总结:某地经常地震板块是因为什么板块和什么板块的运动而造成的?

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“世界著名山系及火山地震的分布与板块运动的关系”的处理方法
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本试题来自:简答题:地震是什么?正确答案: 地震是地球内部运动引起的地表震动的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板……
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地球自从形成以来在地表和内部进行着永不停息的运动变化,地球表面形态特征正是地球的内外力综合作用的结果,其中是形成地球表面差异的重要原因。探讨的产生原因,需要用大地构造理论加以解释。外文名plate tectonics性&&&&质全球构造学说
板块构造理论(plate tectonics)通过几十年的迅速发展,已经较为彻底的动摇了传统的地质理论。板块构造理论最初的简单但严格的假设是:刚性和弹性之下均为塑性软流圈,将岩石圈划分为少数几个,严格按照Euler定理运动着的这些间有三种相互作用,板块俯冲和扩张完全是一致的相互补偿,以使地球体积保持不变,的直接条件是软流圈中的。随着理论的发展与完善,以上的这些假设均经历了一定程度的修正和扩展,这一演变史正是地学界这些年来发展的浓缩。同时,本身也存在许多的不足和难以验证的特点。
是20世纪60年代提出的一种新的全球构造学说。
板块构造说的理论是在、海底扩张学说的基础上发展起来的。
理论基础1912年,德国气象学家A.()在总结前人有关概念的基础上,提出一种——,引起全世界科学界的重视。
魏格纳认为:在3亿年前的后期,地球上所有的大陆和岛屿是连在一起的,构成一个庞大的,称为(Pangea);周围的海洋称为(Panthalassa)。从中生代开始,这个泛大陆逐渐分裂、漂移,一直漂移到现在的位置。大西洋、印度洋、是在过程中出现的,是泛大洋的残余。
漂移说认为:较轻的花岗岩质(sial)大陆是在较重的质(sima)海底上漂移的,并列举了许多事实来证明这种漂移。如特别是大西洋两岸的轮廓,凹凸相合,只要把南北美洲大陆向东移动,就可以和欧非大陆拼在一起,几乎严丝合缝。又如在为大洋所分割的大陆上,地层、构造、岩相、古生物群、等也都具有相似性和连续性。以而论,如非洲的开普山和南美的山可以连接起来,被看作是同一的延续。以古气候而论,如在、非洲、印度、都发现有石炭的冰川堆积物,说明它们当初是连在一起的,并正好处于极地位置,是以后经过分裂、漂移才形成目前这种分布的形势。诸如此类,例证很多。
漂移说还认为:大陆漂移有两个明显的方向性:一是从向的离极运动,是由所产生的引起的。东西向的、等,就是大陆壳受到从两极向赤道的挤压的结果。一是从东向西的运动,是日月对地球的引力所产生的潮汐()作用引起的。美洲西岸的经向山脉如和,就是美洲大陆向西漂移受到阻挡,被挤压形成的;亚洲大陆东缘的群、小岛,是陆地向西漂移时留下来的残块。
这个学说,在当时有两点引起人们的兴趣。一是所产生的对构造形成的主导作用;二是大陆和大洋的位置并不是固定不变的。如在当时也受到此说的影响。但是,的驱动力问题没有得到解决,有人怀疑地球和日月是否足以使大陆在洋底上漂移;此外还有一些问题不能得到很好的解释,如果是硬的硅铝层在较软的硅镁层上发生漂移,为什么硅铝层的前缘成山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只拗陷为海沟?如果大陆漂移是在中生代开始的,那么以前的褶皱山脉是怎样形成的?由于许多问题得不到答案,特别是受到固定论者的坚决反对,到了30年代,此一学说便逐渐消沉下去了。若干世纪以来,都是局限于大陆上。第二次世界大战后,由于科学技术的发展,特别是因为等国家争夺战略要地和,各种科学伸入到这片占地球总面积71%的“禁区”,展开了多方面的工作,并获得了大量的资料。例如,发现或进一步弄清了形态、海底地热流分布异常、海底地磁条带异常、带及分布、及与其伴生的、海底年龄及其对称分布、上部的软流圈等等。在这些新资料的基础上,产生了一个崭新的学说——。
