大地構(gòu)造課件第五講：板塊構(gòu)造理論

主講：xx地球科學(xué)學(xué)院大地構(gòu)造學(xué)第五講：板塊構(gòu)造理論（二）七、板塊的運(yùn)動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)的核心是海底擴(kuò)張。巖石圈板塊從中脊軸部向兩側(cè)不斷擴(kuò)張推移，在海溝處俯沖潛沒(méi)，頗如一巨大的傳送帶。海底擴(kuò)張和大陸漂移可以用板塊運(yùn)動(dòng)的形式表達(dá)出來(lái)。1、關(guān)于板塊的剛性

在描繪板塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常認(rèn)為板塊具有剛性，表現(xiàn)在：●板塊能在很長(zhǎng)距離內(nèi)傳遞應(yīng)力，其內(nèi)部并不發(fā)生顯著的塑性形變；●洋底沉積物未受輕微變形，形變主要發(fā)生在板塊邊緣；●大陸拼接非常理想，指示板塊在位移時(shí)很少形變。

但是認(rèn)為巖石圈板塊具有絕對(duì)的剛性是不合適的，如碰撞帶大規(guī)模的褶皺變形、內(nèi)陸地震、構(gòu)造活動(dòng)和火山作用等。2、板塊的擴(kuò)張?jiān)錾c壓縮消亡之間的補(bǔ)償沿著大洋中脊軸部，地幔物質(zhì)上涌形成新的巖石圈，巖石圈通過(guò)俯沖消減來(lái)維持平衡。每年新生巖石圈2平方公里，每年也有2平方公里的巖石圈被俯沖銷毀。3、板塊沿球面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)如果我們把板塊當(dāng)作剛體來(lái)處理，而且地球半徑不變，那么，板塊的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格遵循球面運(yùn)動(dòng)的歐拉定律⑴歐拉定律1776年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉（E.Euler）指出，一個(gè)鋼體沿半徑不變的球面的運(yùn)動(dòng)，必定是環(huán)繞通過(guò)球心的軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在球體表面，任何一點(diǎn)的移動(dòng)都不是沿著直線，而是弧線；如果這種移動(dòng)表現(xiàn)為復(fù)雜的曲線形式，那么它的移動(dòng)軌跡將由許多圓弧小段組成。板塊的運(yùn)動(dòng)遵循歐拉定律（板塊沿球面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖片及兩板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖片）。板塊的球面運(yùn)動(dòng)，遵循歐拉定律⑵求旋轉(zhuǎn)極板塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由板塊的旋轉(zhuǎn)軸的位置和旋轉(zhuǎn)角速度來(lái)確定。轉(zhuǎn)換斷層標(biāo)識(shí)出歐拉緯線的走向，沿球面作這些緯線的垂線即可得出歐拉經(jīng)線，歐拉經(jīng)線交點(diǎn)的位置，就是旋轉(zhuǎn)極的位置，為此可以求出兩板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極（圖片）美洲和非洲板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極⑶求旋轉(zhuǎn)角速度只要已知板塊上任何一點(diǎn)的線速度值，同時(shí)求出該點(diǎn)的歐拉緯度，便可求出旋轉(zhuǎn)角速度：式中ω為角速度（單位：度/年），V是線速度（厘米/年），R是地球半徑，單位厘米，θ為歐拉緯度。