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1、n n 第三章第三章 板块构造基本原理板块构造基本原理n n 一一、几几个个与与板板块块构构造造有有关关的的概念概念n n 1 1、 转转 换换 断断 层层 （ transform transform faultfault）n n （1 1）、研究历史）、研究历史n n 自自五五十十年年代代以以来来，在在大大洋洋中中陆陆续续发发现现了了许许多多横横切切大大洋洋中中脊脊的的断断裂裂带带，这这些些断断裂裂带带长长而而直直，长长可可达达数数百百到到数数千千公公里里，宽宽数数十十公公里里。过过去去从从传传统统的的构构造造地地质质学学观观点点出出发发，都都把把这这些些断断层层当当作作平平移移断断层层。W
2、ilson Wilson （19651965）从从海海底底扩扩张张的的观观点点出出发发，考考虑虑到到它它所所切切开开的的是是不不断断向向两两侧侧扩扩张张的的洋洋中中脊脊，因因此此，必必定定具具有有与与一一般般平平移移断断层层完完全全不不同同的的性性质质。他他在在详详细细研研究究了了这这些些断断层层的的基基础础上上，将将这这种种断断层命名为层命名为transform faulttransform fault。这就是转换断层大西洋中脊与转换断层San anderas fautSan anderas faut大西洋中脊的转换断层与地震分布n n （2 2）、）、The concept of tran
3、sform faultThe concept of transform faultn n transform transform faultfault是是伴伴随随着着洋洋中中脊脊分分布布的的一一种种剪剪切切运运动动的的断断层层，其其延延伸伸方方向向常常常常与与洋洋中中脊脊垂垂直直，长长度度为为数数百百公公里里。在在转转换换断断层层中中，由由于于洋洋中中脊脊本本身身在在向向两两侧侧扩扩张张，因因而而在在转转换换断断层层两两侧侧被被洋洋中中脊脊限限制制的的这这一一部部分分（图图中中的的A A、B B）的的实实际际相相对对运运动动正正好好与与洋洋中中脊脊整整体体所所表表现现的的错错动方向相反。动方向
4、相反。n n Wilson Wilson 对对美美国国西西海海岸岸的的San San anderas anderas fautfaut进进行研究后，认为其是一条右旋转换断层。行研究后，认为其是一条右旋转换断层。n n （3 3）、）、 transform fault transform fault的形成机制的形成机制n n 、DitzDitz认认为为： transform transform faultfault的的形形成成与与洋中脊上不同地段的扩张速率不同有关。洋中脊上不同地段的扩张速率不同有关。n n 、WilsonWilson（19651965）在在解解释释赤赤道道大大西西洋洋转转换换断
5、断层层的的成成因因时时，强强调调在在大大西西洋洋扩扩张张以以前前，如如大大陆陆上上存存在在断断层层或或脆脆性性线线，则则大大陆陆分分成成两两块块时时新新的的张张性性破破裂裂就就会会追追踪踪和和受受老老的的断断层层的的影影响响，而出现拉张段和平移段交替的而出现拉张段和平移段交替的 transform fault transform fault。n n 、张文佑（、张文佑（19781978）用锯齿状断层的发）用锯齿状断层的发展来解释展来解释 transform fault transform fault的形成及活动方式的形成及活动方式 转换断层与平移断层转换断层就是这样形成的几种可能的机制解释n