(一)地球表面最长的山脉——大洋中脊
大洋中脊,或称,指海底纵横绵延的山脉,总长度可达65000km,是地球上最长的山脉。其中最典型的为,它与两侧大陆平行延伸,略呈S形;高出洋底m,洋脊中央常为一深陷裂谷,两侧有一系列,形成构造。有些并不在大洋的中间,一般称为,如沿东经90°的海岭,北冰洋上的等。又如东部的海岭,没有明显的,也不甚崎岖,称为。
根据实地勘测,发现具有如下地球物理方面的特点:第一,洋脊为高地热流异常区。中央裂谷附近的热流值常是深正常值的2—3倍。第二,结果,中央裂谷一带常表现为重力区。第三,地震波的研究表明,在洋脊下方的中,波速小于正常值,同时不清,地壳有明显变薄的趋势。以上各项地球物理测量说明洋脊下面是物质上涌的部位,温度较高,密度变小,有部分物质熔融变为(反映重力值降低,波速降低),洋脊是地热的排泄口(反映热流值较高)。
此外,深潜及海底打捞资料证明,在洋脊大部分地段基岩裸露,主要为,没有或只有极薄的深海沉积物,在较深部位的岩石由于地温较高,有不同程度的变质现象。
综上所述,位于温度较高的地幔软流圈上隆的地段,是的巨型张裂谷,是岩浆的涌出口和排泄口,也是区域变质发生的地带。
(二)两侧的地质特征
在洋脊两侧人们发现有许多,特别是地球物理现象表现出一定程度的对称性的特点,引起一些学者的重视和思考。
1.地质现象的对称性 从大洋中脊向两侧,基岩风化程度有由浅逐渐变深的趋势;同时层有由薄变厚的趋势,形成以大洋中脊为中心、两侧地质现象对称的鲜明特点。这种特点应该同大洋中脊及洋壳的形成过程密切相关。
2.海底磁条带的对称排列 的两极能使的两端指向南北,这是尽人皆知的事。但是地球发展过程中磁场的极性特征,可以保存于不同时代的岩石中,则是近年才被揭示出来的。事实证明,从地下溢出的熔岩,当其温度下降到(500—450℃)以下,其中矿物内部原子振动量减小,特别是像一类的矿物,其内部原子开始受到地球磁场的控制,按照磁力线的方向发生,使每一块小矿物变成一个极性与地球磁场相平行的小。在外界磁场作用下物质获得磁性,当外界磁场去掉或改变后,又永远保持原来的磁性,这称为。像熔岩在由热变冷的过程中即可获得剩余磁性,这称为。大部分具有这种磁性,部分沉积岩也可获得剩余磁性。专门研究岩石中剩余磁性的科学,称为。用精密仪器可以测定岩石剩余磁性的方向和大小,并可据以确定的位置及强度、追溯变化的历史和确定岩石的年代。
从1956年起,科学工作者开始测量海底岩石的,并把正、负磁性异常圈定在图上进行研究。从60年代起,就陆续有人发现,在横穿方向所测得的异常相似,每一侧的正负异常都在另一侧同样的位置出现;同时发现在过去亿万年地球发展过程中,南北极曾多次反向,现在的磁场叫正向,与现在磁场方向相反的叫逆向。把所有横剖面上所测得的正负异常连接起来,即可看出在洋脊两侧具有一系列与之平行的磁异常条带,正向和逆向交替出现,以洋脊为排列。每一条磁条带宽度不超过数十千米,而长度却可达几千千米以上。
3.洋底年龄的特征 前面提到有从洋脊向两侧由薄逐渐变厚的特点。除此,经过洋底采样及年龄测定证明,海底沉积物还具有两个特点:一是最老的沉积物年龄不早于侏罗纪,即不早于2亿年,远比大陆上最古老的岩石(38亿年)年轻。二是海底沉积物年龄从到两侧由新到老对称分布。结合前述,所有这些现象究竟如何解释呢?