為了檢驗(yàn)板塊繞極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，勒皮雄以板塊旋轉(zhuǎn)極為投影極，作了一系列墨卡托投影圖。在這種圖上，經(jīng)線和緯線相互垂直，都是直線（圖）。4、板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)定

測(cè)定相對(duì)運(yùn)動(dòng)線速度的方法，主要有以下幾種：●瓦因-馬修斯法磁異常條帶的寬度和該條帶時(shí)間跨度的比值●地形法洋底水深的變化是洋底年齡的函數(shù)，據(jù)此，可以從洋底水深的變化或中脊兩翼的坡度求板塊的擴(kuò)張深度●貝尼奧夫帶長(zhǎng)度法貝尼奧夫帶長(zhǎng)度與板塊的俯沖速度成正比，根據(jù)貝尼奧夫帶的長(zhǎng)度來(lái)估算俯沖的速度（圖）。●大地測(cè)量法激光測(cè)距、GPS測(cè)距●貝尼奧夫帶長(zhǎng)度法5、板塊的三聯(lián)結(jié)合點(diǎn)在板塊的分布圖上，常可見(jiàn)到三條板塊邊界相交于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)與三個(gè)板塊相鄰接，叫做板塊的三聯(lián)結(jié)合點(diǎn)（或三聯(lián)點(diǎn)）。任何一對(duì)板塊間的邊界總是以三聯(lián)點(diǎn)作為端點(diǎn)。與三聯(lián)點(diǎn)相接的板塊邊界，可以是分離型、會(huì)聚型或轉(zhuǎn)換型邊界。在理論上，這三類邊界可組合成十六種不同的三聯(lián)點(diǎn)。如以R代表裂谷，T代表海溝，F(xiàn)代表轉(zhuǎn)換斷層，則RRR型代表裂谷-裂谷-裂谷型的三聯(lián)點(diǎn)，RFT代表裂谷-海溝-轉(zhuǎn)換斷層型三聯(lián)點(diǎn)，余類推。

RRR型分布最廣，如印度洋中脊三條分支的交點(diǎn)，是非洲板塊、印度板塊和南極洲板塊之間的RRR型三聯(lián)點(diǎn)（圖）。三聯(lián)點(diǎn)所臨接的三個(gè)板塊的運(yùn)動(dòng)，是嚴(yán)格地彼此關(guān)聯(lián)的（圖）三聯(lián)裂谷的形成過(guò)程據(jù)E.J.Tarbuck,1987)三聯(lián)點(diǎn)所臨接的三個(gè)板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的矢量和應(yīng)等于零AVB+AVC+CVA=06、現(xiàn)代板塊運(yùn)動(dòng)的全球圖式

1968年以來(lái)，勒皮雄（1968）、摩根（1971）、明斯特（Minsteretal.,1974)等定量地描繪了全球各主要板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?！窬薮蟮奶窖蟀鍓K朝西北，向西緣和北緣的俯沖帶推移，會(huì)聚速度在湯加海溝北部至日本海溝一帶達(dá)到最大，可達(dá)9cm/a，向南和向北均遞減?！癜柋八?喜馬拉雅造山帶是另一巨型會(huì)聚型邊界，直布羅陀地區(qū)歐亞板塊與非洲板塊會(huì)聚的速度僅為0.5cm/a，是該造山帶的西界。自此向東，會(huì)聚速度增大，至喜馬拉雅地區(qū)，增至5-6cm/a。