5第五章-地震學基礎(chǔ)-地震機制2

第一節(jié)斷層第二節(jié)彈性回跳原理第三節(jié)震源機制解第四節(jié)板塊構(gòu)造學說第五節(jié)全球地震活動概況第六節(jié)不同類型的地震第五章地震機制

第四節(jié)板塊構(gòu)造學說地球科學中的革命它的意義可以和原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、生物進化論相提并論。板塊構(gòu)造學說三個階段大陸漂移海底擴張板塊構(gòu)造定義：板塊—剛性（或半剛性的）固態(tài)的巨大板狀巖石塊體。板塊構(gòu)造—地球的最外層由若干個大小不等的板塊組成，他們飄浮在相對較軟的流動的熱物質(zhì)上作相互運動。板塊構(gòu)造學說發(fā)展的艱難歷程：早在板塊學說出現(xiàn)之前就有人提出，現(xiàn)今的大陸是由一整塊大陸或叫泛大陸（Pangaea）分裂而成。但具有真正科學意義的板塊構(gòu)造概念的提出、發(fā)展、到成熟卻經(jīng)歷了不同尋常的艱難歷程。超級大陸大約在225－200百萬年前開始分裂，最后漂移到現(xiàn)今大陸的位置。二疊紀三疊紀侏羅紀白堊紀現(xiàn)今泛大陸勞亞大陸岡瓦那大陸返回1.2.1大陸漂移說古老的問題什么原因引起大地震動和火山爆發(fā)？火山和地震為什么會呈帶狀分布？山脈是如何形成的？大山脈（如青藏高原，安第斯山脈，阿爾卑斯山脈等）為什么會升到這么高？17世紀以前，地質(zhì)現(xiàn)象的解釋是災變說。1785年，蘇格蘭地質(zhì)學家JamesHotton提出均變原理：“Thepresentisthekeytothepast”。19世紀中葉，均變說被地質(zhì)學家廣泛接受。“將今論古方法”—地質(zhì)學中最重要的原理。直到19世紀末20年代初，權(quán)威的地質(zhì)學說認為，地質(zhì)構(gòu)造的運動主要是垂直向的，橫向運動只是垂向運動的副產(chǎn)品。

槽臺說近百年來傳統(tǒng)地質(zhì)學以地槽地臺學說占統(tǒng)治地位，槽臺說認為：地臺

是穩(wěn)定的，是長期無巨大變化的地區(qū)，縱有活動，也是原地升升降降，與全球大局并無影響；地槽是活動的，其活動方式先是原地下陷，到一定時期通過全球同時發(fā)生的造山幕褶皺迥返，上升為山。傳統(tǒng)地質(zhì)學是一種固定論觀點，把地球的面貌看作一成不變。海洋總歸是海洋、大陸總歸是大陸；若有變化也不過是原地升升降降而已。垂向運動說面臨的困境阿爾卑斯－喜馬拉雅大規(guī)模的推覆構(gòu)造。

太平洋西部的弧狀島嶼（簡稱島?。u弧后的邊緣海盆地。恐龍（dinosaur）化石幾乎遍布世界各大陸。南極大陸儲藏著煤

酷熱的非洲大陸有冰川的遺跡。一、板塊理論發(fā)展第一階段

－大陸漂移地質(zhì)學家說：如果我們相信這一假說，我們就必須忘記過去70年來所學的任何東西，一切從頭開始。對垂直運動論的挑戰(zhàn)早在1596年，荷蘭地圖制作人AbrahamOrtelius提出：“美洲是由于地震和洪水的作用從歐洲和非洲分裂出來的。理由是，這些大陸可以拼成一塊大的大陸。1915年，德國氣象學家魏格納（AlfredLotharWegener，1880－1930）提出“大陸漂移假說”。1937年，南非地質(zhì)學家AlexanderduToit提供了更多的證據(jù)（沉積學、考古學、古氣候、構(gòu)造相似性等）支持魏格納的假說。AlfredLotharWegener（1880－1930），大陸漂移學說的締造者。超級大陸Pangaea1915年，由Wegner提出大陸象一副巨型七巧板拼在一起成為一個超級大陸Pangaea大約200百萬年前的超級大陸250百萬年前的超級大陸Pangaea較老的內(nèi)部造山帶較新的外部造山帶Wegener拼成的大陸七巧板1858AntonioSnider-Pelligrini制作的圖