6、n 2 2、岩石圈及软流圈、岩石圈及软流圈n n （1 1）、软流圈：又称）、软流圈：又称2 2、岩石圈、岩石圈低速层，系指岩低速层，系指岩石圈以下的一个层圈石圈以下的一个层圈, ,该层是一软弱层该层是一软弱层, ,它的机械强度它的机械强度和抵抗变形应力的强度都低于其上的岩石圈。软流圈和抵抗变形应力的强度都低于其上的岩石圈。软流圈位于地幔上部，深度各地不一样，顶面深度为位于地幔上部，深度各地不一样，顶面深度为505060Km60Km，大陆区顶面深度为，大陆区顶面深度为100200Km100200Km。n n （2 2）、岩石圈：指的是地球的脆性外壳，其范围）、岩石圈：指的是地球的脆性外壳，其范
7、围自地表而深延至低速层（软流圈）。洋底岩石圈的平自地表而深延至低速层（软流圈）。洋底岩石圈的平均厚度为均厚度为5060Km5060Km；大陆则为；大陆则为120150Km120150Km。n n 3 3、岩石圈板块的概念、岩石圈板块的概念n n “Plate” “Plate”这一术语是由这一术语是由WilsonWilson（19651965）在有关）在有关 transform faulttransform fault的文章中提出的，通常说的岩石圈板块的文章中提出的，通常说的岩石圈板块是指被活动带所分割的由岩石圈构成的球面盖板。它是指被活动带所分割的由岩石圈构成的球面盖板。它的面积很大（数万至上
8、亿的面积很大（数万至上亿Km2Km2），厚度很小（仅），厚度很小（仅100Km100Km），并同地球表面轮廓一致弯曲。这些岩石），并同地球表面轮廓一致弯曲。这些岩石圈板块在软流圈之上按球面运动规律不断改变着彼此圈板块在软流圈之上按球面运动规律不断改变着彼此的位置，并与其下的软流圈之间作相对运动。因此，的位置，并与其下的软流圈之间作相对运动。因此，它不是固定不动的，而是运动着的；相对板块边缘而它不是固定不动的，而是运动着的；相对板块边缘而言，它本身较少变形，或者变形只在有限的范围内和言，它本身较少变形，或者变形只在有限的范围内和有限程度上发生。从这个意义上讲，它又是有限程度上发生。从这个意义上讲
9、，它又是“ “相对稳相对稳定定” ”的。的。n n plate tectonics的基本概念是：岩石圈板块的相互作用是引起大地构造活动的基本原因，板块构造学就是研究这种作用的。板块的相互作用主要发生在它们的边缘部分。在板块相互离散的边界（如洋中脊）上，大洋岩石圈不断增生；在板块相互敛合运动的边界（如岛弧、碰撞造山带）上，大洋岩石圈消亡，大陆岩石圈增长；在板块相互平移的边界上，岩石圈既不增生也不消亡，出现地壳上最宏伟的大陆或大洋走向滑动断裂带。这些不同类型的板块边界构成了地球表面上最重要的构造活动带。 板块运动过程 现代板块边界上的这些活动带都是地震活动带。1968年，X.Le Pichon（法
10、国地球物理学家）将全球岩石圈划分为六大板块：即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、印度澳洲板块和南极洲板块。 根据岩石圈的类型，板块可以分为大洋岩石圈板块（或大洋板块、洋壳板块）、大陆岩石圈板块（或陆壳板块、大陆板块）和过度型岩石圈板块（或过度壳板块）。 太平洋、菲律宾大洋岩石圈板块，伊朗板块大陆岩石圈板块。以几个大陆为核心的板块属过度型板块。近100万年来全球板块与火山分布地球上有地球许多板块！n n 二、板块边界类型及特征二、板块边界类型及特征n n 板块有三种边界类型板块有三种边界类型n n 1 1、离散型边界（、离散型边界（Divergent boundaryDivergent
