普通地质学 笫九章 板块构造

普通地质学笫九章板块构造第1页，课件共38页，创作于2023年2月

六十年代晚期板块构造的诞生，它标志着地球科学的革命。1968年地球科学家把板块构造学说这一系列进展和发展宣布为“新全球构造论”，它的重要性可与天文学上哥白尼的“太阳中心论”和生物学上达尔文的“进化论”相提并论。板块构造是全球构造理论。它将各种地质作用统一到板块的相互作用这一根本性的动力之中，成功地解释了100多年来在地球上发现的许多地质事实，把地球科学的发展推到一个崭新的阶段。板块构造说是怎样产生？它是由《大陆漂移》和《海底扩张》学说发展而来的。第2页，课件共38页，创作于2023年2月第一节大陆漂移一、大陆漂移学说的创立

大陆漂移的设想早在19世纪初就出现了。最初提出是为了解释大西洋两岸明显的对应性。1915年德国气象学家兼地质学家魏格纳（1880－1930）正式提出大陆漂移说。它在《大陆和海洋的起源》一书中，不仅从古气侯，而且从整个科学领域论证了大陆漂移。大陆漂移学说提出后，受到来自固定论的地质学家和地球物理学家的强烈反对。1930年魏格纳在格陵兰的一次科学考察中因心脏病突发，死于雪原中。在魏格纳生前，大陆漂移说没有得到广泛接受。第3页，课件共38页，创作于2023年2月1、大陆漂移的七个主要证据（1）大西洋两岸大陆轮廓非常吻合，即南美洲和非洲可以拼接起来。（2）大西洋两岸许多浅海和陆生古生物种属相同。二叠纪内陆爬行动物中龙，分别发现在非洲和南美洲。（3）非洲南部开普山脉的二叠纪地层向西延伸至南美的布宜诺思艾利斯一带。（4）非洲的前寒武纪片麻岩可与巴西的同类地层对比。（5）在北半球，挪威－苏格兰加里东褶皱带越过大西洋后出现在加拿大和美国海岸；（6）在印度、澳大利亚、非洲、南美洲和南极大陆发现石炭纪－二叠纪的冰川遗迹、而冰川遗迹指示的古冰川运动方向均符合大陆漂移的结论；（7）部分地球物理和大地测量资料。南美洲非洲布宜诺思艾利斯开普山脉大西洋第4页，课件共38页，创作于2023年2月2、大陆漂移学说的主要论点

魏格纳认为，大陆是由较轻的刚性硅铝质岩层组成，它漂浮在其下粘性较大的硅镁质岩层之上。晚石炭纪地球表面只有一个大陆，这个大陆称为联合古陆或泛大陆。由于受地球自转时产生的离心力和潮汐力的影响，侏罗纪开始，联合古陆裂解、漂移，最终形成现在的地理格局。

联合古陆北美南美欧亚非洲南极洲澳洲晚石炭纪现在第5页，课件共38页，创作于2023年2月

海底扩张和板块构造的提出给早期的大陆漂移说注入了新的生命力。现已获得证据表明，魏格纳的大陆漂移说的基本设想是正确的。经过几代地球科学家的努力，现在己经建了各地质时期大陆漂移的路径和各时期古地理格局，并得到大多数科学家的赞同。

60年代初布拉德，取大陆坡一半深度，沿约900米的等深线作为拼接基线，运用计算机将南大西洋两侧大陆拼接成最佳图式，拼接结果发现大陆漂移过程中并非单纯的测向平移，还兼有不同程度的旋转。第6页，课件共38页，创作于2023年2月

迪茨和霍尔登在新的理论基础上，利用古地磁方法测定极移路线重建了2亿年来联合古陆解体的系列略图，为全球性大陆漂移提供了直观的图像。

由于海底扩张说的兴起以及众多的新事实的发现，大陆漂移说经过半个世纪的沉默之后又再度兴起。

劳亚古陆冈瓦纳古陆特提斯海晚三叠纪(180百万年前)