(三)切穿的巨型断裂——海沟
在环地带,有一圈下陷很深的海沟,最深超过负一万米。
据近年海底深潜观察和重力、地热流等测量,发现海沟具有如下特征:
1.海沟是切穿岩石圈的 根据近年在海沟的深潜观察,发现海沟轴线附近,在靠近大洋一侧为一系列平行台阶,每个台阶高10—30m,宽150—200m,是一些不大的所组成的;在靠近大陆一侧,为陡峻谷壁,其上有许多近垂直的V形断层沟槽和(滑阶);而在轴线附近为一宽约30m的,上有大量碎块,直径可达1—3m。由此看来,海沟带实际上是一条带,又根据数据,多数学者认为是切穿并切入的深大断裂。从断层性质来看,大陆壳推覆在大洋壳之上,属于性质;大洋壳向下斜插于大陆之下,因下插弯曲而伴生一系列张断裂或阶梯状。总之,是将岩石圈拉开,而海沟带则是使岩石圈受到压缩。
2.海沟是陆壳和洋壳交叉重叠的复杂地带 根据重力测量和地震资料,证明在这里大洋壳以较大的角度(45°±15°)向大陆壳下俯冲插入①,换言之,大陆壳向着大洋壳之上仰冲。最初H.贝尼奥夫通过地震在这个带上作了较详细的研究,发现向大陆方向由浅变深构成一个倾斜带,后来证明这个倾斜带就是大洋壳的,所以这一个带又称为。它实际上构成了,而全世界的中、也主要发生在这里。
3.海沟是不对称的地热流异常区 海沟带和一样,都是地热流异常区,但海沟带显示了地热流值一低一高平行排列的特点。在海沟附近,显示一种地热流值较低(0.99—1.16HFU)的特征,一般没有现代活动;而在海沟向陆一侧150—200km左右,则往往是一系列,在地貌上则显示一系列带,热流值显著升高,可达2.0HFU左右。在岛弧的靠大陆一侧,往往形成边缘海(或称),高地热流异常区也常扩大到这一地区。 海沟为什么具有上述基本特点,同样为人们的思考提供了更多的根据。
上述这些奇怪现象的发现,引起科学工作者的极大兴趣和注意。人们不得不提出一系列希望得到解决的问题。例如,是的张裂带和地下涌出口,如果这种作用继续进行,岩石圈是不是会拉开?越来越多的岩浆流到哪里去海沟(或)是岩石圈的挤压带,如果这种作用继续下去,岩石圈将会缩短到什么程度?深海沉积物既薄而又年轻,如果速度以每100年1mm计,从至今,应该有30km以上的厚度,但实际上只有几十、几百米的厚度,这是因为什么?凡此种种,如果按照传统的地质学理论是无法加以解释的。因此,一个新的课题摆在人们面前,那就是大洋壳究竟是如何形成和演化的。年,(H.H.Hess)和迪茨(R.S.Deitz)首先提出一种理论,叫。
海底扩张说认为:密度较小的大洋壳浮在密度较大的软流圈之上;由于地幔温度的不均一性,导致地幔物质密度的不均一性,从而在地幔或软流圈中引起物质的,形成若干;在两个向上环流的地方,使大洋壳受到拉张作用,形成,中脊被拉开形成两排脊峰和中间谷,来自地幔的不断从涌出,后形成新的洋壳,所以大洋中脊又叫生长脊,温度和热流值都较高;新洋壳不断生长,随着地幔环流不断向两侧推开,也就是如传送带一样不断向两侧扩张,因此就产生了条带在大洋中脊两旁有规律的排列以及洋壳年龄离洋脊越远越老的现象;大洋中脊两侧向外扩张速度(半速度)大约为每年1—2cm,有的可达3—8cm;在向下环流的地方,或在不断扩张的大洋壳与大陆壳相遇的地方,由于前者密度较大,位置较低,便向大陆壳下俯冲,形成海沟或;向大陆壳下面倾斜插入的大洋壳,由于远离中脊,温度已经变冷,同时海底沉积物中的水分也被带入深部,形成海沟低热流值带;另一方面,由于深部地热作用,再加上强大的摩擦,在大约深150—200km处,导致大洋壳局部或全部,形成,岩浆及挥发成分的强大内压促使其向上侵入,并携带大量上升,因此在海沟向陆一侧一定距离处形成高热流值;同时,来自的、以及混杂了重熔陆壳的岩浆喷出地表形成火山和;这些火山喷出的岩浆,由于混入了(沉积物,大陆壳重熔物质)的成分,因此经常是属于中性的质(在环区安山岩出露的界线,称为)。大洋壳,由于其下部逐渐熔化、混合而消亡,所以又称为大洋壳消亡带。
