板塊學說

板塊學說

當代最有影響的全球構造理論,1968年由法國地質學家勒比雄提出。該學說認為,地球的岩石圈不是整體一塊,而是被一些活動的構造帶——海嶺、島弧、平移大斷層等所割裂的若干板塊。全球岩石圈可劃分為六大板塊,即太平洋板塊、亞歐板塊、印度洋板塊、非洲板塊、美洲板塊、南極洲板塊。但該學說對板塊活動具體作用過程和細節,對板塊動力的確定,對板塊內部構造與板塊俯衝消亡及伴隨的岩漿活動研究等,還不能圓滿地解釋大陸岩石圈的成因和演化,有待進一步的完善。

概述

板塊學說板塊學說

當代最有影響的全球構造理論,1968年由法國地質學家勒比雄提出。該學說認為,地球的岩石圈不是整體一塊,而是被一些活動的構造帶——海嶺、島弧、平移大斷層等所割裂的若干板塊。全球岩石圈可劃分為六大板塊,即太平洋板塊、亞歐板塊、印度洋板塊、非洲板塊、美洲板塊、南極洲板塊。除太平洋板塊幾乎完全是海洋外,其餘既包括大塊陸地,又包括大片海洋。六大板塊又可分成若干小板塊。如美洲板塊分為南、北美洲兩個小板塊,亞歐板塊可分出東南亞、阿拉伯半島、土耳其等小板塊,印度洋板塊可分出印度板塊等。板塊以一定的邊界(海嶺、島弧—海溝系、轉換斷層)來劃分,其同多以洋底張裂帶、轉換斷層、消亡帶、地縫合線為分界線。

1944年,霍姆斯提出地幔對流-熱對流理論;地幔內的流體上升到大陸中央並向左右散開,大陸就從這裡向兩邊裂開,這就是大陸漂移的動力源。基於海洋地質工作的進展,赫斯在1961年提出大洋中脊是新地殼不斷生成的地方。狄茨、瓦因、馬修斯等人1963年論證了洋底擴張的存在,即:地幔對流驅使超基性物質從大洋中脊裂縫中上升,產生新的洋殼,促使較老的地殼向外推移並進入海溝,俯衝到地幔中而消亡。1964年,柯克斯編制了3.4百萬年的磁場反向年代表。1965年,威爾遜提出了轉換斷層概念,將大陸漂移和洋底擴張結合成全球活動帶和剛性板塊的學說,並稱之為“地球的詩篇”。1968年,勒皮雄把全球岩石圈劃分六大板塊,即:太平洋、歐亞、印度、非洲美洲及南極板塊,其中僅前者由洋殼組成,後五者既包括了海洋地殼也包括了大陸地殼。

產生

1915年魏格納在《大陸與大洋的起源》一書中提出了大陸漂移的概念,然而他們提出的證據未能使地學界相信大陸漂移的真實性。60年代初H.Hess提出了海底擴張的概念,並得到古地磁學、地球年代學以及海洋地質學和地球物理等方面一系列新證據的支持。三種不同的現象:熔岩序列中磁極性轉向的年代;深海岩心中剩餘磁化轉向的深度,以及平行於海洋中脊的線狀磁異常的寬度,都以同樣的比率變化著,都是由於擴張海底的地殼從洋中脊遷移而造成的。地學界普遍接受了活動論的觀點,並逐漸形成了板塊運動學說。

特點

大陸漂移學說大陸漂移學說

(1)魏格納等把大陸只包含大陸矽鋁層;而板塊學說中岩石圈板塊包含地殼與軟流圈之上的岩石圈(岩石圈地幔)。
(2)魏格納等把大陸看成是主動的單元,而板塊學說中大陸是被動的。大陸漂移說認為大陸是穿過殼下矽鎂層而漂移的;而板塊學說引入了象在傳送帶上被攜帶的被動大陸的概念。由於它們在組成上密度較低,通常較有浮力並能逃脫被消減的命運,成為輸送帶上穩定的被動浮性塊。
(3)魏格納等把大陸矽鋁層看成是與地幔矽鎂層互相獨立的、完全不同的東西;而板塊學說認為陸地是地幔分異產生而上浮的化學產物,陸地與其下伏的部分地幔是聯繫在一起的。板塊構造為地幔對流說提供了發展的空間

