第一章

洋殼起源與海底構造

第一節(jié)板塊構造學簡介(Plate

tectonics)一、板塊構造學概念二、發(fā)展階段三、板塊構造學的特點第二節(jié)

大陸漂移說(Continental

drift)一、魏格納的大陸漂移說二、大陸漂移機制三、大陸漂移說的缺陷－衰落四、大陸漂移說的復活第三節(jié)海底擴張說－接近和諧的詩篇(Seafloor

spreading)一、產生背景及基礎二、海底擴張說基本內容三、海底擴張說的三大支柱（海底磁異常，海洋鉆探，轉換斷層）第四節(jié)板塊構造學理論一、板塊構造理論的內容二、板塊劃分依據(jù)和類型三、板塊運動學四、熱點-地幔柱假說

第一章洋殼起源與海底構造

板塊構造學說的誕生是地球科學領域劃時代的事件，標志著地球科學從分門別類的資料搜集、整理、研究推進到多學科綜合、全面系統(tǒng)的闡述全球地質學理論階段，并從固定的地球構造觀向活動的地球構造觀轉變，為解決與人類生活密切相關的礦產資源、地震災害等地質問題提供了新的理論基礎。第一節(jié)板塊構造學簡介一、板塊構造學概念

地球巖石圈可劃分為若干不同規(guī)模的剛性塊體,稱巖石圈板塊(60-120km)。板塊構造是研究巖石圈板塊裂解、離散、漂移、匯聚、消亡、增生和碰撞等構造作用過程和特點，并探討板塊動力學演化及其對礦產控制作用的大地構造理論。第一節(jié)板塊構造學簡介二、發(fā)展階段1、大陸漂移的復活1912：A.L.Wegener的大陸漂移說，造成固定論與活動論的全面挑戰(zhàn)；五十年代：“古地磁說”；2、海底擴張說的提出六十年代：“國際地球物理年”；海底磁異常的成因－－F.J.Wine－D.H.Matthews假說,1963年;H.H.Hess和Dietz的海底擴張說；第一節(jié)板塊構造學簡介3、板塊構造形成深海鉆探計劃，1968～1983年；1965年，J.T.Wilson轉換斷層，板塊構造提出1968年，D.P.Mckenzie，W.J.Morgan，X.LePichon，板塊劃分七十年代:“國際地質對比計劃”“國際地球動力學計劃”八十年代:“國際巖石圈計劃”，1980～1990“大洋鉆探計劃”，繼深海之后，1985～19954、后板塊構造階段二、發(fā)展階段第一節(jié)板塊構造學簡介三、板塊構造學的特點1、集現(xiàn)代科學、技術之大成，以海洋研究為基礎，多學科交叉綜合產生的現(xiàn)代大地構造理論；2、比較成功的、簡潔的回答了“地球是怎樣活動的”這一古老地質問題；3、比較全面、合理的綜合應用不同地質作用探討地球動力學過程及其演化：地殼運動－構造作用(tectonics)巖漿作用(magmatism)變質作用(metamorphism)沉積作用(sedimentation)成礦作用(mineralization)第一節(jié)板塊構造學簡介第二節(jié)

大陸漂移說一、魏格納的大陸漂移說1、背景：大陸漂移說可以追溯到十七世紀。美國哲學家弗蘭西斯·培根（Bacon,1620年）：非洲和秘魯西海岸之間有一種大致的吻合。法國施奈德（A.Snider,1858）：《地球形成及其奧秘》首次把大西洋兩岸大陸拼合起來，并利用歐、美兩洲古生代煤層中的化石論證之。美國泰勒（F.B.Taylor.1910）：在1910年發(fā)表了長篇論文，首次提出了一個具有內在邏輯性的、連貫一致的假說，該假說包含了我們今天所理解的大陸漂移說的某種成份。2、Wegener：大陸漂移說1912年《根據(jù)地球物理學論地質輪廓（大陸及海洋）的生成》

1915年《海陸的起源

》

第二節(jié)大陸漂移說Wegener,AlfredLothar德國氣象學家、地球物理學家，1880年11月1日生于柏林，終身獻身于科學事業(yè)，1930年11月在格陵蘭考察冰原時不幸遇難。①距今150Ma前，從中生代開始，全球只有一個大陸和一個大洋，前者稱為泛大陸(Pangea)、后者稱為泛大洋(Panthalassa)；②大陸由較輕的剛性的硅鋁層組成，它漂浮在較重的粘性的硅鎂層之上；③在潮汐力和離心力的作用下，大陸逐漸破裂、分離，產生離極漂移和向西漂移，造成現(xiàn)在的海陸分布；④大西洋、印度洋是在大陸分裂漂移的過程中形成的，太平洋是泛大洋的殘余；⑤大陸在向赤道和向西漂移的過程中，前緣受到擠壓褶皺形成山脈，后緣由于硅鎂層的粘結、拖曳而脫落形成島弧、島嶼。第二節(jié)大陸漂移說

魏格納提出大陸漂移觀點時，主要依據(jù)有海岸線形態(tài)、地質構造、古氣候和古生物地理分布等。

二十世紀五、六十年代，古地磁學證據(jù)，使大陸漂移的證據(jù)由定性階段發(fā)展定量估計的階段，并導致了大陸漂移說的復興，使得大陸分裂邊緣地理、地質、古生物、古氣候等吻合性的研究越來越精細，取得的證據(jù)也越來越豐富。主要依據(jù)：第二節(jié)大陸漂移說（1）岸線幾何形態(tài)

大西洋兩岸岸線的相似性(左)和按927m等深線擬合的大西洋兩側大陸的計算機拼合(右)（據(jù)E.Bullard等，1965）二維：大西洋兩緣的海岸線彎曲形狀極相似，若使兩岸大陸相向移動可拼合得很好，就像一張撕開的報紙。三維：實際上，地球的各部分具有三度空間結構，大陸分裂后，由于侵蝕、沉陷、堆積增生及其他因素的作用，現(xiàn)在的岸線與大陸分離時的邊緣相比，已發(fā)生很大的變化。拼合圖上的空隙和重迭部分很有限，這些局限的重疊或空隙部分是后期外動力作用改造的結果。

基底巖石年齡相似的地區(qū)稱為地質省。在非洲西部大于2000

Ma的地質省和600

Ma左右的地質省之間隔著一條分界線，它在加納的阿克拉附近向西南延入大西洋。巴西北部同樣確定了相似年齡的兩個相鄰的地質省。把非洲和南美移回到假定的大陸漂移前的位置上，兩個地質省間的分界線可完全銜接。（2）地質省綠色：大于2000Ma的地質省；灰色：600Ma的地質省。桔色：相對綠色區(qū)年輕的前寒武巖石大西洋兩岸早古生代加里東期褶皺帶的拼合北美阿巴拉契亞山脈東北段（紐約至紐芬蘭島）與西北歐斯堪的那維亞山脈均屬早古生代加里東期褶皺帶；其西南段與英國南部和西歐的褶皺帶可對比，均屬晚古生代海西期。（3）構造（褶皺帶）第二節(jié)大陸漂移說（4）地層:二疊、石炭、泥盆

岡瓦納各大陸之間的地層相關性對比（據(jù)Hurley1968）根據(jù)巴西東南部和非洲西南部的地層層序，在距今550～100Ma間（白堊紀前）具有相同的地質歷史，說明南美與非洲之間在白堊紀以前是連接在一起的。它們的分裂（即南大西洋的形成）始于白堊紀初。（5）礦產：

煤層、鉛鋅礦帶

歐洲石炭系煤層可以延續(xù)到北美洲，煤層中含有相似的化石。復原的聯(lián)合古陸與勞亞古陸各大陸的煤系地層對比（PaulR.Pinet1992）所有這一切都說明，北美洲與歐洲、南美洲與非洲遠隔重洋，但在地層、構造和成礦帶方面都具有一致性。大西洋相對兩側的巖層、化石、地質構造和成礦帶有著良好的相似性，猶如在一張撕破的報紙上，可以見到兩邊行行相應的文字一樣。（6）古生物：中龍、舌羊齒、堅頭類、蝸牛、昆蟲、蚯蚓

二疊－三疊紀（距今200～270Ma）的聯(lián)合古陸及某些動物群的分布（據(jù)W.Sullivan1974）

(7).巖石：麻粒巖帶及前寒武紀斜長巖當印度洋閉合時，東非、馬達加斯加、印度，澳大利亞西部和南極洲的麻粒巖帶、中生代輝綠巖也可互相銜接；前寒武紀斜長巖也可對比。二.大陸漂移機制

