1、第四章、主要的大地构第四章、主要的大地构造学说造学说1 1、地槽、地台学说、地槽、地台学说2 2、板块构造学说、板块构造学说3 3、地幔柱构造说、地幔柱构造说4 4、中国主要大地构造学派简介、中国主要大地构造学派简介3 3、地幔柱构造说、地幔柱构造说地幔柱构造说地幔柱构造说,是一种地球内部物质运动方式是一种地球内部物质运动方式和全球动力学假说和全球动力学假说,是以支配地幔大部分领域是以支配地幔大部分领域的地幔柱垂直流作为物质主要流动形式的大地的地幔柱垂直流作为物质主要流动形式的大地构造学构造学(Maruyama,1994)。地幔柱构造说的研。地幔柱构造说的研究者称究者称,地幔柱构造说是继大陆漂
2、移和板块构地幔柱构造说是继大陆漂移和板块构造说之后人类认识地球的第三次浪潮。造说之后人类认识地球的第三次浪潮。1、地幔柱构造、地幔柱构造地幔柱构造地幔柱构造,是地幔中受几个大的、垂是地幔中受几个大的、垂直的地幔柱流控制的动力学区域直的地幔柱流控制的动力学区域(Maruy-ama(Maruy-ama,1994)1994)。这几个大的、垂。这几个大的、垂直的地幔柱流就是目前南太平洋、非洲直的地幔柱流就是目前南太平洋、非洲两个上涌的热地幔柱和中亚一个下降的两个上涌的热地幔柱和中亚一个下降的冷地幔柱冷地幔柱,它们占地幔体积的它们占地幔体积的3/43/4,在地在地幔主要部分起支配作用幔主要部分起支配作用
3、,控制着地幔之控制着地幔之上的热作用和构造再造等动力学过程。上的热作用和构造再造等动力学过程。地幔柱构造中并存的地幔柱构造中并存的热地幔柱热地幔柱和和冷地幔柱冷地幔柱的运的运动动,是地球演化各时期地幔物质的主要运动形是地球演化各时期地幔物质的主要运动形式式,导致前寒武纪超大陆解体导致前寒武纪超大陆解体-聚合旋回聚合旋回,驱动驱动显生宙板块运动显生宙板块运动,引起地球各圈层相互作用引起地球各圈层相互作用,特特别是壳一幔相互作用。别是壳一幔相互作用。热地幔柱、冷地幔柱的热地幔柱、冷地幔柱的对流对流,是地球内部热传导的主要形式是地球内部热传导的主要形式,同时估计同时估计贯穿于地球的整个演化过程。贯穿
4、于地球的整个演化过程。热地幔柱热地幔柱的上升的上升,导致岩石圈减薄和超级大陆解体导致岩石圈减薄和超级大陆解体,以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构造体制转以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构造体制转化化,对应着热点、裂解的超级大陆、大陆裂谷、大洋对应着热点、裂解的超级大陆、大陆裂谷、大洋扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥离断层等各种张扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥离断层等各种张性性-引张引张-伸展伸展-离散环境离散环境;冷地幔柱冷地幔柱的下降的下降,引起超级大陆聚合、大陆裂谷夭折引起超级大陆聚合、大陆裂谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山造山和洋壳俯冲消减碰撞造山,以及大洋岩石圈向大以及大洋岩石圈向大
5、陆岩石圈构造体制转变陆岩石圈构造体制转变,对应着大陆聚合、俯冲、逆对应着大陆聚合、俯冲、逆冲推覆、碰撞造山等各种汇聚冲推覆、碰撞造山等各种汇聚-碰撞碰撞-挤压环境。挤压环境。地幔柱构造地幔柱构造一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地幔柱和冷地幔柱的概念 1 1、热地幔柱、热地幔柱热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱。幔柱。P P波层析成像波层析成像(FukaoFukao等等,19941994)显显示示,热地幔柱有热地幔柱有D D”层和层和400 km400 km深度的上深度的上地幔两个来源。来源地幔两个来源。来源D D”层的热地幔柱又层的热地幔柱又有两种类型有
6、两种类型,一种是底面直径约为一种是底面直径约为5000 5000 kmkm超级热地幔柱超级热地幔柱,一种是底面直径小于一种是底面直径小于500 km500 km的小热地幔柱的小热地幔柱 起源于起源于D D”层、直径达层、直径达5000 km5000 km的热地幔柱的热地幔柱,目目前全球共有两个前全球共有两个,分别位于南太平洋和非洲分别位于南太平洋和非洲下面。一般认为下面。一般认为,太平洋的形成与南太平洋太平洋的形成与南太平洋热地幔柱的活动有直截了当有关热地幔柱的活动有直截了当有关,是罗迪尼是罗迪尼亚超级大陆在亚超级大陆在600 700 Ma600 700 Ma前由北美、西伯前由北美、西伯利亚和
