大地构造论文1

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1、大地构造学概论读书报告板块构造理论的发展史专业班级：资源勘查工程 60903班学生姓名：学 号：序号：62012 年 6 月板块构造理论的发展史摘要 板块构造理论的发展，可以说是地质学革命，起源于 19 世纪初。首 先是大陆漂移学说的提出，然后是海底扩张学说，接着是板块构造学说。大地构 造学说的发展史，其实也是人类在地质、生物、气候、海洋探测等技术的发展史。 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。关键词 大陆漂移 海底扩张板块构造 大地构造学说的发展，可以说是地质学革命，起源于 19世纪初。首先是大 陆漂移学说的提出，然后是海底扩张学说，接着是板

2、块构造学说。大地构造学说 的发展史，其实也是人类在地质、生物、气候、海洋探测等技术的发展史。在大 陆漂移学说提出之前，不得不提到几个著名的人物。布丰的“不变论”，他认为 地质是不变的，他撰写了博物学巨著自然史，在书中提出了地球成因假说， 认为地球是太阳与彗星相撞击而分离出的一个块体，逐渐冷却而成。后来居维叶 提出“灾变论”，认为自然界全球性的变革，造成生物的灭绝，他研究现生的动 物种类与已经灭绝种类的化石，论证了现存种类与灭绝种类之间在形态上和“亲 缘”上的相互联系。在“灾变论”很流行的时候，达尔文的朋友赖尔，提出“渐 变论”，他写了地质学原理，赖尔根据大量事实认为“：现在在地球表面上和 地面

3、以下的作用力的种类和程度，可能与远古时期造成地质变化的作用力完全相 同。”1889 年道顿用地壳均衡原理解释地壳升降运动。“均衡说”只能解释大地 的升降运动，而无法解释水平运动。同一时期，艾利认为，地质也有水的漂浮现 象，大山好像冰山浮在海洋里一样，其表面和底面有相应而又相反的形象，故地 面较高的地壳部分其底面也较深，大山区的底部都存在“山根”，就好像海上航 行的船只。1 大陆漂移说的兴衰1912年，德国气象学家A 魏格纳(18801930)在总结前人有关大陆漂移 概念的基础上，提出一种大地构造假说大陆漂移说，引起全世界科学界的 重视。魏格纳认为：在 3 亿年前的古生代后期，地球上所有的大陆和

4、岛屿是连 在一起的，构成一个庞大的联合古陆，称为泛大陆，周围的海洋称为泛大洋。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、北冰洋是在大陆漂移过程中出现的，太平洋是泛大洋的残余。支持这一假 说的证据包括：从古气候而论，在南美洲、非洲、印度、澳大利亚洲都发现有石 岩二叠纪的冰川堆积物，说明它们当初是连在一起的，并正好在极地位置，是经 过以后分裂、漂移才形成目前这种分布的形势（图1）。从古生物来说，有科学 家在北冰洋群岛附近竟然发现了睡莲和梧桐的存在，而这些植物按理说应该生活 在热带，而赤道位置的解释也似乎不成立，那只有一种解释就是这一地区曾经到 达过赤道附近（

5、图2, 3）。从古代地质而论，南半球大陆和印度的古生代地层层 序惊人相似，冈瓦纳大陆层序自上而下先是沉积一套冰川冰磧岩，接着是砂岩， 最后是一套煤系地层；而在南美南部、南非、印度和澳大利亚也发生同样的沉积 事件1 20世纪的同位素测年工作和卫星定位系统表明，前寒武纪时的大西洋 两侧地块在年龄和组成上非常一致。魏格纳的观点被许多欧洲地质学家关注并且 逐渐被接受。Holmes （1933）就提到了一个独特的驱动力机制，即地幔对流，直 到今天仍然是解释板块运动的动力机制。这个学说，在当时有两点引起人们的兴 趣。一是地球自转所产生的水平运动对地壳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

