第二章 大地構(gòu)造學(xué)(板塊構(gòu)造理論-1板塊構(gòu)造理論起源)2012

第二章板塊構(gòu)造理論要點(diǎn)第一節(jié)板塊構(gòu)造理論的形成和發(fā)展大陸漂移——海底擴(kuò)張——板塊構(gòu)造大陸漂移與海底擴(kuò)張魏格納大陸漂移的沉浮歷史在Wegener前的活動論思想奧特利烏斯（1596年）在他的地理百科全書中提及美洲是“因地震與潮汐而從歐洲及非洲分裂開去”及“如果有人拿出世界地圖，然后仔細(xì)觀測三大洲的海岸線，就會發(fā)現(xiàn)(大陸)分裂的痕跡”。1620年，英國人F.培根，注意到了非洲西海岸和南美東海岸線如此吻合，不大可能是偶然的巧合。1658年，法國R.P.F普拉塞認(rèn)為，南美洲和非洲曾一度相連而后來又分開了。19世紀(jì)末，Suess注意到南半球各大陸上的巖層非常一致，因而將他們擬合成一個單一大陸－岡瓦納1912年，Wegener正式提出了大陸漂移學(xué)說，并在1915年發(fā)表的“海陸的起源”一書中做了論證。WEGENER

——grandfatherofplatetectonics

DIEENTSTEHUNGDERKONTINENTEUNDOZEANE《海陸的起源》1915年出版從古地理、古氣候、古生物、地質(zhì)和地球物理等方面論證大陸漂移學(xué)說，并展示了石炭紀(jì)晚期、第三紀(jì)早中期和第四紀(jì)早期的大陸位置復(fù)原圖。AlfredWegenerAlfredLother

Wegener,1880－1930.德國氣象學(xué)家、地球物理學(xué)家和探險家。1905年獲柏林大學(xué)天文學(xué)博士學(xué)位。1930年第4次赴格陵蘭探險時遇難。1961年由Graz大學(xué)捐贈、由奧地利登山者在格陵蘭KamarujukFjord附近建立了A.Wegener

紀(jì)念碑魏格納和他的家人乘坐氣球1970在漢堡重新命名的魏格納街魏格納有關(guān)大陸漂移的著作1912a,DieEntstehung

der

Kontinente,Petermann’s

GeographycheMitteilungen,58,185-195,305-308.1912b,DieEntstehung

der

Kontinente,GeologischeRundschau,3,276-2921915,DieEntstehung

der

KontinenteundOzeane,Braunschweiz,Veiweg.1924,TheOriginofContinentsandOceans,London:Methuen.1929(1966),TheOriginofContinentsandOceans,NewYork:Dover.魏格納時代的巖石圈觀念Wegener大陸漂移學(xué)說主要依據(jù)大西洋兩岸的海岸線相互對應(yīng)南美和非洲、歐亞在地層、巖石和構(gòu)造上相呼應(yīng)相鄰大陸，特別是大西洋兩岸古生物群具有親緣關(guān)系：中龍；舌羊齒C－P:南美洲、非洲中部、南極洲和印度、澳大利亞等都發(fā)生過廣泛的冰川作用。上述很多地區(qū)現(xiàn)今處于赤道附近的熱帶。相反，北半球（除印度）同時期沒有同時代的冰川遺跡Wegener還測量了格陵蘭和歐洲之間的距離，發(fā)現(xiàn)在擴(kuò)大魏格納的大陸復(fù)原圖魏格納的石炭紀(jì)海陸復(fù)原圖魏格納的大陸復(fù)原圖魏格納的岡瓦納構(gòu)造圖大陸岸線擬合大西洋周邊500?。?潯=1.852米）等深線擬合圖南半球諸陸計算機(jī)擬合圖運(yùn)用構(gòu)造帶復(fù)原大陸石炭－二疊紀(jì)大陸冰川遺跡大陸漂移的古氣候復(fù)原用獸孔目和舌羊齒復(fù)原成煤植物舌羊齒岡瓦納古生代植物分布泥盆紀(jì)植物產(chǎn)地擬鱗木：下石炭統(tǒng)舌羊齒：下二疊統(tǒng)