1.漂移方式：魏格納從海陸起伏曲線中發(fā)現(xiàn)大陸臺地和大洋盆地間存在著明顯高差，根據(jù)地殼均衡原理，他認為陸高而質輕，洋底而質重，較輕的硅鋁質陸塊浮在較重的硅鎂層上。大陸漂移過程中，在其前方，原來的洋底不斷被大陸塊掩覆，在其后方，新的硅鎂層洋底不斷露出。2.驅動大陸塊側向位移的動力:潮汐摩擦力-地球自轉速度因潮汐摩擦而減緩，尤其地表最明顯，致使地球表層或各大陸相對于地球由西往東的自轉有滯后趨勢，宏觀表現(xiàn)為大陸緩慢向西漂移離極力-岡瓦納古陸經過分裂而離開極地，必然有一種離開極地指向赤道的離極力。第二節(jié)大陸漂移說三.大陸漂移說的缺陷－－大陸漂移說的衰落

大陸漂移假說提出至20世紀20年代在歐洲引起廣泛討論，盛極一時，30年代后就逐漸趨于沉寂。衰落原因和爭論的焦點：是大陸漂移的機制問題。雖然魏格納從多方面論證了大陸確實發(fā)生過側向漂移的事實，但他對于漂移的方式和動力所做的解釋很難自圓其說。1）力學上，將剛性的洋底硅鎂層看作是塑性的和可流動的，顯然與事實不符，這是其致命弱點之一。據(jù)地球物理學家計算，潮汐摩擦力和離極力也實在太小，既不可能驅動巨大的陸塊發(fā)生漂移，也不可能在大陸前緣擠壓形成高大的山脈。2）幾何特征（二維）不精確，例如北大西洋兩岸的紐芬蘭與歐洲就難以拼接。3）構造布局，既然大陸漂移經歷了遠距離的側向運動，通常應打亂大陸的構造布局，為何大西洋兩岸構造仍然如此吻合?4）歷史演化，地球已有幾十億年的歷史，大陸的分裂為何始自中生代，聯(lián)合古陸為何能在地球歷史的大部分時間得以生存?實際上，在20世紀90年代以來，研究揭示中生代以前還存在多個超級大陸，如古－中元古代的Columbia、新元古代的Rodinia等。5）變形層次，既然地球的塑性部分主要由地幔構成，為什么漂移運動中發(fā)生褶皺形成山脈的恰恰是大陸表層呢?第二節(jié)大陸漂移說四、大陸漂移說的復活

1.古緯度的變遷本世紀50年代，英國學者布萊克特（M.S.P.Blackett）通過大量的地磁研究發(fā)現(xiàn)，世界不同陸塊古地磁緯度于現(xiàn)今新處的緯度有很大差別，例如：英國三疊紀紅色砂巖古地磁傾角30°，現(xiàn)今為65°。印度孟買城：目前北緯19°，新生代初玄武巖遠在南半球的南緯32°，印度大約在6千萬年來向北漂了6千公里。

第二節(jié)大陸漂移說2.古地磁的遷移巖石中含有磁性礦物，在地球磁場的影響下，巖石形成時就受到磁化，從而保存了它們形成時間和地點的地球磁場方向的古地磁記錄。通過對巖石所記錄的古磁場的傾向和傾角的測量，可以計算巖石形成時地球磁極的位置。第二節(jié)大陸漂移說人們從各個大陸不同時代的地層里測出幾千個古磁極的位置，連接任一大陸不同時期的古磁極的線，就是那個大陸的視極移曲線。將各大陸視極移曲線比較，調整的結果表明，在2億年前的所有大陸曾是一塊共同的大陸—泛大陸。第二節(jié)大陸漂移說南美與非洲拼合起來后，兩極的極移曲線彼此重合第二節(jié)大陸漂移說第三節(jié)海底擴張說－接近和諧的詩篇

第二次世界大戰(zhàn)后，海洋地質學得到了迅速的發(fā)展?；芈暅y深、地震、重力、磁力、地熱等技術方法被廣泛應用于海洋地質研究，使海洋地形測圖工作迅速推進。20世紀二、三十年代的三大發(fā)現(xiàn)，即大洋中脊體系、溝-弧體系、海洋地殼的年輕性及其地質作用過程的研究，改變了人們對大洋底形貌及其發(fā)展演化的認識，從而動搖了傳統(tǒng)的地質學觀念，成為海底擴張學說創(chuàng)立、發(fā)展的基礎和主要依據(jù)。

一.產生背景及基礎二.海底擴張說基本內容

H.H.Hess首先孕育了海底擴張的思想，并于1962年發(fā)表了著名的《大洋盆地的歷史》這篇經典論文，提出了一個清晰而又使魏格納大陸漂移說得以立足的模式。在這一模式中，早期認為大陸是在洋殼上運動的大陸漂移有本質區(qū)別。幾乎在同一時期，R.S.Dietz（1961）發(fā)表了具有歷史意義的論文《用海底擴張說解釋大陸和洋盆的演化》，首先提出了“海底擴張”這一術語，以說明主要與洋底生成和消亡過程有關的理論。第三節(jié)海底擴張說1.海底擴張說基本理論：大陸之下的地幔上升流使大陸裂開，裂離的硅鋁質大陸塊馱在對流體上隨著硅鎂層而漂移；大洋中脊是熱流上升而使海底裂開地幔物質涌升的出口，熔融巖漿從這里噴出冷凝成新的洋底，并伴隨新的涌出推動先成的洋底向兩側對稱擴張，即海底擴張。速度幾厘米/年；海溝是對流下降區(qū)，洋底在中脊處產生（高熱流異常），而在海溝處（低熱流異常）沉入地幔深部。洋底在不斷的形成、運動、潛沒和更新，周期不超過200Ma。第三節(jié)海底擴張說大陸與相鄰洋底被地幔對流體馱載緩慢運移－被動漂移2.海底擴張說的證據(jù)洋底年齡：對大洋的認識（50～60年代）：洋底物質組成不同于大陸，未發(fā)現(xiàn)老于侏羅紀的巖石。

洋底熱流：50年代末洋底熱流測量獲得，大洋中脊為裂谷，高熱流，海溝處則比正常值低，這種熱流分布體制表明，熱流應是從大洋中脊上升，在海溝處下降。大陸海溝大洋盆地洋中脊地盾海西褶皺帶新生代優(yōu)地槽地帶地表熱流(HFU)0.901.252.200.801.103.75地幔熱流(HFU)0.3±0.10.5±0.11.6±0.20.5±0.11.0±0.053.7±0.05莫霍面溫度oC350±100650±1001000±200100±50300±200部分構造區(qū)的熱流及溫度分布資料（據(jù)斯米爾諾夫1975）三.海底擴張說的三大支柱本世紀60年代為海底大發(fā)現(xiàn)的時代，其中條帶狀海底磁異常、深海鉆探以及轉換斷層等成果并稱為論證海底擴張說的三大支柱。1.條帶狀海底磁異常1961年，R.G.Moson和A.D.Raff根據(jù)東北太平洋（北美岸外）詳細的磁測資料首先披露了洋底存在著條帶狀磁異常（又稱磁線理），與陸上不大規(guī)則的磁異常有著明顯的區(qū)別。之后，在三大洋底都發(fā)現(xiàn)了這種具有共同特征的磁異常，尤以北大西洋雷克雅內斯中脊的磁異常條帶最典型。