1915年，AlfredWegner制作的圖艱難考證

大陸漂移的證據(jù)形狀復雜的板塊擬合運用大陸架后板塊擬合得很好200百萬年前大陸開始分裂大陸漂移的證據(jù)化石中龍屬Mesosaurus石炭二疊紀淡水爬行動物能游泳,但不能越過海洋南美和非洲都有大陸漂移的證據(jù)化石水龍獸Lystrosaurus陸地爬行動物不會游泳非洲、印度和南極地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)犬頜獸屬Cynognathus陸地爬行動物不會游泳非洲和南美。大陸漂移的證據(jù)化石舌羊齒屬Glossopteris蕨類植物無花，種子太大，風不能傳播.生長區(qū)域由植物蔓延的能力決定.非洲,印度,南美,澳大利亞和南極大陸都有發(fā)現(xiàn).大陸漂移的證據(jù)巖石大西洋兩岸的巖石組成、年齡、地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似當兩邊的大陸連在一起，地質(zhì)現(xiàn)象具有連續(xù)性大陸漂移的證據(jù)山脈大西洋兩岸的山脈具有連續(xù)性如果北美州和歐洲連在一起，山脈具有連續(xù)性，巖石具有相似的組成和年齡

大陸漂移的證據(jù)古氣候數(shù)據(jù)現(xiàn)今的非熱帶地區(qū)有熱帶氣候的證據(jù).現(xiàn)今的非沙漠地區(qū)發(fā)現(xiàn)低緯度才有的干旱沙漠證據(jù).現(xiàn)今的熱帶氣候地區(qū)發(fā)現(xiàn)冰川的證據(jù).冰筏巨礫煤蒸發(fā)巖礦床珊瑚礁沙丘礦床冰移方向冰川熱帶區(qū)低緯度沙漠冰川作用地區(qū)Wegner遇到的問題大陸漂移的力學機制是什么？Wegner的回答：

月亮的潮汐力足以推動大陸運動。大陸穿過海洋地殼。地學界拒絕Wegener垂直運動論—大陸和海洋是固定的，根深蒂固。生物化石的證據(jù)可以用“大陸橋假設(shè)”來解釋?；締栴}—什么力能推動大陸漂移？Wegner的動力學解釋缺乏物理根據(jù)。Wegner是外行。地質(zhì)學家如是說地球物理學家如是說英國著名地球物理學家HaroldJeffreys:

巨大的大陸固態(tài)巖石穿過海床而不使其破裂，物理上是不可能的。

Itisphysicallyimpossibleforalargemassofsolidrocktoplowthroughtheseafloorwithoutbreakingup.Wegener德國氣象學家1905年，行星天文學博士，后改行氣象學1914年系統(tǒng)思考和論證大陸漂移假說1915年出版著作“Theoriginofthecontinentsandoceans”。1930年11月，凍死在格林蘭。其理論在生前沒有被科學界接受。Ironically,shortlyafterachievinghisacademicgoal,WegenerdiedonameteorologicexpeditiontoGreenland.GeorgihadaskedWegenertocoordinateanexpeditiontoestablishawinterweatherstationtostudythejetstream(stormtrack)intheupperatmosphere.Wegenerreluctantlyagreed.Aftermanydelaysduetosevereweather,Wegenerand14otherssetoutforthewinterstationinSeptemberof1930with15sledgesand4,000poundsofsupplies.Theextremecoldturnedbackallbutoneofthe13Greenlanders,butWegenerwasdeterminedtopushontothestation,whereheknewthesuppliesweredesperatelyneededbyGeorgiandtheotherresearchers.Travellingunderfrigidconditions,withtemperaturesaslowasminus54°C,Wegenerreachedthestationfiveweekslater.Wantingtoreturnhomeassoonaspossible,heinsisteduponstartingbacktothebasecamptheverynextmorning.Buthenevermadeit;hisbodywasfoundthenextsummer。如果在Wegner生前發(fā)現(xiàn)…大西洋中央海嶺澳大利亞極地恐龍地學革命可能會提前30年大洋中脊特寫在美國深海潛艇Alvin中拍到的大洋中級枕形玄武巖大洋中脊裂縫北大西洋中脊分裂現(xiàn)代大西洋中脊圖極地恐龍澳大利亞東南部恐龍洞發(fā)掘的極地恐龍。它們是溫血恐龍，具有夜視和耐寒能力。生活在距今100—125百萬年前。極地恐龍1991年夏，美國俄亥俄州的地質(zhì)學家DavidElliot和伊利諾伊大學古生物學家WilliamR.Hammer在離南極極地640公里的柯克帕特里克山（位于南極洲靠近羅斯冰架邊緣的海拔4,531米的山峰）發(fā)現(xiàn)了恐龍化石，后來這種恐龍就以發(fā)現(xiàn)者而命名—Ellioti.首次發(fā)現(xiàn)的南極大陸最早的食肉動物2.4米高，8米長，8英寸高的冠，兇猛的食肉恐龍.Cryolophosaurus（冰脊龍）200百萬年前的南極大陸食肉恐龍恐龍滅絕說白堊紀晚期（大約65百萬年前），全球突然變冷，恐龍滅絕。撞擊說—小行星撞擊地球?；鹕秸f—大量火山爆發(fā)。兩種說法都使地球暗無天日，氣溫劇降。生活在100百萬年前的澳大利亞極地恐龍既然耐寒為什么也滅絕了？如今的南極極地如此寒冷怎么會有食肉恐龍？恐龍洞的位置變化古地磁極的遷移巖石在由熱變冷的凝固過程中，因受當時地磁場的磁化而取得了磁性。巖石磁化的方向與當時地磁場的方向是一致的。反過來,在一定的前提條件下，由巖石磁化的方向可以求得在巖石形成的時候地磁極的位置。如果巖石所在的大陸在地質(zhì)時期曾發(fā)生過移動，則由巖石磁性所定的地磁極和現(xiàn)在的地磁極位置必不一致。巖石的年齡是可以測定的，這就可以做出各大陸的地磁極遷移軌跡。古地磁極遷移軌跡對于重建古大陸是一個重要的參考，但還不能完全確定古大陸的位置，還需要其他的數(shù)據(jù)和假定。二、板塊理論發(fā)展第二階段