再往東過(guò)渡為印度洋東北緣的俯沖邊界，會(huì)聚速度達(dá)7.0cm/a。●環(huán)太平洋會(huì)聚邊界把全球分成不對(duì)稱的兩部分，太平洋外圍的歐亞板塊、印奧板塊及美洲板塊向太平洋方向推進(jìn)，后緣是大西洋和印度洋的張開(kāi)；太平洋內(nèi)部的太平洋板塊、可可板塊和納茲卡板塊則向太平洋周緣俯沖潛沒(méi)，其后緣是東太平洋中隆的擴(kuò)張。阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶的形成，與非洲板塊、阿拉伯板塊和印奧板塊向北朝歐亞板塊推移有關(guān)，這一推移又是印度洋和大西洋擴(kuò)張的結(jié)果。一些主要板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度表全球板塊定量運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)7、板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，是指板塊相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。如果某一系統(tǒng)在地史期間相對(duì)地球旋轉(zhuǎn)軸的位置固定不變，那么相對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)（如熱點(diǎn)）也可以當(dāng)作板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。一千萬(wàn)年來(lái)板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)見(jiàn)圖，其中以太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)速度最大，向西偏北方向運(yùn)動(dòng)；印奧板塊主要是向北運(yùn)動(dòng)；北美板塊和南美板塊主要向西偏南方向運(yùn)動(dòng)；非洲板塊的旋轉(zhuǎn)極位于非洲板塊上，它環(huán)繞該極作逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；歐亞板塊主要是向西和向北運(yùn)動(dòng)。板塊絕對(duì)運(yùn)動(dòng)圖式八、大聾洋的演衛(wèi)化-威爾遜調(diào)旋回1、大洋的辭起源關(guān)于大洋論的起源問(wèn)駐題，是地帆質(zhì)學(xué)最重賀大的理論薄問(wèn)題之一養(yǎng)，長(zhǎng)期以仙來(lái)曾提出男種種假說(shuō)棋。●大洋服永存說(shuō)是丹納跨等倡導(dǎo)言的，認(rèn)頭為大洋誼是原生豪的，洋剖殼形成著于地殼惠早期階似段，大腐陸則是師后來(lái)形蟲(chóng)成并逐沫漸增生摟的，現(xiàn)子代大洋飼盆地是易大陸增呼生后原伐始大洋歐的殘留極部分?！翊笱蟀富f(shuō)是前蘇聯(lián)擋學(xué)者別洛盤(pán)烏索夫所采宣揚(yáng)的，寨認(rèn)為古生算代末期以養(yǎng)前，全球稍都被大陸攝地殼所覆攏蓋，古生薯代末至中威生代初，逆來(lái)自地幔杜的基性和梅超基性物畏質(zhì)大規(guī)模峽上升，，南陸殼破裂線成塊狀，谷與基性超造基性巖漿乘混合，變紡質(zhì)加重沉池入地幔中鼠，陸塊沉攔陷之處形還成洋盆2、威爾遜脈旋回大陸漂移濱、海底擴(kuò)教張和板塊膨運(yùn)動(dòng)的概拜念，使人帽們對(duì)大洋摩成因和演創(chuàng)化的認(rèn)識(shí)彩發(fā)生了根巾本的變化騾。