7、澳大利亚之间通过的利亚和澳大利亚之间通过的RRRRRR型板块三联型板块三联点点(图图6-26-2)扩张形成的。扩张形成的。一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地幔柱和冷地幔柱的概念 非洲热地幔柱是导致非洲热地幔柱是导致200 Ma200 Ma前前非洲大陆从冈瓦纳大陆裂解出非洲大陆从冈瓦纳大陆裂解出来的热地幔柱来的热地幔柱,它与其他几个它与其他几个也源于核一幔边界的热地幔柱也源于核一幔边界的热地幔柱共同组成中央泛大陆热地幔柱共同组成中央泛大陆热地幔柱链链(图图6-36-3)。大西洋的形成和。大西洋的形成和这个热地幔柱链有关这个热地幔柱链有关,大西洋大西洋中脊估计由其中的某个热地幔中脊估计由其中的某
8、个热地幔柱产生。柱产生。冈瓦纳大陆冈瓦纳大陆一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地幔柱和冷地幔柱的概念 2 2、冷地幔柱、冷地幔柱 冷地幔柱冷地幔柱是由滞留在上、下地幔是由滞留在上、下地幔界面附近的板片构成的下降地幔柱界面附近的板片构成的下降地幔柱,是不保持刚性板块形状而以巨石状下是不保持刚性板块形状而以巨石状下落的物质移动。落的物质移动。研究表明研究表明:在在670 km670 km深度深度,俯冲板块受俯冲板块受到下地幔黏度增加和相变吸热等因素到下地幔黏度增加和相变吸热等因素的影响会产生强大的阻力的影响会产生强大的阻力,使板块近使板块近似水平地暂时滞留在似水平地暂时滞留在670 km670 k
9、m深的不连深的不连续面上。滞留的板块随时间生长续面上。滞留的板块随时间生长,并并在其超过临界体积时开始塌陷。滞留在其超过临界体积时开始塌陷。滞留的板块形态有东北日本型、巽他型、的板块形态有东北日本型、巽他型、特提斯型和南极型四种类型特提斯型和南极型四种类型(图图6-46-4)。东北日本型东北日本型,俯冲板块从地表连续俯冲板块从地表连续至至670 km间断面间断面,同时由于厚度增加同时由于厚度增加,部分板块已插入到部分板块已插入到670 km间断面的下间断面的下面面;巽他型巽他型,板块从地表连续插入下板块从地表连续插入下地幔地幔,达到达到1200 km深度深度;特提斯型特提斯型,板块与上面不连续
10、板块与上面不连续,一个大的块体正一个大的块体正在下沉至在下沉至1000-1500 km深度深度,它大致与它大致与从阿尔卑斯经中东至喜马拉雅地区的从阿尔卑斯经中东至喜马拉雅地区的板块边界平行板块边界平行;南极型南极型,现代无活动现代无活动的俯冲板块的俯冲板块,在在670 km处滞留的板块处滞留的板块是是100 Ma前板块俯冲造成的。这四种前板块俯冲造成的。这四种板片形态类型揭示了板块俯冲、滞留板片形态类型揭示了板块俯冲、滞留聚集和最终塌陷沉没的命运。俯冲板聚集和最终塌陷沉没的命运。俯冲板块最终塌落在地核表面上块最终塌落在地核表面上,形成冷地形成冷地幔柱。幔柱。一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地
11、幔柱和冷地幔柱的概念 一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地幔柱和冷地幔柱的概念 当大陆从周围聚集形成超级大陆当大陆从周围聚集形成超级大陆时时,在超级大陆下面必定蓄积有大在超级大陆下面必定蓄积有大量沉没的板片。量沉没的板片。亚洲下面的冷地亚洲下面的冷地幔柱幔柱,就是那时聚集在就是那时聚集在670 km670 km深度深度附近的大量滞留板片塌陷到下地附近的大量滞留板片塌陷到下地幔中形成的。幔中形成的。冷地幔柱一旦形成冷地幔柱一旦形成,上地幔内的大规模地幔对流将受上地幔内的大规模地幔对流将受其强烈控制。漂浮在上地幔上的其强烈控制。漂浮在上地幔上的所有大陆都将朝向冷地幔柱移动所有大陆都将朝向冷地幔柱移
12、动,最终所有的大陆会集结在一起最终所有的大陆会集结在一起,在在地表形成一个超级大陆。冷地幔地表形成一个超级大陆。冷地幔柱的寿命估计为柱的寿命估计为400500 Ma400500 Ma,假如假如目前的板块移动再接着目前的板块移动再接着250 Ma250 Ma,围围绕亚洲大陆会形成一个新的超大绕亚洲大陆会形成一个新的超大陆。陆。【依照晚古生代期间亚洲大陆的古地理重建图依照晚古生代期间亚洲大陆的古地理重建图推测推测,早一中二叠世早一中二叠世,亚洲大陆还未形成亚洲大陆还未形成,俄罗斯、俄罗斯、西伯利亚、哈萨克斯坦、华北、华南、塔里木、西伯利亚、哈萨克斯坦、华北、华南、塔里木、印支等古板块和一些更小的微