对于许多、地质和地球物理的特征,都能作出很好的解释。特别是它提出一种崭新的思想,即大洋壳不是固定的和永恒不变的,而是经历着“”的过程。地表总面积基本上是一个常数,既然有一部分洋壳不断新生和扩张,那就必然有一部分洋壳逐渐消亡。这一过程大约需2亿年。这就是在洋底未发现年龄比这更老的岩石的缘故。从60年代起,由于和等迅速发展,获得大量的有利于的论据,使大陆漂移的学说得到复活。例如,当初从地图上论证了大陆边界的拼合现象,1965年E.C.布拉德重新研究了这一问题。他认为大陆的边界不应当以海岸线为准,而应当以大陆壳的边界即的坡脚为准,并应考虑消除在大陆分裂后陆壳的增建(例如非洲三角洲沉积增建数百千米,和近代熔岩形成及其它火山岛等)和改造(如外力侵蚀海岸后退等)部分,然后利用电子计算机以进行拼接,终于取得令人满意的结果同时,大陆拼接以后,在岩石、构造、地层、古生物等方面也应该对应连接在一起,这如同把一张报纸撕成碎片,不仅可以按碎片形状拼合复原,而且复原后其上面的文字也应该是连贯的,在这方面也取得令人信服的结果。
又如,近年做出的迁移曲线,也证明大陆漂移是确实存在的。把已经测出的不同时代磁极迁移轨迹在图上用曲线表示出来,称为曲线。若欧美大陆是固定的,只能得出一条极移曲线,而今得出两条,因此只有设想欧美大陆原来是合在一起,后来逐渐分离,直到形成现在的位置,才能解释这种现象。1967年,美国普林斯顿大学的(J.Morgan)、英国剑桥大学的(D.P.Mekenzie)、法国的勒皮顺(X.LePichon)等人,把的基本原理扩大到整个,并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识,这种学说被命名为,或新的全球构造理论。到1973年,这个学说基本成型,直到现在仍在继续发展。的基本思想认为:的硬壳——(或称),相对于来说是刚性的,其下面是很低的软流圈。岩石圈并非是整体一块,它具有侧向的不均一性,被许多活动带如、海沟、、、等分割成大大小小的块体,这些块体就是所说的。换言之,整个岩石圈可以理解为由若干刚性板块拼合起来的圈层,板块内部是稳定的,而板块的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带,有强烈的、、深成作用、、、、地震活动,又是极有利的成矿地带。其次,是活动的,是围绕着一个旋转扩张轴在活动的,并且以占主导地位,可以发生几千千米的大规模的;在漂移过程中,板块或拉张裂开,或碰撞压缩焊结,或平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带,控制着全球运动和演化的基本格局。 总之,是说的发展和延伸,而从海底扩张到,又促进了的复活。因此,人们称大陆漂移、海底扩张和板块构造为不可分割的“三部曲”。1968年勒皮顺根据各方面的资料,首先将全球划分成,即、、印度洋板块、、美洲板块和。除太平洋板块几乎完全是海洋外,其余五大既包括大块陆地,又包括大片海洋。随着研究工作的进展,又有人进一步在大板块中划分出许多。如美洲板块分为和,印度洋板块分为印度和澳大利亚板块,东单独划分为一个板块,欧亚板块中分出板块以及、阿拉伯、土耳其、爱琴等小板块。
这些板块都是活动的,如太平洋板块,从太平洋东部中隆生长脊新生长出来的大洋壳,平均每年以5cm的速度向西移动,两亿年内可移动10000km。从至海沟的消亡带正好为约10000km,而马里亚纳及其附近海底岩石年龄也正好为1.5—2亿年。这雄辩地说明太平洋底大约每两亿年更新一次。作为活动带的,可以归纳为三种类型:
1.拉张型边界 又称分离型边界,主要以(或中隆、)为代表。它是岩石圈板块的生长场所,也是海底扩张的中心地带。其主要特征是岩石圈张裂,基性、浆涌出,并伴随有高热及浅震。如、东中隆等都属于此种类型。在两侧或分布有直线排列的火山或,它们的年龄与离开洋脊的距离成正比。原先在洋脊形成的,被海浪把顶截去,形成平顶山,并逐渐向两侧推移,顶部海水深度也随离洋脊的距离而加大,有时上面被数千米厚的珊瑚礁所覆盖。在西太平洋和分布着许多平顶山。
也属于拉张性边界。绝大多数裂谷为复式构造,中间下陷最深,两侧为一系裂,主要为高角度。典型的裂谷位于隆起带的顶部,如、等,垂直可达数千米。在裂谷中比较频繁,比较活跃。其明显的高地热流异常,可以达2HFU以上。有一部分大陆裂谷被认为是胚胎时期的,可发展形成新的海洋。