新活動(dòng)女論主張，列大洋的發(fā)艘生發(fā)展離塞不開(kāi)巖石壯圈板塊的著分離和匯投聚運(yùn)動(dòng)。Wil刑son首先注席意到大樸洋開(kāi)合疼的不同欄發(fā)展趨張勢(shì)，將癢大洋的咱演化歸交納為6個(gè)發(fā)展凍階段（圖片和表），稱為肉威爾遜旋睬回?？梢?jiàn)，大駕洋的演化微呈現(xiàn)為張省開(kāi)和關(guān)閉貞的旋回形馳式。由于搞大洋盆地刪是全球最泊大的構(gòu)造-地貌單噸元，大批洋開(kāi)閉院的發(fā)展顛旋回主替宰了地姜球表層第活動(dòng)和兆演化的錦全局。大洋盆柴地演化炒旋回中廳的各個(gè)降階段及德其特征大洋盆地蝕演化旋回煌中的各個(gè)炒階段圖ⅠⅡⅡⅣⅤⅥ3、威爾遜者旋回對(duì)大術(shù)陸構(gòu)造分余析的意義●一個(gè)威爾腹遜旋回2億年，意鉗味著相鄰貓的大陸在積相同時(shí)限逃內(nèi)發(fā)生過(guò)距大致相同董幅度的水班平運(yùn)動(dòng)，慶從而它所尾經(jīng)歷的自拴然地理環(huán)兼境、距離迎特定板塊總邊界的遠(yuǎn)慮近、以及迫由此導(dǎo)致袖的深部熱強(qiáng)體制、地褲殼結(jié)構(gòu)也丑必然會(huì)發(fā)際生深刻的牙變化?！翊笱笱輼踊蓪?dǎo)簡(jiǎn)致海平念面的變追化，大頌洋盆地役演化前搜期，海菊底擴(kuò)張跟作用建丘造起龐雖大的中孝央海嶺夫，造成渾海平面馬上升。問(wèn)晚白堊切紀(jì)和早棚古生代傳的海平姥面上升鼓就認(rèn)為梅與此有敬關(guān)。●大洋演化群始自大陸雹巖石圈的澇拉伸變薄窄，最后轉(zhuǎn)箏化為擠壓侍增厚體制角而結(jié)束，喉在地質(zhì)記間錄上表現(xiàn)作為大陸裂滔谷、大陸盤(pán)邊緣和擠塵壓碰撞帶飯等地球動(dòng)嫂力學(xué)環(huán)境年的更迭，場(chǎng)本身構(gòu)成需了一個(gè)完釘整的構(gòu)造忠旋回。4、大洋現(xiàn)副今的活動(dòng)橫趨勢(shì)目前，大煮西洋和印尾度洋在擴(kuò)尸張，太平閃洋在收縮折（圖），這個(gè)是聯(lián)合剝古陸破專裂四散采分離的戶繼續(xù)。蟲(chóng)大西洋壤、印度車洋周緣譽(yù)的被動(dòng)籌大陸邊羽緣，不借是板塊賺的邊界叔，相鄰根的洋底題和大陸撒是作為串同一板退塊移動(dòng)努的，故財(cái)大西洋先、印度令洋周緣幼的大陸兵被擴(kuò)張儲(chǔ)著的洋柳底推動(dòng)衰著，主是要是向箱外側(cè)推您移。相擁反，太劃平洋周韻緣諸大求陸漂移閃的方向狀都是指狼向太平今洋內(nèi)部丙的。一個(gè)大陸欣，相對(duì)于叛大陸漂移侍方向而言盆，有前緣短和后緣之念分，美洲閥大陸的前竄緣是陡峭覽的活動(dòng)大娃陸邊緣，慣后緣則是務(wù)寬緩的被抗動(dòng)大陸邊愧緣（圖）。隨飽著美洲乎大陸向源西漂移凡，前方免的太平舒洋趨于減收縮，荷后方的肯大西洋容逐漸張啞開(kāi)?！翊笱蟋F(xiàn)今溉的活動(dòng)趨襖勢(shì)●大洋現(xiàn)今漸的活動(dòng)趨員勢(shì)九、熱崖點(diǎn)-地幔柱假賢說(shuō)1、無(wú)震海主嶺在大洋中尺，綿延著掘一系列線叢狀延伸的既火山性海建嶺。其上折無(wú)中央裂太谷發(fā)育，肝也不見(jiàn)橫至斷海嶺的犁轉(zhuǎn)換斷層態(tài)。北太平絡(luò)洋中的蝦夏威夷愧海嶺和栽天皇海為嶺，研貌究比較筐詳實(shí)，填往往被牧當(dāng)作火矮山海嶺消中的樣萍板。夏糞威夷海謊嶺上的210多座火山[噴溢火山石的照片]，年齡魔顯示出挽有規(guī)律倒的變化碗，向東聯(lián)南方向竟依次變漸新（海嶺立體獲排列圖片悠和年齡變閣化圖片）。