1、普通地质学,南京大学地球科学系 舒良树,第九章 板块构造,第九章 板块构造 Plate Tectonic 一.大地构造基本概念 1.定义：研究全球性地壳运动的学问称Tectonism。包括沉积作用、 构造变形、岩浆活动、变质作用、成矿规律等。 2.主要学说：槽台学说（30-60年代统治全球地学理论），地质力学（李四光），断块学说（张文佑）地洼学说（陈国达），波浪镶嵌（张伯声）板块构造:伟大的地学革命! (65-68年理论成熟。有突出贡献的人物：国际级的Wilson, Le Pichon,上田诚也，都城秋穗；中国70-80年代以尹赞勋，李春昱,郭令智为代表） 3.槽台学说: 认为地壳运动以垂直运
2、动为主，大陆、大洋的位置不变.将地表分为地槽活动区（Geosyncline）,地台稳定区（Platform）二个主要构造单元.,3.1 地槽基本特征简介 1857年美国丹纳Dana、霍尔Hall在研究阿帕拉契山时提出 指沉降很深、狭长条形延伸的凹地：长数百到上千公里，宽数十到上百公里。长期、原地、垂直沉降与堆积：时间达数亿年，厚度大于一万米。 位于陆-陆之间或洋-陆之间。 有火山岩的叫优地槽Eugeosyncline；无火山岩的叫冒地槽Miogeosyncline；两者成对出现。 后期地壳运动使巨厚的沉积物强烈变形，形成一系列紧闭的线形褶皱和大规模的挤压推覆构造。同时发生广泛的区域变质作用，形
3、成混合岩，并伴随中酸性岩浆活动和矿产。 褶皱地层急剧上升成山脉，凹地变为造山带，称造山作用；其高大山系称造山带或地槽褶皱带，如Himalaya、Alps、秦岭、天山、昆仑山。地槽理论已被板块理论所取代。,3.2 地台基本特征简介 奥地利学者E.Seuss（休斯或徐士）于1885年提出。 指地壳上稳定的、形成后不再褶皱变形的地区。 具双层结构：褶皱基底和水平的盖层盖层：沉积薄；面形分布；地层平缓倾斜到水平；边界为正断层；区域变质极弱;无火山岩；煤、石油、沉积铁矿等矿产发育。 与地槽的关系：地槽褶皱上升-剥蚀夷平-活动性减弱并趋向稳定-正断层使之下降-缓慢地接受沉积（地台阶段）。 古地台：以前寒武
4、系（Precambrian）为基底；年轻地台：以古生界（Cambrian-Permian）为基底 地盾Shield：基底之上无沉积盖层（无沉积或沉积薄被剥蚀）。 世界著名的地台：北美地台、非洲地台、澳洲地台、西伯利亚地台、俄罗斯地台、扬子地台、华北地台、塔里木地台。 克拉通Craton ：刚性强的稳定地台。一直被板块理论采用。,3.3 槽台论的大陆生长观:槽台边缘形成新地槽,大陆向海洋方向扩大，海洋缩小； 大陆内部会发生开裂，如东非裂谷，但海洋不会消亡。 3.4 槽台论的地壳发展旋回性 也称构造旋回周期性地产生新一代地槽。地槽后期的褶皱造山运动标志 着旧地槽的消亡,新地槽的孕育。,喜山旋回 (
5、0.65亿年-现在) - 燕山运动E1/K2燕山旋回（2.3-065亿年） - 印支运动J1/T3印支旋回（295-2.3亿年） - 海西运动，华力西运动T1/P海西旋回（3.75-295亿年） - 加里东运动D/S加里东旋回（8-3.75亿年） - 格林威尔运动Z/Pt 晋宁旋回(8-25亿年） - 阜平运动太古代旋回（35-25亿年）,构 造 旋 回 表,二.板块构造 Plate Tectonics 1.海底地貌单元 大陆架：坡度平均0.1度，水深小于200米,宽度大。 大陆坡：坡度平均3-6度，水深1400米-3200米。 大陆隆：坡度小于1/400，为过渡区。 大洋盆：深海平原，非常平
6、坦；水深多大于4600米。 大洋脊：洋盆内部的海底巨大山脉，常分布于大洋盆的中部。,陆海过渡带,大陆架,大陆坡,大洋盆,2.板块构造定义：在软流圈上作大规模水平运动的岩石圈块体。板块构造理论：系统研究岩石圈板块运动学、动力学的学说。3.板块构造存在的主要证据:地形、地质、地球物理、深海钻探 1）.地形证据：全球的大陆可以按一定方式拼合在一起；特别是南美和非洲的海岸线及其相似，用计算机可以精确的将它们拼合。,2）.地质证据 a.洋中脊：洋中脊的横截面呈平缓的等腰三角型,二侧呈地垒状隆起，中间呈地堑状陷落（裂谷）。洋脊处是火山喷发带,沉积物最薄,因此也是高热流带,147HFU。洋脊也是地震带.特点