11、boundary）n n Divergent boundary Divergent boundary的两侧板块作垂直于边界走向的相背运动的两侧板块作垂直于边界走向的相背运动, ,使板块向两使板块向两侧分离、散开。其应力状态为拉伸状态。侧分离、散开。其应力状态为拉伸状态。n n 地球上巨大的张裂带均发生在这种边界上。其既可发生在大洋岩石圈板地球上巨大的张裂带均发生在这种边界上。其既可发生在大洋岩石圈板块内，亦可发生在大陆岩石圈板块内。前者如大西洋，后者如东非裂谷。块内，亦可发生在大陆岩石圈板块内。前者如大西洋，后者如东非裂谷。n n 2 2、敛合边界（、敛合边界（convergent bound
12、aryconvergent boundary）n n convergent boundary convergent boundary的两侧板块作垂直于边界走向的相向运动的两侧板块作垂直于边界走向的相向运动, ,其应力状其应力状态为挤压状态。沿板块边界，地壳强烈变形，有岩浆活动和造山带形成。有态为挤压状态。沿板块边界，地壳强烈变形，有岩浆活动和造山带形成。有两种基本类型：两种基本类型：n n 、当大洋板块与大陆板块（或较小的大洋板块）相互汇聚运动时，由、当大洋板块与大陆板块（或较小的大洋板块）相互汇聚运动时，由于洋壳的比重较大，所受的浮力较小，因此，它总是俯冲消亡在陆壳板块或于洋壳的比重较大，所
13、受的浮力较小，因此，它总是俯冲消亡在陆壳板块或较小的大洋板块之下。这种以俯冲作用为主的边界称之为较小的大洋板块之下。这种以俯冲作用为主的边界称之为subduction zonesubduction zone。n n subduction zone subduction zone：板块构造学说认为，大洋：板块构造学说认为，大洋板块向某一方向移动，遇到大陆地壳并彼此相碰板块向某一方向移动，遇到大陆地壳并彼此相碰时，大洋板块由于其密度较大，地位低，便俯冲时，大洋板块由于其密度较大，地位低，便俯冲到大陆地壳之下，这一俯冲部分被称之为俯冲带。到大陆地壳之下，这一俯冲部分被称之为俯冲带。n n 根据弧后地
14、壳类型和应力状态及构造活动，根据弧后地壳类型和应力状态及构造活动，俯冲边界又可分为两种（俯冲边界又可分为两种（Dickinson 1981Dickinson 1981）：即陆）：即陆缘弧沟系和洋内弧沟系。前者是大洋板块俯冲在缘弧沟系和洋内弧沟系。前者是大洋板块俯冲在大陆板块之下，岩浆弧和弧后区是大陆地壳。弧大陆板块之下，岩浆弧和弧后区是大陆地壳。弧后为陆地或浅海，弧后的应力状态是挤压或中性后为陆地或浅海，弧后的应力状态是挤压或中性的（如安第斯）；后者是大洋板块俯冲到另一洋的（如安第斯）；后者是大洋板块俯冲到另一洋壳之下，弧后区是大洋地壳，岩浆弧的地壳是过壳之下，弧后区是大洋地壳，岩浆弧的地壳是
15、过度型的。度型的。n n 、当、当convergent boundaryconvergent boundary两侧均为陆壳板块，两侧均为陆壳板块，或者陆壳板块与岛弧板块相互敛合时，由于两者或者陆壳板块与岛弧板块相互敛合时，由于两者的比重都比较小，或浮力都比较大，陆壳板块难的比重都比较小，或浮力都比较大，陆壳板块难以俯冲到另一陆壳板块之下的地幔中，于是，两以俯冲到另一陆壳板块之下的地幔中，于是，两个板块最终碰撞在一起，这种边界称之为个板块最终碰撞在一起，这种边界称之为Collision zoneCollision zone。n n collision zone collision zone：两个