13、古板块分散在目印支等古板块和一些更小的微古板块分散在目前亚洲的位置上前亚洲的位置上 】板块进入地幔转换带有面状和线状两种方式板块进入地幔转换带有面状和线状两种方式。面状方式是一种大。面状方式是一种大面积或大区域范围内供给大量板块的方式面积或大区域范围内供给大量板块的方式,地幔中的冷板块是通过地地幔中的冷板块是通过地表俯冲板块提供的。依照中亚是由表俯冲板块提供的。依照中亚是由9 9个以上大陆碰撞、拼合形成的个以上大陆碰撞、拼合形成的,能能够推断够推断,在此时期会有大量板片滞留在亚洲大陆下在此时期会有大量板片滞留在亚洲大陆下,正是这些大面积的正是这些大面积的大量板片形成了一个冷地幔柱进入下地幔。线
14、状方式是一种沿条带供大量板片形成了一个冷地幔柱进入下地幔。线状方式是一种沿条带供给板块的方式给板块的方式,主要指冷板块沿俯冲板块边界连续不断地供给。线状主要指冷板块沿俯冲板块边界连续不断地供给。线状供给可诱发一条带状排列的冷地幔柱链供给可诱发一条带状排列的冷地幔柱链,特提斯和环太平洋地区的板特提斯和环太平洋地区的板块消亡地就是实例。块消亡地就是实例。当一冷地幔柱接近核一幔边界层时当一冷地幔柱接近核一幔边界层时,边界层上的低密度物质被挤边界层上的低密度物质被挤出其位置出其位置,在此位置附近在此位置附近,热地幔柱被诱发生长并持续。冷地幔柱挤压热地幔柱被诱发生长并持续。冷地幔柱挤压核一幔边界层的方式
15、有围绕式挤压和带状挤压两种。地核中的动力作核一幔边界层的方式有围绕式挤压和带状挤压两种。地核中的动力作用是由下落的巨石用是由下落的巨石,即冷地幔柱引起的即冷地幔柱引起的,冷地幔柱也引起冷地幔柱也引起D D”层的超上涌层的超上涌流。流。因此因此,地球动力学运动最基本、最重要和最本质的原因是冷地幔地球动力学运动最基本、最重要和最本质的原因是冷地幔柱。柱。一、热地幔柱和冷地幔柱的概念一、热地幔柱和冷地幔柱的概念 二、地幔柱构造体系及其特征二、地幔柱构造体系及其特征地幔柱构造体系是指地幔柱构造作用过程及其产物所构成的有机整体地幔柱构造体系是指地幔柱构造作用过程及其产物所构成的有机整体,包括包括热地幔柱
16、和冷地幔柱两个构造体系热地幔柱和冷地幔柱两个构造体系,分别构成引张构造体系和挤压构造体系。分别构成引张构造体系和挤压构造体系。热地幔柱构造体系热地幔柱构造体系 热点热点 大陆裂谷大陆裂谷 大洋扩张大洋扩张 冷地幔柱构造体系冷地幔柱构造体系 前寒武纪硅铝壳造山前寒武纪硅铝壳造山 显生宙硅铝壳洋壳造山显生宙硅铝壳洋壳造山 地球深部地球深部起源于地球深部的热地幔柱和返回地球深部的冷地幔柱起源于地球深部的热地幔柱和返回地球深部的冷地幔柱,直截了当制约和决定了地球演化直截了当制约和决定了地球演化各时期引张和挤压两大构造动力体制各时期引张和挤压两大构造动力体制,从而制约和影响着地球浅部的各个圈层。热地幔柱
17、从而制约和影响着地球浅部的各个圈层。热地幔柱和冷地幔柱之间的相互制约与转化和冷地幔柱之间的相互制约与转化,又决定了引张和挤压两大构造动力体制的相互制约与又决定了引张和挤压两大构造动力体制的相互制约与转化转化,呈现出热点、大陆裂谷、大洋扩张等引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演呈现出热点、大陆裂谷、大洋扩张等引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演化和复合叠加。化和复合叠加。二、地幔柱构造体系及其特征二、地幔柱构造体系及其特征(1)热地幔柱一个突出的特点热地幔柱一个突出的特点,是具是具有多其次脉冲的旋回性有多其次脉冲的旋回性,主要表现主要表现为热点、大陆裂谷、大洋扩张三为热点、大陆裂谷、大洋
18、扩张三大构造系统自身产生大构造系统自身产生-发展发展-消亡消亡的多期次旋回性的多期次旋回性与威尔逊旋与威尔逊旋回有关回有关;(2)热地幔柱构造体系的另一个特热地幔柱构造体系的另一个特点点,主要表现为热点、大陆裂谷、主要表现为热点、大陆裂谷、大洋扩张三大构造系统之间在相大洋扩张三大构造系统之间在相同或不同地址时期的复合与叠加同或不同地址时期的复合与叠加,以及三大构造系统自身旋回性所以及三大构造系统自身旋回性所表现的构造作用及时空演化产物表现的构造作用及时空演化产物的复合与叠加。的复合与叠加。冷地幔柱主要表现为超级大陆的冷地幔柱主要表现为超级大陆的聚合聚合,主要与大规模地幔下降流主要与大规模地幔下
