伯板块、印度板块和欧亚板块的缝合趋于消失，在西部非洲板块和欧亚板块相靠近形成阿尔卑斯山之后尚残留下现今的地中海。遗痕（地缝合线）：印度、阿拉伯以北古地中海洋壳在新生代时继续俯冲，印度、阿拉伯与欧亚大陆其余部分相遇并碰撞洋盆完全闭合消失，大洋关闭。西侧大陆碰撞受到强大挤压应力，岩石褶皱、断裂、逆掩、混杂，地面隆升形成巍峨褶皱山系（如喜马拉雅山）。这里已是消失洋盆
48、的遗痕（地缝合线），其中往往会留下已消失洋壳的残片（即所谓的蛇绿岩套）如印度雅鲁藏布江一线。大洋的演化呈现为张开和关闭的旋回形式。由于大洋盆地是全球最大的构造地貌单元，占据了地球表面的大部分，古大洋发展旋回是板块构造的一个总纲它体现了板块理论的精髓。鉴于加拿大学者威尔逊首先认识到大洋开闭的深远意义1974年杜威(J.F.Dewey)和伯克(K.Brke)建议将这种可以记录在大陆岩石圈中复杂交替的大洋开闭旋回命名为“威尔逊旋回”。目前许多大陆正漂离大西洋和印度洋向太平洋方向推移，这是联合古陆破裂后四散分离过程的继续。大西洋、印度洋周缘的被动大陆边缘不是板块的边界相邻的洋底和大陆是作为同一板块移动
49、的，故大西洋、印度洋周缘的大陆被扩张着的洋底推动着，主要是向非洲推移。相反太平洋周缘诸大陆漂移的方向是指向太平洋内部的，大陆相对于漂移的方向可分前后缘美洲大陆前缘（西缘）是陡峭的太平洋型大陆边缘，后缘（东缘）则是宽缓的大西洋型大陆边缘。随美洲大陆向西漂移，其前缘仰冲逆掩于太平洋底之上（现代主要指南美和中美洲西缘，这里伴随有板块的俯冲带），前方的太平洋趋于收缩，后方的大洋渐渐张开，可见大陆漂移和大洋的开闭相辅相成密不可分。可以说地球表面就是由漂移的大陆和变动着（张开和关闭）的大洋所组成，这是岩石圈板块生长漂移俯冲活动的必然结果。从深海动物群的进化看来大洋是一种相当古老的地质体。据研究，海水的存在
50、差不多可以与大陆地壳的历史相提并论。大洋历史漫长，大洋位置却不时变动，海水可从关闭大洋退出，进入扩张的新生洋盆，威尔逊旋回演化形式可能在数亿年前古老地质年代已经存在，从那时起大陆被运动着的板块带来带去，曾反复裂离和碰撞，大洋则屡经张开关闭。许多古大洋相继闭合消失于诸如阿巴拉契亚、乌拉尔等古老褶皱山系，大陆则在反复离合变动的过程中变得越来越复杂。威尔逊旋回表达的板块构造模式不仅为大洋的发生发展提供了较圆满的解释也为大陆地质的研究开拓了新的局面。五、板块构造与地质作用 1.沉积作用 均衡作用下地壳变厚地表隆起；地壳变薄地表凹陷。板块离散运动导致伸展作用加强地壳变薄，形成 大陆裂谷盆地，甚至是以洋壳