《地球動力系統(tǒng)》PPT課件.ppt

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第一節(jié)大陸漂移第二節(jié)海底擴(kuò)張第三節(jié)板塊構(gòu)造,第九章地球動力系統(tǒng),全球海陸面貌的形成；各種地質(zhì)作用特別是內(nèi)部地質(zhì)作用的機(jī)理及相互聯(lián)系;地質(zhì)歷史進(jìn)程中地殼或巖石圈演化發(fā)展的方式和規(guī)律。,全球規(guī)模的地質(zhì)過程有無規(guī)律？,收縮說16世紀(jì)意大利學(xué)者布魯諾最早提出：把蘋果干縮的褶皺表皮與地球表面的巖層褶皺相對比。19世紀(jì)中葉法國學(xué)者博蒙根據(jù)拉普拉斯的太陽系起源為由熱變冷的假說又重新提出收縮說，認(rèn)為地球內(nèi)部由熱變冷是地球表部收縮和褶皺及其它構(gòu)造形成的原因。,膨脹說17世紀(jì)英國學(xué)者培根最早提出，與收縮說相對立。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初一些學(xué)者如曼托瓦尼、?？松扔玫厍蚺蛎浾f來解釋大西洋兩岸形狀的相似性和非洲裂谷系等現(xiàn)象，但膨脹說不能解釋地球表層的眾多大規(guī)模擠壓褶皺山系。,地槽－地臺學(xué)說19世紀(jì)中葉，美國學(xué)者霍爾、丹納和奧地利學(xué)者休斯提出：地殼的基本構(gòu)造單元是由地槽區(qū)和地臺區(qū)組成。地槽是指地殼上的強(qiáng)烈活動帶，分布于大陸邊緣、大陸內(nèi)部或大陸間。地臺是大陸上相對穩(wěn)定的地區(qū)，具有面積大、地形起伏小、構(gòu)造活動弱的特點(diǎn)。,地質(zhì)力學(xué)學(xué)說我國地質(zhì)學(xué)家李四光于1926年提出。主張運(yùn)用力學(xué)原理研究地殼構(gòu)造及其成因，將地殼構(gòu)造歸納為3類構(gòu)造體系：緯向構(gòu)造體系、經(jīng)向構(gòu)造體系和扭動構(gòu)造體系。構(gòu)造運(yùn)動的動力是由于地球自轉(zhuǎn)的速度變化引起的。,板塊構(gòu)造學(xué)說現(xiàn)代地球科學(xué)對全球動力學(xué)認(rèn)識的主流，被譽(yù)為20世紀(jì)地球科學(xué)的革命。是在確立了對大陸漂移與海底擴(kuò)張的認(rèn)識的基礎(chǔ)上建立起來的。,第一節(jié)大陸漂移,大陸漂移（continentaldrift）茫茫大陸，經(jīng)歷過長期的漂移，而且至今仍在不停地漂移著。此概念今天已廣為人們接受。但這一概念從提出到接受并不是一帆風(fēng)順的，而是經(jīng)歷了提出、衰落到重新興起的過程。,魏格納最初于1912年發(fā)表大陸漂移觀點(diǎn)，至1915年著成《海陸的起源》一書，系統(tǒng)論述了大陸漂移問題?！拜^輕的硅鋁質(zhì)的大陸塊就像一座座塊狀冰山一樣漂浮在較重的硅鎂層之上，并在其上發(fā)生漂移”。全世界的大陸在古生代晚期曾連接成一體，稱為聯(lián)合古大陸或泛大陸（Pangaea），圍繞聯(lián)合古大陸的廣闊海洋稱為泛大洋。,兩億年前所有陸地拼合到一起的聯(lián)合大陸可能的圖形圖中南極周圍影區(qū)是推測的當(dāng)時冰川覆蓋區(qū),大陸漂移說的主要根據(jù)：大陸形狀相似性：大西洋兩岸非洲和南美洲海岸線彎曲形狀的相似性；地層：地質(zhì)構(gòu)造：美國阿巴拉契亞山的海西褶皺帶東北端沒入大西洋，延至英國西部和中歐一帶復(fù)又出現(xiàn)。古生物：中龍、舌羊齒植物化石等。古氣候等：古冰川、蒸發(fā)鹽、珊瑚礁、紅層等。,大陸的拼合好象撕碎的報紙外形和文字都可以拼合,南美洲和非洲巖石和構(gòu)造的拼合,,,,,,古冰川與大陸漂移,大陸漂移學(xué)說的機(jī)制并未解決。該學(xué)說受到許多地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家的反對。