Euramerian:下二疊統(tǒng)舌羊齒/Eur混合:下二疊統(tǒng)舌羊齒/華夏混合:下二疊統(tǒng)冰川的大致范圍晚古生代中龍屬在南美和非洲出現(xiàn)，暗示那個時期這兩個大陸曾連在一起大陸漂移的古生物證據(jù)水龍獸犬頜獸290Ma的泛大陸大陸漂移學(xué)說發(fā)展遭到的阻礙魏格納的大陸漂移學(xué)說沒有很好地解決大陸漂移的力學(xué)機(jī)制問題，他認(rèn)為，大陸漂移是硅鋁質(zhì)大陸殼像一座座桌狀冰山一樣航行在洋底的較重的硅鎂質(zhì)巖漿中，并且認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)的離心力和潮汐摩擦力是推動大陸漂移的驅(qū)動力。這些論點(diǎn)遭到當(dāng)時多數(shù)地球物理學(xué)家們的激烈反對，在地球物理學(xué)家們看來，洋底是堅硬的，大陸不可能像船一樣航行在洋底或硅鎂層之上，地球自轉(zhuǎn)的離心力和潮汐摩擦力非常有限，遠(yuǎn)不足以推動大陸漂移。由于魏格納的大陸漂移學(xué)說遇到動力機(jī)制上的困難而遭到地球物理學(xué)家們的強(qiáng)烈反對，加之其蘊(yùn)含的活動論思想與當(dāng)時地學(xué)界占支配地位的地槽理論在思想體系上矛盾，因而，隨著他本人不幸于1930年逝世，大陸漂移假說一度銷聲匿跡。HaroldJeffreys的反對意見1929“TheEarth”（劍橋大學(xué)出版社多次再版）1.定量模式支持收縮說。2.指出Wegener大陸漂移說的最大弱點(diǎn)是機(jī)制問題。他定量地計算了極逸離力和潮汐力，論證了這些力太弱，不足以推動大陸在硅鎂層上運(yùn)動。他提出幾條證據(jù)，證明硅鎂層不能流動。20世紀(jì)30－50年代的堅持者Holms的對流模式（1944）AlexanderDu

ToitA.du

Toit的巖性－構(gòu)造復(fù)原圖Du

Toit的大陸復(fù)原Argand(1924)關(guān)于青藏高原

的構(gòu)造圖海底擴(kuò)張與

大陸漂移說的新生二戰(zhàn)后地球科學(xué)的進(jìn)展1.海洋地學(xué)的發(fā)展2.地震學(xué)的發(fā)展3.古地磁學(xué)的發(fā)展4.地質(zhì)年代學(xué)的發(fā)展5.地槽說與大陸增生6.全球構(gòu)造理論的發(fā)展海洋地學(xué)的新進(jìn)展海洋地學(xué)進(jìn)展的原因：1.軍事需求2.結(jié)合軍事作基礎(chǔ)研究3.探測儀器的發(fā)展海洋學(xué)測量儀器的發(fā)展：1.聲納深度記錄儀；2.磁力儀；3.海洋重力儀；4.地震反射研究；5.地震折射研究；6.熱流海底探針；7.海底取樣器；海洋地學(xué)的進(jìn)展1872-1876年英國挑戰(zhàn)號的大洋調(diào)查1.大洋中脊；2.大洋斷裂帶；3.海下峽谷和海底平原；4.大洋海溝和島?。?.海山與平頂山（guyot）6.重力測量；7.地震研究；8.熱流研究；9.磁場測量；10.地質(zhì)年代學(xué)研究1872-1876英國挑戰(zhàn)者號Challenger調(diào)查HarryHammondHess

H.Hess二戰(zhàn)期間任美國太平洋戰(zhàn)爭時期凱普.約翰遜號船長，用聲納對海底做了不間斷的觀測。1946年發(fā)現(xiàn)水下平頂山。二戰(zhàn)后任普林斯頓大學(xué)教授，1957年2月26日聽Heezen的報告，報導(dǎo)了洋脊的發(fā)現(xiàn)，他當(dāng)即指出：你動搖了地質(zhì)學(xué)的基石。1960年口頭發(fā)表，并于1962年正式發(fā)表了“海盆的歷史”一文。北大西洋洋底地貌南大西洋洋底地貌海底地貌圖海山和平頂山Hess的海底擴(kuò)張模式A地球早期對流循環(huán)導(dǎo)致的大陸物質(zhì)與地幔和地核物質(zhì)的分離B現(xiàn)在，只有地幔發(fā)生對流，上涌對流導(dǎo)致大洋中脊，下降對流導(dǎo)致大洋海溝C大洋中脊過程的詳細(xì)情況。由于溫度升高和物質(zhì)破裂，地震波速變慢。注意沉積物隨遠(yuǎn)離中脊而堆積增大。DFisher和Hess的海溝作用過程模式，沉積物在對流室上面熔融，形成火山。新證據(jù)1：古地磁學(xué)1945-1959年地球過去磁場的研究提供了使地球物理學(xué)家最后接受大陸漂移的證據(jù)地球磁場特點(diǎn)：1.很弱：1高斯；2.地磁場是偶極的，地磁極接近地理極點(diǎn)；3.地面上任何一點(diǎn)的磁力線都可用兩個分量來描述：磁傾角和磁偏角；在赤道上，磁傾角為0，在磁極點(diǎn)，磁傾角為90度；地磁場在地球表面是非均一的，在時間上也是變化的。Patrik