二叠纪（225百万年前）

晚侏罗纪（135百万年前）晚白垩纪(65百万年前)现在联合古陆南方湾北方湾特提斯海联合古陆阶段特提斯海开始裂解特提斯海基本贯通，印度离开非洲南北美洲与欧洲、非洲裂开形成大西洋，非洲与南极洲裂开形成印度洋，非洲与欧洲碰撞。大西洋、印度洋扩大，澳大利亚离开南极洲，印度与欧亚地块碰撞。大西洋印度洋大西洋印度洋北美南美非洲欧亚洲澳南极洲第7页，课件共38页，创作于2023年2月第二节海底扩张第8页，课件共38页，创作于2023年2月一、海底扩张的起源1、洋底地质考察

第二次世界大战后广泛开展了海洋地质和海洋地球物理研究，取得了前所未有的成果。为海底扩张说的兴起提供了丰富的第一手资料。①水深测量：采用回声测深仪和侧向扫描声纳等仪器。查明了大洋的水深和海底及海底基岩起伏变化情况。②利用潜水装置深入洋底直接观测、取样和摄影：1960年深潜器潜到马里亚纳海沟10919米深度，创造了世界上最深的潜水记录。1961年和1966年核潜艇穿过北极考察，确定了洋脊系统在北冰洋底的延伸。1966年到1971年美法联合完成了对大西洋洋脊裂谷的深潜考察。③海洋地球物理研究：对洋底进行地磁,重力,地震和地热等测量，为查明洋底构造物质成分以及洋壳结构提供了重要资料。④海底钻探取样及对样品分析及综合研究。格洛玛号第9页，课件共38页，创作于2023年2月2、海底地形单元的认识

根据海底起伏状况和海水深度，海底地形分为四个基本单元：①大陆架：大陆岸外的浅水水底，是与大陆相接的非常平缓的平台，平均坡度约0.1°。一般水深由数十米至100～200米。各地大陆架的宽度不均等，宽者达1千多公里（北冰洋的欧亚沿岸），窄者仅几公里或基本缺失（南美两岸）。②大陆坡：大陆架向外海的延续部分。坡度3°～6°，平均4°。它是海底地形的转折带。其宽度20～90Km不等，基部水深1400～3200米。第10页，课件共38页，创作于2023年2月③陆隆：环绕大陆坡的基部并过渡为洋底，沉积物厚。坡度小于1／400。宽度不等，最大宽度可达1000Km。环太平洋洋底缺失陆隆。大陆架、大陆坡、陆隆是大陆的水下延伸部分，统称为大陆边缘。④大洋盆地：是海水最深的地区，水深4600～5500米。大洋盆地中的平坦部分为深海平原，起伏坡度为1／1000以下。大洋盆地是洋壳的组成部分。第11页，课件共38页，创作于2023年2月3、海底在扩张①洋脊的发现

洋底并不是一望无际的平原，表面有巨大的地形起伏。洋脊是全球大洋洋底的巨大山脉。在大西洋，洋脊是一条对称平分大西洋为东西两部分的洋脊，称为大西洋洋中脊；在太平洋，洋脊偏于东侧，称为东太平洋洋隆；在印度洋，洋脊呈倒Y字型。其西南支与大西洋洋中脊相联，东南支与东太平洋洋隆相接。大西洋洋中脊向北经过冰岛向北冰洋延伸。

全球洋中脊延伸总长为64000Km，洋脊宽达1000～4000Km，高出洋底2000～4000m。洋脊横切面为平缓的等腰三角形，两侧呈地垒型隆起，中间为地堑式陷落的裂谷。火山活动，以基性岩浆作裂隙式喷发。第12页，课件共38页，创作于2023年2月②洋中脊地震

洋中脊是全球重要地震带之一。震中沿脊顶轴部呈狭长带状分布。震源深度大多只有2～5Km，震级在4～5.5级，以正断层性质的活动为主，故属浅源地震。洋中脊上地震常成群分布并在同一时间内同时发震，无明显主震、余震之分。例如，在北大西洋冰岛的西南部雷克雅内斯洋中脊地区，8天内共发生了14600次地震，震源深度仅为1.5～5.0Km。而在缺乏中间裂谷带发育的洋隆上（东太平洋洋隆），地震活动较稀少。