第三節(jié)海底擴張說

a.洋底磁異常特征線條狀：正反向地磁條帶相間排列，每一條寬度僅20～30公里，長數(shù)百到千公里，異常強度約400伽瑪左右；定向性：平行洋脊，顯著定向；對稱性：以洋中脊為軸，對稱分布；全球性。第三節(jié)海底擴張說b.磁異常條帶成因磁異常條帶是洋底巖石磁性強弱不同所致，強為正，弱為負？與充填于一系列平行延伸的海底谷底中熔巖流被磁化？高磁性巖石沿裂隙充填？瓦因－馬休斯假說：海底磁異常條帶，是在正反向交替的地磁場中，形成交替磁化的玄武巖條帶而產生的。新的大洋巖石圈由于地幔物質的上涌而形成時，一旦冷卻到居里溫度以下，必定沿著當時存在的地磁場方向磁化。如果地磁場正常，則獲得正向磁化，如果地磁場極性反轉，反向磁化。隨著海底擴張的繼續(xù)進行，先成的磁性地殼將被新生的磁性地殼向兩側推開。于是，只要海底不斷擴張和地磁場周期性地轉向，先后相繼的、正反磁化方向交替的洋殼條帶就會從洋中脊軸部不斷現(xiàn)外推移，而形成平行并對稱于洋中脊分布的磁異常條帶。地磁場異常模式圖洋底磁異常分布圖－大洋地質年齡圖C.海洋沉積物的磁性海洋沉積物中含磁性礦物時，有可能在垂向巖芯段上留下正反向磁化記錄。靈敏磁力儀測定表明正反向磁化段在沉積巖芯中交替出現(xiàn)。沉積巖芯中正、反磁化段的厚度地磁場轉向年表中正反極性期時間長短海底正負磁異常條帶寬度三種相互獨立的不同尺度具有如此等同的定量關系證實地磁場的頻繁倒轉，同時證明海底是擴張運動的，地球表層存在大規(guī)模水平運動第三節(jié)海底擴張說2.深海鉆探1）洋殼很年輕且對稱于大洋中脊軸分布2）洋殼層沉積厚度與層序對稱于大洋中脊軸分布3)洋殼同側沉積厚度與層序差異規(guī)律變化4）直接揭示洋底年齡，從中脊軸部向兩側遞增。可計算擴散速率（2cm/y）,為海底擴張學說提供強有力證據(jù)5）洋底面積與計算吻合第三節(jié)海底擴張說

大洋中脊體系被一系列橫向大斷裂錯斷。這些橫向大斷裂從20世紀50年代初被發(fā)現(xiàn)直至20世紀60年代中期，一直被認為是平移斷層。

J.T.Wilson從動力學的觀點進行分析后于1965年提出，這類斷層是由于海底擴張所引起的“轉換斷層”，其分布如下圖。

3.轉換斷層第三節(jié)海底擴張說板塊邊界的全球分布（據(jù)Deway,1976）

平移斷層ABCD擴張1）運動方向：轉換斷層BC段錯動方向是右旋，且斷層外兩盤運動方向一致；而平移斷層，斷層兩盤的運動方向始終相反,左旋，錯動沿整條斷裂帶發(fā)生。重要區(qū)別！轉換斷層兩側板塊的運動是橫向運動，其速度與兩脊軸處的擴張速度成正比，兩盤海底塊體運動的方向永遠與斷層完全平行。而走滑斷層兩盤的運動方向可以與走滑斷層線斜交。2）斷距：如果是平移斷層，標志物之間的斷距應隨時間的增加而增加，而轉換斷層之間的洋中脊之間的距離一般是穩(wěn)定的，盡管洋中脊軸兩側海底不斷擴張，但中脊軸之間的斷距不隨時間增加而增加。轉換斷層與平移斷層的區(qū)別中脊軸轉換斷層3）地震活動

斷層的錯動只發(fā)生在兩脊軸之間，因此只有轉換斷層部分才有淺源的地震活動，延伸的破碎帶部分是無地震活動的。

而地震活動可沿整個走滑斷裂發(fā)生，可以是淺、中、深源地震的任何一種或多種，取決于其切割深度。

4）地貌特征

轉換斷層:非對稱脊嶺，線形斷崖和狹長溝槽，兩者高差可達數(shù)公里，在地震剖面和重力上均有明顯反映。

走滑斷層的:負地形

轉換斷層運動和破碎帶表現(xiàn)兩各洋脊板片之間，也就是轉換斷層發(fā)育的地方，兩個巖石圈板塊相互發(fā)生錯移。這種差異運動產生淺層地震。洋脊頂外沿著斷裂帶方向，兩板塊以相同速度向相同方向運動，因此沿破碎帶方向無地震產生。大洋中脊與轉換斷層的關系破碎帶破碎帶地勢高地勢低活動轉換斷層第三節(jié)海底擴張說10Ma2Ma淺部紅色深度<1000m深色紫色區(qū)深度>6000m第三節(jié)海底擴張說大西洋洋中脊多波束合成圖像，byDebGlickson.轉換斷層的錯動方向代表了海底擴張方向、其動力學機制與海底擴張模式一致，是海底擴張的有力證據(jù)。轉換斷層這一概念在后來的板塊構造學說的發(fā)展中起到了巨大作用。海底擴張說的要點可歸納為：

洋底在洋脊裂谷帶形成并不斷擴張，老的洋底在海溝處消減，使洋底不斷更新。洋底的擴張是剛性的巖石圈塊體馱在軟流圈上運動的結果。運動的動力是地幔物質的熱對流。洋脊位于對流圈上升處，海溝位于下降處。如果上升流發(fā)生在大陸內部就導致大陸的分裂。第四節(jié)板塊構造理論20世紀60年代后期建立起來的構造假說，從70年代起得到廣泛傳播和接受，它的基本論點是：①地球表面層可以劃分為剛性的巖石圈和塑性的軟流圈。②巖石圈本身被各種類型的構造活動帶（洋中脊、海溝、轉換斷層等）分割成若干剛性薄板狀塊體，稱為板塊。③這些板塊沿著巖石圈與軟流圈之間的界面發(fā)生長期、緩慢而規(guī)模巨大的水平位移。一、板塊構造的基本觀點

④板塊在洋中脊處拉開，形成新的洋殼并發(fā)生相離運動、在深海溝—島弧帶俯沖，發(fā)生相向運動，使陸殼逐步增長并導致大洋盆地縮小以致完全封閉。因此，地球半徑得以基本保持不變。

⑤板塊水平移動的原因在于地幔中的熱對流(地幔柱理論)。拉張發(fā)生在上升流的地段，俯沖發(fā)生在下降流的地段。大陸漂移假說海底擴張說板塊構造理論泰勒(F.B.Taylor1910)魏格納（A.Wegener1912）基本論點：地球表面的大陸是主動、水平活動的，運動塊體前緣收縮，后緣拉張缺陷：大陸產生大規(guī)模水平運動的動力問題沒有得到滿意的解決。大量海洋地質的調查（海底地磁）研究，促使解釋大陸是被動地在下部地質體的駝載下發(fā)生水平運動。以地幔對流解釋了大規(guī)模水平運動的動力問題板塊構造理論的演化階段固定論與活動論仍處于爭論之中：地幔柱和板塊構造垂直和水平運動的“小雞和雞蛋”問題第四節(jié)板塊構造理論二、板塊劃分與邊界類型第四節(jié)板塊構造理論劃分依據(jù)之一：地震帶分布規(guī)律研究揭示出如下規(guī)律：1）全球各地震帶互相連接，即具有連續(xù)性，主要地震帶上幾乎無間隙；2）地震帶是狹長的，有些地區(qū)尤其是洋中脊，地震帶非常窄。3）地震帶把地球表面分成為許多形狀不規(guī)則的穩(wěn)定板塊，因此，可以把地震帶的分布和發(fā)生情況與板塊理論聯(lián)系起來，證明地震活動集中發(fā)生在板塊邊界，地震活動類型是用來確定板塊邊界位置的主要標準之一。地震帶的板塊劃分意義1）板塊邊界，地震特別是淺源地震的震中分布，勾畫出了板塊邊界的輪廓；2）地球內部狀態(tài)，深源地震的震源分布證明了巖石圈板塊向下延伸穿過軟流圈，顯示了這些巖石圈板塊在地球內部深處的狀態(tài)；3）板塊運動方向，地震波的研究結果告訴我們各個板塊相對于鄰接板塊的運動方向以及板塊的消亡方向。第四節(jié)板塊構造理論2.板塊級別(1)大板塊或稱巨板塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度-澳大利亞板塊（也有的稱印度板塊、印度洋板塊或澳大利亞板塊）和南極洲板塊。第四節(jié)板塊構造理論(2)中板塊(mesoplate)