2.挤压型边界 又称汇聚型边界或消亡带,也称为。主要以-海沟为代表。在西这种型式最为典型,如日本岛弧-海沟、岛弧-海沟、岛弧-海沟等。这里是两个相向移动、挤压、的地带。如图9-24所示,向下俯冲的弯曲部分的表层处于拉伸状态,形成一系列,所以在海沟附近是浅震很多的地方。板块继续向下俯冲,另一侧板块向上仰冲,正断层到深处转变为,板块间受到强烈的挤压、,积累了大量,这种常以地震形式突然释放出来。由于一般向大陆方向倾斜,因此由海到陆形成从浅震到有规律的分布。当俯冲到深处完全被熔融,不再发生摩擦作用,因此也就不会再有地震发生。目前已知最大为720km,据此认为这是板块俯冲的最大深度,在此深度以下,板块已经全部熔化、消亡。
大洋沿着消亡带俯冲到大约150—200km深度,由于板块摩擦所产生的热和随深度而增加的热,使洋壳局部熔融形成,高温熔融物质密度相应减低,再加上强大的挥发成分所产生的内压力,促使岩浆在不同深度上升,形成火山,火山相连形成。若消亡带的倾角为45°左右,则带距离海沟应为150—200km,并在岛弧与海沟之间形成50—100km宽的无。
除此之外,还有另一种型式,如在南美,一侧为海沟,一侧为,叫做山弧-海沟型。
如果是两个汇合相撞,则出现又一种型式,一侧是高山,一侧是,叫做山弧-地缝合线型。-喜马拉雅,特别是它的东段脉北面的一带,是典型的代表。两个大陆板块相向移动,它们的前缘因碰撞而强烈变形,形成山脉,使原来分离的两个板块愈合起来,其出露地表的接触线,就称为地缝合线。这种边界的特点之一是从地形上看,以没有海沟为标志,而是表现为高峻的山脉。这种边界的两侧,都是又厚又轻的陆壳,有人认为二者相遇,只能在压缩增厚;也有的认为同样有俯冲和仰冲现象;或者两种情况兼而有之。以喜马拉雅山为例,大家普遍认为是印巴和互相碰撞的结果,但由于这一带山脉都有比较发育的中、,据此断定在碰撞成山之前,在二个板块之间存在一片海洋,这就是(又称)。由于这种情况,有人认为是海沟发展末期的产物,即洋壳全部俯冲消亡,海洋封闭消失,跟在后面的陆壳继续移动,于是出现陆壳与陆壳相撞的现象。对于地缝合线的位置也有不同看法,有人认为喜马拉雅山就是地缝合线,但目前大多数人认为应该在山脉北侧的一带或者更北的地方。
3.剪切型边界 又称平错型边界,这种边界是既不生长,也不消亡,只有剪切错动的边界,就属于这种性质的边界。是(J.T.Wilson)于1965年提出的一种新型断层,它构成了模式中最重要的特点之一。常为垂直于它的所错开,并常切成许多段。从表面看,这些断层非常像,但经过地震发震机制等研究,它又和平推断层有许多差异。其主要区别是:
(1)大洋中脊被平推断层错开(比方是左旋),由于在错开后持续扩张,使断层的跟洋脊错开的方向变得相反(比方改为右旋),而一越过洋脊,两盘位移或错动的方向即改为同向或同步。
(2)持续发展,两盘位移增加,但被错开的洋脊之间的距离一般并不增加;如为平推断层,则随着的增加,洋脊错开的距离也增加。(3)只有在洋脊之间的地段才有浅震分布;若为,则在断层线上都有浅震分布。
正是由于海底扩张,导致断层的运动方向和特点发生了改变,所以称为转换断层。
转换断层的推断和证实,在地球物理学界,曾经在海底磁条带被发现之后,再一次引起震动,并为增加了新的根据,从而使现代在地学领域居于主流地位。
转换断层在海底常形成一些深沟,水平可达数百千米。著名的美国西部圣安德列斯为一右旋断层,其西盘向北移动达1100km,是有名的地震带。从前被认为是一条平推断层,和瓦因根据资料,证实它是一条错开中隆的。按照板块构造理论,不仅在海洋中有洋壳分裂、物质涌出、新洋壳的生长,而且在大陆上也有同样的现象,前面谈到的就是这样的地带。正处于陆壳开始张裂,即大洋发展的胚胎期。若裂谷继续发展,海水侵入其间,好像和亚丁湾一样,被认为是大洋发展的。如果再继续扩张,浆不断侵入和喷出,新洋壳把老洋壳向两侧推移,扩张速率以每年5cm计,大约经过1亿年,就会形成一个新的“大西洋”,板块说认为大西洋就是正处于大洋发展的成年期;而的年龄比大西洋要老,它正处于大洋发展的衰退期;是宽阔的古地中海经过长期发展演化的残留部分,代表大洋发展的终了期;印巴长期北移,最后和相撞,二者熔合一起,形成巍峨的以及的形迹,地缝合线代表大洋发展的遗痕。
据上所述,海洋从开始形成到封闭,可以归纳为下列过程:→红海型海洋→大西洋型海洋→太平洋型海洋→地中海型海洋→地缝合线。这一过程被称为大洋发展旋回或。如何解释各种地质现象根据传统概念,一个地槽由于长期下沉,接受巨厚的沉积;后来经过回返,沉积岩层受挤压褶皱,形成,如果是年轻的褶皱带,则在地貌上表现为高耸的山系。