16、大陆换大陆与岛弧相碰撞：两个大陆换大陆与岛弧相碰撞的地带，由于相互碰撞的两个地壳单元岩石密度的地带，由于相互碰撞的两个地壳单元岩石密度均较低，难以进入地幔，最后被挤压而成造山带。均较低，难以进入地幔，最后被挤压而成造山带。n n 3 3、转换边界（、转换边界（transform boundarytransform boundary）n n transform transform boundaryboundary是是由由转转换换断断层层构构成成的的板板块块边边界界，两两侧侧板板块块平平行行于于边边界界作作走走滑滑运运动动其其应应力力状状态态为为剪剪切切应应力力状状态态。沿沿转转换换边边界界，岩岩
17、石石圈圈既既不不增增生生又又不不消消减减。如如San San Aderas Aderas transform transform faultfault就就是是太太平平洋洋板板块块与与北北美美板板块块之之间的一条间的一条transform boundarytransform boundary。n n 4 4、板块边界的转化、板块边界的转化n n 板板块块的的边边界界类类型型主主要要有有以以上上三三种种，但但它它们们之之间间还还有有许许多多过过度度类类型型。当当两两个个板板块块的的运运动动矢矢量量与与板板块块边边界界的的方方向向斜斜交交时时，则则板板块块边边界界的的性性质质会会发发生生改改变变。如
18、如太太平平洋洋板板块块与与北北美美板板块块之之间间的的边边界界在在30003000万万年年以以前前是是汇汇聚聚性性边边界界，30003000年年之之后后，许许多多地地方方改改变变成成了了转转换换型型边界。边界。n n5 5、各类板块边界的特征（见下表）、各类板块边界的特征（见下表）San anderas fautSan anderas faut汇聚型陆壳陆壳汇聚型洋壳洋壳汇聚型陆壳洋壳离散型n n 三、各类板块边界的地震活动特点三、各类板块边界的地震活动特点n n 我我们们知知道道，现现今今世世界界上上，95%95%的的地地震震集集中中在在一一些些狭狭长长的的地地震震带带内内。其其中中环环太太
19、平平洋洋80%80%；Alpshimalaya10%Alpshimalaya10%；大洋中脊；大洋中脊5%5%。n n 全全球球地地震震活活动动带带首首尾尾相相接接，将将岩岩石石圈圈划划分分为为若若干干内内部部地地震震活活动动相相对对较较弱弱的的六六大大板板块块。而而这这些些地地震震的的发发生生，正正是是板板块块运运动动及及其其相相互互作作用用的的结结果果。95%95%以以上上的的地地震震都都集集中中在在板板块块边边界界上上，可可见见板板块块的的相相互互作作用用是是地地震震的的一一个个基基本本成成因因。通通常常可可将将地地震震带带当当作作板板块块划划分分的的首首要要标标志志。地地貌貌特特征征是
20、是板板块块划划分分的的另另一一标标志志。各各类类板板块块边边界界上的地震活动特征见下表。上的地震活动特征见下表。地震和火山就在这些地方发生n n 四、四、BenioffBenioff带与板块俯冲带与板块俯冲n n 环太平洋带是地球上最强烈的地震带，这里既环太平洋带是地球上最强烈的地震带，这里既有浅源（有浅源（070km070km）地震，也有中源（）地震，也有中源（7070300km300km）地震，还有深源（）地震，还有深源（300700km300700km）地震。浅）地震。浅源地震多集中在海沟的大陆一侧斜坡地带；中源和源地震多集中在海沟的大陆一侧斜坡地带；中源和深源地震则见于弧后地区。震源深
21、度通常靠洋侧浅，深源地震则见于弧后地区。震源深度通常靠洋侧浅，靠陆侧深。早在本世纪三十年代，日本学者和达清靠陆侧深。早在本世纪三十年代，日本学者和达清夫（夫（WadatiWadati地球物理学家）首先发现了这个倾斜的地球物理学家）首先发现了这个倾斜的震源带，五十年代美国地质学家震源带，五十年代美国地质学家BenioffBenioff对该带进行对该带进行了详细的研究和讨论，并把它当作大陆地块和大洋了详细的研究和讨论，并把它当作大陆地块和大洋地块之间的巨型逆断层带。板块构造提出后，这个地块之间的巨型逆断层带。板块构造提出后，这个带很自然地被当作板块的俯冲带，这一倾斜的震源带很自然地被当作板块的俯冲
