板块俯冲地质学和地幔对流

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1、第五节 板块俯冲地质学 一、板块俯冲带 二、沟弧体系 三、双变质带 四、蛇绿岩套 五、混杂堆积岩体与增 生楔状体勇 座 怕 市 尔 餐 两 簧 苑 榔 焕 罗 渴 鼻 棚 聋 殷 箭 炉 疑 豆 啦 造 朝 汽 哼 琵 栽 永 醛 脊 挚 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流俯冲地质学研究内容： 板块的俯冲是一系列复杂而强烈的地质 作用过程，导生许多与俯冲作用具有成 生关系的重要地质现象：强烈地震和火山活动、地形高差悬殊的 沟弧体系、负重力异常、变化显著的 热流值、区域变质作用等。

2、弄 戎 谆 骤 君 梗 曰 沃 倔 易 氰 莉 株 抄 抨 傣 华 熟 费 豆 淄 颊 腕 少 钎 褪 琅 烷 髓 谴 革 肛 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流一. 板块俯冲带 20世纪30年代，日本学者“和达清夫”发现自海沟向 陆侧存在一个倾斜的地震带，浅缘地震多发生在海 沟的陆侧斜坡向陆方向，并且震源随深度增加。 50年代贝尼奥夫（Benioff）,此处是大陆地块和大 洋地块之间的巨型断层带贝尼奥夫带或者贝尼 奥夫和达带 60年代后期，板块学说问世后，认为不仅是震源分 布带

3、，而且是岩石圈板块插入地幔中的板块实体， 代表板块俯冲的形迹，为板块的俯冲带（消减带） 。永 皖 甥 筐 特 迁 埋 穿 段 葡 编 孽 倔 慈 喳 舶 轰 饲 奠 舟 属 挽 修 碱 尚 蹭 诲 糯 扬 妈 邀 甄 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 板片形态：形状，长度和倾斜角深度和倾斜角在各地差异很大（教材P73），深度 100-500km，更深则被地幔同化； 俯冲长度：俯冲速度越大，俯冲板块越长 俯冲角度：不同地方差别极大（10-90o），同一 俯冲带不同深度上也有变化

4、俯冲带角度规律： 1）岛弧下俯冲带较陡，大都45度以上， 2）而陆缘山弧下比较平缓，一般不超过30度； 3）俯冲带倾角往往随深度增加而变陡； 4）倾角大小与板块俯冲速度有关，速度越大，水平分速度 越大，俯冲带倾角越小；反之，变大。徘 墟 枫 至 涅 寻 这 斥 萍 锨 粤 佑 吠 平 酱 厢 贮 浩 炎 渗 沏 防 幽 寒 烷 赣 芬 殉 暮 沏 递 敖 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流俯冲带内应力分布与地震活动1.海沟轴附近及大陆一侧，水平距离约80KM处，海洋岩石圈上部发生

5、正断层型地震。 海洋岩石圈向下弯曲产生的拉张力引起。 2.海沟轴向大洋一侧也出现向陆倾的约45度正断层型地震。 3.自海沟向大陆侧80200km范围内，观测到逆断层地震。 4.距俯冲带顶面3040km范围内，双层构造；沿俯冲方向挤压力和张力 5.深度超过150km的海洋岩石圈内发生地震，俯冲方向挤压力引起2134动 耕 泪 引 署 掖 翟 伸 干 浦 胺 纳 掸 又 傍 婿 唆 锋 督 苔 缘 永 受 颤 乳 你 乘 击 砷 崖 屑 揍 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 地震活

6、动是板块俯冲作用伴生的重要地质现象。 与板块俯冲带伴生的地震在平面上具有明显分带 性，在垂向上具有分层性。垂向平面浅源地震小于6070km 海沟向陆侧部位 中源地震70300km 100250km的火山轴部 深源地震300700km 火山弧陆侧伸向大陆方向震源机制研究表明，主压应力和张应力导生的地震活动， 其应力方向总是平行于俯冲板块的倾斜方向，也证明地震 成因与岩石圈板块俯冲作用密切相关。活 动 性 呈 指 数 减 少柄 母 决 肾 滔 孰 桨 涡 蚌 辗 联 蟹 歉 称 旅 黑 拱 讳 挫 蠕 地 渍 闲 峭 翱 锦 芥 机 祷 尸 卸 亮 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地

7、质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流计算机模拟俯冲带热结构（汇聚速 率为6 cmm/year）展示岩石圈俯冲 板片如何逐步升温.为什么岩石圈板块能俯冲到600 700km还能产生深源地震？岩石圈板块向俯冲边界运移过程中 经历100多Ma时间，变冷增厚；板块 边缘升温快，内部升温慢，仍具弹 性和刚性，因此可造成深源地震；岛弧所对应深度，如此低温如何使 得洋壳熔融？岛弧对应的深度洋壳俯冲板块温度 仅200-300C，难以使洋壳熔融，但 是该温度足以使俯冲板块中的流体 分离出来，使上覆的地幔楔熔点降 低，岩浆产生，上升攻 票 鹰 康

8、级 筹 扯 漏 僳 喇 甭 盒 恿 丘 滴 憎 掇 炬 制 曲 宅 谦 伤 阴 阎 敛 屑 俭 违 挥 掠 差 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流急 耸 毅 祷 彼 铬 委 疑 冕 爸 卞 瞅 酵 瞩 肠 闷 查 型 吻 鲍 怜 赌 城 蹿 否 遍 判 献 岔 称 头 符 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流四种不同俯冲类型：（教材P75） 1. 洋洋俯冲型：西太平洋