－海底擴張20世紀50年代，出于軍事目的，大規(guī)模海底測量。海床巖石年輕，海床不平（海嶺和火山）。海底地磁條帶，地磁極多次反轉(zhuǎn)。地震和火山大都分布在海溝和海嶺Wegner的理論開始復蘇海底地形測量早在16世紀，少數(shù)勇敢的水手用釣魚線測量海底的深度，發(fā)現(xiàn)海底并不平整。19世紀之前，人們對海底的認識大都是猜測。1885年，美國海軍L.M.Maury發(fā)表的海底地形圖第一次證實大西洋中央海嶺的存在。第一次世界大戰(zhàn)后（1914－1918）聲納的發(fā)現(xiàn)，加快了人們對海底地形的認識，證實了大西洋中央山脈的連續(xù)性—洋中脊。海底并不是人們想象的那么平。地震測量1947年，美國地震學家發(fā)現(xiàn)海底的沉積非常薄。此前科學家們認為海底巖石的年齡至少是40億年。這么長的年齡，為什么沉積如此??？大洋中脊

1950年代，多個國家的海底地理測量發(fā)現(xiàn)，海洋中的大山脈延綿5萬公里，環(huán)繞全球，平均高出海底4500米，最大寬度800公里。是地球上最壯觀的地貌—全球大洋中脊。全球地貌圖全球洋中脊海底地磁測量

1950年代，科學家把二次世界大戰(zhàn)中用于軍事目的的機載磁強儀改裝成地磁儀，測量海底地磁。發(fā)現(xiàn)海底地磁的異常分布大洋中脊兩邊的巖石的磁極性不是隨機分布的而是沿洋中脊兩邊成對稱的條帶狀分布。地磁條帶和地磁極性反轉(zhuǎn)20世紀初，古地磁學家們就已經(jīng)認識到巖石可按磁性質(zhì)分為兩類：正常極性和反常極性。正常極性的巖石的磁極與現(xiàn)在地球的磁性一致。反常極性的巖石的磁極與現(xiàn)在地球的磁極相反。巖漿冷卻，富鐵巖石固結(jié)過程中溫度低于580C°時地球的磁性被記錄在巖石中。當溫度高于居里溫度（580C°），磁性物質(zhì)將失去磁性。問題地磁條帶是怎樣形成的？為什么地磁條帶沿洋中脊對稱分布？最初的解釋1961年，科學家對上述問題的解釋是：大洋中脊是結(jié)構(gòu)上比較弱的區(qū)域，熱的巖漿從洋中脊沖出推動海洋地殼向兩邊運動形成新的洋殼，從而形成地磁條帶。洋殼為什么不會堆積呢？地球膨脹假說“地球膨脹假說”缺乏物理和地質(zhì)上的證據(jù)。地磁場中的羅盤新生長的海洋地殼或沉積層記錄下當時的地磁場