大板塊內的次一級塊體。它既可以是六大板塊裂解的產物，也可以指雖然已與其他板塊拼合在一起，但在地質歷史上確曾獨立存在過的板塊。共5個。第四節(jié)板塊構造理論中板塊一般位于大板塊之間或大板塊前進的邊緣，其位移和轉動取決于大板塊的運動方向。中板塊的運動方向在幾百萬年或幾千萬年內即可發(fā)生變化。它們與其它板塊被地震帶分隔的情況。Nazca,Cocos,Phillipine板塊為海洋板塊，Caribbean,Scotia既有陸地也有海洋。（3）小板塊：是面積大體在10萬平方千米以內的板塊。這種板塊通常出現(xiàn)在兩個大陸板塊之間，或大陸和島弧的碰撞帶中。由于在這類碰撞帶上，地震帶非常寬廣，很難單純依據(jù)地震分布進一步劃分出小板塊。一般通過地震震源機制的研究，如果發(fā)現(xiàn)沿某一斷裂帶反復發(fā)生的地震都具有一致的錯動方向，則可確認這一斷裂帶為小板塊的邊界。據(jù)此，就可以在歐亞板塊、非洲板塊與阿拉伯板塊間進一步區(qū)分出土耳其板塊、愛琴海板塊、亞德里亞板塊、伊朗板塊等；在太平洋板塊與澳大利亞板塊之間可進一步劃分出新赫布里底板塊和湯加板塊等。小板塊的運動一般不受地幔對流的驅動，主要受控于大板塊的運動，相對于主要板塊的位移不大。它們在全球板塊運動中無關緊要，但在區(qū)域構造研究中是不可忽視的因素。第四節(jié)板塊構造理論（4）微板塊（microplate）：是迄今為止板塊構造學說所認可的最小一級板塊，是研究板內構造時提出的。主要借助于衛(wèi)星照片、古地磁數(shù)據(jù)、同位素年齡、地熱流變化和巖石成分等。微板塊在大陸上一般以克拉通塊體（大陸地殼上長期穩(wěn)定的構造單元，即大陸地殼中長期不受造山運動影響，只受造陸運動發(fā)生過變形的相對穩(wěn)定部分，常與造山帶對應）為主體，周邊殘存有被動或活動陸緣及板塊活動的遺跡，有不同于周邊的演化歷史。由許多微板塊組合可形成聯(lián)合板塊，它們早期具有各自獨立的演化歷史，晚期作為一個統(tǒng)一的板塊運動。根據(jù)力學性質，板塊邊界可分為三種類型：①拉張型板塊邊界：在拉張型板塊邊界處，兩個板塊向背而行，作背離運動，留下的空間不斷被從軟流圈上升的地幔物質所充填，形成新的洋殼，分為洋脊裂谷（紅海）和大陸裂谷（東非裂谷）兩種形式。地幔物質上涌，基性、超基性巖漿不斷補充，冷凝形成新的巖石圈，添加到向兩側運動的板塊后緣，從這個意義上講可稱其為板塊增生邊界或建設型板塊邊界。第四節(jié)板塊構造理論邊界類型其中兩支進一步發(fā)展成為大洋，第三支夭折成為坳拉谷.這類板塊邊界處在張力作用區(qū)，巖石圈處于拉伸狀態(tài)，最終導致巖石圈塊體沿著拉張邊界彼此分開，成為熱地幔物質涌升地帶。因此，該類板塊邊界的特征是：①往往伴有很高的熱流值；②由于新增生的巖石圈厚度很小，故地震震源極淺；③發(fā)生的地震以正斷層型為主；④地震集中在極狹窄的地帶，一般不超過20km；⑤加之新生巖石圈的強度較低，所以發(fā)震頻率低，震級小，大多地震在5級以下，最大震級也不會超過7級。②剪切型板塊邊界：在剪切型板板塊邊界處，兩個板塊相互錯動，作剪切運動。這里巖石圈既不增生，也不消減，發(fā)育碎裂變質巖。①應力場以剪切作用為主；②剪切方向與借助磁異常確定的板塊相對運動方向一致。即相鄰兩板塊沿邊界彼此向相反方向滑動；③既沒有板塊增生，也沒有板塊消亡，僅只是一些滑移跡線，有人稱其為守恒板塊邊界。④這類板塊邊界上所發(fā)生的地震以走向滑動類型為主，地震活動大都為淺源地震，地震帶較窄，地震頻度和震級明顯比洋中脊為代表的拉張型邊界大；⑤在地貌上表現(xiàn)為“地塹型”谷地，它不是一條斷層，而是長而平直的破裂帶，寬數(shù)公里至數(shù)十公里。第四節(jié)板塊構造理論③擠壓型板塊邊界：在擠壓型板塊邊界處，兩個板塊相向而行，作斂合運動。這里構造活動強烈、復雜，分為四種形式：島弧-海溝（西太平洋）和山弧-海溝（美洲西海岸）洋-洋俯沖（馬里亞納海溝）陸間海（歐非之間地中海）地縫合線（雅魯藏布江地縫合線）俯沖和碰撞兩種第四節(jié)板塊構造理論俯沖型大致與溝-弧體系相當，且其主要分布在太平洋兩側，也有叫作太平洋型匯聚邊界的。邊界兩側相向運動的板塊前緣一般是大洋巖石圈和大陸巖石圈，而且總是大洋板塊俯沖于大陸板塊之下，這可能是因為大洋板塊厚度小、密度大、位置低、易于下沉，而大陸板塊則厚度大、密度小、位置高、容易上浮之故。特點是：①從海溝向島弧或大陸方向，依次出現(xiàn)淺源、中源和深源地震，地震記錄顯示在平面上形成很寬的地震帶。板塊俯沖邊界是世界上地震活動最強烈、頻率最高的地帶，如環(huán)太平洋地區(qū)，有“環(huán)太平洋地震帶”之稱，記錄到的最大地震為8.9級。這是因為在俯沖邊界兩板塊相互迭覆，大洋板塊俯沖潛沒，大陸板塊仰沖，彼此傾斜接觸，使板塊間接觸面增大。加之大洋巖石圈從生成運移到俯沖帶，經過了160Ma左右的時間，因冷卻增厚（大約在80km以上），冷的剛性巖石圈沿海溝向下俯沖，一直穿過軟流圈至幾百公里深處（最大可達700km，視俯沖帶傾角而不同）才能地幔同化，這之前一直保持著其剛性和很高的強度。②板塊沿俯沖帶的俯沖作用因摩擦生熱，所以熱流值從海溝向島弧或陸側呈升高趨勢；③在島弧或陸緣山弧還會發(fā)生強烈的火山作用。碰撞型與大陸現(xiàn)代年輕造山帶相當，主要分布于歐亞板塊南緣，又稱阿爾卑斯－喜馬拉雅型匯聚邊界。兩相向運動板塊前緣的陸塊彼此接近或相遇碰撞。該類邊界特點是：①地震帶極寬，以淺、中源地震為主，最大震級為8.7級。②由于巖石圈上部的陸殼古老而復雜，發(fā)育了眾多的斷層，有許多薄弱帶。③伴有比較強烈的巖漿活動。④熱流值相對較高。⑤事實上，這類邊界是兩個大陸板塊相互作用的極寬闊而復雜的地帶。而不是一條明確的界線。在大陸發(fā)生碰撞之后，板塊的相對運動和沿邊界的擠壓作用仍然持續(xù)著，如亞洲板塊重迭在印度板塊之上，結果使該板塊邊界具有正常大陸地殼兩倍的厚度，這已成其為一大特點，是造成喜馬拉雅山帶和青藏高原巨大海拔高度和使地震帶、巖漿活動帶變寬的主要原因?？梢韵胂螅瑑申憠K的相撞必然產生巨大的擠壓作用，使巖層不斷彎曲、破裂、逆掩、變質，不同類型的巖石相互混雜在一起。如果板塊相對運動停止，則活動性消失，這時主要受外力作用，在地質歷史上將成為古縫合線，標志著這里曾是板塊邊界，如烏拉爾山、北祁連山等。兩板塊之間邊界類型小結

（三大類七形式）一、離散型－拉張1大陸裂谷（東非裂谷）2洋中脊裂谷（紅海）二、匯聚型－擠壓俯沖3洋殼－陸殼俯沖型：

海溝－島弧體系（西太平洋）海溝-陸緣山弧體系（美洲西海岸）

4洋殼－洋殼俯沖型（馬里亞納海溝）碰撞5陸間海式（歐非之間地中海）

6縫合帶式（喜馬拉雅－雅魯藏布江地縫合線）三、轉換型－剪切

7

（大洋中脊）第四節(jié)板塊構造理論三個板塊之間的邊界組合類型除上述兩個板塊之間的邊界類型外，在板塊分布圖上還可看到三條板塊邊界相交于一點的現(xiàn)象，這一個交點就叫做板塊三聯(lián)接合點(簡稱三聯(lián)點，或稱三節(jié)點)。與三聯(lián)點相接的板塊邊界可以是拉張型、擠壓型或剪切型邊界。板塊三聯(lián)接合點在板塊構造研究中具有重要意義。威爾遜旋回(Wilsoncycle)

