地貌学系列之——地洼地质力学和板块构造学说(

5.板块构造说如何解释地质现象。

(1)现代地槽:可发生在板块或海陆的不同部位,所处部位不同,地槽性质不同。如美洲东部大陆边缘沉积了相当厚的地层,一边是美洲大陆,一边是大西洋,同属一个板块,海陆间没有俯冲带,也没有火山和地震带,属于冒地槽,称为大西洋型地槽。南美洲西部大陆边缘,一边是纵贯南北的安第斯山,一边是深海沟,位于两个板块的挤压带上,多火山地震,沉积物多火山碎屑,大陆斜坡及海沟常形成浊流沉积,沉积物受板块俯冲影响变形,属于优地槽,称安第斯山型地槽。太平洋西部岛弧地带,大陆架一般不宽,沉积物多为陆源碎屑,夹火山碎屑及熔岩,间有侵入岩,远海形成碳酸盐岩,称岛弧型地槽。此外还有日本海型地槽、地中海型地槽。地槽类型可在一定条件下转化,如日本海型地槽,发育在大陆与岛弧间的海盆,常形成三角洲沉积、浅海沉积、浊流沉积,如板块移动变慢,沉积速度变快,海盆可被沉积物填满,甚至覆盖岛弧,沉积作用便可向海洋方向扩展推进,地槽转化为大西洋型。

(2)造山作用:两板块相撞,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,使地槽沉积物褶皱、断裂,形成山脉。如欧洲的阿尔卑斯山是推覆构造的代表,自南向北,前后4次形成大推覆体。是非洲板块和欧亚板块碰撞的结果(地缝合线区)。

(3)浊流沉积和混杂堆积:地槽区常形成特殊的沉积建造。板块俯冲带形成深海沟,在大陆斜坡上因震动、滑动、重力原因,形成富含悬浮质点及泥沙的高密度水流,在深海盆边缘及近海沟形成浊流沉积,代表岩石是复理石。

大陆地缝合线地带,常发现特殊岩石,某些地层中含有很多大小外来岩块(最大可达数千米),成分不同(沉积岩、火成岩、变质岩)、时代不同、原始产地不同,混杂堆积在一起,称混杂岩或混杂堆积。板块说认为,板块相向移动,彼此前缘相碰,俯冲板块上边的沉积物被刮下来,堆积在接触线附近;另一方面仰冲板块上也有破碎岩块滑落,形成杂乱无章的堆积物。也有人认为板块向下俯冲时,受对方阻力,下部地层翻转,使较新地层混杂许多外来老地层岩块。混杂岩或混杂堆积是确定大陆地缝合线的重要标志。中国近年在西藏、秦岭、川西等地都发现有混杂岩,说明这些地区曾是不同时代的地缝合线。

(4)蛇绿岩套:地缝合线地带常出现的特有岩石。在剧烈褶皱带,沿深大断裂常分布有超基性岩带。一般认为是顺着切穿岩石圈的深断裂从地幔涌上来的岩浆物质形成的,但岩体的围岩没有接触带应具有的接变质现象。20世纪60年代深入研究表明,这种岩体的成分复杂,且具有一定层序,自下而上往往是超基性岩、基性深成岩(辉长岩)、枕状基性熔岩(玄武岩)、深海沉积岩(含放射虫硅质岩或大理岩),同时超基性和基性岩多已变为含绿泥石、蛇纹石等绿色岩石,故名蛇绿岩套。近年深海钻探,发现大陆壳上的蛇绿岩套和大洋壳的岩石剖面相似,所以认为蛇绿岩套是板块碰撞带被推挤上来的古海底(大洋壳),作为地缝合线的另一种标志。如西藏沿雅鲁藏布江谷地出露超基性岩带(蛇绿岩带),东西延伸数百千米,说明这个地带是古板块的地缝合线。

(5)双变质带:又称成对变质带。两个板块相撞,在俯冲一侧的上面和仰冲一侧的下面,或者说海沟的靠陆一侧,海沟热流温度较低,带着冷岩石俯冲,加上下冲的压力很大,常形成以蓝闪石片岩为代表的蓝片岩带(杂有大量玄武岩和蛇纹质岩石),称高压低温变质带。在仰冲板块的一侧(岛弧或大陆边缘的火山岩带),其下俯冲带因摩擦熔化消失,导致岩浆形成、侵入或喷出,常在侵入岩的接触带形成低压高温变质带,即接触变质带。双变质带是板块聚合或俯冲的标志。

