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1、 中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 地球科学大辞典板块构造学说板块构造学说总论 【全球板块构造】global plate tectonics 现代板块边界主要是根据全球地震活动带和各种地 质、地球物理资料划分的，因为构造地震意味着两侧地质体发生相互错移。沿全球洋中脊 分布的张性浅源地震带反映了两侧板块在背向运动；沿大陆边缘分布的倾斜地震带(贝尼奥 夫带)代表两侧板块相向汇聚。由此得出全球板块分布(如图)。新洋壳现在正沿大西洋等大 洋中脊产生。红海就是印度洋中脊伸入非洲板块、使后者裂离而出现的新生洋盆。阿尔卑斯喜马拉雅山系是欧亚
2、板块和非洲、印澳板块碰撞汇聚的地方。可以看出多数情况下洋、 陆边缘与板块界线并不一致。 全球板块构造 (据 D.P.McKenzie and F.Richter,1976) 箭头和数字示相邻板块运动的方向和速度，单位 cm/a.阿拉伯板块； .欧亚板块； .可可斯板块； .北美板块； .加勒比板块； .南 美板块； .纳兹卡板块； .南极洲板块； .太平洋板块； .菲律宾海板块； .澳大利亚印度板块； .非洲板块【岩石圈板块】lithosphere plate 地 球岩石圈被一些构造活动带(如洋中脊、岛弧海沟系、转换断层)分割成若干个不连续的板 状块体。每个板块的厚度 50150 千米不等，面
3、积大小也各不相同，故可按其直径大小划 分为大、中、小板块。也有人以巨板块、板块、亚板块和微板块等区分之。最初由勒皮雄 (Le Pichon，1968)将全球岩石圈划分出欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、 美洲板块和南极洲板块等六个大板块。以后，这些全球性的板块又被进一步划分出许多次 一级板块。例如美洲板块又被划分成南、北美洲两个板块等。从垂向剖面上看，岩石圈板 块具有双层结构，下部由上地幔上部物质组成，其成分相当于橄榄岩；上部即为莫霍面以 上的地壳。在空间上，板块的成分和厚度变化都很大。板块的形状与全球海陆分布的地理 面貌之间通常并不一致，只有少数例外，如太平洋板块主要全由洋壳组成，
4、没有陆壳分布。【新全球构造】new global tectonics 以前人们把大陆漂移说称为全球构造学说，因为它的研 究对象涉及整个地球。后来出现的板块构造学说，其研究领域也遍及全球，但它的研究深 度大大超过了前者，为了有所区别，人们将后者命名为新全球构造。 【板块运动】plate movement 地壳沿大洋中脊产生，向海沟方向消减，它的运动可按欧拉定理(Eulers theorem)：任一块体沿球面的运动可用绕一通过球心的轴的旋转来描绘。板 块沿地球表面的运动 (据 Press, 1982)图中板块 B 正相对板块 A 向东移动，由箭头矢量指示的板块运动方向和错 移洋中脊的转换断层方向一
5、致,并代表旋转纬线。垂直这些纬线的法线的交点就是转动极的 位置。从而一个板块的运动可以根据绕特定极的转动(角速度)确定。板块运动的线速度在 转动极为零，90处达最大值。按照 20 世纪 70 年代后期的测定,全球板块运动速度从 2.0 厘米/年(红海)到 18.3 厘米/年(南太平洋)不等。 【板块构造学说】plate tectonics hypothesis 见 94 页“板块构造学说” 。 【地幔对流说】mantle convection hypothesis 即对流说，指地球内部物质循环运动的一种方式，是板块运动动力机制的一种假说。由霍姆斯(AHolmes，1928)和格里格斯 (DGr