RecordingtheMagneticFieldinNewlyDepositedSedimentFormationofMagneticAnomalies

海底擴張Sea-FloorSpreading地磁異常條帶海底擴張假說誕生1959年，美國普林斯頓大學地質(zhì)學教授HarryHammondHess發(fā)出了未經(jīng)正式出版的手稿，闡述了海底擴張的基本思想。1962年發(fā)表論文“HistoryofOceanBasins”熔融的巖漿從地球的深部沿著洋中脊流出產(chǎn)生新的洋殼，并向兩邊擴展，最后在海溝處消失，回到地球內(nèi)部，形成洋殼的不斷更新和循環(huán)。揭開海底之謎Hess估計海洋的年齡最老不超過300百萬年。為什么海洋地殼的沉積層薄。為什么海洋化石的年代沒有超過180百萬年的，而陸地上的海洋沉積化石（喜馬拉雅山8500米高處也有發(fā)現(xiàn)）要老得多。大陸不是穿過海洋漂移，而是隨著海洋一起漂移（Wegner的問題被解決）?？茖W預測：大洋中脊應(yīng)該有熱泉存在。大陸漂移的進一步證據(jù)海洋鉆探地震和火山的分布同位素測定年齡海洋測量船海洋地殼的年齡最老的海洋地殼的年齡只有180百萬年，比大陸地殼的年齡小20多倍。Hess海底擴張假說的創(chuàng)立者，美國海軍預備隊少將，普林斯頓大學地質(zhì)系教授。二次世界大戰(zhàn)期間在美國海軍服役。利用戰(zhàn)斗的間隙做了大量的太平洋海域的海底聲納測量。他深信Wegner關(guān)于大陸漂移假說的正確性。在科學資料不完整的條件下，依靠直觀的科學推測于1959年非正式發(fā)表了他的關(guān)于海底擴張假說的手稿，并在地學界流傳。1962年正式發(fā)表論文“HistoryofOceanBasins”，系統(tǒng)闡述了關(guān)于海底擴張假說，并很快贏得眾多地球物理學家和地質(zhì)學家的支持。隨后大量的海底測量、科學家們對地磁條帶的解釋以及地震活動性的研究進一步證實了Hess的觀點。Hess死于1969年，與Wegener不同的是，他的理論在生前已得到廣泛承認和尊重。為此他獲得很高的榮譽。1962年，他被美國總統(tǒng)肯尼迪任命為美國科學院空間科學部主席。Hess

海底擴張學說的創(chuàng)立者探測深部海底海底熱泉海底奇特生物美國60年代用于軍事目的的深海探測潛艇ALVIN，70年代用于科學考察。最大下潛深度4000米。日本深海探測潛艇Shinkai6500

最大下潛深度6400米5000m下潛最深的探測潛艇日本制造的無人深海探測潛艇KAIKO，最大下潛深度11000米。1995年3月24日下潛海洋最深處ChanlingeDeep(馬里亞納海溝)，10975米。2003年5月29日，Kaiko號潛艇在日本南部海下2.9英里處的海床上進行地震研究，由于受到臺風影響而掙斷鎖鏈，至今下落不明。Kaiko號潛艇有10英尺長，配備有兩個機械臂和4臺電視攝像機。日本憑借這臺潛艇取得的深海細菌樣本，已用于新型藥品的開發(fā)研究。此外，該潛艇還在深海地球構(gòu)造和深海生物研究方面發(fā)揮了重大作用。Kaiko號潛艇1995年潛入世界最深海溝——馬里亞納海溝的底部，潛水深度為36008英尺（約合10975米），創(chuàng)下了潛水最深的記錄。海底熱泉1977年，在厄瓜多爾海岸2.5公里深處的大洋中脊ALVIN第一次發(fā)現(xiàn)深海熱泉。在熱泉的周圍發(fā)現(xiàn)大量奇特的生物：大型管狀蟲，巨大海蚌，貝類動物等。此后在大西洋和太平洋洋中脊發(fā)現(xiàn)更多的熱泉，熱泉的水溫高達380c。，在其周圍形成了奇特的生態(tài)系統(tǒng)。這些生物的食物鏈不是靠光合作用維持生存的。而是靠硫化氫氧化細菌維持—化學合成形式。地球生命的起源與這些細菌有關(guān)系嗎?洋中脊黑煙囪海底黑煙囪現(xiàn)代海底黑煙囪的研究始于1978年，當時，美國的阿爾文（Alrin）號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部采得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約2610～1650米的海底熔巖上，發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合后，很快產(chǎn)生沉淀變?yōu)椤昂跓煛?，沉淀物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅－鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱狀圓丘，稱為“黑煙囪”。海底黑煙囪的形成主要與海水及相關(guān)金屬元素在大洋地殼內(nèi)熱循環(huán)有關(guān)。由于新生的大洋地殼溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾公里，在地殼深部加熱升溫，溶解了周圍巖石中多種金屬元素后，又沿著裂隙對流上升并噴發(fā)在海底。由于礦液與海水成分及溫度的差異，形成濃密的黑煙，冷卻后在海底及其淺部通道內(nèi)堆積了硫化物的顆粒，形成金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等多種具有重要經(jīng)濟價值的金屬礦產(chǎn)。目前，世界各大洋的地質(zhì)調(diào)查都發(fā)現(xiàn)了黑煙囪的存在，并主要集中于新生的大洋地殼上。研究生命起源和大洋演化的指路燈深海熱泉周圍的生物群海底蚌海底熱泉周圍的管蟲族群蜘蛛蟹正在吃管蟲三、板塊學說發(fā)展第三階段