①胚胎期——大陸裂谷地幔物質上升，大陸地殼隆起、變薄，在拉伸力作用下，地殼表層形成一系列窄而長、中央深洼的斷陷盆地——大陸裂谷盆地（在陸殼的基礎上因拉張而形成大陸裂谷）?，F(xiàn)代實例：東非裂谷。②幼年期——微大洋拉張作用的繼續(xù)，裂谷中軸產生狹窄的洋殼，兩側為變薄且受到改造的大陸地殼?，F(xiàn)代實例：紅海、亞丁灣和加里福尼亞灣。③成年期——大西洋型大洋盆地持續(xù)的海底擴張，出現(xiàn)了廣闊的大洋盆地?，F(xiàn)代實例：大西洋。④衰退期——太平洋型大洋盆地大洋中脊雖然繼續(xù)擴張，但洋盆一側或兩側產生俯沖，出現(xiàn)俯沖消減作用，海洋面積漸趨縮小?，F(xiàn)代實例：太平洋⑤終了期——殘留海隨著洋殼海域的縮小，導致兩側的陸殼地塊相互逼近，期間僅殘留內陸海?，F(xiàn)代實例：地中海⑥消亡期——地縫合線殘留海也以消失，兩側大陸碰撞，繼續(xù)俯沖的陸殼板塊相互擠壓形成高大的山系。沿碰撞帶可以出露因擠壓、侵位的古海洋洋殼的殘片，稱為地縫合線。加拿大,威爾遜,大洋盆地從張開到閉合的六個階段，威爾遜旋回。幾何擬合的數(shù)學方法－EulerRotation(歐拉旋轉)在球體表面，任何一點的移動軌跡都不是直線，而是一條弧線。因此，地球表面大陸的運動亦應該是一種環(huán)繞某根通過地心的軸的旋轉運動，大陸的旋轉軸（擴張軸）與地球表面的交點叫旋轉極（擴張極或Euler極），它與地理極、地磁極無直接的關系。如果地球表面的兩個大陸在洋中脊兩側擴張，那么它們的相對運動就必然是圍繞著稱作旋轉極的點的轉動，旋轉極是相對于兩大陸中的任一大陸都不移動的唯一的點，旋轉軸通過旋轉極和地球中心時與地球表面垂直。離旋轉極90°的大圓叫做旋轉赤道。與旋轉赤道相平行的一系列同軸圓弧，表明了塊體上各點的移動軌跡，可稱為歐拉緯線。通過歐拉極的大圓，則稱為歐拉經線。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學1.板塊的球面運動三、板塊運動學

在討論大陸漂移時，通常是大陸的相對運動，即一個大陸相對另一個大陸的旋轉運動。這樣，確定一對相鄰大陸的相對運動，就歸結為查明它們的旋轉極的地理坐標和旋轉角速度。根據(jù)大陸運動的實際資料，例如兩個剛性塊體共同邊界上不同點的運動方向和速度，就可以確定這兩個主要參數(shù)。運用這兩個剛性塊體的不同時期的這些參數(shù)，可以重建對應時期的大陸原始面貌，達到重建板塊的目的。板塊A相對于板塊B的旋轉運動(據(jù)Morgan，1968)三個剛性板塊在一球面上的相對運動：隨著旋轉極和旋轉弧線之間距離的增加，相鄰兩板塊間的相對運動也增加。運動中的相對差異沿轉換斷層得到了調整。當板塊B旋轉ω角度時，新的表面就對稱地增生于中脊軸附近的A、B兩板塊上，板塊B的表面則因消亡作用而在板塊C的下面潛沒。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學1.板塊的球面運動垂直于中脊軸的轉換斷層可以代表板塊旋轉運動的方向和軌跡；北太平洋的一系列斷裂帶與南太平洋有所不同，說明北太平洋的板塊運動方向在地質歷史上曾與南太平洋不同。一般把中脊軸間轉換斷層的走向看作現(xiàn)代板塊的運動方向，離開中脊軸的不活動斷裂（破碎帶）則代表早期板塊運動的方向。如果斷裂帶的走向發(fā)生過變化，表明板塊運動的方向曾發(fā)生過變更。板塊相對運動北面：勞亞古陸－包括北美、歐洲、亞洲（阿拉伯半島和印度不在其內）南面：南半球諸大陸（南美、非洲、印度、阿拉伯半島、南極洲）3億年前的聯(lián)合古陸現(xiàn)今海陸分布三疊紀180Ma侏羅紀135Ma南北美洲之間發(fā)育一條洋脊，洋脊擴張，勞亞古陸與岡瓦納古陸分離并作順時針旋轉；另一條洋脊使南美和非洲與岡瓦納古陸其余部分發(fā)生分離，同時印度與南極大陸分開。大西洋北部與印度洋不斷擴展，歐亞大陸相對非洲向西滑動。一條斷裂帶開始將南美與非洲分離，起初類似東非大裂谷，而后演變成類似紅海的狹長海，南大西洋開始出現(xiàn)。洋脊斷裂帶非洲南美印度南極北美歐亞澳大利亞白堊紀第三－第四紀南大西洋展寬與北大西洋連成一片，但尚未延伸到北極地區(qū)；美洲兩大陸向西已漂移很遠，歐亞古陸繼續(xù)順時針轉動，非洲則逆時針向北漂移，幾乎使特提斯海東端閉合，同時產生巨大壓應力和剪應力導致造山運動；馬達加斯加沿新斷裂與非洲分開；印度向北繼續(xù)運動。現(xiàn)今海陸分布格局：大西洋中脊擴展進入北冰洋，澳大利亞大陸與南極大陸分離向北漂移，美洲兩大陸被主要由火山噴發(fā)的地峽連接；特提斯海東端完全閉合，形成地中海；印度洋中脊分支延伸形成紅海；印度次大陸因與亞洲大陸主體碰撞形成喜馬拉雅山和青藏高原。巴拿馬運河150Ma年以來古大陸重建2.板塊運動的驅動機制必需滿足下述四個條件:1）能夠產生足以推動巨大板塊運動的力；2）必須符合物理學，特別是流體力學、熱力學和力學的基本原理；3）符合根據(jù)地球物理探測得出的地球內部的性質和狀態(tài)；4）板塊運動的效應應該與現(xiàn)代巖石圈的性狀和動態(tài)相一致，并能合理解釋地質歷史上的板塊運動及其演變過程。因此，板塊構造動力學就涉及到板塊運動的能源、動力和運動方式等方面的問題。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學（1）地球內部熱源與現(xiàn)今分布放射性同位素半衰期（a）生熱率（cal/g·a）鈾235U7.10×1084.30238U4.5×1090.71釷232Th1.39×10100.20鉀40K1.30×1090.22巖石名稱平均含量（×10-6）K/U平均總熱產率（10-8cal/g·a）UThK沉積巖3.005.00200006.7×104373.0花崗巖4.7518.5379008.0×104818.0中性巖2.00—180009.0×104340.0玄武巖0.602.7084001.4×104120.0橄欖巖0.0150.05634.2×1042.26第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學1.地球主要熱源放射性元素（鈾釷鉀）衰變產生的巨大熱量構成地球的主要熱源。2.主要熱源的分布不均一性在地球各層圈分布不均一，在地球演化、分異過程中集中于地殼及上地幔頂部。在酸性巖漿中最為富集，生熱率最高；在超基性巖漿中含量最低，生熱率最低。四種地球內部的熱源：放射性元素衰變（最主要）、地球轉動能、化學反應熱、重力分異熱。地球轉動能：地球物質密度的不均勻分布和地球自轉時角速度變化引起巖層水平位移和擠壓而產生的機械熱；化學反應熱：也稱化學能，指外成—生物作用產生的能量，如硫化物及有機物發(fā)生氧化反應時釋放出來的熱量；重力分異熱：也稱重力能，是地球物質在重力分異過程中產生的熱量等。它們在地球內部熱源中所起的作用居次要地位。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學（2）地球的傳熱機制地球是由各類巖石構成的物質實體，物理學中的傳導傳熱，對流傳熱和輻射傳熱三種熱交換方式適用于自然界，當然也適用于地球。傳導傳熱:是依靠物質質點（分子或原子晶格）的相互作用進行傳熱的。巖石是熱的極不良導體，即它的熱導率很低。如果單靠傳導傳熱，100m厚的熔巖流完全冷卻需要300a的時間，400km深處的熱如果單靠傳導傳熱輸送到地表，需要5000Ma左右的時間。對流傳熱:主要發(fā)生在地球有大量物質（以液態(tài)或具塑性的固體物質為主）發(fā)生運移的地帶。對流是指依靠可以變形的受熱體部分發(fā)生宏觀運動傳遞熱量的一種傳熱方式，分為自然對流和受迫對流。輻射傳熱:是從熱源（中心）沿直線向四周發(fā)散熱量。任何物體都以電磁波的形式輻射熱，在輻射線發(fā)射過程中，物體的一部分內能轉變成與無線電波、光波或宇宙輻射線具有同等性質的電磁波式能。輻射傳熱發(fā)生在地球表面，然而新近的實驗表明，硅酸鹽礦物不易發(fā)生輻射，這就減少了輻射傳熱的有效性。所以，一般情況下輻射傳熱可以不予考慮。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學4.地幔對流模式A.深地幔（或全地幔）對流模型B.淺地幔對流模型:C.雙層對流模型D.熱幔柱相連的雙層對流模型地幔柱只起源于D”層，位置不發(fā)生遷移E.混合模型地幔柱不僅起源于D”層，能捕獲下層中的物質，而且，可以起始于660Km深處，后者死亡后形成石化地幔柱，在660Km對流層面上可以發(fā)生遷移第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學上下地幔之間粘滯度相差不大、俯沖板塊可一直俯沖到600km，推測存在整個地幔尺度的大尺度對流，對流的熱源可能有一部分來自地核下地幔粘滯度大大大于上地幔、上地幔下部相變阻礙對流超出上地幔,對流環(huán)不大，難以解釋如何推動諸如太平洋板塊這樣的大板塊問題熱點上海島玄武巖來源與為虧損的深部地幔，而洋中脊玄武巖貧大離子親石元素，來源于虧損地幔:上下地幔對流環(huán)相互分開、自成體系、上地幔對流環(huán)具有相互耦合的兩種對流尺度并驅動板塊運動支持者：地幔對流模式與板塊運動模式相對應。板塊運動速度大體代表了地幔對流的速度。反對者：洋中脊轉換斷層將板塊錯開成許多段，流體上升流如何