6、iggs,1939)提出。现认为它是导致板块运移的主要机制。岩石的不良热传导性和放射 热积累使地幔物质地幔对流说升温、变轻，形成上升流，到软流圈顶部转为平流。这种平 流的前缘与另一相向平流相会，形成下降流；到深部下降流又转变成相背的平流，其前锋中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 又回到了上升流底部，并对其进行补充，于是地幔内部就出现了对流环，这种现象称为地 幔对流。在地幔上升流的上方形成洋中脊的扩张，下降流发生处则导致板块俯冲，而在平 流区地幔流拖拽板块，并使之水平运移。 【地幔对流】mantle convection 深部地幔
7、物质由于热量增加、密度减少而形成热流上升， 达到岩石圈之下再转为横向流动，随着温度下降，又转向地球内部的运动过程。这一词汇在 19 世纪已有人提出，英国著名地质学家霍姆斯(AHolmes，1928)和格里格斯 (D.Griggs,1939)试图用地幔对流作为大陆漂移的驱动力。20 世纪 60 年代这一观点被地质学 家广泛接受，并成为海底扩张、板块移动以及地幔柱形成的重要机制。地幔是由高温的热 物质组成的。由于地幔内部存在密度和温度的差异，导致固态物质也可以发生流动。地幔 对流是一个复杂的系统，它既是一种热传导方式，又是一种物质流的运动。地幔对流的过 程是缓慢的；地幔对流的流动形态可地幔对流的假
8、设以不同(如图所示)。热的地幔物质上 升减压常常伴随有部分熔融作用发生。地幔对流可以是从核幔边界上升至岩石圈底部，形 成全地幔对流环；也可以是分层对流，即上、下地幔分别形成对流环。近些年来地震层析 和地球化学研究成果已证实地幔的流变。 【地幔柱说】mantle plume theory,plume tectonics hypothesis 一种板块运动机制的学说，由摩根(WJMorgan,1971)提出。地幔柱指地幔深部物质的柱状上涌体，直径可达 150 千米，由放射热积累导致地幔深部或核幔边界的物质升温上涌形成。地幔柱上升到岩 石圈底部后向四周扩散，从而推动板块运动。在地质历史上，地幔柱的位
9、置相对固定而长 期活动，其顶部引发的火山活动常形成火山链。这种火山链由新到老位置的迁移指示板块 运动的轨迹，即可把它当作板块运动的一个参照系。目前已确证的地幔柱约有 20 个。到了 20 世纪 90 年代，这一名词被赋予新的涵义，有些学者认为地幔柱可分为两类，即在地幔 范围内存在因板块俯冲消减和重力陷落而成的冷地幔柱(cold plume)和核幔边界物质上涌而 成的热地幔柱(hot plume)。冷、热地幔柱的运动是地幔中物质运动的主要形式，它控制或 驱动了板块运动，导致岩浆活动、地震发生和磁极倒转，影响着全球性大地基准面变化、 全球气候变化以及生物灭绝与繁衍。热地幔柱上升可以导致大陆破裂、大
10、洋开启；冷地幔 柱的回流则引起洋壳俯冲和板块碰撞。还有些学者预言：地幔柱构造正在发展成为一种超 越板块构造的地球动力学新模式和大地构造新理论。然而由于存在众多难以用地幔柱构造 加以解释的地质现象，这一新理论还有待进一步验证。 【超级地幔柱】super mantle plume 又称巨型地幔柱。由 Fukao 和 Maruyama(1994)提出的一 种地球内部物质运动方式和全球动力学假说。巨型地幔柱起初指起源于核幔边界，直径达 数千千米的热物质上涌体(即热地幔柱)，是大陆裂解和海底扩张的基本动力。目前全球共 有两个巨型热地幔柱，分别位于南太平洋和非洲下面。后来发现除上升热地幔柱外，在亚洲大陆之
11、下超级地幔柱的颈缩膨胀构造还存在一个由俯冲物质在上、下地幔边界堆积形 成的巨型冷地幔柱，它是大陆聚合的驱动力。冷地幔柱到达核幔边界，引起热扰动和热物 质上涌。巨型热地幔柱和冷地幔柱相辅相伴出现，构成了现代地球物质热对流的主要方式。 超级地幔柱的形态及上涌过程复杂，丸山茂德将其简化为图所示：地幔柱从 D层上升并 颈缩变细，到达地幔中部后向 670 千米深度逐渐扩展；在 670 千米深度附近巨型地幔柱分 为若干较小的二级地幔柱向上喷涌；在升至板块底部后再次横向扩展，并沿板块的断裂或 薄弱地带上升，而形成更小的三级地幔柱。现在地球上的大约 50 个热点，可用这些三级地 幔柱来解释。不过，目前这些二、