由此可知，洋脊地震的特点是，震级低、震源浅、地震频繁。

五年内发生的地震分布图第13页，课件共38页，创作于2023年2月③洋脊上的沉积物

洋脊上的沉积物主要堆积在凹陷部位，其分布的特征是：A、沉积物在裂谷中极薄甚至缺失，向洋脊两坡方向逐渐增厚；B、洋底沉积物最厚只有500－600米；C、沉积物的年龄新，不早于侏罗纪。

洋脊沉积物的分布特征可以说明，洋底岩石是地幔物质在裂谷带涌出后冷凝而成的，洋底岩石形成后分裂成两部分并向两侧移动，其间的空隙又为新涌出的地幔物质所充填。这样持续地进行就导致充填在裂谷带中的岩石愈来愈新，而较老的洋底向两侧推移。说明海底在扩张中。第14页，课件共38页，创作于2023年2月④两种大陆边缘

大陆边缘分为稳定大陆边缘和活动大陆边缘。A、活动大陆边缘：具有海沟以及与海沟共生的岛弧，缺失陆隆。

海沟是位于洋底边缘的一种狭长、不对称的V形凹地。如，在太平洋边缘存在着一条近于环形的海沟带，其深度一般超过6Km，宽不超过8Km。最深的海沟是马利亚纳海沟，深达－11033m。

岛弧是大陆边缘呈弧形展布的岛屿，它是在海底火山喷发基础上形成的。组成岛弧的岩石是安山质熔岩及与其成分相当的侵入岩。如，太平洋周边的阿留申群岛、萨哈林岛、千岛群岛、日本群岛、印尼及新西兰等许多岛屿。由于海沟与岛弧紧密相连，故称为海沟－岛弧系。若海沟与海岸弧形山脉伴随，则为海沟－山弧系。如，南美州西海岸的安第斯山，北美州西海岸的海山山脉。边缘海岛弧海沟洋壳第15页，课件共38页，创作于2023年2月◆海沟－岛弧系(山弧系)中震源排列的规律性。

地震均位于大陆一侧，近海沟处为浅源地震，远离海沟为中源地震，大陆内为深源地震。目前已知最深的地震发生在马利亚纳海沟，震源深度的720Km。◆海沟是板块的俯冲带

洋壳在海沟处向大陆板块之下俯冲的带，称为毕鸟夫带(或称俯冲带、消减带)。俯冲带的角度变化很大，一般在45°左右，上部较缓，约30°左右；下部较陡，约50°～60°；有的很平缓，只有7°(如，祚乃鲁海沟)；有的很陡，近乎直立(如，马利亚纳海沟)日本海沟附近震源分布平面图第16页，课件共38页，创作于2023年2月B、稳定大陆边缘：无海沟的大陆边缘。如，大西洋。由大陆过渡到宽阔的大陆架与大陆坡，发育陆隆。稳定大陆边缘缺乏地震、火山和岩浆侵入活动，构造运动弱。第17页，课件共38页，创作于2023年2月（5）海山与火山岛链

洋底玄武岩质火山高地称为海山，露出海面的就是岛屿。隐没在水下的海山数量很多，大多为海底平顶山。太平洋内许多海山呈北西向线状排列，其火山岩的年龄由南东向北西依次变老。地幔上部存在热源，称为热点。热点的成因与地幔柱（地幔热物质呈柱状体上升）有关。热点中地幔物质熔融形成岩浆，喷出后形成火山。由于热点长期保持固定位置，岩石圈板块却在热点上不断运动，所以形成了线状排列的火山链。火山年龄近热点新，远离热点老。根据火山链的研究可帮助判断海底的运动方向和扩张速率。太平洋中的海山及火山岛链图第18页，课件共38页，创作于2023年2月（6）海底热流值

据热流值测定，海底平均热流值为1.64±1.1，大陆平均热流值为1.64±0.89，差别很小，但海底不同部位热流值就有很大差别。洋脊轴部的热流值极高，最高达8-10，平均2.26；而海沟地区热流值极低。平均1.12，最低为0.44（秘鲁-智利海沟)。产生热流值变化的主要原因是：地幔对流