认为,地槽可以发生在的不同部位,或海陆的不同部位,其所处部位不同,地槽类型和性质也不同。如在美洲东部沉积了相当厚的地层,因其所处部位一边是美洲大陆,一边是大西洋,同属于一个板块,海陆之间没有,也没有带,属于性质,称之为大西洋型地槽。又如在西部大陆边缘,一边是纵贯南北的,一边是深的海沟,位于两个板块的挤压带上,多火山和地震,中多,在大陆斜坡及海沟中常形成,沉积物因受俯冲影响,常发生变形,属于性质,称之为安第斯山型地槽。再如在西部地带,其一般不宽,沉积物中多为,夹火山碎屑及熔岩,间有,在远海地带形成,这类地槽称为岛弧型地槽。此外还有型地槽、型地槽等。地槽类型可以在一定条件下转化,如日本海型地槽指发育在大陆与岛弧之间的中的地槽,其中常形成、、浊流沉积等,如果板块移动变慢,沉积速度变快,海盆便可被填满,甚至覆盖住岛弧,这样便可向海洋方向扩展推进,使地槽转化为大西洋型地槽。两个相撞,会产生很大的挤压力,使一个板块对另一个板块向下俯冲或向上仰冲,从而使地槽沉积和发生断裂,并形成山脉。如欧洲的阿尔卑斯山是的典型代表,自南向北,前后四次形成大推覆体。这是非洲板块和互相碰撞的结果(区)。前已述及,世界最高的也是的结果。在常形成一些特殊的,如。认为它属于地槽型浅海陆屑建造,是在升降运动相持阶段即在情况下形成的巨厚的韵律性明显的建造;而说则认为它是板块的一种典型建造。在板块俯冲带形成,并在大陆斜坡上因震动、滑动、重力等原因,形成富含悬浮及泥砂的高密度水流,在深海盆边缘及近海沟形成,其代表岩石就是。
在大陆的地带,还常发现一种特殊的岩石,即在某些地层中含有很多大大小小的外来岩块(岩块最大可达数千米),其成分不同(包括沉积岩、火成岩、)、时代不同、原始产地也不同,在一起,这种堆积体称为或混杂堆积。说认为,板块相向移动,彼此前缘相碰,一方面上边的沉积物被刮下来,堆积在接触线附近;一方面上也有破碎的岩块滑落下来,形成杂乱无章的堆积物。也有人认为板块向下俯冲时,由于受到对方的阻力,致使下部地层翻转过来,从而形成在较新地层中混杂有许多外来老地层的岩块。混杂岩或是确定大陆的重要标志之一。我国近年在西藏、秦岭、等地区都发现有混杂岩,说明这些地区曾是不同时代的。在地带,常出现一套特有的岩石,称为,也叫奥菲里建造。人们很早就发现在一些剧烈的,沿着常分布有带。一般都认为它是顺着切穿的深断裂从涌上来的物质所形成的岩石,但是,这些岩体的围岩一般没有接触带那样应具有的接触变质现象。本世纪60年代对它进行深入的研究表明,这种岩体的成分相当复杂,并且具有一定的层序,自下而上往往是超基性岩、基性()、枕状基性熔岩()、深海沉积岩(含或等),同时其中和多已变为含、等绿色岩石,故名之为蛇绿岩套。通过近年的深海钻探,人们发现大陆壳上的和大洋壳的岩石剖面非常相似,所以认为蛇绿岩套是带被推挤上来的古海底(即大洋壳),并作为的另一种重要标志。例如,在西藏沿出露带,东西延伸达数百千米,人们认为它就是由蛇绿岩套所组成的带,而这个地带就是古的地缝合线。又称成对。说认为,两个板块相撞,在俯冲一侧的上面和仰冲一侧的下面,或者说在海沟的靠陆一侧,由于海沟热流温度较低,带着冷岩石俯冲,再加上下冲的压力很大,常常形成以为代表的(其中杂有大量和蛇纹质岩石),称为高压低温变质带。在的一侧(相当或的火山岩带),其下因摩擦熔化消失,导致的形成、侵入或喷出,并常在的接触带上形成低压高温变质带,也就是常见的接触变质带。被认为是板块聚合或板块俯冲带的典型标志。如果把分布同全球作一对比,可以发现二者有基本一致的规律,火山主要分布在下述三个地带:一是沿着分布,如等。随着洋壳不断产生和扩散外移,逐渐变为,并密集成群对称排列脊两侧。二是沿着分布,非大裂谷北段曾有多期喷发活动,形成;(5895m)、火山(5199m)等都是世界著名的火山。三是沿着分布,如火山带及,它们构成世界最主要的火山带。前已述及,在环太平洋板块俯冲带,一侧是海沟,一侧是火山带,其称为,它的内侧为,以少含的为主;它的外侧(即靠近大陆一侧),则过渡为,以喷发大量(或侵入)、为主,或喷出含K2O较多的,构成有名的环太平洋火山圈。日本的,菲律宾的,的和意大利的等都是这一带的知名火山。地震的分布规律和成因机制,大体可概括为以下几点:(1)沿着、、()、、分布。