12、三级分支地幔柱的存在及形态还带有很大的推测成分。 超级热地幔柱的形状及其地表显示 (据 Maruyama,1994)【涌流构造说】surge tectonic hypothesis 曾译颤动构造。迈耶霍夫等 (Meyerhoff et al.,1977)提出的一个新全球构造和地球动力学假说，即软流圈涌动的驱动机制。中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 由于地球收缩引起冷凝的岩石圈地块塌陷到软流圈中时，部分岩浆依重力法则上涌，直至 达到岩浆密度与周围岩石密度相平衡的位置上才会停止下来。这一过程正像一个巨型液压 机，遵循帕斯卡定律，通
13、过岩浆的涌动把所受压力传递到各个方向。强烈的岩浆涌动对构 造运动起决定作用。岩浆涌流通道是岩石圈中最基本的构造单元，可以依据近 40 种物性标 志加以鉴别。涌流通道被分为洋盆型、大陆边缘型和大陆型等三类。大洋中脊是洋盆型涌 流通道中的主干通道，这些通道可为构造运动提供浅层作用机制。它们的存在可由全球热 流图证实。迈耶霍夫等(1992)提出了一些用板块构造学说得不到合理解释的地质现象，例 如全球高热流带(大于 55 毫瓦/米 2)相互连通的网状分布形式，用涌流构造说可得到圆满地 说明：网状高热流带是由下伏涌流通道网络形成的。如果涌流通道被强烈压缩，它们可变 为裂谷带或褶皱带，每个涌流通道的变形形
14、式是它上面岩石圈厚度的函数；又如声谱仪显 示洋中脊被众多纵向裂隙切割，提示洋中脊下面软流圈的流动方向并非与洋中脊相垂直， 而是和洋中脊平行；迈耶霍夫等(1992)以此作为批判海底扩张和证实涌流通道存在的证据。 涌流构造假说指出了板块构造假说之不足，提出了一个将岩浆活动和构造作用诸方面相统 一全球主要热点分布图 (据 Condie，2001)的机制，但至今这一假说还不是很完善的。 【热点】hot spot 形成与板块边界无关的、来自上地幔中相对固定的火山的岩浆源。威尔逊 (J. T. Wilson 1963)提出,指通常伴有大规模火山活动的地表高热流区。全球火山大部分沿板 块边界，特别是洋中脊分
15、布。可是板块内部有些地方也有强烈的火山活动，而且它们下面 并没有海底扩张作用发生。太平洋中部的夏威夷群岛及其西延的天皇海岭，呈线形延伸， 长度超过 6000 千米， 由最东端的冒纳罗亚活火山(时代为零)，向西依次变老，到最西北 毗邻千岛海沟的底特律海山(约 80 百万年)。相应地貌上也由活火山岛变为休眠火山岛，高 度降低、破坏程度加大，最后成为海下截顶山。这一现象被解释为太平洋板块向西北运移 过程中通过下伏固定热点留下的迹线。图为印度洋和大西洋中的主要热点。摩根(W. J. Morgan，1971)明确提出这些热点是下地幔对流的表现，即热点是地幔柱的地表表现。洋底 高原即海台多由热点火山产生，
16、如世界上规模最大的翁通爪哇海台。有些热点也出现在大 陆内部，如美国黄石公园。中国的峨眉山玄武岩也是热点火山的产物。【贝纳尔瑞利对流模型】BenardRayleigh convective model 由贝纳尔和贝纳尔涡瑞利 分别通过实验研究提出的有关热对流作用形成机理及其影响因素的、从定性到定量的实验。 1906 年法国学者贝纳尔进行的较详细的基础实验证明，只有当温度增加到一定程度时，受 热部分才会从各处上升，而它们的周围则会下降。继之，就会出现如图所示那样无数规则 的正六角形，温度增高的部分会在六角形中心上升，而冷却部分沿六角形边缘下降。这就 是所谓的贝纳尔蜂巢或贝纳尔涡”(Benard cells)。进而还表明贝纳尔蜂巢是稳定的；流质 层的厚度和正六角形的边长之比恒近于 1。后来，1916 年瑞利发表了新的研究成果表明：