6、的。如李四光在当时也受到此说的影响。但是，大陆漂 移的驱动力问题没有得到解决，有人怀疑地球自转离心力和日月潮汐摩擦力是否 足以使大陆硅铝层在洋底硅镁层上漂移；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褶皱成 山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只凹陷为海沟？如果大陆漂移是在中生代开 始的，那么古生代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，此学说便逐渐消沉下去了。丄冰川漂礫煤低緯度沙漠蒸藐岩亠沙漠砂丘熱幽珊瑚礁冰川務動方向图1古气候证据图2古生物证据图3古生物证据2海底扩张说的提出若干世

7、纪以来，地质工作都是局限于大陆上。第二次世界大战后，由于科学技术 的发展，特别是因为苏美等国家争夺战略要地和海底资源，各种科学伸入到这片 占地球总面积71%的“禁区”，展开了多方面的海洋调查工作，并获得了大量海 洋科学的资料。在这些新资料的基础上，产生了一个崭新的学说海底扩张说。20世纪30年代末，尤其是第二次世界大战结束以来，海底考察发现，海 洋虽然历史悠久，海底却很年轻，几乎根本不存在时代早于侏罗纪的地层，海底 沉积物很薄，火山也很少2这表明海底年龄仅有数亿年。迪茨赫斯据此各自提 出了海底扩张假说（图4）。据傅承义（1974）概括，其要点：1年速度为1厘 米至数厘米的地幔物质对流是地壳运动

8、的最主要动力。2.对流发生在岩石圈下厚 达数百千米、强度很小的软流圈内，对流产生的拽力并不作用于地壳底部，而是 作用于70- 100km深的岩石层底部。3海底为对流循环顶端。对流由发散区向 外扩张，并在数千米外汇聚流入地下。海岭热流较高，为对流上升区，海沟为下 降区。海岭两侧地形崎岖，死火山与平顶山离海岭越远而年龄越老均系海底扩张 的结果。4对流形态决定于地球内部结构而与大陆的位置无关。大陆处于压应力 作用下因而形成褶皱、逆掩断层等挤压型构造,海洋盆地则处于张应力形态之下。 大陆只是随硅镁层漂移。5海底及其沉积物在对流汇聚区下沉，一部分受挤压变 质而与大陆熔接，另一部分则沉入软流层。6海底年龄

9、仅有2x108 3x108年， 整个海底3x108 4x108年即可更新一次。7地球体积基本恒定，海洋盆地面积 也基本上不变。海底扩张说对于许多海底地形、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“新陈代谢”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。Mid-ix-FiH I lit: r dgnTrendOc-an图4海底扩张说3大陆漂移说的复活从60年代起，由于海洋科学和地球物理学等迅速发展，获

10、得大量的有利于 大陆漂移的论据，使大陆漂移的学说得到复活。例如，当初魏格纳从地图上论证 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大陆坡的坡脚为准，并应 考虑消除在大陆分裂后陆壳的增建和改造部分，然后利用电子计算机以数学方法 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，近年做出的磁极迁移曲线（图5），也证明大陆漂 移是

11、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， 称为极移曲线。一条是北美大陆近10亿年的极移曲线，另一条是欧洲大陆近10 亿年的极移曲线，二者大致平行，近期才逐渐靠近，最终汇于北磁极。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。此外，在古气候方面也找到充足的证据。在南方各大陆（南美东南部，非洲 南部，印度大半部，澳洲南部）二叠纪早期都有过广泛的冰川活动（均有该时代 的冰磧岩）。设想当时南方大陆还未分裂，并位于极区附近，后来大陆漂移，出 现当前这种情况。WffldE图5各大

12、陆现今位置标绘的极移曲线4板块构造学说的诞生板块构造学说把海底扩张学说、大陆漂移、地震与火山活动等地质现象纳入 一个统一的理论体系之中，用统一的动力学模式解释全球构造运动过程及其相互 关系，是海底扩张学说假说的具体引申。1967年，美国普林斯顿大学的摩根、 英国剑桥大学的麦肯齐、法国的勒皮顺等人，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。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

13、，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3。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。另外，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，或碰撞压缩焊接，或平移相 错。这