(2)世界上的中、,特别是深源地震,主要分布于俯冲带倾向大陆的一侧。(3)发生于大洋中脊、大陆裂谷的地震主要由拉张所产生;发生于转换断层带的地震主要由扭错所产生;发生于俯冲带、地缝合线的地震主要由挤压、逆掩所产生,但发生于海沟附近的地震有许多是因张裂形成。(4)内部地震较少。是什么力量趋动进行运动?这是举世重视的问题。很早有人设想在地壳或下存在着现象,并且有多个中心,在对流上升的地方,导致板块分裂,涌出物质,冷却固结形成新洋壳。在对流下降的地方,导致板块俯冲,最后使板块消亡。至于热对流的形式,有人设计深对流模式(Orowan等,1969),即在地幔中发生对流;有人设计浅对流模式(Boll等,1971),即仅在软流圈中发生对流。曾认为大陆是在某些原因下主动漂流;而海底扩张和板块说则认为,新洋壳驮在软流圈上,随着对流被动移动,从起像传送带一样运载到海沟,俯冲入地幔并局部熔融,最终消失于软流圈中,构成一个封闭的循环系统。从洋脊到海沟,有数百到数千千米的。但是,由于技术条件的限制,既不能推导证实是否存在这种,也不能用实验方法制造出来这种对流。有人认为软流圈的面积很大,而厚度不大,即使能产生对流,也只能产生半径很小的对流,根本无法推动板块数千千米的水平运动。也有人认为是固体,热只能靠传导来传递,就像对铁加热一样,而不可能产生对流。还有一种看法,认为地幔物质粘度太大,难以发生对流。
70年代以来,关于板块趋动力的问题,陆续提出一些新的论点。1972年,摩根(W.J.Morgan)根据卫星资料发现在全球重力图上,的地方往往是板块生长和分布的地方。为什么这些地方重力值较高呢?他设想从近地核处,有深部物质上升形成,他把这种上升流称为。据重力值推测,地幔柱的直径可达几百千米,它把深部密度较大的物质和热量向上带到,在那里像一样向四面八方横向扩散,从而驱动移动。地幔柱有时冲破,向上拱起形成巨大的,并具有相当高的热流值。地幔柱中的喷出地表就形成火山。这些热流值高的隆起点和火山,称为,或者说热点就是地幔柱冲破岩石圈的地方。据统计,目前全球发现的热点已达122处。热点相连,可以形成。如正好位于的一个热点上,那里喷出的熔岩较多,就形成了一个较大的岛。这些形成于中脊附近的,随着海底扩张向两侧移动,形成对称分布的链,且沿此链越远,火山年龄越老。此等火山链被认为是或热点随海底扩张留下的痕迹。
后来,有人企图用重力作用代替来解释。1975年,(Harper)认为,由洋脊向两侧滑动,是因板块前缘冷却、加重、下沉引起的。这种设想的根据是,发生于海沟的浅震,已证明是由所引起。这些正断层有人用板块弯曲外缘发生张裂来解释。根据这一事实有人认为板块所以俯冲,不是被一种力量推下去的,而是被一种力量拉下去的,其理由是:(1)冷却的板块密度增大;(2)下插的板块因压力增加,发生物相转换,使矿物岩石密度增大;(3)高,海沟低,板块会像滑坡一样从洋脊向海沟滑动。总之,由于这些原因可以把给拖下去。哈珀计算下沉的拖拉力比洋脊的推挤力大7倍。但所有这些设想的力,可能实际是存在的,但同样不能得到直接证据和可靠的数理模拟。福赛斯(Forsyth)和(1975)认为是8种力综合作用的结果,但他们认为板块俯冲时,向下的拉力起了重要作用。在中,关于构造事件和的模式,只有板块和作用所形成的、火山和褶皱山脉等。但近年人们发现了很多以为边界的地质实体,这些地质实体与其相邻区域相比,显示出具有不同的、、生物化石群落、地质历史等,但却不具有俯冲或碰撞的痕迹,而只显示出是从遥远距离迁移(或漂移)而来的与原地拼贴或联结在一起的特征,这种呈独立于邻区的外来体称为,或称构造地层地体。换言之,地体就是通过不同途径拼贴或联结在或边缘的外来的岩石圈碎块或岩片。
地体的概念,是1972年在研究美国西部加里福尼亚州克拉马斯山中、晚古生代地层和中生代三叠-地层时发现它们拼贴在一起而提出来的。后来,在美国和加拿大西部,发现岩石组合和中生代地层的拼合特征,建立了地体拼贴带中的第一个典型实例——。地体概念的提出,对现代模式是一种补充,即除了俯冲和碰撞造山形式外,还有不俯冲不碰撞的拼贴这种模式。