19、降流-冷地幔柱引起的全球大规模造山冷地幔柱引起的全球大规模造山挤压构造体系相对应挤压构造体系相对应,具有明显的具有明显的构造局限性。而且构造局限性。而且,在冷地幔柱构在冷地幔柱构造演化过程中造演化过程中,往往具有由冷地幔往往具有由冷地幔柱构造作用引起的次级局部热地柱构造作用引起的次级局部热地幔柱构造作用的复合与叠加。冷幔柱构造作用的复合与叠加。冷地幔柱构造体系主要包括显生宙地幔柱构造体系主要包括显生宙硅铝壳一洋壳造山构造系统和前硅铝壳一洋壳造山构造系统和前寒武纪硅铝壳造山构造系统寒武纪硅铝壳造山构造系统,前者前者又包括硅铝壳洋壳碰撞造山构又包括硅铝壳洋壳碰撞造山构造亚系统和洋壳俯冲岛弧构造亚造
20、亚系统和洋壳俯冲岛弧构造亚系统。系统。热地幔柱构造体系特征热地幔柱构造体系特征冷地幔柱构造体系特征冷地幔柱构造体系特征二、地幔柱构造的多级演化二、地幔柱构造的多级演化在空间上在空间上,地幔柱构造可分为三个层地幔柱构造可分为三个层次次:近地表的表皮板块构造近地表的表皮板块构造;中间的中间的地幔喷流柱地幔喷流柱;深部的地核生长构造。深部的地核生长构造。地幔柱从核一幔边界地幔柱从核一幔边界(2900 km)(2900 km)的的D D”层层上升并颈缩变细上升并颈缩变细,到达地幔的中部后向到达地幔的中部后向上地幔底界上地幔底界(670 km)(670 km)逐渐扩展逐渐扩展(图图6-6)6-6);在上
21、地幔底界在上地幔底界(670 km)(670 km)附近附近,巨型地幔巨型地幔柱停滞并分裂或分支成有一定间隔的二柱停滞并分裂或分支成有一定间隔的二级地幔柱级地幔柱(地幔亚柱地幔亚柱););二级地幔柱向上二级地幔柱向上喷涌并再次变细喷涌并再次变细,到达岩石圈底界到达岩石圈底界(100(100 km)km)再次扩展再次扩展,二级地幔柱沿板块的断裂二级地幔柱沿板块的断裂或薄弱地带再分裂成三级地幔柱或薄弱地带再分裂成三级地幔柱(幔支幔支构造构造),),或随着在岩石圈内浮力和热能的或随着在岩石圈内浮力和热能的耗尽而平息。耗尽而平息。2、地幔柱构造说与板块构造说的关系、地幔柱构造说与板块构造说的关系 板块
22、构造说与地幔柱构造说的区别主要有三个方面板块构造说与地幔柱构造说的区别主要有三个方面:板块构造主要涉及地球岩石圈的构造运动板块构造主要涉及地球岩石圈的构造运动,而地幔柱构造提而地幔柱构造提供了一种解释固体地球不同圈层间相互作用的动力学框架供了一种解释固体地球不同圈层间相互作用的动力学框架,板块作为一刚性固体块体起作用的区域板块作为一刚性固体块体起作用的区域,是沿消减板块边界是沿消减板块边界浅于浅于670 km670 km、沿发散板块边界浅于、沿发散板块边界浅于150 km150 km处处,而地幔柱构造而地幔柱构造则在岩石圈下面的软流圈和中圈内起控制作用则在岩石圈下面的软流圈和中圈内起控制作用,
23、地幔柱构造地幔柱构造作用还涉及地核作用还涉及地核;板块构造主要讨论板块的水平运动板块构造主要讨论板块的水平运动,而地而地幔柱构造主要讨论地幔内部的垂直运动幔柱构造主要讨论地幔内部的垂直运动;板块构造说对发板块构造说对发生在板块边界的现象能作出特别好的解释生在板块边界的现象能作出特别好的解释,对远离板块边界对远离板块边界的现象的现象,如大洋火山链和大陆溢流玄武岩如大洋火山链和大陆溢流玄武岩,则不能特别好解释则不能特别好解释,而地幔柱构造说能对火山链和大陆溢流玄武岩之类的现象作而地幔柱构造说能对火山链和大陆溢流玄武岩之类的现象作出特别好的解释。出特别好的解释。2、地幔柱构造说与板块构造说的关系、地
24、幔柱构造说与板块构造说的关系地幔柱构造与板块构造之间的关系表现为地幔柱构造与板块构造之间的关系表现为,在在俯冲带未发育时俯冲带未发育时,板块构造受地幔柱构造控制板块构造受地幔柱构造控制,如大西洋就是由中央泛大陆超地幔柱链的上如大西洋就是由中央泛大陆超地幔柱链的上涌而张裂的涌而张裂的,大西洋内的板块驱动力估计是核大西洋内的板块驱动力估计是核一幔边界成因的地幔柱一幔边界成因的地幔柱(图图6-7)6-7);当俯冲带发当俯冲带发育时育时,板块构造就不受地幔柱构造约束板块构造就不受地幔柱构造约束,如在如在北面有俯冲带的印度洋和两侧都有俯冲带的北面有俯冲带的印度洋和两侧都有俯冲带的太平洋中太平洋中,洋中脊
25、与超地幔柱没有关系。洋中脊与超地幔柱没有关系。从行星的构造演化角度看从行星的构造演化角度看,地幔地幔柱构造和板块构造在地球构造柱构造和板块构造在地球构造演化的不同时期所起作用的重演化的不同时期所起作用的重要程度不同。地球形成后不久要程度不同。地球形成后不久也具有高温表面也具有高温表面,初期地球也不初期地球也不存在刚性板块存在刚性板块,这个时期地幔柱这个时期地幔柱起着更重要的作用。地幔柱的起着更重要的作用。地幔柱的作用形成地球刚性岩石圈之后作用形成地球刚性岩石圈之后,板块构造才起重要作用板块构造才起重要作用,但即使但即使在这一时期在这一时期,地幔柱构造仍起重地幔柱构造仍起重要作用。因此要作用。因