研究計畫

60-70年代,為檢驗和研究板塊構造學說,組織了一系列的國際合作計畫。其中著名的有:1963-1971年的國際地殼上地幔計畫,1972-1977的國際地球動力學計畫,還有國際海洋勘探十年計畫,聯合海洋學會地球深部取樣計畫和深海鑽探計畫等。1980年提出了岩石圈計畫,擬定了地殼和上地幔的形成和發展等13項主要研究項目,標誌著板塊構造的發展進入了一個新階段,即:初期它以海洋走向陸地、地球物理學挑戰地質學為標誌,80年代起則以陸地走向海洋、地質學挑戰地球物理學為標誌。
80年代以來,許多地質學家深感板塊構造的簡單模式並不適用於大陸地區尤其是構造複雜的大陸地區。板塊構造發展的關鍵問題,不是從6個板塊劃為20個或30個板塊,而是要倡導一些新概念來解決板塊上陸後面臨的問題。這樣,在美國西部出現了構造地層地體的概念並發展為地體構造說,在歐洲提出了薄皮板塊的概念並發展為碰撞構造學,在前蘇聯出現了岩石圈構造分層說等。在板塊的動力學方面也出現了新的構思,如巨地幔柱說

套用

現代地槽

板塊構造學說認為,地槽可以發生在板塊的不同部位,或海陸的不同部位,其所處部位不同,地槽類型和性質也不同。如在美洲東部大陸邊緣沉積了相當厚的地層,因其所處部位一邊是美洲大陸,一邊是大西洋,同屬於一個板塊,海陸之間沒有俯衝帶,也沒有火山地震帶,屬於冒地槽性質,稱之為大西洋型地槽。又如在南美洲西部大陸邊緣,一邊是縱貫南北的安第斯山,一邊是深的海溝,位於兩個板塊的擠壓帶上,多火山和地震,沉積物中多火山碎屑物,在大陸斜坡及海溝中常形成濁流沉積,沉積物因受板塊俯衝影響,常發生變形,屬於優地槽性質,稱之為安第斯山型地槽。再如在太平洋西部島弧地帶,其大陸架一般不寬,沉積物中多為陸源碎屑,夾火山碎屑及熔岩,間有侵入岩,在遠海地帶形成碳酸鹽岩,這類地槽稱為島弧型地槽。此外還有日本海型地槽、地中海型地槽等。地槽類型可以在一定條件下轉化,如日本海型地槽指發育在大陸與島弧之間的海盆中的地槽,其中常形成三角洲沉積、淺海沉積、濁流沉積等,如果板塊移動變慢,沉積速度變快,海盆便可被沉積物填滿,甚至覆蓋住島弧,這樣沉積作用便可向海洋方向擴展推進,使地槽轉化為大西洋型地槽。

造山作用

兩個板塊相撞,會產生很大的擠壓力,使一個板塊對另一個板塊向下俯衝或向上仰沖,從而使地槽沉積褶皺和發生斷裂,並形成山脈。如歐洲的阿爾卑斯山是推覆構造的典型代表,自南向北,前後四次形成大推覆體。這是非洲板塊和歐亞板塊互相碰撞的結果(地縫合線區)。世界最高的喜馬拉雅山脈也是板塊碰撞的結果。

濁流沉積和混雜堆積

在地槽區常形成一些特殊的沉積建造,如復理石建造。地槽說認為它屬於地槽型淺海陸屑建造,是在升降運動相持階段即在振盪運動情況下形成的巨厚的韻律性明顯的建造;而板塊說則認為它是板塊俯衝帶的一種典型建造。在板塊俯衝帶形成深海溝,並在大陸斜坡上因震動、滑動、重力等原因,形成富含懸浮質點及泥砂的高密度水流,在深海盆邊緣及近海溝形成濁流沉積,其代表岩石就是復理石沉積
在大陸的地縫合線地帶,還常發現一種特殊的岩石,即在某些地層中含有很多大大小小的外來岩塊(岩塊最大可達數千米),其成分不同(包括沉積岩、火成岩、變質岩)、時代不同、原始產地也不同,混雜堆積在一起,這種堆積體稱為混雜岩或混雜堆積。板塊說認為,板塊相向移動,彼此前緣相碰,一方面俯衝板塊上邊的沉積物被刮下來,堆積在接觸線附近;一方面仰沖板塊上也有破碎的岩塊滑落下來,形成雜亂無章的堆積物。也有人認為板塊向下俯衝時,由於受到對方的阻力,致使下部地層翻轉過來,從而形成在較新地層中混雜有許多外來老地層的岩塊。混雜岩或混雜堆積是確定大陸上地縫合線的重要標誌之一。我國近年在西藏、秦嶺、川西等地區都發現有混雜岩,說明這些地區曾是不同時代的地縫合線。