但是,迄今对地体的含义还有不同的认识。D.琼斯(1983)认为地体是为断层所围限、具有区域性延伸的地质统一体,以具有与其毗邻地区不同的地质发展史为特征,地体的规模尺度可大至仅次于大陆,也可以小至仅有几平方千米。D.豪威尔和等认为地体既是的一部分,也是推覆体的一部分。地体可以是板块解裂开来的一些小片或地壳板片,板块和地体的区别就在于前者是伸入的“有根”块体,而地体一经漂移拼贴在上,则实际上已脱离了深部基础。地体也可以是逆冲或滑脱所形成的巨大推覆体,成为具有一系列叠瓦构造的岩片。无论是哪种形式的地体,它们都是外来系统,和原地系统在岩石、构造、生物群、生态等方面有本质的区别,而且位置、等也有极大差异。拼贴形成增生构造,往往改变了原来的地壳或,产生新的俯冲运动;或者使增生的地体再剪切成碎片而分散,形成地体。地体的增生和离散,都是在一定的和一定的地区发生的,同一定的构造事件或密切相关。
我国许多地区都可以发现地体构造的实例。如浙江西北部和东南部,被一条NE-SW向所分割,这两部分呈现明显的地质不连续现象,二者基底也迥然不同,其东南一块被认为是拼贴上来的地体。又如,也发现有许多地体拼贴构造。再如,根据白垩纪岩石样品古地磁测定,当时是位于现今与大陆连在一起,在白垩纪晚期因拉张作用,海南岛向南漂移到当前位置。除此,也是从大陆分离出去的离散,于初迁移到现今地点。
(八)存在的问题
板块构造学说是综合许多学科的最新成果而建立起来的大地构造的学说,是当代地学的最重要的理论成就,并被认为是地球科学的一次革命。它从大量实际材料出发,对大洋壳的新生和代谢过程作了详尽的论证,获得最近两亿年来地壳变化的理论模式,从一个侧面丰富了地质学和的理论。特别是它以地球整个的活动方式为依据,建立世界范围的模式,所以板块构造学说又称全球构造学说,这是其他以大陆范围内的各种为依据而建立的各种所无法比拟的。
虽然如此,毕竟是以海洋和大洋壳为基础建立起的构造学说,大洋壳上的年龄只有2亿年,而大陆壳的岩石年龄可以高达30多亿年,个别甚至超过40亿年,、构造作用、也复杂得多,目前对和等活动情况已了解很多,但是对内部(简称板内)及大陆地质历史演化过程,如何利用来予以揭示,仍然是一个难题。尤其是关于生长的机制,主要依据物质或热柱等学说予以解释,而所有这些说法目前无法以实验或令人足以信服的方式予以论证。关于的问题,虽然有关学者提供了多种可能方式,但仍然是处于求索过程中。除此,还有一些难于解释的矛盾现象,如已知是物质上升形成新洋壳的场所,海沟和是洋壳俯冲消融的地方,但在东北部发现两种情况却在一个地方同时存在。又如,陆壳厚度很大,可达数十千米,变形非常复杂,而洋壳厚度很小,最薄处只有5—6km,却不曾褶皱而只作刚性运动,这样现象也是一时不容易讲清楚的。
但是,板块构造理论的建立有着众多的科学依据和测量数据,其科学基础是坚实而深厚的。随着日新月异的科学手段的应用、调查领域的广度和深度的日益开拓,相信将会获得越来越多的科学资料。例如,当代除了利用“上天”技术,用手段获得和积累地球的各种信息资料外,还利用“入地”技术即用深钻的办法向地球深层进军。已经在附近的上钻出了12km多的深洞,取出了迄今为止最深的岩心。德国也在邻近边境的上普法尔茨的小城温迪施埃申巴赫钻探世界最深的钻孔,最终目标是12km甚至14km。“入地”比“上天”还难,因为钻至10km以后,地温将升至300℃,压力将超过2500Pa,其压力相当一个汽车轮胎内压力的1000倍,但目前已经具有在这样条件下钻进的尖端技术。又如,当今“下海”探测技术也已取得飞跃的进展。日本海洋科技中心不仅研制出深水6500m级载人潜水调查船,而且还研制出能够潜到水深11000m的不载人探测机,可以在承受1.1×109Pa条件进行海沟探测工作。不载人深海探测机的第一个探测目标是世界最深的海沟——(-11034m)。若探测成功,说明可以在任何海底深潜航行,成为深海研究等地球科学领域研究的重要“武器”。
本世纪70年代以来,在国际间特别强调国际多学科合作,并建立相关组织和制定合作研究计划。如在国际科学联合会理事会(ICSU)下建立的“”(ICL)便是其中之一。至1991年已有62个国家和地区参加国际计划的工作,中国是最早参加国之一。1990年已经执行一个新的岩石圈研究计划,以的地球科学、当代和深部过程、大陆岩石圈、大洋岩石圈等为主题,广泛深入开展研究。
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