26、此,与板块构造相比与板块构造相比,地幔柱构造在地球形成和演化地幔柱构造在地球形成和演化过程中起着更重要的作用。过程中起着更重要的作用。2、地幔柱构造说与板块构造说的关系、地幔柱构造说与板块构造说的关系地幔柱构造说可对威尔逊旋回重新解释如下地幔柱构造说可对威尔逊旋回重新解释如下:因超级地幔柱的上涌因超级地幔柱的上涌,超大陆裂开超大陆裂开(图图6-8a6-8a););分离的大陆随时间移动到超大洋内分离的大陆随时间移动到超大洋内,并任意散布在其中并任意散布在其中;在大陆分散在大陆分散期间期间,俯冲带在地球表面相当任意地发育俯冲带在地球表面相当任意地发育,它们提供冷物质它们提供冷物质(板块板块)进入地
27、幔进入地幔,成为成为位于位于670 km670 km深度处的停滞岩块深度处的停滞岩块;冷物质适时地发生周期性重力塌陷冷物质适时地发生周期性重力塌陷,在在下地幔形成任意分布的下降流下地幔形成任意分布的下降流;一旦吞一旦吞没了较小规模冷地幔柱的巨大而规则的没了较小规模冷地幔柱的巨大而规则的下降流形成下降流形成,所有大陆岩石圈就会朝冷所有大陆岩石圈就会朝冷地幔柱移动地幔柱移动,形成一超大陆形成一超大陆,同时俯冲带同时俯冲带将环绕此超大陆发育将环绕此超大陆发育,最后形成一条位最后形成一条位于超大陆旁的链。如于超大陆旁的链。如200 Ma200 Ma前的劳亚古前的劳亚古陆陆,由于停滞岩块具有随时间下沉的
28、趋由于停滞岩块具有随时间下沉的趋势势,在超大陆核部可产生巨大的克拉通在超大陆核部可产生巨大的克拉通沉积盆地沉积盆地(图图6-8b6-8b)。下沉岩块挤压的。下沉岩块挤压的结果结果,一条热超地幔柱可在超大陆的核一条热超地幔柱可在超大陆的核部发育部发育(图图6-8c6-8c)。3、地史时期的地幔柱、地史时期的地幔柱 受地幔柱控制的大规模岩浆活动受地幔柱控制的大规模岩浆活动,当岩浆喷出地表时就形成分布面当岩浆喷出地表时就形成分布面积十分巨大的暗色岩系积十分巨大的暗色岩系(以溢流玄武岩为主以溢流玄武岩为主)区区,一般认为一般认为:大型火成岩省大型火成岩省是地幔柱巨大的是地幔柱巨大的“蘑菇蘑菇”状顶冠到
29、达地表形成的。大型火成岩省的特点状顶冠到达地表形成的。大型火成岩省的特点是成分上以基性岩为主是成分上以基性岩为主,体积巨大体积巨大,出露面积多数大于出露面积多数大于1 1106km2106km2,而且这而且这些熔浆主要在些熔浆主要在3Ma3Ma甚至甚至1Ma1Ma的短期内喷发。的短期内喷发。注注:火成岩省火成岩省(large igneous provinces,缩写为缩写为LIPs)是近年来国际地学界关注的研究方向是近年来国际地学界关注的研究方向,含含义是指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造。它们在特义是指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建
30、造。它们在特别大程度上与来自深部的地幔柱活动有关别大程度上与来自深部的地幔柱活动有关,是地幔柱岩浆活动的直截了当产物。是地幔柱岩浆活动的直截了当产物。3、地史时期的地幔柱、地史时期的地幔柱研究地史时期的地幔柱研究地史时期的地幔柱,特别是要判断地质历特别是要判断地质历史比较久远时期存在的地幔柱史比较久远时期存在的地幔柱,常常碰到证据常常碰到证据被破坏或证据不够充分的困难。相比之下被破坏或证据不够充分的困难。相比之下,中中生代以来的几个超级地幔柱的证据比较多生代以来的几个超级地幔柱的证据比较多,公公认程度比较高。认程度比较高。依照侏罗纪早期依照侏罗纪早期(200 Ma左右左右)北美洲、南美洲北美洲
31、、南美洲和非洲发育的中大西洋火成岩省的火山活动和非洲发育的中大西洋火成岩省的火山活动中心、岩床和放射状岩墙群的分布中心、岩床和放射状岩墙群的分布,Condie(2001)推断在三大洲之间存在一个超级地幔柱推断在三大洲之间存在一个超级地幔柱,正是这个超级地幔柱使潘基亚大陆裂解正是这个超级地幔柱使潘基亚大陆裂解(图图6-9)。3、地史时期的地幔柱、地史时期的地幔柱在非洲、南极洲和南美洲之间在非洲、南极洲和南美洲之间存在一个规模巨大的南大西洋存在一个规模巨大的南大西洋溢流玄武岩省溢流玄武岩省,包括卡罗、弗拉包括卡罗、弗拉尔和乔艾克三个火山活动中心尔和乔艾克三个火山活动中心 。马尔维纳斯马尔维纳斯(福