14、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。但同时人们又产生各类疑问了。4.1 板块的趋动力问题是什么力量趋动板块进行运动？这是举世重视的问题。很早就有人设想在地 壳或岩石圈下存在着热对流现象，并且有多个对流中心，在对流上升的地方，导 致板块分裂，涌出地幔物质，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。大陆漂移说曾认为大陆是在某原因下主动漂流；而海底扩张 和板块说则认为，

15、新洋壳驮在软流圈上，随着对流被动移动，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，构成一个封闭 的循环系统4。但是，由于技术条件的限制，既不能推导证实是否存在这种对流， 也不能用实验方法制造出这种对流。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。也有人认为地幔是固体，热只能靠传导来传递，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。 7 0 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

16、上，重力高的地方往往是板块生长和活火山分布的地方。 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上升 流，他把这种上升流称为地幔柱。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软流圈，在那里像蘑菇云一样向四面八 方横向扩散，从而驱动板块移动5。地幔柱有时冲破岩石圈，向上拱起形成巨大 的穹窿，并具有相当高的热流值。地幔柱中熔融的岩浆喷出地表就形成火山。这 些热流值高的隆起点和火山，称为热点，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，可以形成大洋中脊。 如冰岛正好位于大西洋中脊的一个热点上，那

17、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活火山，随着海底扩张向两侧移动，形成对称 分布的死火山链，且沿此链越远，火山年龄越老。此等火山链被认为是地幔柱或 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（Harper）认为，板块由洋脊向两侧滑动，是因板块前缘冷 却、加重、下沉引起的。这种设想的根据是，发生于海沟的浅震，已证明是由正 断层所引起。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。哈 珀计算下沉的拖拉力比洋脊的推挤力大 7 倍6。但所有这些

18、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） 和上田诚也（1975）认为板块运动是 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。4.2 板块构造学说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。尽管如此，板 块构造学说毕竟是以海洋和大洋壳为基础建立起的构造学说，大洋壳上的沉积物 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，岩浆活动、构造作用、变质作用也复杂得多，目前对板块边界和大陆边缘

19、 等活动情况已了解很多，但是对板块内部（简称板内）及大陆地质历史演化过程， 如何利用板块理论来予以揭示，仍然是一个难题。尤其是关于地壳生长的机制， 主要依据上地幔物质对流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7。关于板块驱动力的问题，虽然有关学者提 供了多种可能方式，但仍然处于求索过程中。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，但在东太平洋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，褶皱变形非常复杂，而洋壳厚度很小，最薄处只有 56km,却不曾褶皱

20、而只做刚性运动，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，用卫星监测 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。俄国已经在摩尔曼斯克附近的科拉半岛上钻出了 12km 多的深 洞，取出了迄今为止最深的岩心。德国也在邻近捷克斯洛伐克边境的上普法尔茨 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1

21、0km以后，地温将升至300C，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发展。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1.1X109Pa的条件下进行海沟探 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马里亚纳 海沟（一11034m）。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”。上世纪 70 年代以来，在国际间特别强调 国际多学科合作，并建立相

22、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“联合会间岩石圈委员会”（ICL）便是其中之一。至1991 年已有 62 个国家和地区参加国际岩石圈计划的工作，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，以全球变化的地球科学、当代动力 学和深部过程、大陆岩石圈、大洋岩石圈等为主题，广泛深入开展研究。板块构 造学说在新形势下一定可以获得更大的成就，同时整个地球科学也将会取得辉煌 的成果。总之，板块构造学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大地 构造不可分割的“三部曲”主要参考文献：1 车自成等，2002，中国及其邻区区域大地构造学，北京：地质出版社2 刘肇昌，1985，板块构造学。重庆：四川科学出版社3 巫建华，刘帅，2008，大地构造学概论与中国大地构造学纲要，北京： 地质出版社4 万天丰，2004，中国大地构造学纲要。北京：地质出版社5 谢鸣谦，2000.拼接板块构造及其驱动机理。北京，科学出版社6 杨森楠，杨巍然，1985，中国区域大地构造学。北京：地质出版社7 万天丰，赵维明.2002.论中国大陆的板块变形机制.地学前缘