在洋中脊地幔流呈上升势，把深部的热源源不断地带出。它一方面使上覆岩石圈受到烘烤，同时地幔高温物质沿裂谷带涌出也使洋脊轴部热流值大大提高。海沟则相反。地幔流呈下降势，由于大洋岩石圈远离洋中脊，温度己降低。此外，板块向下俯冲时携带大量海水进入地幔，因此,海沟的热流值就很低。地幔对流示意图第19页，课件共38页，创作于2023年2月4、海底扩张说的提出

美国地震地质学家迪茨（R.S.Dietz）和美国地质学家赫斯（H.H.Hess）于1961－1962年提出了海底扩张的概念。他们认为，洋底在洋脊裂谷带形成并不断向两侧扩张，老的洋底在海沟处消减，使洋底不断更新。洋底的扩张是刚性的岩石圈块体驮在软流圈上运动的结果。运动的动力是地幔对流。洋脊轴部位于对流圈的上升处，海沟位于对流圈的下降处。如果上升流发生在大陆内部就会导致大陆的分裂。第20页，课件共38页，创作于2023年2月二、海底扩张说的证实第21页，课件共38页，创作于2023年2月1、古地磁学的成就

地磁资料表明，地磁场方向与强度除与大阳辐射及地震等应有短期变化外，还存在微弱而持续的长期变化。地质历史中地磁极的南、北极处在不断交替中，有时古地磁南北方向与现在一致（正向），有时则相反（反向）。现己查明，在最近340万年期间有三次重要转向，每次转向持续约100万年。它们分别在：现在－69万年前（正向）；69－243万年前（反向）；243－332万年（正向）；332万年以前（反向）。在这些持续时间较长的转向中还有多次持续时间较短的转向。地磁转向年的建立是古地磁研究最重要成就之一，为进一步论证海底扩张打下了基础。

对海底地磁测量发现，在垂直洋脊方向的一系列剖面中确实存在这种对称分布的玄武岩磁性条带。并发现各磁性条带的宽度和地磁转向期与事件的持续时间长短成正比关系。因而，海底地磁条带的确立就证实了海底扩张的假设。若将磁性条带的宽度除以该条带所延续的时间就能求出海底扩张的速率。现已计算出海底扩张的速率是在每年数厘米范围内变化。第22页，课件共38页，创作于2023年2月2、深海钻探成果

六十年代后期美国四个海洋研究机构共同制定了一项深海钻探计划，从1968年8月开始，在各大洋中进行深海钻探。1975年11月后，参加这项工作的还有法、德、英和日本。到1978年初，在各大洋的446个地点共钻了680个孔，钻探最大水深6247米，钻进洋底最大深度1768米。钻探资料表明，洋底岩石年龄小于2亿年，从洋脊向两侧逐渐变老。这一结果与根据地磁条带建立的海底岩石年龄一致，从而为海底扩张说提供了佐证。第23页，课件共38页，创作于2023年2月3、洋中脊的直接考察

1971年到1974年夏，法美联合对大西洋亚速尔群岛西南650Km的大西洋洋中脊进行了深潜水考察。考察发现：（1）轴部裂谷带内堆积着极为新鲜的玄武质枕状熔岩和大小不一的熔岩碎块。火山锥体由枕状熔岩构成。这些火山产物证明洋脊裂谷带就是地幔物质的涌出口。（2）洋中脊发育大量的陡立的节理，并沿这些节理发育成地堑或阶递状断裂。这反映洋壳在这里被拉开。（3）冰岛是大西洋洋中脊唯一露出水面的地段。中部有一个纵贯全岛的巨大槽状裂谷带。沿裂谷带的张裂缝分布着玄武质熔岩构成的盾状火山。在深谷内见层状熔岩,向地下深处转变为垂直的玄武质岩脉（席状岩墙），岩墙之下为辉长岩，再向下为超基性岩，主要成分为橄榄石。综合对水下和陆地上洋脊的考察结果，洋壳的结构由上而下分为四个带：