32、克兰福克兰)群岛周围群岛周围的这三个玄武岩的火山活动中的这三个玄武岩的火山活动中心心,构成一个巨大的超级地幔柱。构成一个巨大的超级地幔柱。正是这个地幔柱造成的板块三正是这个地幔柱造成的板块三联点联点,使冈瓦纳大陆发生了初始使冈瓦纳大陆发生了初始的裂解。的裂解。3、地史时期的地幔柱、地史时期的地幔柱对比全球大地水准面的异常隆起和利用地震波计算出来的核幔边界起伏的资对比全球大地水准面的异常隆起和利用地震波计算出来的核幔边界起伏的资料料,以及利用洋底磁条带所推算出来的地壳增生带的分布以及利用洋底磁条带所推算出来的地壳增生带的分布,Pavoni(1997)推测推测,中侏罗世中侏罗世180 Ma以来以来
33、,非洲和太平洋板块的深部存在超级地幔柱非洲和太平洋板块的深部存在超级地幔柱(图图6-11)。非洲板块非洲板块太平洋板块太平洋板块4、白垩纪中期超地幔柱的地质效应、白垩纪中期超地幔柱的地质效应 白垩纪中期白垩纪中期,作为超地幔柱地质效应的作为超地幔柱地质效应的一系列全球性异常事件主要有地磁正极性超一系列全球性异常事件主要有地磁正极性超时、全球洋壳增生率陡增、古温度升高与海时、全球洋壳增生率陡增、古温度升高与海平面上升、黑色页岩沉积与全球石油资源剧平面上升、黑色页岩沉积与全球石油资源剧增和生物群体灭绝增和生物群体灭绝(万天丰万天丰,20042004;图图6-126-12)。一、一、地磁正极性超时地
34、磁正极性超时:在地质历史时期在地质历史时期,地磁场的正、地磁场的正、负极性频繁地发生倒转负极性频繁地发生倒转,长期处于某一极性而不发生倒长期处于某一极性而不发生倒转属于异常事件转属于异常事件二、二、全球洋壳增生率陡增全球洋壳增生率陡增:依照洋脊扩张速率的增加和依照洋脊扩张速率的增加和大洋高原的年龄分布计算地球大洋地壳的体积大洋高原的年龄分布计算地球大洋地壳的体积,得出过得出过去去150 Ma150 Ma大洋地壳生成率在大洋地壳生成率在12080 Ma12080 Ma期间增加了期间增加了50%50%-75%-75%。三、三、古温度升高和海平面上升古温度升高和海平面上升四、四、黑色页岩沉积和全球石
35、油资源剧增黑色页岩沉积和全球石油资源剧增:全球已知石油全球已知石油的的60%60%生成于生成于11288 Ma11288 Ma期间期间(IrvingIrving等等,19741974)五、五、生物群体灭绝生物群体灭绝:Larson(1991)Larson(1991)则认为则认为,是白垩纪超是白垩纪超地幔柱的强烈活动造成玄武岩火山作用广泛发生地幔柱的强烈活动造成玄武岩火山作用广泛发生,使全使全球气候剧变球气候剧变,导致大量生物灭绝。导致大量生物灭绝。4 4、中国主要大地构、中国主要大地构造学派简介造学派简介中国地大物博中国地大物博,地质现象特别丰富。地质现象特别丰富。2020世纪世纪5050年代
36、后期至年代后期至6060年代初是我国大地构造学蓬勃发年代初是我国大地构造学蓬勃发展的时期展的时期,这一时期早期全盘接受了地槽地台这一时期早期全盘接受了地槽地台说说,晚期强调中国地质特别性的大地构造学说晚期强调中国地质特别性的大地构造学说大批涌现大批涌现,出现了以李四光为代表的地质力学出现了以李四光为代表的地质力学,以黄汲清为代表的多旋回构造说以黄汲清为代表的多旋回构造说,以张文佑为以张文佑为代表的断块构造说代表的断块构造说,以陈国达为代表的地洼构以陈国达为代表的地洼构造说造说,以张伯声为代表的波浪镶嵌构造说。以张伯声为代表的波浪镶嵌构造说。1、地质力学、地质力学地质力学由李四光创立地质力学由李
37、四光创立,它它从观察地质构造的现象从观察地质构造的现象(构构造形迹造形迹)出发出发,分析地应力分分析地应力分布状况和岩石力学性质布状况和岩石力学性质,追追索力的作用索力的作用,从力的作用方从力的作用方式进而追索地壳运动程式式进而追索地壳运动程式,并结合海水进退规程并结合海水进退规程,探究探究地壳运动的规律和起源。地壳运动的规律和起源。它研究地壳运动产生的各它研究地壳运动产生的各种形变的规律及其引起的种形变的规律及其引起的物质变化规律物质变化规律,以及二者间以及二者间的相互关系。的相互关系。1、地质力学、地质力学 地质力学强调地质力学强调:任何一种地壳构造运动的正确假说任何一种地壳构造运动的正确