蛇綠岩套

在地縫合線地帶,常出現一套特有的岩石,稱為蛇綠岩套,也叫奧菲里建造。人們很早就發現在一些劇烈的褶皺帶,沿著深大斷裂常分布有超基性岩帶。一般都認為它是順著切穿岩石圈的深斷裂從地幔湧上來的岩漿物質所形成的岩石,但是,這些岩體的圍岩一般沒有接觸帶那樣應具有的接觸變質現象。本世紀60年代對它進行深入的研究表明,這種岩體的成分相當複雜,並且具有一定的層序,自下而上往往是超基性岩、基性深成岩(輝長岩)、枕狀基性熔岩(玄武岩)、深海沉積岩(含放射蟲矽質岩或大理岩等),同時其中超基性和基性岩多已變為含綠泥石、蛇紋石等綠色岩石,故名之為蛇綠岩套。通過近年的深海鑽探,人們發現大陸殼上的蛇綠岩套和大洋殼的岩石剖面非常相似,所以認為蛇綠岩套是板塊碰撞帶被推擠上來的古海底(即大洋殼),並作為地縫合線的另一種重要標誌。例如,在西藏沿雅魯藏布江谷地出露超基性岩帶,東西延伸達數百千米,人們認為它就是由蛇綠岩套所組成的蛇綠岩帶,而這個地帶就是古板塊的地縫合線。

雙變質帶

又稱成對變質帶。板塊說認為,兩個板塊相撞,在俯衝一側的上面和仰沖一側的下面,或者說在海溝的靠陸一側,由於海溝熱流溫度較低,帶著冷岩石俯衝,再加上下沖的壓力很大,常常形成以藍閃石片岩為代表的藍片岩帶(其中雜有大量玄武岩和蛇紋質岩石),稱為高壓低溫變質帶。在仰沖板塊的一側(相當島弧或大陸邊緣的火山岩帶),其下俯衝帶因摩擦熔化消失,導致岩漿的形成、侵入或噴出,並常在侵入岩的接觸帶上形成低壓高溫變質帶,也就是常見的接觸變質帶。雙變質帶被認為是板塊聚合或板塊俯衝帶的典型標誌

火山活動

火山主要分布在下述三個地帶:一是沿著大洋中脊分布,如冰島火山等。隨著洋殼不斷產生和擴散外移,活火山逐漸變為死火山,並密集成群對稱排列于洋脊兩側。二是沿著大陸裂谷分布,如東非大裂谷北段曾有多期岩漿噴發活動,形成衣索比亞熔岩高原;吉力馬札羅火山(5895m)、肯亞火山(5199m)等都是世界著名的火山。三是沿著板塊俯衝帶分布,如環太平洋火山帶及古地中海火山帶,它們構成世界最主要的火山帶。前已述及,在環太平洋板塊俯衝帶,一側是海溝,一側是島弧火山帶,其分界線稱為安山岩線,它的內側為大洋型地殼,以少含K2O的拉斑玄武岩為主;它的外側(即靠近大陸一側),則過渡為大陸型地殼,以噴發大量安山岩(或侵入花崗閃長岩)、火山碎屑岩為主,或噴出含K2O較多的鹼性玄武岩,構成有名的環太平洋火山圈。日本的富士山,菲律賓的皮納圖博火山,印度尼西亞的喀拉喀托火山和義大利的維蘇威火山等都是這一帶的知名火山。