22、带，这一倾斜的震源带标出了板块俯冲的痕迹。由于带标出了板块俯冲的痕迹。由于BenioffBenioff和和WadatiWadati在在该带上的贡献，故又将其称为该带上的贡献，故又将其称为WadatiBenioffWadatiBenioff带。带。n n concept concept：指岛弧：指岛弧海沟系俯冲带上面反映震源海沟系俯冲带上面反映震源活动的地带，其倾角平均为活动的地带，其倾角平均为4545，倾向大陆和岛弧所，倾向大陆和岛弧所在的方向，深度可达在的方向，深度可达300700km300700km，它是板块的俯冲，它是板块的俯冲带。带。n n 俯冲带总是与海沟相半生的，主要分布在太平俯冲
23、带总是与海沟相半生的，主要分布在太平洋周边地区，近年来发现，洋周边地区，近年来发现，BenioffBenioff带沿岛弧走向上带沿岛弧走向上的倾角变化很大，如伊豆的倾角变化很大，如伊豆小笠原小笠原马里亚纳海沟，马里亚纳海沟，倾角由北面的倾角由北面的4545增大到南面的增大到南面的9090；太平洋岛弧下；太平洋岛弧下的的BenioffBenioff带大多在带大多在4545；东太平洋安第斯型大陆边；东太平洋安第斯型大陆边缘之下的缘之下的BenioffBenioff则比较缓，一般则比较缓，一般3030。东北日本之下的双层震源n n 板块俯冲带的特征板块俯冲带的特征n n 1 1、它是地球上最强烈的地
24、震活动带；、它是地球上最强烈的地震活动带；n n 2 2、是是地地球球上上最最强强烈烈的的火火山山活活动动带带，已已知知现现代代活活火火山山有有62%62%分分布布在在环环太平洋带；太平洋带；n n 3 3、是是地地球球表表面面上上地地形形高高差差起起伏伏最最大大的的地地带带。马马里里亚亚纳纳海海沟沟深深11022m11022m，从马里亚纳群岛直落海沟底，其落差为，从马里亚纳群岛直落海沟底，其落差为11500m11500m。n n 4 4、出现地球上最大的负重力异常带；、出现地球上最大的负重力异常带；n n 5 5、是是地地球球上上热热流流值值变变化化最最显显著著的的地地带带，海海沟沟作作为为
25、板板块块下下潜潜的的地地方方，是热流值最低的地方；是热流值最低的地方；n n 6 6、它它是是强强烈烈的的区区域域变变质质带带。发发生生高高温温低低压压变变质质作作用用和和低低温温高高压压变变质质作用。作用。n n 五、板块的驱动机制五、板块的驱动机制n n 1 1、地幔对流、地幔对流n n 地地幔幔对对流流是是热热动动力力对对流流与与重重力力对对流流联联合合作作用用的的结结果果。在在大大洋洋中中脊脊，热热而而密密度度低低的的地地幔幔物物质质上上涌涌，到到达达岩岩石石圈圈附附近近，向向两两侧侧产产生生平平流流，平平流流过过程程中中，因因热热传传导导而而使使之之变变冷冷，冷冷而而重重的的物物质质在在俯俯冲冲带带下下沉沉再再进进入入地地幔幔，如此循环往返而构成了地幔对流。如此循环往返而构成了地幔对流。n n 2 2、重力、体力推动的推、重力、体力推动的推拉模式拉模式n n 埃埃尔尔萨萨塞塞（W.M.ElsasserW.M.Elsasser，19671967）提提出出：在在重重力力场场中中运运动动的的板板块块，主主要受洋中脊的推力和下沉板片的拉力而运动。要受洋中脊的推力和下沉板片的拉力而运动。n n 3 3、转动惯量假说、转动惯量假说n n 与地质力学相同。与地质力学相同。