2、熱點(diǎn)威爾遜彎注意到分海嶺火畏山年齡澤的遞變派現(xiàn)象，書(shū)提出了稼熱點(diǎn)假論說(shuō)。熱悔點(diǎn)處于遺地幔中患，其位已置大體撿固定，脹當(dāng)巖石噴圈跨越策于熱點(diǎn)渴之上時(shí)購(gòu)，板塊帖仿佛被“燒穿”了，形男成火山直中心。宋在熱點(diǎn)司除不斷孕地形成離火山，罪而板塊級(jí)不斷地妙跨過(guò)熱小點(diǎn)。這臟樣不斷紙地“推陳出遲新”，便發(fā)草育成由熊新到老影的一串侄火山鏈[圖]。天皇海嶺著和夏威夷暴海嶺之間生有一明顯室的轉(zhuǎn)折，偽表明太平收洋板塊的束運(yùn)動(dòng)方向發(fā)發(fā)生過(guò)變矮更，這一茄轉(zhuǎn)向大約石發(fā)生在4000完年以前夕（圖）。除太平愁洋外，修大西洋析、印度需洋以及甲陸上出食現(xiàn)玄武狀巖火山亡活動(dòng)的屑一些地龜方，也循有熱點(diǎn)章活動(dòng)的肯蹤跡（圖）火山鏈熱堅(jiān)點(diǎn)形成模剩式圖(據(jù)E.J擺.Ta鏟rbu書(shū)ck,倆198姿7)由熱點(diǎn)形礙成的無(wú)震炊海嶺●地球表略面熱點(diǎn)誕分布3、地幔泥柱假說(shuō)為了解釋騰熱點(diǎn)的形賢成，摩根活（197啞1）提出了脖地幔柱假域說(shuō)地幔柱燦是源于地趴幔深部的震圓柱形上鵲升流，它冤攜帶地幔壇物質(zhì)和熱趴能直至地名幔上層，堅(jiān)在巖石圈民和軟流圈施分界處四損三外流，外它的位置鳴大體固定喬于地幔中絮。熱點(diǎn)處時(shí)的火山活婦動(dòng)就是地準(zhǔn)幔柱物質(zhì)顧噴出代表蕉的反映（圖片）。據(jù)猛摩根的田看法，奸地球上鴿的地幔松柱總共音不過(guò)二農(nóng)、三十欄個(gè)（見(jiàn)下熱點(diǎn)分命布圖片）。熱點(diǎn)-地幔柱抵假說(shuō)為揉解釋板渠塊內(nèi)部口的火山泥和構(gòu)造錫活動(dòng)，托為描繪秧板塊的壁絕對(duì)運(yùn)眨動(dòng)，以朽及闡明梁火山海搖嶺的定待向排列隊(duì)和年齡濕遞變等界一系列改現(xiàn)象，異開(kāi)辟了則有益的箏途徑地幔柱示鋒意圖十、板塊倆的驅(qū)動(dòng)機(jī)得制巖石圈下奸面軟流圈沃的存在是換板塊運(yùn)動(dòng)飛的物質(zhì)基盆礎(chǔ)。板塊乞驅(qū)動(dòng)機(jī)制糟中討論最壤多的是地眠幔對(duì)流，朝后來(lái)又提林出一些不治同的假說(shuō)勒。1、地幔差對(duì)流說(shuō)板塊運(yùn)動(dòng)沖的地幔熱貼對(duì)流假說(shuō)蘆是被多數(shù)不地質(zhì)學(xué)家?guī)浰邮艿奈占僬f(shuō)。熱睜而低密度假的地幔物化質(zhì)上涌，每在巖石圈嘩處向兩側(cè)缺擴(kuò)展成為孕平流，平伍流過(guò)程中展由于熱傳盞導(dǎo)使之變躲冷，冷而伶重的物質(zhì)拔沉入地幔深深處，在廈深處重新圍加熱再升色起，如此紅往復(fù)循環(huán)汽（圖片）。地幔對(duì)竿流模式橫圖地幔的眉對(duì)流有蒜三種模既式：●深地幔當(dāng)對(duì)流模蜜式（圖a）對(duì)流發(fā)午生于下唯地?；虻谜麄€(gè)地愚幔內(nèi)，肉對(duì)流熱向量來(lái)自唉地核?！駵\地幔喝對(duì)流模聯(lián)式（圖b）對(duì)流發(fā)生善于上地幔閣的軟流圈嗚中，熱能滑來(lái)自放射煎性衰變?！裆顪\地趕幔對(duì)流獎(jiǎng)相結(jié)合兆的熱柱刪對(duì)流模念式（圖d）認(rèn)為由役液態(tài)外命核供給槍熱