地震活動

地震的分布規律和成因機制,大體可概括為以下幾點:(1)沿著大洋中脊、轉換斷層、俯衝帶(貝尼奧夫帶)、大陸裂谷、地縫合線分布。(2)世界上的中、深源地震,特別是深源地震,主要分布於俯衝帶傾向大陸的一側。(3)發生於大洋中脊、大陸裂谷的地震主要由拉張所產生;發生於轉換斷層帶的地震主要由扭錯所產生;發生俯衝帶、地縫合線的地震主要由擠壓、逆掩產生,但發生於海溝附近的地震有許多是因張裂形成。(4)板塊內部地震較少。

最新研究成果

研究過程 中國安徽宣城溪口農民李六四自發、自費研究地震十七年(截至2010年),他認為:“地震是由地幔中核變的及時效應造成的。煤炭是石油演變產生的,石油是天然氣演變產生的。溶洞是因為液體受熱轉化成氣體,其膨脹壓力造成的,地球生物是在早期地球的液態有機矽中誕生並進化而來的,宇宙大爆炸理論存在誤區。”其理論學說為《地球熱核演變說》。 他的學說有可能成為後人了解地球、地震等的理論基礎。但是,由於條件、知識的局限某些內容尚在研究、完善中。 主要內容

地震核變成因論地震是地幔中核變的及時效應在地殼上的表象。 地幔的長期沉澱、析出、分層,在地球深處形成較純淨的核裂變(如鈾等)物質圈,同時由於地幔的長期析出或內部物質的生成析出或地幔對地表的液態、氣態物質(如海水、石油、空氣等)的吸入、熱解,在地幔的上層(地幔、地殼之間)聚集了較為純淨的核聚變物質(如氫等)。地幔的對流造成核裂變物質相遇,以超過臨界體積,發生核裂變,(如果此時附近存有核聚變物質)進而引發核聚變,產生瞬間極速膨脹,反彈地殼產生縱波,縱波拉伸地殼產生橫波。 餘震的產生機理是因為一方面核變產生溫度熔化地幔,並同時造成地幔溫度的不均勻,加速其對流,以提高核裂變物質相遇的機率 ,另一方面核變產生溫度還可以熔化地殼釋放核聚變物質,同時又可以提高含氫化合物(如海水蒸汽)的熱解比例,以增加核聚變物質的含量。 本章還對預測地震、減少地震,如何開採地震能源等問題作出較深層的分析研究。
農民李六四認為:地球板塊在地球早期曾經的確發生過很多次漂移(俯衝)的現象,但是自然界沒有一種力量可以讓現在的厚厚的牢固的地殼(板塊)發生漂移,除非地震,也就是說地震可以產生漂移,而漂移不可以產生地震,用板塊學說(大陸漂移學說)來解釋地震的成因,是板塊學說最大的誤區,它把人類的智慧引向歧途,從某種意義上講,在一定程度上保護了地震災害的存在。同時,農民李六四深信:那些曾經為板塊學說的創立嘔心瀝血、歷盡艱辛的科學家們,看到一種新的、更接近真理的理論出現,他們一定會很欣慰,因為一個偉大的科學家的最終目標是——科學的進步和人類的幸福。
內容展示板塊間的作用,洋中脊以水平張力為主,形成正斷層;島弧—海溝系以水平擠壓為主,形成逆掩斷層、沖斷層;轉換斷層以剪下為主,形成一系列垂直於洋脊的平行斷裂。板塊運動的主要驅動力來自地幔物質對流,對流速率每年為1-20厘米,洋中脊是對流的上升處,海底是對流循環的頂部(平流運動),海溝是對流的下降處,洋殼于洋中脊產生,于海溝處消潛,循環範圍可達幾千千米,有的至今仍在活動,有的已停止循環。有板塊內部強度較大,比較穩定,主要活動與變形發生在板塊邊緣,即板塊交界處。板塊俯衝,形成海溝、島弧與海岸山脈;板塊碰撞,形成山脈;板塊分裂,形成裂谷、洋中脊和海洋;板塊錯動,形成轉換斷層。板塊構造學說深刻地解釋了世界地震和火山分布、地磁和地勢現象、岩漿和造山運動,說明了全球性大洋中脊和裂谷系、大陸漂移、洋殼起源等重大問題。

學說局限

但該學說對板塊活動具體作用過程和細節還不十分明確,對板塊動力的確定還有問題,對板塊內部構造與板塊俯衝消亡及伴隨的岩漿活動研究不足,還不能圓滿地解釋大陸岩石圈的成因和演化,有待進一步的完善。

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