20世紀(jì)30年代，大陸漂移說便逐漸衰落下來。到50年代，由于一些新的、獨(dú)立的大陸漂移證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，使大陸漂移說再度活躍起來。其中最有力的證據(jù)是古地磁學(xué)研究的成果。,大陸漂移學(xué)說的衰落與新生,地史時期地球周圍也同樣存在地磁場，稱古地磁場。這種巖石在形成過程中所獲得的磁性稱為天然剩余磁性。這種磁性一經(jīng)形成便具較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可一直保存至今。借助于巖石的化石磁性，可以追溯巖石形成以后所發(fā)生的水平運(yùn)動情況。,若從數(shù)千年以上的時間尺度來看，地磁極的平均位置可看作與地理極重合。根據(jù)這一原理，可把地史時期的古地磁極近似地當(dāng)作古地理極；把古地磁場的磁子午線方向當(dāng)作古地理經(jīng)線；古地磁場的等磁傾角線則可看作古地理緯度線。巖石剩余磁性的磁化方向可用來確定古經(jīng)線的方向，測定巖石中化石磁性的磁傾角可確定所處的古緯度。,古地磁研究在20世紀(jì)50年代時曾盛極一時。如果把大陸上不同時代的巖石磁性得出的磁極位置都標(biāo)在地圖上，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)時代越古老，古地磁極位置偏離現(xiàn)代磁極位置越遠(yuǎn)，把各時代的古地磁極連起來即可得出該大陸的古地磁極的遷移軌跡。但實(shí)際上地磁極基本上位于地理極附近不動，極移曲線本身反映了大陸漂移的路線。,北美大陸和歐洲大陸極移曲線圖,古地磁研究使漂移說復(fù)蘇以后，人們又開始深入探討與大陸漂移有關(guān)的一些問題，并獲得了許多新的證據(jù)和資料。例如，英國學(xué)者布拉德等借助電子計算機(jī)對大西洋兩岸（按約1000m的等深線）進(jìn)行了十分完美的拼接，此外，南極洲及其它大陸發(fā)現(xiàn)的古生物、地層、構(gòu)造新資料等也都進(jìn)一步證實(shí)了大陸漂移的存在。然而大陸漂移的機(jī)制問題依然懸而未決。,一、海底擴(kuò)張說的提出二、海底擴(kuò)張說的驗(yàn)證,第二節(jié)海底擴(kuò)張,二次世界大戰(zhàn)后，工業(yè)較發(fā)達(dá)的西方各國受各自利益的驅(qū)動開展了廣泛的海底地形與地質(zhì)調(diào)查。例如，利用回聲測深等高精度的水深測量方法研究海底地形并繪制出精確的海底地形圖；用重力、地震、地磁及地?zé)岬鹊厍蛭锢砜碧椒椒ㄑ芯亢５椎牡刭|(zhì)構(gòu)造特征等。,一、海底擴(kuò)張說的提出,1、全球大洋中脊及中央裂谷系的發(fā)現(xiàn)50年代晚期發(fā)現(xiàn)了縱貫世界大洋洋底的大洋中脊和裂谷體系。大洋中脊在各大洋中互相連接，延伸總長約64000km。,在洋中脊軸部常發(fā)育有平行洋脊的巨大的中央裂谷，谷深可達(dá)1000～2000m，谷壁陡峭，實(shí)際上是一系列向谷內(nèi)陡傾的張性斷裂。裂谷寬數(shù)十至百余公里，窄的谷底寬度不過幾公里。大洋中脊軸部具有很強(qiáng)的構(gòu)造活動性，常發(fā)生淺源地震及火山活動，并有高的地?zé)崃鳟惓＃蛇_(dá)(3～5)41.686mW/m2）。,2、海溝及貝尼奧夫地震帶主要發(fā)育于太平洋及印度洋東北部邊緣；沿大陸邊緣的島弧線狀延伸。其橫剖面多呈V字形，溝底深度一般大于6000m，若計溝底與島弧或海岸山脈的相對高差，則可達(dá)13000m以上。所以，海溝附近是地球上高差最為懸殊的巨型地形單元。,,,海溝的重力值相當(dāng)?shù)?，出現(xiàn)負(fù)重力異常，這說明海溝下方物質(zhì)的密度輕，是否也存在類似于高山之下的地殼“山根”插到地幔之中？海溝的地?zé)崃鞅日Ｑ笈栾@著低，說明海溝下面的物質(zhì)比較冷。但密度低的物質(zhì)必將上浮形成高的地勢，故可推測在海溝處必定有一種向下拉的作用力存在，使輕的地殼物質(zhì)強(qiáng)制下陷。