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板块构造学说(4)

时间:2010-07-02  归属:地质学基础

四、板块构造学说的诞生

  1967年,美国普林斯顿大学的摩根(J.Morgan)、英国剑桥大学的麦肯齐(D.P.Mekenzie)、法国的勒皮顺(X.LePichon)等人,把海底扩张说的基本原理扩大到整个岩石圈,并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识,这种学说被命名为板块构造学说,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。(一)板块构造的基本思想板块构造学说认为:地球表层的硬壳——岩石圈(或称构造圈),相对于软流圈来说是刚性的,其下面是粘滞性很低的软流圈。岩石圈并非是整体一块,它具有侧向的不均一性,被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体,这些块体就是所说的板块。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,有强烈的构造运动、沉积作用、深成作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动,又是极有利的成矿地带。其次,岩石圈板块是活动的,是围绕着一个旋转扩张轴在活动的,并且以水平运动占主导地位,可以发生几千千米的大规模的水平位移;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,控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。

  总之,板块构造说是海底扩张说的发展和延伸,而从海底扩张到板块构造,又促进了大陆漂移的复活。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”。

  (二)岩石圈板块的划分

1968年勒皮顺根据各方面的资料,首先将全球岩石圈划分成六大板块,即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。除太平洋板块几乎完全是海洋外,其余五大板块既包括大块陆地,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小板块。如美洲板块分为北美和南美板块,印度洋板块分为印度和澳大利亚板块,东太平洋单独划分为一个板块,欧亚板块中分出东南亚板块以及菲律宾、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。从东太平洋中隆至马里亚纳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。

  (三)板块的边界及其类型

  作为岩石圈活动带的板块边界,可以归纳为三种类型:

  1.拉张型边界 又称分离型边界,主要以大洋中脊(或中隆、海岭)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、超基性岩浆涌出,并伴随有高热流值及浅震。如大西洋中脊、东太平洋中隆等都属于此种类型。在洋脊两侧或分布有直线排列的火山或平顶山,它们的年龄与离开洋脊的距离成正比。原先在洋脊形成的火山锥,被海浪侵蚀作用把顶截去,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。在西太平洋和南太平洋分布着许多平顶山。

  大陆裂谷也属于拉张性边界。绝大多数裂谷为复式地堑构造,中间下陷最深,两侧为一系裂阶梯状断层,主要为高角度正断层。典型的裂谷位于隆起带的顶部,如东非大裂谷、贝加尔裂谷等,垂直断距可达数千米。在裂谷中火山活动比较频繁,浅源地震比较活跃。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洋脊,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,也称为贝尼奥夫带。主要以岛弧-海沟为代表。在西太平洋这种型式最为典型,如日本岛弧-海沟、千岛岛弧-海沟、汤加岛弧-海沟等。这里是两个板块相向移动、挤压、对冲的地带。板块汇聚向下俯冲的弯曲部分的表层处于拉伸状态,形成一系列正断层,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逆断层,板块间受到强烈的挤压、摩擦,积累了大量应变能,这种能量常以地震形式突然释放出来。由于俯冲带一般向大陆方向倾斜,因此由海到陆形成从浅震到深震有规律的分布。当板块俯冲到深处完全被地幔熔融,不再发生摩擦作用,因此也就不会再有地震发生。目前已知最大震源深度为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。

  大洋岩石圈板块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岩浆,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,火山相连形成岛弧。若消亡带的倾角为45°左右,则火山岛弧带距离海沟应为150—200km,并在岛弧与海沟之间形成50—100km宽的无火山带。

  除此,也有另外一种型式,如在南美,一侧为海沟,一侧为安第斯山,叫做山弧-海沟型。

如果是两个大陆板块汇合相撞,则出现又一种型式,一侧是高山,一侧是地缝合线,叫做山弧-地缝合线型。阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带,特别是它的东段喜马拉雅山脉北面的雅鲁藏布江一带,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,形成褶皱山脉,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,只能在碰撞带压缩增厚;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次大陆板块和欧亚板块互相碰撞的结果,但由于这一带山脉都有比较发育的中、新生代海相地层,据此断定在碰撞成山之前,在二个板块之间存在一片海洋,这就是古地中海(又称特提斯海)。由于这种情况,有人认为地缝合线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雅鲁藏布江一带或者更北的地方。

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