－板塊構(gòu)造地球的基本結(jié)構(gòu)板塊的劃分板塊的邊界類型地球結(jié)構(gòu)地球象一個煮熟的雞蛋地球內(nèi)部主要由三層構(gòu)成地殼地幔地核地球簡化結(jié)構(gòu)圖七大板塊印度-澳大利亞板塊太平洋板塊北美板塊南美板塊歐亞板塊非洲板塊南極板塊全球板塊劃分圖太平洋板塊阿拉伯板塊歐亞板塊歐亞板塊北美板塊南美板塊澳大利亞板塊南極板塊板塊邊界類型擴散邊界—新的地殼在此產(chǎn)生。匯聚邊界—地殼在此消失（消減帶）。轉(zhuǎn)換邊界—由于擴散邊界的擴散速度差異而產(chǎn)生的走滑斷層，板塊之間在此作相互水平運動。板塊邊界區(qū)域—有一定寬度的帶，沒有清晰的板塊邊界，相互作用不清楚。板塊邊界類型板塊邊界類型發(fā)散(divergent)匯聚(convergent)平推(transcurrent)

生長型邊界是指兩個相互分離的板塊之間的邊界，大部分都位于洋中脊。海底擴張時，洋殼沿著洋中脊生長。大陸上也有生長型邊界，在大陸的生長邊界上，兩邊的板塊相互分離，并沿著邊界形成很深的斷裂谷，如東非大裂谷?？傆幸惶欤侵迻|部會從非洲大陸上分離出去。

消減型邊界是指相互靠近或擠壓的兩個板塊之間的邊界。兩個板塊相向移動就會發(fā)生板塊碰撞，它可以發(fā)生在洋殼與洋殼、洋殼與陸殼之間、陸殼與陸殼之間。

剪切型邊界是指兩個板塊沿著相反的方向相互移動，巖石圈既不生長也不消亡。在這種邊界上，地震活動頻繁。擴散邊界大西洋中脊是擴散邊界的例子平均每年裂開2.5厘米，一百萬年張開25公里。100－200百萬年，由小小的小水灣變成如今數(shù)千公里寬的大西洋。冰島—研究擴散邊界最好的陸上天然實驗室冰島Krafla地裂和火山地熱發(fā)電廠1975－1984，地裂高峰期，每幾個月產(chǎn)生一新的地裂縫。伴隨火山爆發(fā)火山爆發(fā)前，地面隆起1－2米。1980年Krafla火山爆發(fā)，噴出高10米的熔巖冰島Thingvellir地裂縫

Thingvellir－冰島議會舊址，國家公園，免費開放。東非裂谷正在演示200百萬年前大西洋最初形成的過程東非裂谷將成為新的大洋，非洲東部地區(qū)將成為孤島紅海，亞丁灣，東非裂谷—三合點位于東非裂谷的埃塞俄比亞‘erta‘a(chǎn)le火山匯聚邊界600百萬年以來，地球的大小沒有明顯的改變地殼消亡的地方三種碰撞—洋陸碰撞；洋洋碰撞；陸陸碰撞海洋巖石圈與大陸巖石圈碰撞海溝消減帶洋—陸碰撞特點：火山弧，陸殼迅速隆起，深源地震。