,,,北海道－千島群島貝尼奧夫帶上震源深度分布剖面圖,海溝附近是最強(qiáng)烈的構(gòu)造活動帶，如著名的環(huán)太平洋火山帶與地震帶。50年代美國學(xué)者貝尼奧夫發(fā)現(xiàn)貝尼奧夫地震帶。即地震震源深度變化很有規(guī)律：海溝附近都是淺源地震，離海溝較遠(yuǎn)出現(xiàn)中源地震，在更遠(yuǎn)的大陸內(nèi)部則出現(xiàn)深源地震，最深達(dá)720km，震源排列成為一個由海溝向大陸方向傾斜的帶，其傾角一般45左右。此現(xiàn)象說明，沿大陸邊緣的海溝存在著傾向大陸的、正在活動的巨型斷裂帶。,3.洋底地殼的新認(rèn)識20世紀(jì)50年代，確定了洋底地殼的三層結(jié)構(gòu)。洋殼第一層即為沉積層，非常薄，平均不過0.5km。即使以每千年沉積1mm的最低沉積速度計算。故洋底沉積物年齡應(yīng)比較新。通過在大洋裂谷及斷裂帶的基巖崖壁處施挖采樣，至60年代開展深海鉆探以前，在洋底尚未發(fā)現(xiàn)比白堊紀(jì)更老的巖石。,,,軟流圈,,巖石圈,從古生物演化史以及大陸褶皺山系中的大量古老海洋沉積巖來看，地表的海水或海洋無疑在很古的時期已經(jīng)出現(xiàn)。由此推測，洋殼發(fā)生著新舊更替，古老的洋殼已經(jīng)消失，現(xiàn)在的洋殼是后來形成的。,為什么陸殼和洋殼的年代不一樣？,海底地質(zhì)新成果與新資料的積累，加之大陸漂移說的重新興起，終于迎來了地球科學(xué)理論上的一場重大革新。60年代初，美國地質(zhì)學(xué)家赫斯（Hess,1962）和迪茨（Dietz,1961）首先提出海底擴(kuò)張（seafloorspreading）說。,海底擴(kuò)張說的提出,這一學(xué)說認(rèn)為，大洋中脊頂部乃是地幔物質(zhì)上升的涌出口，上升的地幔物質(zhì)冷凝形成新的洋殼，并推動先形成的洋底逐漸向兩側(cè)對稱地擴(kuò)張。隨著熱地幔物質(zhì)源源不斷地上升并形成新的洋底，先成的老洋底不停地向大洋兩緣擴(kuò)張推移。洋底擴(kuò)展速度大約是每年幾個厘米。,海底擴(kuò)張說的涵義,海底擴(kuò)張示意圖,在不同海區(qū)，海底擴(kuò)張產(chǎn)生的效應(yīng)可能有兩種情況：一種是擴(kuò)張著的洋底同時把鄰接的大陸向兩側(cè)推開，大陸仿佛凍結(jié)在相鄰的洋底上，與洋底一起向同一方向移動。這樣，隨著新洋底不斷生成和向兩側(cè)擴(kuò)展，新生的大洋不斷張開，兩側(cè)大陸逐漸漂移。例如，像大西洋這樣寬的大洋，在速度為每年數(shù)厘米的海底擴(kuò)張作用下，大約需二億年才能形成。,另一種情況：當(dāng)洋底擴(kuò)展移動至大洋邊緣的海溝處時，沿貝尼奧夫地震帶向下俯沖潛沒，重新返回到地幔中去。這時，洋底并不推動相鄰大陸向兩側(cè)漂開，相反，大陸逆掩于洋殼俯沖帶上。例如，太平洋就是這樣，它本是一個古老的大洋，其洋底不斷地在洋脊處新生，同時不斷在海溝處潛沒消亡，好似一條運(yùn)動不息的傳送帶，這樣，2億年左右洋底就可更新一次。,由于洋底一直在生長和更新著，所以不管是新生的大西洋和印度洋，還是古老的太平洋，其洋底地殼都相當(dāng)年青，不老于中生代，從而接受的海洋沉積層比較薄。大洋中脊頂部由于是熱的地幔物質(zhì)涌出的地方，故出現(xiàn)高熱流值；而海溝由于是冷的、輕的地殼物質(zhì)俯沖潛沒的地方，故出現(xiàn)低熱流值和重力負(fù)異常。,海底擴(kuò)張的地質(zhì)解釋,海底擴(kuò)張說提出后的短短幾年時間里，新的研究成果紛紛涌現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了海底擴(kuò)張說。其中最有意義的是海底磁異常條帶研究、深海鉆探成果及轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)，它們被稱為驗(yàn)證海底擴(kuò)張說的三大論據(jù)。