7、是震级低、震源浅、地震频繁。,b.古生物：三叠纪一种小的浅水爬虫中 龙，本身不能远涉重洋；但同种化石却 在相距6000公里的非洲和南美同时出现。二叠纪的热带植物化石舌羊齿，现在 出露在寒带和非洲、南美、澳大利亚等 地。 推理：上述不同地区原先是连在一起的。,c.构造：挪威-苏格兰的加里东期造山带,越 过大西洋后，在西岸的北美加拿大和美 国再次出现。特征相似的二叠系，同时在南非的开 普顿山和南美布宜诺斯艾利斯出现。推理：在大西洋形成之前，它们是连 在一起的地质体。,d.冰川：石炭纪、二叠纪高寒带的冰川遗迹, 现在却分布在温带和热带的印度、澳大利亚、非洲、南美、南极等地。推理：这些不同地区原先是连
8、在一起的。因此，1912年魏格纳提出大陆漂移说。引伸1：联合古陆 Pangaea 2亿年前的超大陆。根据植物化石和冰川分布，认为2亿年前时有两个古大陆。 劳亚古陆（北半球）Laurasia Land； 冈瓦纳古陆（南半球）Gondwana Land; 特提斯海 Tethys ：位于两个古陆之间、开口朝东、呈平躺V字型的古大洋。,二亿年前的地球,劳亚古陆,冈瓦纳古陆,特提斯海,引伸2：海底扩张（Wilson, 1965) 地幔物质从洋中脊涌出，推动二侧的物质对称 运移,使大洋生长变宽，冷却后密度变大，然后 断裂，形成海沟，洋壳板块在海沟处俯冲消减。 海底主要特征： 1.洋底扩张速度平均2-5cm
9、/年；二亿年洋底更新一次。 所以洋底无中生代以前的岩石。 2.洋底表层沉积物最厚处600米，相当于一亿年中堆 积的厚度。 3.存在一连串的海底平顶山。,大 洋 的 生 与 亡,平顶山成因 地幔物质上涌到岩石圈底部，然后分熔成 中基性岩浆喷出，形成海底火山。 热点的位置固定，而板块在移动，所以可 形成一连串的火山。 火山开始时位置较高，山头容易被波浪削 平，最后成为海底平顶山。,3）地球物理证据 a洋中脊二侧,海底岩石的正、负磁异常条带对称分布。 洋中脊处形成的岩石，冷却时被磁化，记录了当时的磁场方向。由于地磁南北极的多次转向,导致海底岩石对称的正、逆向磁异常条带。 现在-69万年为布容正向,6
10、9万年-243万年为松山反向,242万年-332万年为高斯正向,332万年前为吉尔伯特反向。,核磁成因,b.地热、重力 放射热的不均匀聚集,使地幔下层熔融体沿洋脊上升，形成洋脊推张力。故洋脊处重力值小而热流值高。在海沟处，洋壳冷而致密，导致洋壳下沉消减。故洋脊处重力值小而热流值高。由此组成一个循环系统，驱动板块不停运动。 部分洋壳物质被带到俯冲带深处，受热熔化后上升喷发，形成安山岩。另外一些物质则被带到100km以下，形成高级变质岩：含金刚石榴辉岩。一部分可在后期折返到浅部。,在海沟处，部分地壳物质如厚大的海沟型复理石可通过铲刮增生到大陆边缘上，形成俯冲型增生楔。 c.地震 海沟是浅源、中源、
11、深源地震的策源地。根据全球地震的密集分布规律，确定环太平洋海沟是一个巨大的俯冲带。震源机制研究表明，洋陆板块在不同深度的摩擦与破裂（地震）是很有规律的。,弧前浊积岩,大陆,浊积岩,大洋,地 震 分 布 与 板 块 构 造,4).深海钻探和深潜器成果 证实了洋底确切地貌、洋中脊高热流、枕状熔岩的存在。 海洋地质调查表明,海底没有比中生代更早的岩石，海底岩石以洋中脊为中心向二侧依次对称变老。 5）大西洋脊边上的冰岛发现蛇绿岩套，完善了洋壳剖面. A 沉积岩+枕状熔岩B 单辉橄榄岩+堆晶辉长岩+基性岩墙C 纯橄榄岩、斜辉橄榄岩,红色-冰岛热点 上是古新世 下为现在,大西洋中脊上的冰岛,“三位一体”的
12、大洋地壳 Ophiolite,6).转换断层:发生在大洋底、与洋脊错位有关、不产 生增生与消亡的一种特殊海底平移断层。特点是相邻 块体的剪切平移运动只在两个转换点之间发生,一过转 换点,即无剪切。原因是断层延伸线两侧的洋脊错开方 向相同。 如图，只有bc产生剪切, bc断层动向与洋脊错开方 向相反,有地震。过bc,无剪切,与洋脊错开同向。 洋脊的错开是由扩张速率差异造成。 扩张速度相同时，bc不会变大。板块理论建立的三大支柱： 海底磁异常条带 转换断层 地幔对流（板块驱动力）:霍尔姆斯最早提出。,转换断层模型,三.板块的边界类型 1. 板块只有大陆板块、大洋板块二类 2.边界类型 离散边界:洋中脊 剪切边界:转换断层 敛合边界: 1.板块俯冲带，形成沟、弧、盆体系，为地震、火山高发带，存在对变质带。2.陆-陆碰撞带，印度与欧亚两个大陆碰撞,形成双地壳厚度的世界屋脊：青藏高原。接合性质 分离 敛合 洋壳-洋壳 大西洋中脊 阿留申海沟 洋壳-陆壳 无 南美西海岸、日本海沟 陆壳-陆壳 东非 喜马拉雅、阿尔卑斯,