(6)火山活动:主要分布在3个地带。一、大洋中脊,如冰岛火山。随着洋壳不断产生和扩散外移,活火山渐变为死火山,并密集成群对称排列于洋脊两侧。二、沿大陆裂谷,如东非大裂谷北段曾有多期岩浆喷发,形成埃塞俄比亚熔岩高原;乞力马扎罗火山(5895m)、肯尼亚火山(5199m)。三、沿板块俯冲带,如环太平洋火山带及古地中海火山带。环太平洋板块俯冲带,一侧是海沟,一侧是岛弧火山带,分界线称安山岩线,内侧为大洋型地壳,以含K,O少的拉斑玄武岩为主;外侧(靠近大陆一侧),过渡为大陆型地壳,以喷发安山岩(或侵入花岗闪长岩)、火山碎屑岩为主,或喷出含K,O较多的碱性玄武岩,构成环太平洋火山圈。日本富士山,菲律宾的皮纳图博火山,印度尼西亚的喀拉喀托火山和意大利的维苏威火山等都是这一类。

(7)地震活动——分布规律和成因机制可概括为以下几点:①沿大洋中脊、转换断层、俯冲带、大陆裂谷、地缝合线分布。②中、深源地震主要分布于俯冲带倾向大陆的一侧。③大洋中脊、大陆裂谷的地震主要由拉张产生;转换断层带的地震主要由扭错产生;俯冲带、地缝合线的地震主要由挤压、逆掩产生,发生于海沟附近的地震有许多是张裂形成。④板块内部地震少。

6.板块的驱动力

海底扩张和板块学说认为,新洋壳驮在软流圈上,随着对流被移动,从洋脊起,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,构成封闭的循环系统。从洋脊到海沟,板块有数百到数千千米的水平运动。但由于技术限制,既不能推导证实,也不能实验模拟。有人认为软流圈面积很大,厚度不大,即使产生对流,也半径很小,根本无法推动板块数千千米的水平运动。也有人认为地幔是固体,热只能靠传导传递,就像对铁加热,不可能产生对流。还有一种看法,认为地幔物质粘度太大,难以对流。

1972年,摩根根据卫星资料发现,全球重力高的地方,往往板块生长、活火山分布。他设想从近地核处,有深部物质上升流,称地幔柱。据重力值推测,地幔柱直径可达几百千米,把深部密度较大的物质和热量向上带到软流圈,像蘑菇云一样向四面八方横向扩散,驱动板块移动。地幔柱有时冲破岩石圈,向上拱起形成巨大穹隆,热流值很高。地幔柱中熔融的岩浆喷出地表形成火山。热流值高的隆起点和火山称热点,就是地幔柱冲破岩石圈的地方。目前全球已发现热点122处。热点相连,可形成大洋中脊。如冰岛位于大西洋中脊的一个热点,喷出熔岩较多,形成大岛。这些形成于中脊附近的活火山,随海底扩张向两侧移动,形成对称分布的死火山链,沿此链越远,火山年龄越老。火山链被认为是地慢柱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对流来解释板块运动。1975年,哈珀认为板块由洋脊向两侧滑动,是因板块前缘冷却、加重、下沉引起。发生于海沟的浅震由正断层引起。这些正断层用板块弯曲外缘发生张裂解释(图4-153)。

根据这一事实有人认为,板块俯冲是被一种力量拉下去的,理由: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,矿物岩石密度增大;③洋脊高,海沟低,板块会像滑坡一样从洋脊向海沟滑动。总之,这些原因可以把板块拖下去。哈珀计算下沉的拖拉力比洋脊的推挤力大7倍。这些力可能存在,但不能证据证明和数理模拟。福赛斯认为板块运动是8种力综合作用,但板块俯冲时,向下的拉力最重要。

7.地体

近年人们发现很多以断层为边界的地质实体,与其相邻区域比,具有不同的地质构造、沉积建造、生物化石群落、地质历史,但没有俯冲或碰撞痕迹,显示是从遥远距离迁移(漂移)而来,与原地地质体拼贴在一起。这种独立于邻区的外来体称地体,或构造地层地体。即通过不同途径拼贴在大陆边缘或褶皱带边缘的外来岩石圈碎块。