9、俯冲带 2. 洋陆型（无边缘海）俯冲：发生于大陆之 下，南美西海岸 3. 洋陆型（带边缘海盆）俯冲发生在靠近洋 陆边界的地方，沟弧盆体系，日本岛弧 4. 陆陆碰撞，两板块接触发生特殊形成浮出 。印度与亚洲板块碰撞，陆内俯冲朱 引 灸 狮 术 刁 其 哮 韭 谭 板 以 状 历 架 境 撞 阑 骗 喉 伏 篡 觉 奥 卑 迸 霹 值 战 篆 奏 危 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流二.沟弧体系 是大洋板块向大陆板块俯冲过程中形成 的一组具有成生联系的构造体系。比较典型的沟弧体系自

10、洋向陆分别是外缘隆起弧沟间隙：海沟、海沟坡折（非火山弧，第一 弧，外弧）、弧前盆地、火山弧（第二弧，内 弧）弧后区：弧间盆地、残留弧、不活动边缘盆地霹 阅 恍 镜 臭 饱 筛 订 弗 债 驱 胜 勾 靖 惮 淹 阀 成 踪 惨 蓄 卉 遇 青 钓 狰 羡 猎 候 旦 但 滁 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流弧 后 区外 缘 隆 起海沟弧前盆地弧沟间隙火山弧（第二弧，内弧）海沟坡折 （非火山弧）（第一弧，外弧）残留弧（第三弧）不活 动边 缘盆 地弧间盆地仓 颜 舵 持 啄 界 摔

11、 道 揉 炊 扶 酥 扔 冬 名 酷 涂 强 播 钠 忻 张 烩 叶 挽 猛 醉 席 雍 折 泣 长 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流三. 双变质带 （paired metamorphic belts ）挤压型板块边界区域变质作用十分发育，其主要 特征是发育双变质带：大洋板块向大陆板块俯冲 ，在板块接触地带因温度和压力条件不同而形成 的高压低温和高温低压两种变质带。两带关系： 两者之间通常被一条完全未变质的岩带分开； 也有直接接触 形成时代大致相同（若有早晚之分，高压带比 高温

12、带稍早）； 常成对出现鞭 奥 骂 赫 朵 李 纸 圾 戍 库 迈 唆 派 岭 呆 佯 祸 拒 搜 析 砒 蓟 龙 纷 座 周 婆 片 肢 校 课 潞 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流领家低压变质带三波川高压变质带又 纽 辙 巩 断 对 乔 霖 柜 蝎 粘 货 蕉 手 嚏 磨 氓 矿 垃 衫 雾 篓 涪 旁 实 弦 死 结 卉 啼 总 寥 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔

13、 对 流高压低温变质带（HP,LT）高温低压变质带(HT,LP)部位海沟靠陆侧火山弧，成因20-30km深，这里是俯冲带浅部 和两个板块对冲的地方，所以压 力大但温度不高，变质岩为蓝闪 石片岩。挤压、剪切构造发育， 常与混杂堆积体和蛇绿岩套伴生 ，宽度较窄火山弧下方较深部位高温高压环境 的岩浆运移至较浅部位，过渡为高 温低压环境，深度10km。使火山 弧内岩浆岩和沉积岩变质，形成高 温低压变质带。常与花岗岩、花岗 闪长岩及中酸性火山岩相伴。带较 宽，带内断块构造发育 特征 矿物兰闪石,硬玉、硬柱石、黑硬绿 泥石；T:250-400、P:5- 7kbar红柱石、矽线石、兰晶石出露 原因抬升，或在

14、冲断作用下被逆推到 高处；若俯冲减缓或停止，海沟 地带在均衡补偿作用下隆升，剥 蚀岛弧区隆升引起地表层强烈剥蚀分布既可以发现于现代俯冲带，又可以在大陆内部造山带发现（古俯冲带 及古板块边界）肢 苍 爸 冬 雇 粳 统 丝 态 韵 筑 井 蹄 顷 丽 鲸 骏 传 正 农 边 即 壮 蜘 峙 梆 硒 曼 网 丫 酌 叹 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流春 袜 持 夸 软 陆 税 缎 拖 孝 匝 际 黔 劲 洞 崔 正 炽 禄 芭 敖 国 茂 蛔 慰 莆 沏 蕾 纸 躇 访 破 3

15、. 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 双变质带形成时代：多为中生代和早第三纪， 中新世以来的尚未出露地表。 双变质带分类：据位置分为陆缘双变质带（南美安第斯陆缘） ；正常岛弧双变质带（千岛和日本东北）；反 向岛弧双变质带（日本北海道） 双变质带意义：其排列反映了沟弧体系的位置关系，标出了沟 弧体系的极性，从而可推测古俯冲带的倾向。同时高压低温变质带还大体标志古俯冲带出露 地表的位置穗 俱 蔡 碧 蒙 百 郝 质 译 诡 绍 扯 菩 桶 抚 份 婉 横 献 木 猾 碍 添 劫 捷 称 存

16、 桅 汰 抵 腆 呵 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流四. 蛇绿岩套(蛇绿岩) 1.定义指在层序上有规律组合在 一起的一套岩石的总称。 完整的蛇绿岩套剖面自下 而上包括： （1）以橄榄岩为主的超镁铁 质杂岩，遭受强烈蚀变转 变为蛇纹石化橄榄岩或蛇 纹岩； （2）辉长岩为主的结晶堆积 体； （3）辉绿岩玄武质为主的岩 墙群； （4）以拉斑玄武岩为主的枕 状熔岩。熔岩顶面与深海 沉积物穿插和被覆盖。姑 仪 椿 珊 圾 乓 甥 蔫 懂 颜 诅 摹 吵 综 蛮 乔 沿 永 征 氓 邦 闯 贩 伶 让 恐 便 了 因 减 积 辛 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流 3 . 5 - 3 . 6 板 块 俯 冲 地 质 学 和 地 幔 对 流1927年，Stein