,二、海底擴(kuò)張說的驗(yàn)證,(一)海底磁異常條帶研究1.大陸上巖石古地磁的極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象巖石中有近一半是正向磁化（即磁化方向與現(xiàn)代地磁場方向相同），另一半反向磁化。極性期：通常把保持一定的地磁極性的大階段（約隔100萬年以上）。,4.5Ma以來地磁場轉(zhuǎn)向年代表,古地磁場轉(zhuǎn)向年代表：根據(jù)不同時期巖石磁化的方向排列出地磁場轉(zhuǎn)向的先后順序，并利用同位素定年方法測出各個極性期和極性事件的延續(xù)時間。,2、海底磁異常條帶及其成因海底磁異常條帶是50年代后半期發(fā)現(xiàn)的，特點(diǎn)是大致平行于洋中脊軸線延伸，正負(fù)異常相間排列并對稱分布于大洋中脊兩側(cè)，單個磁異常條帶寬約數(shù)公里到數(shù)十公里，縱向上延伸數(shù)百公里以上而不受地形影響，遇到洋底斷裂帶時被整體錯開。,冰島西南方向大西洋中脊實(shí)測海底地磁條帶,1963年，英國學(xué)者瓦因和馬修斯結(jié)合海底擴(kuò)張假說與地磁場倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，對海底磁異常條帶作了極為成功的解釋。他們認(rèn)為海底磁異常條帶不是由海底巖石磁性強(qiáng)弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉(zhuǎn)的背景下海底不斷新生和擴(kuò)張的結(jié)果。,,,60年代中期一些學(xué)者通過洋脊兩側(cè)的海底正、負(fù)磁異常條帶與大陸巖石古地磁獲得的地磁場轉(zhuǎn)向年代表對比發(fā)現(xiàn)：海底正、負(fù)磁異常的排列與地磁場轉(zhuǎn)向年代表中的正向段和反向段完全可以一一對比。在沉積巖心中交替地出現(xiàn)正向和反向磁化段，正向、反向磁化段的厚度可與地磁場轉(zhuǎn)向年代表中的時間長短對比，也可與海底正、負(fù)磁異常條帶對比。,(二)深海鉆探成果深海鉆探始于1968年，在幾年時間里，著名的深海鉆探船“格羅瑪挑戰(zhàn)者”號進(jìn)行了廣泛的鉆探和取樣，獲豐碩成果。深海鉆探證實(shí)：深海沉積物由洋脊向兩側(cè)從無到有、從薄到厚，沉積層序由少到多，并且其年齡與海底磁異常條帶所預(yù)測的年齡十分吻合。深海鉆探所采得的最老沉積物的年齡不老于1.7億年（晚侏羅世）。,(三)轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)洋脊被一系列橫向斷層切割，斷層長度可達(dá)數(shù)千公里，斷層兩側(cè)洋脊被明顯錯斷，錯距可達(dá)數(shù)百至千余公里。早在50年代即已發(fā)現(xiàn)，但被認(rèn)為是一般的平移斷層。著名學(xué)者威爾遜（Wilson,1965）指出，它不是一般的平移斷層，而是自中脊軸部向兩側(cè)的海底擴(kuò)張引起的一種特殊斷層，稱為轉(zhuǎn)換斷層（transformfault）。,轉(zhuǎn)換斷層不同于一般平移斷層的特征：其一，雖然中脊軸兩側(cè)海底不斷擴(kuò)張，斷層兩側(cè)洋中脊之間的距離并不一定加大。,轉(zhuǎn)換斷層不同于一般平移斷層的特征：其二，相互錯動僅發(fā)生在兩側(cè)中脊軸之間的段落上，該段落以外的斷裂帶上，斷層兩側(cè)海底的擴(kuò)張移動方向相同，其間沒有相互錯動。地震活動幾乎都集中在被錯開的洋脊之間的斷層段上，其三，轉(zhuǎn)換斷層中相互錯動段的錯動方向恰好與平移斷層中錯開洋脊的方向相反。,,,轉(zhuǎn)換斷層是由洋中脊的海底擴(kuò)張引起的，轉(zhuǎn)換斷層的錯動方向就是海底擴(kuò)張的方向。轉(zhuǎn)換斷層的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證，為海底擴(kuò)張說提供了又一有力的依據(jù)。,轉(zhuǎn)換斷層發(fā)現(xiàn)的意義,