沿智利－秘魯海溝，大洋板塊Nazca插入南美板塊的地下而消減，南美板塊隆起形成8000公里長的Andes山脈。洋—洋碰撞特點：火山弧，島弧，大的深源地震。環(huán)太平洋火圈（10920M）世界活火山陸—陸碰撞特點：兩者都不消減；褶皺隆起；形成高原大陸碰撞—喜馬拉雅山脈延綿2900公里長。40－50百萬年前，兩大陸相遇碰撞，10百萬年以來是隆升的主要時期。由于不能消減，只能隆起。印度板塊從何而來？喜馬拉雅隆起的機制是什么？青藏高原是由幾個大陸小塊體組合而成的，在地質(zhì)歷史上它們都屬于南方古大陸的一部分。他們在不同時期從南方古大陸岡瓦納上裂離下來，不斷向北漂移，先后與亞洲大陸碰撞到一起。直到印度板塊與亞洲板塊碰撞后，青藏高原地區(qū)才形成統(tǒng)一的大陸塊體。225百萬年前印度位于現(xiàn)今澳大利亞附近的島。200百萬年前超級大陸分裂，印度大陸開始向北漂移。80百萬年前距離歐亞大陸以南大約6400公里，此后以每年平均9厘米的速度向北漂移。40－50百萬年前與歐亞大陸相撞，北移速度減小為每年5厘米，青藏高原開始隆起。50百萬年以來，大陸縮短將近一倍，珠穆朗瑪8848米。如今印度大陸仍以每年5厘米的速度向北擠壓，喜馬拉雅地區(qū)平均每年升高1厘米。青藏高原會無休止的升高嗎？逆沖疊瓦狀構(gòu)造印度板塊消減在歐亞板塊之下60百萬年前印度次大陸與西藏碰撞40–60百萬年前加積楔和弧前沉積向北逆沖到西藏塊體上大約40–20百萬年前主邊界斷層發(fā)展10–20百萬年前高原隆起的影響動植物化石表明，105百萬年以前青藏塊體處于向南2000公里的中低緯度，氣候溫濕。高原阻擋住了南部印度洋暖濕氣流的北上，使我國西北地區(qū)嚴重干旱化，青藏高原北緣及中亞地區(qū)大范圍嚴重荒漠化。高原的抬升，阻擋住了西伯利亞南下的風塵，使其在我國西北地區(qū)堆積了大量黃土。高原的隆起，引起大氣環(huán)流的改變，東南季風與西南季風的加強，使長江中下游和我國東南地區(qū)免遭世界上其它同緯度地帶所遭受的沙漠化，轉(zhuǎn)而成為溫暖濕潤、物產(chǎn)豐富的魚米之鄉(xiāng)。中國地形圖珠峰垂直自然帶分轉(zhuǎn)換邊界（轉(zhuǎn)換斷層）兩板塊相互之間作水平滑動的區(qū)域。1965年由加拿大地球物理學家J.TuzoWilson提出。把兩段擴散邊界（大洋中脊）連在一起。一般都在海洋，個別在陸地（如美國圣安德烈斯斷層）。淺源地震。轉(zhuǎn)換型板塊邊界

轉(zhuǎn)換型板塊邊界相當于轉(zhuǎn)換斷層，板塊的運動方向大致平行于邊界，兩側(cè)板塊或相互剪切錯動，或以不同速率向同一方向推移。沿這種邊界，通常既沒有板塊的生長，也沒有板塊的破壞，但伴有頻繁地震活動，可發(fā)生構(gòu)造形變與動力變質(zhì)作用。

轉(zhuǎn)換邊界連接兩個擴散邊界SanAndreas斷層－大陸轉(zhuǎn)換斷層。1300公里長。地面水平錯動。大地震。太平洋板塊與北美板塊在此作相互水平滑動，平均每年滑動5厘米。板塊理論的補充

－地幔熱柱絕大多數(shù)地震和火山都發(fā)生在板塊邊界上，但也有一些地震和火山發(fā)生在板塊的內(nèi)部。如夏威夷火山，離最近的板塊邊界也有3200千米。這些地震和火山是怎樣形成的呢？1963年，加拿大地球物理學家J.TuzoWilson(轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)者)對此提出新的解釋－地幔熱柱說。全球主要熱點地幔熱柱與夏威夷火山鏈形成機制示意圖。Kauai火山的年齡為5.5百萬年?，F(xiàn)在的夏威夷大島正處在熱柱之上，最老的巖石年齡為0.7百萬年，而且新的巖石正在形成。6000公里長的夏威夷火山鏈夏威夷火山鏈

70個百萬年以來，固定的地幔熱柱與板塊運動造就了長達6000公里長的夏威夷火山鏈。它從夏威夷大島一直延伸到阿留申海溝，由80多個火山（有的是海底山）組成。J.TuzoWilson加拿大地球物理學家1908－1993Wilson加拿大地球物理學家J.TuzoWilson（1908－1993）是板塊構(gòu)造學說的主要創(chuàng)始人之一。1930年代與Hess相識，并熱衷于Wegner的大陸漂移和Hess的海底擴張學說。1963年提出地幔熱柱說，1965年發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換斷層。1963年地幔熱柱說手稿被所有著名的地學雜志拒絕，后在名不見經(jīng)傳的加拿大物理學雜志上發(fā)表，并成為地學革命的里程碑。板塊驅(qū)動力問題什么力驅(qū)動著板塊運動？驅(qū)動能量從何而來？幾種假設(shè)

a.上地幔對流假說。

b.巖漿涌出驅(qū)動假說。

c.負浮力假說。主動和被動問題。

地幔對流假說

1930年代英國地質(zhì)學家ArthurHolmes提出，上地幔對流驅(qū)動著大陸漂移，其原理就像傳送帶。遺憾的是這一年代的權(quán)威地球物理學家和地質(zhì)學家們不能理解Wegner的大陸漂移學說，當然更不會考慮地幔對流假說。但ArthurHolmes的地質(zhì)學卻深深地吸引著HarryHess，Hess在提出海底擴張學說時，同時又提出了地幔對流的動力學機制。地幔對流的能量來源于放射性元素的衰變和地球演化中的殘余熱量（重力作用）。地幔對流模式震源機制解與板塊邊界震源機制解與板塊邊界震源機制解與板塊邊界震源機制解與板塊邊界震源機制解與板塊邊界震源機制解與板塊邊界斷層和板塊斷層作用反映了板塊運動。擴散邊界