38、假说,都都必须能够完满地说明客观地质现象必须能够完满地说明客观地质现象,必须接受客观地质构造必须接受客观地质构造实际实际(和水圈变化和水圈变化)的严格检验的严格检验,地质构造是探究地壳构造运地质构造是探究地壳构造运动的主要研究客体动的主要研究客体;各种地质构造大都是力作用的直截了各种地质构造大都是力作用的直截了当结果当结果,它们都有一定的力学属性和力学本质它们都有一定的力学属性和力学本质,查明地质构造查明地质构造的力学性质就成为首要的基础性工作的力学性质就成为首要的基础性工作;任何地质构造现象任何地质构造现象都不是孤立存在的都不是孤立存在的,在它的发生和发展过程中在它的发生和发展过程中,必有其
39、不可分必有其不可分割的伴侣割的伴侣,成群成带相伴出现的地质构造现象的总体构成统成群成带相伴出现的地质构造现象的总体构成统一的构造体系。一的构造体系。现已认识的构造体系现已认识的构造体系,可划分为纬向构造体系、经向构可划分为纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系三大主要类型。这些构造体系主要是造体系和扭动构造体系三大主要类型。这些构造体系主要是地壳的水平运动地壳的水平运动(经向的和纬向的经向的和纬向的)造成的造成的,而地球自转速率而地球自转速率的变化是发动地壳水平运动的主因。的变化是发动地壳水平运动的主因。1、地质力学、地质力学主要内容和一些基本概念主要内容和一些基本概念:构造要素构造要素:构
40、造地块构造地块:构造体系构造体系:构造等级构造等级:构造序次构造序次:构造复合构造复合:构造联合构造联合:构造应力场构造应力场:李四光李四光(1926)在在地球表面形象变迁之主因地球表面形象变迁之主因一文中一文中,首开将力学原首开将力学原理引入地壳运动问题研究之先河理引入地壳运动问题研究之先河,并为创立地质力学奠定了基础。地质力并为创立地质力学奠定了基础。地质力学认为学认为:发生以水平运动为主导的地壳运动之主因发生以水平运动为主导的地壳运动之主因,是在重力控制下的地是在重力控制下的地球自转离心力时而增大或减小的作用球自转离心力时而增大或减小的作用;而地球自转和自转角速率变化引起而地球自转和自转
41、角速率变化引起的离心惯性力的水平分量和纬向惯性力的离心惯性力的水平分量和纬向惯性力,则为其主要动力来源。但也不能则为其主要动力来源。但也不能忽视地热场和放射场等其他场能量互相转化及其对地壳运动发动过程的忽视地热场和放射场等其他场能量互相转化及其对地壳运动发动过程的作用和影响。作用和影响。2、多旋回构造说、多旋回构造说黄汲清黄汲清多旋回构造说多旋回构造说,亦称多旋回造山运动说。黄亦称多旋回造山运动说。黄汲清汲清(1945)提出提出,一个褶皱带一个褶皱带(造山带造山带)的形的形成往往经历了多旋回造山运动成往往经历了多旋回造山运动,即多旋回的即多旋回的发展。后来发现发展。后来发现,多旋回造山运动是地
42、槽特多旋回造山运动是地槽特别是优地槽发展的一般规律。在地槽发展别是优地槽发展的一般规律。在地槽发展的全部过程中的全部过程中,不仅构造运动是多旋回的不仅构造运动是多旋回的,而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成矿作用也是多旋回的矿作用也是多旋回的,此即地槽发展的多旋此即地槽发展的多旋回观点。一般说来回观点。一般说来,每一旋回先出现基性超每一旋回先出现基性超基性岩基性岩,之后地槽部分褶皱并有花岗岩侵入之后地槽部分褶皱并有花岗岩侵入,随后碱性或偏碱性岩浆出现随后碱性或偏碱性岩浆出现,形成一个构造形成一个构造岩浆旋回。如此的旋回可出现若干次岩浆旋回。如此的旋回可出现若
43、干次,然后然后地槽系才全部褶皱封闭。世界上许多地槽地槽系才全部褶皱封闭。世界上许多地槽系都是多旋回发展的系都是多旋回发展的,典型实例有中国的秦典型实例有中国的秦岭地槽系和天山地槽系岭地槽系和天山地槽系,澳大利亚的塔斯曼澳大利亚的塔斯曼地槽系等。地槽系等。2、多旋回构造说、多旋回构造说 概括起来概括起来,多旋回包括多旋回沉积建造、多旋回岩浆活动、多旋多旋回包括多旋回沉积建造、多旋回岩浆活动、多旋回褶皱带、多旋回深断裂、多旋回成矿、多旋回发展的生物界、多旋回回褶皱带、多旋回深断裂、多旋回成矿、多旋回发展的生物界、多旋回的冰期的冰期,甚至连板块活动也是多旋回的。甚至连板块活动也是多旋回的。多旋回构造
44、的原因多旋回构造的原因:中国的多旋回构造现象比较典型。中国大陆地壳的块状结构十分清中国的多旋回构造现象比较典型。中国大陆地壳的块状结构十分清楚楚,各块体之间的分界一般是长期发育的深断裂带。这不仅是地壳表各块体之间的分界一般是长期发育的深断裂带。这不仅是地壳表层物质运动的反映层物质运动的反映,更重要的是深部特别是上地幔物质运动的反映。更重要的是深部特别是上地幔物质运动的反映。将深部与地表特征综合分析将深部与地表特征综合分析,中国境内可划分为三大块体中国境内可划分为三大块体,分别称之分别称之为古亚洲构造域、滨太平洋构造域、特提斯一喜马拉雅构造域。三为古亚洲构造域、滨太平洋构造域、特提斯一喜马拉雅构