在此處中脊軸裂谷處處吻合？

三條中脊相接或中脊與海溝相交，其下面會如何對抗？

板塊邊界隨時可能遷移，其下的對流體也同步位移么？不能輕易否定：冰塊在水面上漂浮得到啟示，推測板塊運動與地幔對流不一定有直接絕對聯(lián)系。如同水面上相互擁擠的冰塊，不論其形態(tài)和運動如何復雜，其下面水體流動比較規(guī)律，兩者運動未必吻合，但冰塊運動是由下面水流驅動是不可否認。借助于三維地震層析、超高壓礦物相變、地幔對流的實驗和理論模擬以及全球范圍地幔地球化學的研究。3.地幔對流爭議第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學4.板塊受力分析（1）FDF—地幔拖曳力；FCD—大陸拖曳力；（2）FRP—中脊推力；FTF—轉換阻力；

FSU—海溝吸引力；FSR—板塊阻力；FSP—板塊重力拖拉力；FCR—碰撞阻力。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學（1）板底作用力:是由于板塊與下伏軟流圈的粘性耦合引起的，包括地幔拖曳力（FDF）和大陸拖曳力（FCD）。（2）板緣作用力:作用于板塊邊界的力，包括拉張型邊界的中脊推力（FRP）、剪切型（轉換斷層）邊界的轉換阻力（FTF）、擠壓型邊界的板塊重力拖拉力（FSP）、板塊阻力（FSR）、海溝吸引力（FSU）和碰撞阻力（FCR）。板緣作用力分為驅動力和阻力驅動力1）洋中脊推力（FRP）2）俯沖板塊的重力拖拉力（FSP）：板塊俯沖時伴隨的相變，如輝長巖變?yōu)榱褫x巖，橄欖巖相變?yōu)榧饩?，從而使板塊密度增加，負浮力更大。3）海溝吸引力（FSU）:由于大西洋擴展，而太平洋收縮，這種差異與太平洋獨具而大西洋沒有的海溝有關，因而，有人認為海溝對陸側板塊有一種吸引力。海溝吸引力可把美洲板塊和歐亞板塊拖向太平洋周圍的海溝。由于地球的半徑可能保持不變，大西洋不斷擴展的同時，太平洋就不斷縮小，海溝也將向大洋方向遷移。但是，這種吸引力的物理性質迄今仍舊不清楚。第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學FRPFSPFSU阻力1）

板塊阻力（FSR）:板塊阻力是因粘滯性拖曳而作用于板塊上的力。地幔的粘性在軟流圈內較低，但一接近中間層便劇增，在發(fā)生尖晶石相變的深度有可能增大阻力。因此，一般認為板塊阻力比板塊重力拖拉作用更集中于俯沖板塊的下部。這種阻力通常與地幔物質的粘性和板塊的俯沖速度成正比。2）碰撞阻力（FCR）:碰撞阻力是在擠壓型邊界，兩板塊相對運動，相遇、發(fā)生碰撞時產生的力。應力積累到一定程度便發(fā)生地震，若取相當一段時間的平均值，則碰撞阻力的大小不依賴于板塊碰撞的相對速度，即相對速度變化碰撞阻力并不增大，但地震頻度會變大。FSRFTFFCR第四節(jié)板塊構造理論-

板塊運動學3）轉換阻力（FTF）:轉換型板塊邊界的大部分淺源地震是由板塊間的阻力引起的。這種阻力稱為轉換阻力，其大小與板塊相對速度無關。當板塊沿轉換斷層相互滑移時，應變能量便在與其銜接的邊界上積累起來，當應力達到一定程度時，斷層發(fā)生滑移，以地震形式把應變能量釋放出來。地震活動隨速度的增加而增強，但由于地震是應力釋放的一種反映，因此不再產生更大的應力。上述八種作用于板塊的力，是否對所有板塊都起作用，就很值得懷疑。例如，很多人強調俯沖板塊的重力拖拉作用，但那些不具有俯沖帶的板塊（南極洲板塊）或仰沖板塊（歐亞板塊、美洲板塊等）的運動就與重力拖拉力無關；再如，有些學者很看重洋中脊椎力，而菲律賓海、加勒比等不具備中脊的板塊同樣存在著明顯的運動。因此，即使這些作用于板塊的力確實存在，但不一定所有的板塊都同時具有這八種作用力，各種力的相對重要性也因板塊或其邊界性質而異。再就對板塊運動明顯起驅動作用的中脊推力（FRP）、俯沖板塊的重力拖拉力（FSP）和海溝吸引力（FSU）來說，它們也都是以地表巖石圈已形成板塊構造格局為前提的。顯然，這些力不可能是巖石圈板塊的原動力，只能是局部的或次一級的驅動力。當然，并不排除某種力在時間或空間上有可能起重要作用。四.熱點和地幔柱假說在研究板塊內部火山作用時提出的，后來被當作板塊絕對運動的參照系統(tǒng)和驅動板塊運動的原動力之一。大洋中脊并非地幔物質的唯一出露處。1.無震海嶺aseismicridge洋底除洋中脊體系外，還分布一系列線狀延伸的火山海嶺。與大洋中脊性質有明顯區(qū)別:軸部無中央裂谷；無橫斷海嶺的轉換斷層；現(xiàn)代火山局限于海嶺的某一端點；無地震活動或僅有火山活動引起的微弱地震。典型實例：北太平洋天皇－夏威夷海嶺第四節(jié)板塊構造理論-