洋底沉积物、枕状玄武质熔岩、席状岩墙、辉长岩。最底部为橄榄岩。第24页，课件共38页，创作于2023年2月4、转换断层的发现

洋脊被一系列横断层切割。这种规模巨大的横断层早在50年代就发现，当时认为是一种平移断层，以此解释地壳中存在大规模的平移运动。但是从地震波的研究得出，断层两盘的运动方向与脊轴被错开的方向相反。因此它不同于普通的平移断层。1965年加拿大地球物理学家威尔逊提出，这类横切洋中脊并使裂谷和磁异常条带错开的断层，称为转换断层。转换断层两盘的相对位移只发生在被错开的洋脊之间，越过洋脊，断层两盘同步向远离洋脊的方向运动。即由平错转换为拉开。转换断层的发现不仅证明了海底扩张，同时还说明了海底扩张的运动方式。这个重要发现，它使当时所有地球物理工作者都接受了海底扩张这一学说。第25页，课件共38页，创作于2023年2月第三节板块构造第三节板块构造第26页，课件共38页，创作于2023年2月一、板块构造要点

由地壳和软流圈之上的固态上地幔构成的岩石圈以洋中脊、俯冲带和转换断层为界，分成若干个刚性岩石圈板块。以地幔对流为基本动力。岩石圈板块在软流圈上作大规模的水平运动。由于板块是刚性体，其内部基本不变形。大规模的构造作用（变形、变质、岩浆活动等）主要发生在相邻板块接触部位。板块边缘是地壳活动最强烈地带。板块的相互作用控制了各种内动力地质作用以及沉积作用过程，是地球表面最重要的构造作用。第27页，课件共38页，创作于2023年2月1、板块碰撞带的三种形式

当大洋板块直接沿大陆边缘俯冲时，火山则沿大陆边缘呈带状展布而不发育岛弧，形成紧邻海沟的弧形火山山脉。①大洋板块与大陆板块的碰撞第28页，课件共38页，创作于2023年2月②大洋板块与大洋板块的碰撞日本海沟岛弧

两个大洋板块之间的碰撞，所形成的岩浆便通过洋壳上升，发生海底火山活动，逐渐形成高出海面的火山岛屿。边缘海第29页，课件共38页，创作于2023年2月③大陆板块与大陆板块的碰撞─碰撞造山带喜玛拉雅山青藏高原

印度大陆向北漂移导致洋壳在欧亚板块下的俯冲与消亡，使两个大陆板块持续挤压和俯冲，最终导致印度大陆与青藏高原的碰撞，陆壳的直接碰撞形成了喜玛拉雅山，同时形成了一系列大规模的推覆构造，青藏高原的地壳厚达50～70Km。这与大陆的碰撞是紧密联系的。第30页，课件共38页，创作于2023年2月2、板块构造与岩石类型②铁镁质中性火山岩④铁镁质富硅火成岩①②③③④②①铁镁质中性侵入岩③玄武质熔岩第31页，课件共38页，创作于2023年2月3、板块构造与成矿作用第32页，课件共38页，创作于2023年2月4、板块构造与变质作用第33页，课件共38页，创作于2023年2月二、板块边界类型

板块边界划分的主要依据是板块边缘的构造、活动性和板块内部的整体性。主要有三种类型边界：1、离散性板块边界：洋脊扩张带是离散性板块边界。沿此边界板块相互分离，地幔物质涌出，形成新的洋壳。因此在扩张脊上产生大量的火山活动。在板块边界脊，板块拉张部分产生地震。这一边界又称生长型板块边界。2、聚敛性板块边界：海沟是聚敛性板块边界，沿此边界两个相邻板块作相向运动，大洋板块发生俯冲消减，因此它又称消减型板块边界。3、转换断层边界：这是一种特殊类型的板块边界。沿此边界既无板块的增生，又无板块的消减。相邻两板块作剪切错动。以上三种板块边界主要位于洋底或洋陆交接处。此外，大陆内部的地缝合线，则是两个大陆之间的碰撞带，代表己经消亡的古海洋，是古板块划分的重要依据。如，雅鲁藏布江地缝合线(印度板块与欧亚板块的碰撞线)。第34页，课件共38页，创作于2023年2月三、全球板块的划分

地球科学家根据三种板块边界类型，将全球板块划分为：美洲板块、太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、澳洲－印度板块、南极洲板块六大板块和加勒比板块、可可板块、纳兹卡板块、富克板块、菲律宾板块等较小