＝正斷層匯聚邊界

＝逆斷層走滑邊界＝走滑斷層正斷層在那里？

逆斷層在那里？

轉(zhuǎn)換斷層在那里？例子：東非裂谷總結(jié)三種斷層類型相對于板塊邊界的三種類型地震學對大地構(gòu)造學說的確立做出了重要貢獻四、板塊理論的地震學證據(jù)地震學為板塊構(gòu)造學說提供三方面的證據(jù)：天然地震的空間位置，可以勾畫出板塊邊緣；震源機制解，可以確定板塊活動的力學性質(zhì)；地震測深所得深度速度分布，可以給出板塊運動的物理條件。1.地震空間分布的證據(jù)（1）板塊的劃分和全球地震帶的分布是一致的。地震帶一般是連續(xù)的，且地震帶一般是狹窄的。震中分布對劃分板塊是占很大權(quán)重的。（2）海底擴張也告訴我們，全球大地構(gòu)造運動是一個整體的活動體系。在海嶺上，地震都是淺源的，活動水平較低，地震也較小,最大不超過7級，海洋板塊從這里誕生。（3）我們發(fā)現(xiàn)世界上的深源地震，幾乎全部都發(fā)生在海溝地帶，而且從海溝向大陸方向，地震有從深源向淺源變化的規(guī)律。貝尼奧夫帶地震帶和板塊的俯沖帶是一致的，海洋板塊在這里消亡。2.震源機制解的證據(jù)（1）沿著大洋中脊發(fā)生的地震，其震源機制是正斷層，類似于沿著東西方向擴張的走滑斷層，這與形成新的巖石層出的海底被拉開的概念是一致的。（2）沿著海溝-島弧的板塊俯沖帶由淺入深的過程中，應(yīng)力由張性向壓性過渡，這是板塊俯沖并趨向消亡的重要證據(jù)。（3）所謂轉(zhuǎn)換斷層，是海底擴張時，海嶺上各段的擴張速度的差異，在差異較大的地方就要錯開，這錯開之處，就是所謂的轉(zhuǎn)換斷層。其所以是板塊構(gòu)造的證據(jù)，就因為它是地殼擴張形成海嶺時的一種相關(guān)產(chǎn)物。3.深部速度結(jié)構(gòu)的證據(jù)（1）在地下100-200公里深處，有一個低速層，又叫軟流層。軟流層的發(fā)現(xiàn)對于解釋板塊活動力源是有利的，因為低速層作為板塊巖石層的下界為板塊的移動提供料可能。（2）低速層頂部的深度就是巖石層的厚度。洋中脊處的板塊厚度只有0-10公里，而南美洲板塊的厚度可達200-300公里。大陸板塊厚，海洋板塊薄。這是因為海洋板塊一般很年輕，處于循環(huán)過程中。五、板塊理論存在的問題

提出不久，還有許多不足之處和缺點，需要在發(fā)展中逐步完善和修訂。首先是板塊的驅(qū)動力問題，直到現(xiàn)在還未能滿意地解決。其次，學說剛提出的時候，特別強調(diào)板塊的剛性。板內(nèi)構(gòu)造運動的研究是板塊構(gòu)造學說的一個發(fā)展。再者，兩個板塊相碰的地方：縫合線特征。

板塊大地構(gòu)造學說研究目標：①定義和解釋大陸巖石層與海洋巖石層的重要區(qū)別。②直接測量當代板塊的相對運動，并發(fā)展板塊驅(qū)動機制的定量的動力模式。③驗證板塊可以作為剛體單元而運動的學說，并尋求板內(nèi)大地構(gòu)造活動和火山活動的解釋。④闡明板塊沿共同邊界相互作用的物理和化學過程。⑤發(fā)展巖石層演化的定量模式。

第五節(jié)全球地震活動概況地震的空間分布顯示出地殼和上地幔的不均勻性,而地震的時間序列和發(fā)生規(guī)律又能反映地殼應(yīng)力和介質(zhì)的某種力學性質(zhì)。板塊構(gòu)造理論的基本概念和地震活動性的研究是分不開的。地震活動性不僅指地震發(fā)生的頻度,而且包括地震發(fā)生的能量和地點。地震活動性研究非常重要。

1989年繪制的環(huán)太平洋地區(qū)的地震空區(qū)圖這種空區(qū)內(nèi)的斷層近期沒有破裂，因此存在更大的地震危險空區(qū)表5.1全球平均每年發(fā)生的地震數(shù)目地震震級（Ms）每年地震數(shù)地震波能量釋放（1015焦耳/年）≥8.07~7.96~6.95~5.94~4.93~3.90~2121101,40013,500>100,0000~1,00010030510.2表5.21900年來全球6次震級最大的地震時