熱點和地幔柱假說天皇-夏威夷海嶺火山年齡的遞變規(guī)律

（據(jù)小林和男，1977）

天皇海嶺幾乎全在水下，整體呈NNW向，向SSE向延伸約2000km后發(fā)生轉折；轉折后的這段稱為夏威夷海嶺，整體呈NWW向延伸約2600km，海嶺上出露的島嶼即為夏威夷群島。天皇海嶺與夏威夷夷島的火山巖相同，證明它們?yōu)橥磶r漿；經K-Ar測年，海嶺上火山的年齡由西北向東南依次變新，與離開基拉韋厄活火山的距離幾乎呈線性關系。42Ma，太平洋板塊運動方向由NNW轉為SSE。第四節(jié)板塊構造理論-

熱點和地幔柱假說熱點火山作用形成火山鏈（無震海嶺）示意圖（據(jù)Allegre,1983）

2.熱點假說hotspot熱點說解釋無震海嶺成因熱點指板塊內部現(xiàn)代火山活動的小區(qū)域，該處火山作用的巖漿源于現(xiàn)代火山活動中心的地幔之下，位置相對地球自轉軸固定。熱點處巖漿燒穿巖石圈板塊，在表面形成火山。板塊運動是持續(xù)的。猶如紙帶穿孔機效應證據(jù)：古地磁和K-Ar測年第四節(jié)板塊構造理論-

熱點和地幔柱假說mantlelithosphere熱幔柱的涌升不斷向上地幔乃至巖石圈之下輸送熱量、質量和動量，在燒破巖石圈的地方便成為熱點。因此，熱點的巖漿直接源于地幔柱，或者說熱點處的火山活動就是地幔柱熱物質噴出地表的反映。從這個意義上說，可以把地幔柱當作熱點假說的引申。

3.地幔柱假說MantlePlumeMorgen,1972“地幔柱”概念:指源于地幔深處（核幔邊界）、呈圓柱狀涌升的熱地幔物質流。熾熱地幔物質向上運移，導致巖石圈下物質的盈余，并把上覆巖石圈向上拱起，在地表形成巨大穹隆，同時表現(xiàn)為正重力異常。根據(jù)重力異常值推斷，地幔柱的直徑可達200～300km，甚或更大。地幔柱導致的物質盈余足以引起15～20mGal的正重力異常，并在地表出現(xiàn)高熱流值?？梢娮畛醯牡蒯Ｖ浮盁後Ｖ薄５谒墓?jié)板塊構造理論-

熱點和地幔柱假說冰島、無震海嶺都是熱點火山作用形成的。熱點火山作用與海底擴張速率關系擴張速率慢，熔巖容易堆積形成諸如冰島那樣的大型島嶼；海底擴張速率較快，等量的熔巖擴展開，形成無震海嶺。熱點火山島(OIB)與大洋中脊(MORB)成分差別前者含堿質或堿性玄武巖(alkalibasalt，富堿而貧硅貧鈣)，大洋中脊為拉斑玄武巖(亞堿性,富含鋁、鈉貧鈦、鉀)，微量元素也不同。說明其巖漿源于地幔的不同部位，一深一淺。地球表面上的熱點（據(jù)Morgan,1972）

據(jù)此可在洋中脊上識別出一些地幔柱—熱點。全球識別出并經過嚴格檢驗確認的地幔柱—熱點總共45個，大部分位于板塊內部。1994年，以Maruyama教授為代表的研究群體，發(fā)表了一系列跨學科綜合性的文章，提出了一種全新的全球構造觀，或簡稱為地幔柱構造（PlumeTectonics），并指出地幔柱構造是繼魏格納提出大陸漂移學說和板塊構造理論之后人類認識地球的第三次浪潮。Condie(2001),《MantlePlumesandTheirRecordinEarthHistory》

4.熱幔柱

以丸山茂德為代表的一些日本學者根據(jù)P波層析成像技術得到的全地幔內部結構和對板塊下潛歷史的追蹤研究結果，認為地幔柱與板塊構造并非相互獨立，兩者構成一個統(tǒng)一的全球構造體系。在該體系中，地幔柱上升、板塊水平運動和板塊俯沖運動并不是各自獨立的，而是在一個構造體系中做相互約束的運動。

1）熱幔柱形態(tài)特征：“球狀頂冠，狹窄尾部”地表表現(xiàn)為高地形隆起，當其從地幔中上升至近巖石圈底部時，變成“蘑菇”狀，頭部粗大而頸干細小。直徑大小的目前觀點不一，估計量從十幾千米至幾千千米都有。一般地，地幔柱頭直徑可達500到3000km(Hilletal.1992)，而地幔柱尾典型的為100到200km(Condie2001)。地幔柱具有高熱流、低速帶的特征（趙國春等，1994），一般稱為熱幔柱。

實驗中所產生的熱幔柱在上升過程中的形態(tài)變化(據(jù)Richards1991)低速物質從地幔底部上升（顏色代表溫度，紅色是熱的，棕色是冷的）。隨著地幔柱上升(A)，它的頭部擴大，尾部變窄（B，C）。當?shù)蒯Ｖ^到達巖石圈底面時，它就變得扁平（D）。冷的高密度物質（黃褐色）就下沉，漸漸地每個冷幔柱就冷卻，新的地幔柱形成（E，F(xiàn)）。實驗不能準確地反映熱幔柱的真實特征，原因在于實驗條件與地球自然狀態(tài)相差太大。實驗所獲得的各種柱體都是以恒定速度由底部注射產生，而實際熱幔柱是由深部核幔邊界不穩(wěn)定熱對對流所產生，并上升在具有較高的瑞利指數(shù)的粘度可變（隨溫度變化）的三維地幔對流流體中。根據(jù)全球地幔地震層析圖（Fukao,1993）總結的熱幔柱發(fā)育模式a)萌芽期：外核微微上隆，熱流及巖漿上涌；b)發(fā)展期：地幔中下部為熱幔柱密集區(qū)；c)全盛期：熱幔柱密集區(qū)連通外核與軟流圈；d)衰亡期：由于上下堵塞殘留的熱幔柱。地幔柱的尾部逐漸變細，而地幔柱的頭部逐漸變得扁平，呈蘑茹狀形態(tài)，地幔柱的頭尾比例逐漸增大。這些形態(tài)變化特征也許更接近產生在核幔邊界附近的熱幔柱形態(tài)的真實情況。2）熱幔柱起源深度地質學家們認為地幔柱起源于地幔的D″層，D″層從地核吸收熱量，使其具有較高的溫度和較低的粘度，因此地幔柱具有高熱流、低速帶的特征（趙國春等，1994），一般稱為熱幔柱。許多證據(jù)顯示，地幔柱源于核-幔邊界附近（Davies，1992，Richad，1991，Loper，1991，Hill，1991），導致核-幔邊界附近物質層發(fā)生熱擾動并生成地幔柱的熱動力源于外地核的不均勻加熱作用（Loper，1991）。一個新啟動的地幔柱在穿過整個地幔的緩慢上升過程中會形成巨大球狀頂冠和狹窄尾柱。巨大的地幔柱球狀頂冠會引起巖石圈發(fā)生穹隆、區(qū)域變質作用、地殼深熔、構造變形和大規(guī)?；鹕阶饔?，形成大陸或大洋溢流玄武巖，地幔柱狹窄尾柱的長期活動會在上覆運動板塊上形成一系列熱點火山鏈。但是，Coffin和Eldholm基于地球多層對流系統(tǒng)的模型，提出地幔柱可分為源自400km，670km和核幔邊界（CMB）的3類地幔柱。然而，上述劃分是以地震層析成像研究地球深部構造得出的，只是現(xiàn)象上的歸類，并沒有在動力機制上給出證據(jù)。實際上，地幔柱從D″層處產生后，在其后上升過程中遇到地?；驇r石圈不均一時，地幔柱整體會發(fā)生分叉，形成次級地幔柱，而這種分叉位置并不僅僅局限于670km，400km和100km。同時，地?；驇r石圈不均一性的差異，會影響和決定著次級地幔柱的規(guī)模和大小。3）熱幔柱的規(guī)模與級別劃分