Blackett

and

KeithRuncorn（英國）PatrickBlackett通過測定研究英國2億年前紅色砂巖的古地磁，發(fā)現(xiàn)其古緯度要比現(xiàn)在的緯度低得多，從而明顯意味著這些大陸之間發(fā)生過相對位移。他的研究組還證明印度從南半球向北漂移了4000英里（6400公里）Runcorn作出了北美和歐洲的極移曲線，提出大陸裂離時，極移曲線分離古地磁的研究使英國的一批地球物理學(xué)家首先轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘈糯箨懫?。Runcorn的極移曲線新證據(jù)2：貝尼奧夫帶及其地震活動

Benioff（1954）提出的海溝向大陸一側(cè)的地震剪切帶證實洋殼向大陸殼下的俯沖HugoBenioffK.Wadati早在1930’s，日本學(xué)者Wadati首先發(fā)現(xiàn)傾斜的震源帶，1950’s美國的Benioff對此詳細(xì)研究，并作為大陸和大洋間的巨型逆沖帶，海底擴(kuò)張興起后，被當(dāng)作板塊的俯沖帶，給出了板塊俯沖的形跡。新證據(jù)3：大西洋、印度洋中島嶼年齡隨距中脊距離增大而增大新證據(jù)4：海底擴(kuò)張說提出后，很快得到對海底磁異常研究的強(qiáng)有力支持。1961年，梅森（Mason）和拉弗（Raff）北美西部海岸外的磁力條帶Vine

andMatthews（1963）對海底磁異常條帶的成因解釋結(jié)合古地磁倒轉(zhuǎn)特性和海底擴(kuò)張，對海底磁異常條帶成因進(jìn)行了解釋，提出海底磁異常條帶不是由海底巖石磁性強(qiáng)弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉(zhuǎn)的背景下，海底擴(kuò)張新涌到地表的巖漿冷卻到居里點(diǎn)時磁化的結(jié)果

FredVineandDrummond

Matthews1962年，F(xiàn)redJ.Vine還是劍橋大學(xué)的一名研究生時，隨一艘英國海洋考察船參加了國際印度洋考察隊，并直接觀察、了解了磁異常的存在。1963年9月，F(xiàn)redJ.VineandDrummondH.Matthews（研究生）合作發(fā)表了一篇短文：Magneticanomaliesoveroceanicridges,Nature,1963,v.199,p.947-949.古地磁與大陸漂移磁化：某些巖石在形成時在地球磁場下變?yōu)榇呕瘞r石，保存并記錄了當(dāng)時地球磁場特征。剩磁：在有些條件下，原子質(zhì)點(diǎn)定向產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化（磁疇）能夠保持下來，當(dāng)磁化場被移開后，物質(zhì)仍能保持它的磁性。巖石的剩余磁性，反映了巖石形成時的地磁場的方向。通過巖石剩余磁性的研究，可以追溯歷史時期地球磁場的特征和變化歷史，這是古地磁學(xué)的研究目的。大洋脊沉積物的磁條帶洋中脊巖漿冷卻

與磁化東北太平洋磁力異常條帶東太平洋隆磁性剖面新證據(jù)5：為了進(jìn)一步證實海底擴(kuò)張和海底條帶狀磁異常之間的關(guān)系，1968年開始，由多個單位科學(xué)家聯(lián)合，進(jìn)行了一系列的深海鉆探工作（DeepSeaDrillingProject），巖芯上部沉積物中的微體古生物和下部玄武巖層的同位素年齡，證實在大洋中脊部份最新，為全新世，而兩側(cè)接近大陸最老巖石為侏羅紀(jì)。皮特曼（Pitman）等根據(jù)海底鉆探數(shù)據(jù)的校正，制訂了磁極年表，據(jù)中脊越近，洋底的地質(zhì)年齡越新，越遠(yuǎn)則越老。根據(jù)磁極年表，編制了大西洋、太平洋和印度洋三大洋洋底年齡圖。

大西洋、印度洋、太平