3.剪切型边界 又称平错型边界,这种边界是岩石圈既不生长,也不消亡,只有剪切错动的边界,转换断层就属于这种性质的边界。
转换断层是威尔逊(J.T.Wilson)于1965年提出的一种新型断层,它构成了板块构造模式中最重要的特点之一。大洋中脊常为垂直于它的横断层所错开,并常切成许多段。从表面看,这些断层非常像平推断层,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),由于在错开后洋脊持续扩张,使断层的运动方向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)断层持续发展,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,则随着断距的增加,洋脊错开的距离也增加。(3)转换断层只有在洋脊之间的地段才有浅震分布;若为平推断层,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,并为海底扩张说增加了新的根据,从而使现代活动论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,水平断距可达数百千米。著名的美国西部圣安德列斯断层为一右旋断层,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,威尔逊和瓦因根据地磁资料,证实它是一条错开太平洋中隆的转换断层。
(四)板块运动与海洋演化
按照板块构造理论,不仅在海洋中有洋壳分裂、地幔物质涌出、新洋壳的生长,而且在大陆上也有同样的现象,前面谈到的大陆裂谷就是这样的地带。东非大裂谷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,好像红海和亚丁湾一样,被认为是大洋发展的幼年期。如果再继续扩张,基性岩浆不断侵入和喷出,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;而太平洋的年龄比大西洋要老,它正处于大洋发展的衰退期;地中海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;印巴次大陆长期北移,最后和欧亚板块相撞,二者熔合一起,形成巍峨的喜马拉雅山脉以及地缝合线的形迹,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:大陆裂谷→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威尔逊旋回。
(五)板块构造说如何解释各种地质现象
1.现代地槽 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,形成褶皱带,如果是年轻的褶皱带,则在地貌上表现为高耸的山系。
板块构造学说认为,地槽可以发生在板块的不同部位,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。如在美洲东部大陆边缘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,海陆之间没有俯冲带,也没有火山和地震带,属于冒地槽性质,称之为大西洋型地槽。又如在南美洲西部大陆边缘,一边是纵贯南北的安第斯山,一边是深的海沟,位于两个板块的挤压带上,多火山和地震,沉积物中多火山碎屑物,在大陆斜坡及海沟中常形成浊流沉积,沉积物因受板块俯冲影响,常发生变形,属于优地槽性质,称之为安第斯山型地槽。再如在太平洋西部岛弧地带,其大陆架一般不宽,沉积物中多为陆源碎屑,夹火山碎屑及熔岩,间有侵入岩,在远海地带形成碳酸盐岩,这类地槽称为岛弧型地槽。此外还有日本海型地槽、地中海型地槽等。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海盆中的地槽,其中常形成三角洲沉积、浅海沉积、浊流沉积等,如果板块移动变慢,沉积速度变快,海盆便可被沉积物填满,甚至覆盖住岛弧,这样沉积作用便可向海洋方向扩展推进,使地槽转化为大西洋型地槽。
2.造山作用 两个板块相撞,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,从而使地槽沉积褶皱和发生断裂,并形成山脉。如欧洲的阿尔卑斯山是推覆构造的典型代表,自南向北,前后四次形成大推覆体。这是非洲板块和欧亚板块互相碰撞的结果(地缝合线区)。前已述及,世界最高的喜马拉雅山脉也是板块碰撞的结果。
3.浊流沉积和混杂堆积 在地槽区常形成一些特殊的沉积建造,如复理石建造。地槽说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振荡运动情况下形成的巨厚的韵律性明显的建造;而板块说则认为它是板块俯冲带的一种典型建造。在板块俯冲带形成深海沟,并在大陆斜坡上因震动、滑动、重力等原因,形成富含悬浮质点及泥砂的高密度水流,在深海盆边缘及近海沟形成浊流沉积,其代表岩石就是复理石沉积。
在大陆的地缝合线地带,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、变质岩)、时代不同、原始产地也不同,混杂堆积在一起,这种堆积体称为混杂岩或混杂堆积。板块说认为,板块相向移动,彼此前缘相碰,一方面俯冲板块上边的沉积物被刮下来,堆积在接触线附近;一方面仰冲板块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。混杂岩或混杂堆积是确定大陆上地缝合线的重要标志之一。我国近年在西藏、秦岭、川西等地区都发现有混杂岩,说明这些地区曾是不同时代的地缝合线。
4.蛇绿岩套 在地缝合线地带,常出现一套特有的岩石,称为蛇绿岩套,也叫奥菲里建造。人们很早就发现在一些剧烈的褶皱带,沿着深大断裂常分布有超基性岩带。一般都认为它是顺着切穿岩石圈的深断裂从地幔涌上来的岩浆物质所形成的岩石,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等),同时其中超基性和基性岩多已变为含绿泥石、蛇纹石等绿色岩石,故名之为蛇绿岩套。通过近年的深海钻探,人们发现大陆壳上的蛇绿岩套和大洋壳的岩石剖面非常相似,所以认为蛇绿岩套是板块碰撞带被推挤上来的古海底(即大洋壳),并作为地缝合线的另一种重要标志。例如,在西藏沿雅鲁藏布江谷地出露超基性岩带,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蛇绿岩带,而这个地带就是古板块的地缝合线。
5.双变质带 又称成对变质带。板块说认为,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,常常形成以蓝闪石片岩为代表的蓝片岩带(其中杂有大量玄武岩和蛇纹质岩石),称为高压低温变质带。在仰冲板块的一侧(相当岛弧或大陆边缘的火山岩带),其下俯冲带因摩擦熔化消失,导致岩浆的形成、侵入或喷出,并常在侵入岩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。双变质带被认为是板块聚合或板块俯冲带的典型标志。
6.火山活动 如果把世界火山分布同全球板块边界作一对比,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:一是沿着大洋中脊分布,如冰岛火山等。随着洋壳不断产生和扩散外移,活火山逐渐变为死火山,并密集成群对称排列于洋脊两侧。二是沿着大陆裂谷分布,如东非大裂谷北段曾有多期岩浆喷发活动,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)等都是世界著名的火山。三是沿着板块俯冲带分布,如环太平洋火山带及古地中海火山带,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,一侧是岛弧火山带,其分界线称为安山岩线,它的内侧为大洋型地壳,以少含K2O的拉斑玄武岩为主;它的外侧(即靠近大陆一侧),则过渡为大陆型地壳,以喷发大量安山岩(或侵入花岗闪长岩)、火山碎屑岩为主,或喷出含K2O较多的碱性玄武岩,构成有名的环太平洋火山圈。日本的富士山,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带的知名火山。
7.地震活动 地震的分布规律和成因机制,大体可概括为以下几点:(1)沿着大洋中脊、转换断层、俯冲带(贝尼奥夫带)、大陆裂谷、地缝合线分布。(2)世界上的中、深源地震,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)板块内部地震较少。