Maruyama和Fukao等以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地殼底界(100km)為限劃，將熱幔柱分為一、二、三級熱柱，也有人稱為下地幔柱（或超級熱幔柱）、上地幔柱、板內柱（或幔枝）。熱幔柱規(guī)模與個數(shù)在地表稱為熱點，約50多個，100km以下約20個，直徑上千公里的少。2900km670km100km幔枝4）熱幔柱化學成分特征構成熱點的大洋島玄武巖（OIB）的化學成分能夠更好地反映熱幔柱的化學成分特征，富含大離子不相容元素，并有較高的87Sr/86Sr和較高的143Nd/144Nd比值。頭部在上升過程中會不斷地加熱周圍地幔物質，使其粘度降低浮力加大，并與熱幔柱頭部融合一起上升。因而，熱幔柱頭部化學成分是不斷變化的，具有源區(qū)化學成分和捕獲的地幔成分的混合特征。熱幔柱狹窄的尾柱在上升過程中保持近于直立，基本不捕獲周圍地幔物質，因而其化學成分變化較小，主要反映源區(qū)化學成分。一般認為上地幔為虧損型地幔（？），下地幔底部為富集型地幔。熱幔柱的化學成分特征是對此結論的有力支持。5）熱幔柱的運動學特征熱幔柱的運動學特征主要表現(xiàn)在熱幔柱的啟動、上升速率、脈沖運動和與地幔對流相互作用等方面（趙國春等，1994）。①熱幔柱的啟動和上升速度當巖石圈板塊在“熱點”之上漂移時，從深部地幔上升的熱巖石-流體柱體形成地幔柱，在夏威夷和社會群島產出的線性大洋火山鏈正是這些地幔柱出露地表的證據(jù)。這種火山作用是當?shù)蒯Ｖ竭_近地表時由于減壓融熔而引發(fā)的，然而這些地幔柱到底起源有多深的問題尚未解決。熱幔柱的啟動需要一個熱邊界層。這個熱邊界層在地幔中、或是上/下地幔之間的密度界面、或是核幔邊界（CMB）的D”層。熱幔柱的啟動條件是地核能夠提供足夠的熱，以至使熱幔柱能夠穿過整個地幔上升至地表。愈來愈多的證據(jù)表明整個地幔在對流，而并非是分層對流，因此，上/下地幔之間的熱邊界層產生熱幔柱的可能性很?。ǖ慌懦a生小規(guī)模的熱幔柱的可能性）。下面幾點也支持了熱幔柱啟動于核幔邊界的D”層。①理論分析表明，要產生直徑為1000km的熱幔柱扁球狀頭部，形成大規(guī)模的大陸溢流玄武巖和大洋高原玄武巖，熱幔柱只能啟動于下地幔底部才能完成。②如果熱地幔柱起源于上地幔底部，這很難解釋熱點之間相互位置固定這一特征，至少在最近50myr內或更長時間內是彼此位置固定的（SteinbergerandO’Connell1998）。③熱幔柱的化學成分特征表明它主要來源于富集型地幔。一般認為下地幔底部具有原始富集型地幔特征，而上地幔常呈虧損特征?？傊?，熱幔柱起源于核幔邊界（CＭB）附近的D”層的觀點得到多數(shù)學者的承認。早期研究認為熱幔柱一旦啟動，其上升速率將是很快的。但近年來的研究結果與之不同。Christensen(1984)的實驗結果表明，即使熱幔柱與周圍地幔柱從D”層到達地表（或近地表）大約需要100Ma。BossandSach(1984)與Olson等（1987）的研究也肯定了這樣的時間尺度。他們認為，大規(guī)模的溢流玄武巖是熱幔柱經過長期積累和捕獲周圍地幔所形成的巨大球狀頂冠減壓熔融噴發(fā)產物。Loper（1991）認為，在通道打通之前，熱幔柱不可能快速上升，因為上升過程和噴發(fā)過程都會導致熱量的大量散失，從而減少熱幔柱的活動能力。②熱幔柱的脈沖運動特征-單一波脈沖熱幔柱以單一波形式向上脈沖式運動特征的發(fā)現(xiàn)，是近年來有關熱幔柱研究所取得的重要進展之一。Scott等（1986）實驗研究表明，熱幔柱的單波具有流線特征并以波速向上運移物質。他們用一個細管將稀溶液從盛滿蜂蜜窗口的底部注入，在液柱中產生了單波。當注射速度加快時，液柱中的單波由線性轉變?yōu)榉蔷€性。Olson與Christensen(1986)的實驗表明，熱幔柱從啟動階段就以單波脈沖形式向上運動，而且尾柱部分波速要快于球狀頂冠部分。Loper（1988）實驗表明，熱幔柱的單波脈沖運動特征遵守Kortewege－Devries方程，熱幔柱的單波具有流線特征并以波速向上運移物質。③地幔對流對熱幔柱運動的影響一些學者認為地幔水平對流會改變熱幔柱的直立形態(tài)，使其尾部發(fā)生彎曲傾斜；但近年來許多研究證據(jù)表明，地幔并非是分層對流，而是整體對流，對流速度很慢，尤其下地?；旧鲜菬o應力條件下對流，因此，多數(shù)學者認為地幔對流對熱幔柱不會有明顯的影響。不論地幔柱-熱點假說的有效性如何，它至少明確了這樣一些事實：板塊內部發(fā)生著重要的地質現(xiàn)象—熱點火山作用和構造活動，地幔深層同樣也是活動的，深地幔（乃至地核）對地表板塊構造的發(fā)展過程有重要影響；地球本身是一個物質實體，該體系的各組成部分是密切相關的，將其中任何一部分孤立出來研究都是片面的。

因此，地幔柱-熱點假說對于板塊構造學說應該是重要的補充和發(fā)展。5.冷幔柱20世紀80年代，人們開始關注大量的洋殼板塊俯沖之后的去向、歸宿和狀態(tài)，對板片行蹤的討論興盛起來，也存在三種不同意見：一種認為板片不能潛入到下地幔，第二種認為可以俯沖到下地幔，另一種觀點介于其間，認為不同的島弧同時潛入和未潛入下地幔的情況都有。近年來，高精度的地震層析成像成果顯示，與俯沖板片相關的高波速異常體在670km附近的上、下地幔界面處積聚增厚，且常呈近水平狀向前擴展，高速異常體還進一步延入下地幔，有的已抵達核幔邊界(D層)。地幔中的高波速異常帶主要沿環(huán)太平洋和特提斯-喜馬拉雅兩大板塊匯聚邊界發(fā)育，明顯地表明高波速物質是俯沖板片的反映。俯沖板片在上、下地幔界面之所以受到阻滯，可能與下地幔粘度較高以及板片本身溫度升高、粘度下降等因素有關。隨著停滯積聚的冷板片體積增大，其在間斷面處的溫度差越來越大，當板片體積增大到超過一個臨界值時，巨大的積聚體坍塌，沉入下地幔，最終堆積于核幔邊界上。因而積聚的大洋板片物質在下地幔的沉潛可能并非呈連續(xù)的簾狀，而是呈不連續(xù)的團塊狀下沉。目前核幔邊界上規(guī)模最大的高波速堆積體位于東亞和中亞之下，看來是眾多板片沉落于地幔底部的產物。晚古生代以來，亞洲作為全球陸塊匯聚的中心地帶，形成了一系列縱橫交疊的復合造山帶，即可能與一系列古洋盆關閉、眾多板片積聚沉潛有關（金性春等，2003）。A）東北日本型：板片從地表連續(xù)并以板狀形態(tài)滯留在670km深度面上，部分地由于厚度增加而穿入到670km以下。B）巽他型：板片從地表連續(xù)，而且穿過670km深度達到1200km深度。C）特提斯型：板片與上面不連續(xù)，與消失了的古海溝大致平行，且正在潛入1000~1200km深處。D）南極型：現(xiàn)在南極周邊為被動陸緣，沒有板片下沉，因此，滯留在670km以下深處的板片為古老的。A）、B）是滯留的板片與板塊相連著，而C）、D）則不相連。以上不管哪種類型，在670km深處附近，板片（雖然存在分辨率的問題）從外觀上看其厚度超過100km，呈現(xiàn)從碟狀變成水滴狀的傾向。這也許意味著板片靠近670km深處附近時變成塑性，易于變形而處于停滯狀態(tài)。四種俯沖滯留的板片類型P波層析成像表明，俯沖滯留的板片在地幔中有四種類型

可能是滯留板片下落所堆積的東西1)形態(tài)特征但是，P波層析成像模型所呈現(xiàn)的地震波速度的水平不均質構造，除了由深源地震面所確定的板片存在深度670km以上的地幔以外，并不保證一定是由溫度的不同而引起的。全地幔P波層析成像構造顯示出與過去180Ma沉沒的板塊具有極好的對應關系。這意味著，地幔深部P