間年

月

日

世界時地點震級（Mw）1952110416:581957030914:221960052219:111964032803:362004121600:502011031114:46俄羅斯勘察加半島美國阿留申群島智利美國阿拉斯加印尼蘇門達臘日本東部海溝9.08.69.69.29.09.0表1.31900年來全球13個最有影響的災難性地震年月日(世界時)地點震級災難1906-04-18美國舊金山8.3地震造成2500余人死亡，

地震及地震引起的火災造成舊金山城市大量建筑遭到嚴重毀壞，成為美國歷史上最重大的自然災難之一。

1908-12-28意大利墨西拿7.5地震使墨西拿市的一半人口約7.5萬人喪生，加上意大利本土的死亡人數(shù)，共有16萬人死亡。1920-12-16中國海原8.5地震造成23萬多人死亡，海原縣城全部房屋蕩平。1923-09-01日本東京8.2地震造成14萬余人死亡，地震及地震引起的火災造成了東京市大量建筑遭到嚴重毀壞，并引起了海嘯。1960-05-22智利9.5地震造成了5700余人死亡，是有儀器記錄來地球上發(fā)生的最大震級的地震，引起了地球的自由振蕩并被清晰記錄，引起的大海嘯波及日本，使日本因該大海嘯死亡3,000余人。表1.31900年來全球13個最有影響的災難性地震（續(xù)）1970-05-31秘魯欽博特7.8地震造成了約6萬7千人死亡，10萬多人受傷。該地震以東的容加依市，被地震引發(fā)的冰川泥石流埋沒全城2.3萬人。1976-07-27中國唐山7.8地震造成24萬余人死亡，唐山市幾乎蕩平。1985-09-19墨西哥8.1地震造成約1萬人死亡，上萬所建筑被毀。1995-01-16日本神戶7.2地震造成約5400人死亡，34,000多人受傷，19萬多幢房屋倒塌和損壞。1999-09-20中國臺灣7.6地震造成約2,100死亡，有40845戶房屋全部倒塌。

2001-01-26印度古吉拉特邦7.910萬人在大地震中死亡，另有20萬人受傷，作為印度最富庶地區(qū)之一的古吉拉特邦經(jīng)濟一下子倒退了20年。2004-12-26印尼蘇門達臘9.0地震及地震引起的海嘯造成約23萬人死亡，引起的海嘯所造成傷亡與損失是迄今為止最大的。2008-05-12中國汶川8.0地震造成約8萬8千人死亡，引起大面積山體滑坡。

由表看出，有地震儀器記錄以來全球所發(fā)生的特大地震全都發(fā)生在海洋板塊向大陸板塊俯沖的邊界帶上。除2004年發(fā)生在印尼蘇門達臘的地震引起海嘯造成嚴重災難外，其余5次地震并沒有造成嚴重的災難后果。

仔細分析表5.3可以看到，主要的地震災難是由于位于人口密集區(qū)的板內(nèi)大地震造成的，因此加強人口密集區(qū)地震監(jiān)測與地震防范是減輕地震災難的有效途徑。

全球已發(fā)生的最大地震震震級為8.9,相應(yīng)的能量為1025爾格。地震震級的上限和地殼介質(zhì)所能夠積累的應(yīng)變能有關(guān)。地震波能量和震級的通用關(guān)系為

式中E的單位是爾格,M指震級。地震只在全球很少的個別地區(qū)發(fā)生,日本、意大利、智利、秘魯及土耳其是地震十分強烈的國家。我國也是多震的國家,四川、云南、甘肅、新疆、西藏以及臺灣歷來是多震地區(qū)。地震在全球的分布是不均勻的,但也不是隨機的,有的地方地震多,有的地方地震少。地震多的地區(qū)叫地震區(qū)。地震區(qū)的震中常呈帶狀分布,所以也叫地震帶。地震帶的劃分現(xiàn)在還沒有公認的定量標準,所以它們的邊界多少帶有任意性。地震在時間上的分布也是不均勻的。全球性的地震帶有三個：環(huán)太平洋地震帶、阿爾卑斯—喜馬拉雅地震帶(即歐亞地震帶)和海嶺（大洋中脊）地震帶。大約全球百分之八十的淺震、百分之九十的中源地震以及全部深震都集中在環(huán)太平洋地震帶上。一部分地震發(fā)生在大陸的內(nèi)部,分布比較分散,它們與大陸內(nèi)部的應(yīng)力作用過程有關(guān)。圖5.171961—1967全球地震震中分布圖(h<100km)圖5.181961—1967全球地震震中分布圖(100km<h<700km)1977年1月至1986年12月記錄到的全球地震震中分布圖5.19中國M

6的強震