地体的概念,是1972年研究美国西部加利福尼亚州克拉马斯山的中、晚古生代地层和中生代三叠一侏罗纪地层时,发现它们拼贴在一起而提出。后来在美国阿拉斯加和加拿大西部,发现古生代岛弧岩石组合和中生代地层的拼合一兰格利亚。现代岩石圈板块构造模式,除了俯冲和碰撞造山外,还有不俯冲不碰撞的地体拼贴。

地体为断层所围限、规模尺度可大至仅次于大陆,也可以小至仅有几平方千米。豪威尔认为地体既是板块的一部分,也是推覆体的一部分。地体可以是岩石圈板块解裂开来的一些小片或地壳板片,板块和地体的区别在于前者是伸入地幔的“有根”块体,而地体一经漂移拼贴在大陆边缘,就脱离了深部基础。地体也可以是逆冲或滑脱的巨大推覆体,为系列叠瓦构造岩片。无论是哪种形式的地体,都是外来系统,和原地系统在岩石、构造、生物群、生态等方面有本质区别,且古地磁位置、同位素年龄也有极大差异。地体拼贴形成增生构造,往往改变原来的地壳或板块平衡状态,产生新的俯冲运动;或使增生的地体再剪切成碎片而分散,形成离散地体。地体的增生和离散,在一定的地质时代和地区发生,同一定的构造事件或地壳运动密切相关。中国许多地区可以发现地体构造。如浙江西北部和东南部,被一条EN一SW向大断裂分割,两部分明显地质不连续,基底迥然不同,其东南一块被认为是拼贴上来的地体。又如天山褶皱带,也有许多地体拼贴。再如海南岛,根据白垩纪岩石样品古地磁测定,当时位于现今北部湾地区与华南大陆连在一起,白垩纪晚期因地壳拉张,海南岛向南漂移到当前位置。台湾岛也是从大陆分离出去的离散地体,于新生代初迁移到现今地点。

8.板块构造学说存在的问题

大洋壳上的沉积物年龄只有2亿年,而大陆壳的岩石年龄可高达30亿年,岩浆活动、构造作用、变质作用复杂,目前对板块边界和大陆边缘的活动情况了解多,但板块内部及大陆地质历史演化,如何用板块理论揭示,仍是难题。地壳生长机制、上地幔物质对流或热柱学说,无法实验论证。已知大洋中脊是地幔物质上升形成新洋壳的场所,海沟和岛弧是洋壳俯冲消融的地方,但东太平洋北部发现2种情况在一个地方同时存在,难以解释。又如,陆壳厚度大,可达数十千米,褶皱变形复杂,而洋壳厚度很小,最薄处只5~6km,却不曾褶皱而只作刚性运动。

板块构造理论有众多测量数据支撑。随着科学手段进步、调查领域的广度和深度开拓,将获得越来越多的科学资料。如卫星监测手段获得地球各种信息,用“入地”深钻技术向地球深层进军,板块构造学说和地球科学必将获得更大发展。

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1.古亚洲洋与古特提斯洋关系初探即以夏林圻等为代表的新研究认识,主要证据是泥盆系与石炭系之间的角度不整合、蛇绿岩主要形成于石炭纪之前和石炭纪岛弧玄武岩被重新鉴别为大陆溢流玄武岩等。关于石炭纪火山岩构造属性学术界还存在不同认识,就是石炭纪大量安山岩的形成环境归属。主张岛弧火山岩的认识仍占据着主流话语,但地幔柱动力作用导致消减物质在软流jvzquC41jvsm0{mj|0tfv8~uzd532:=2:27/j}r
2.大地构造学基础理论提要(3)4、海底扩张说的主要内容 ⑴、大洋中脊是地幔物质上升的出口,上升的地幔物质冷凝形成新的洋壳,并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称扩张。 ⑵、海底在洋中脊处的扩张导致新大洋两侧的大陆逐渐彼此远离,也可能使老的洋壳在大陆边缘的海沟处沿贝尼奥夫带(俯冲带)向下俯冲潜没,重新回到地幔中去,从而完成对老洋壳的更新。jvzq<84yyy4489iqe0ipo8iqewsfp}4441624A4331<92<7452e22::427?:47xjvor
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