45、造域。三大构造域的发生、发展、交切、复合控制了古生代以来中国大地构大构造域的发生、发展、交切、复合控制了古生代以来中国大地构造的发展造的发展,也是形成多旋回造山运动的原因之一。也是形成多旋回造山运动的原因之一。张文佑张文佑3、断块构造说、断块构造说 断块构造说断块构造说是一种阐述地球是一种阐述地球岩石圈块断结构及其运动规律的岩石圈块断结构及其运动规律的假说假说,由张文佑于由张文佑于20世纪世纪50年代提年代提出。应用地质力学分析和地质历出。应用地质力学分析和地质历史分析相结合的方法史分析相结合的方法,研究形成与研究形成与形变、建造与改造以及断裂的力形变、建造与改造以及断裂的力学机制及其与褶皱的
46、伴生关系等学机制及其与褶皱的伴生关系等,并侧重研究地球上部岩石圈的块并侧重研究地球上部岩石圈的块断结构。断结构。3、断块构造说、断块构造说 断块构造说认为断块构造说认为,岩石圈被断裂分割成大小不等、深浅不一、岩石圈被断裂分割成大小不等、深浅不一、厚薄不同和发展历史各异的断块厚薄不同和发展历史各异的断块,由此构成岩石圈的多层、多级和多期由此构成岩石圈的多层、多级和多期发展的断块构造格局。断块分为岩石圈断块、地壳断块、基底断块和盖发展的断块构造格局。断块分为岩石圈断块、地壳断块、基底断块和盖层断块四个等级层断块四个等级;边界断裂按其深度规模和地球物理特征边界断裂按其深度规模和地球物理特征,也可相应
47、地分也可相应地分为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂四个等级为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂四个等级,还有一种层还有一种层间滑动断裂。断裂的形成和发展过程间滑动断裂。断裂的形成和发展过程,由剪切开始、拉张完成由剪切开始、拉张完成,即首先形即首先形成共轭剪切断裂网络成共轭剪切断裂网络,继而形成锯齿状张断裂。断块不仅沿断裂面滑动继而形成锯齿状张断裂。断块不仅沿断裂面滑动,而且也沿着软流圈、莫霍面、康拉德面、变质基底与盖层界面滑动。沿而且也沿着软流圈、莫霍面、康拉德面、变质基底与盖层界面滑动。沿断块边界断裂面产生错动和沿断块的顶底而产生层间滑动断块边界断裂面产生错动和沿断块的顶底而产
48、生层间滑动,是岩石圈层是岩石圈层状块体相对运动的两种基本方式。浅层构造受深部断块运动所控制状块体相对运动的两种基本方式。浅层构造受深部断块运动所控制,深深层构造又受浅层构造的影响层构造又受浅层构造的影响;基底断裂常可控制盖层褶皱基底断裂常可控制盖层褶皱,盖层褶皱也可盖层褶皱也可影响基底断裂。大陆和海洋是能够互相转化的影响基底断裂。大陆和海洋是能够互相转化的,大陆型地壳在拉开作用大陆型地壳在拉开作用下可形成地堑下可形成地堑,产生小海洋到大洋产生小海洋到大洋,而大洋型地壳在挤压作用下而大洋型地壳在挤压作用下,也可挤也可挤压成岛屿或陆缘山脉压成岛屿或陆缘山脉,变成大陆。变成大陆。3、断块构造说、断块
49、构造说 构造应力场产生的基本原因是地球内部的热力和构造应力场产生的基本原因是地球内部的热力和重力所引起的胀缩交替作用重力所引起的胀缩交替作用,加上外部天体的影响、地球自加上外部天体的影响、地球自转角速度变化和地球自转轴摆动的不均一性对地球的影响转角速度变化和地球自转轴摆动的不均一性对地球的影响等等,是大地构造形成、发展的主导原因。是大地构造形成、发展的主导原因。驱动断块运动的力源是一个复杂的问题驱动断块运动的力源是一个复杂的问题,断块构造断块构造说认为地球内部的热力作用所引起的膨胀说认为地球内部的热力作用所引起的膨胀(并使比岩石圈物并使比岩石圈物质重的地幔物质向外运移质重的地幔物质向外运移)和
50、重力作用引起的收缩和重力作用引起的收缩(并使重并使重的物质向内聚集的物质向内聚集)是地球演化过程中的一对基本矛盾。在地是地球演化过程中的一对基本矛盾。在地球演化的各个地史时期中球演化的各个地史时期中,有时热力作用成为矛盾的主要方有时热力作用成为矛盾的主要方面面,有时重力作用成为矛盾的主要方面。但迄今科学所积累有时重力作用成为矛盾的主要方面。但迄今科学所积累的事实还不足以完全解释断块构造运动的驱动力源。的事实还不足以完全解释断块构造运动的驱动力源。地洼构造说地洼构造说,又称活化区学说或活化构造学说又称活化区学说或活化构造学说,陈国达陈国达1956年提出。它的主要内容包括年提出。它的主要内容包括:
