板块构造学说简介

板块构造学说简介

板块构造，又叫做全球大地构造，它是大陆漂移和海底扩张说的进一步引伸与发展。1912年，魏格纳（Wegener A L）提出大陆漂移学说；20世纪60年代，赫斯（Hess H H）和迪茨（Dietz R S）提出海底扩张理论；1965年，威尔逊（Wilson J T）提出转换断层和板块构造的概念，由此产生板块构造学说。这个学说直到现在仍在继续发展。

（一）板块构造学说的基本思想

板块构造学说认为：在固体地球的上层，存在比较刚性的岩石圈及其下伏的较塑性的软流圈。岩石圈并非是整体一块，它具有侧向的不均一性，被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。换言之，整个岩石圈可以理解为由若干刚性板块拼合起来的圈层。板块内部是稳定的，而板块的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带，也是发生构造运动、沉积作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动的主要场所，又是极有利的成矿地带。岩石圈板块是活动的，并以水平运动占主导地位，可以发生几千千米的大规模水平位移。在漂移过程中，板块或分散裂开，或碰撞焊合，或平移相错。这些不同的相互运动方式以及相应的各类活动带的产生、转化和消失，决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。

总之，板块构造说是海底扩张说的发展和延伸，而从海底扩张到板块构造，又促进了大陆漂移的复活。因此，人们称大陆漂移、海底扩张和板块构造为不可分割的“三歩曲”。

（二）岩石圈板块的划分

1968年法国地球物理学家勒皮雄（Le Pichon X）根据各方面的资料，把全球岩石圈划分成六大板块：即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块（图7-5）。其中除太平洋板块几乎完全是海洋外，其余五大板块既包括大块陆地，又包括大片海洋。随着研究工作的进展，又有人进一步在大板块中划分出许多小板块。如美洲板块分为北美和南美板块；印度洋板块又分为印度和澳大利亚板块；东太平洋单独划分为一个板块，称纳兹卡板块；欧亚板块中分出东南亚板块以及菲律宾、阿拉伯、土耳其等小板块。所有这些大小板块拼接起来，就构成了全球的板块构造，它既包含了板块的分布和几何特征，又包括了它们相互的连接和运动关系。

这些板块都是活动的，主要表现为大规模的具有一定方向性的水平运动。如太平洋板块，从太平洋东部中隆生长脊新生长出来的大洋壳，平均每年以5cm的速度向西移动，2亿年内可移动10000km。从东太平洋中隆至马里亚纳海沟的消亡带正好为约10000km，而马里亚纳及其附近海底岩石年龄也正好为1.5亿～2亿年。这雄辩地说明太平洋底大约每2亿年更新一次。

图7-5 六大板块的划分

图7-5 六大板块的划分

（据勒皮雄，1968）

（三）板块的边界及其类型

不同的板块边界，有着不同性质的相对运动形式。岩石圈活动带的板块边界，可以归纳为三种类型：

1.离散（张性）型板块边界 主要出现在洋中脊、中隆和大陆裂谷系统中。它是岩石圈板块的生长场所，也是海底扩张的中心地带。板块在此做相背运动，板块边界受到拉伸、引张，故在洋脊轴部形成平行洋脊的张裂缝。其主要特征是岩石圈张裂，基性、超基性岩浆涌出，并伴随有高热流值及浅震。随着板块的分离，地幔物质沿裂谷上升，造成较大规模的岩浆侵入和喷出活动，形成新的洋底，促使板块边界不断增长。如大西洋中脊、东太平洋中隆等都属于此种类型，在洋脊两侧分布有直线排列的火山。

大陆裂谷也属于拉张性边界。绝大多数裂谷为复式地堑构造，中间下陷最深，两侧为一系裂阶梯状断层，主要为高角度正断层。典型的裂谷位于隆起带的顶部，如东非大裂谷、贝加尔裂谷等，垂直断距可达数千米。在裂谷中火山活动比较频繁，浅源地震比较活跃，有明显的高地热流异常。有一部分大陆裂谷被认为是胚胎时期的洋脊，可发展形成新的海洋。

2.汇聚（挤压）型板块边界 是两个板块对冲、挤压、碰撞的场所。由于两个板块在这里聚合，故构造活动强烈、复杂。按板块汇聚性质，又可分为以下三种型式：

（1）岛弧-海沟系（图7-6）主要分布在西太平洋边缘。两个都是海洋板块，接触处产生岛弧-海沟系，如马里亚纳群岛；海洋板块和前缘带有岛弧的大陆板块相衔接，在接触处也表现为岛弧-海沟系，如日本岛弧-海沟、千岛岛弧-海沟、汤加岛弧-海沟等，这里是两个板块相向移动、挤压、对冲的地带。

（2）山弧-海沟系（图7-7）海洋板块和大陆板块的直接接触，在接触处表现为山弧海沟系，即岛弧不发育，而相当于岛弧的海岸山脉发育，形成陆缘火山弧，如南美西海岸。

图7-6 岛弧-海沟系示意图

图7-6 岛弧-海沟系示意图

（据Edward＆Frederick，1976）

图7-7 山弧-海沟系示意图

图7-7 山弧-海沟系示意图

（据Edward＆Frederick，1976）

（3）山弧-地缝合线（图7-8）两个大陆板块互相碰撞，陆壳彼此受到挤压，形成山脉，标志两个板块缝合之处，称为地缝合线，如雅鲁藏布江地缝合线。

图7-8 山弧-地缝合线示意图

图7-8 山弧-地缝合线示意图

（据Edward＆Frederick，1976）

3.平错（剪切）型板块边界 两个板块沿边界互相错动，两侧板块不发生褶皱、增生和消亡，只有剪切错动的边界，但浅震活跃。转换断层就属于这种性质的边界。它一般分布在大洋中，但也可以在大陆上出现，如美国西部的圣安德烈斯断裂，就是一条有名的从大陆上通过的转换断层。

转换断层是威尔逊于1965年提出的一种新型断层，它构成了板块构造模式中最重要的特点之一。如图7-9所示，大洋中脊常为垂直于它的横断层所错开，并常切成许多段。从表面看，这些断层非常像平推断层，但经过地震发震机制等的研究，它又和平推断层有许多差异。

图7-9 转换断层块状示意图

图7-9 转换断层块状示意图

图中大洋中脊被平推断层错开（两个大黑箭头表示运动方向），洋脊两侧海底持续扩张（白箭头所指方向），结果使断层两盘运动方向发生改变（小箭头所示），而在洋脊以外地段断层两盘向同一方向运动

转换断层在海底常形成一些深沟，水平断距可达数百千米。著名的美国西部圣安德烈斯断层为一右旋断层，其西盘向北移动达1100km，是有名的地震带。从前被认为是一条平推断层，威尔逊和瓦因根据地磁资料，证实它是一条错开太平洋中隆的转换断层。

（四）板块的扩张与俯冲

板块的运动，是一种绕极旋转的运动，因此，洋中脊各段的扩张速度是不一致的。扩张速度必定在扩张赤道最大，在扩张极为零。在冰岛有好大一段中脊裂谷出露于水面上，它是大西洋中央裂谷的直接延伸部分。1967年起，以梅森为首的一批英国学者，在冰岛裂谷区设置了大量标杆，他们利用激光系统定期测量标杆之间的距离，其精度可达千分之几厘米。测量结果表明：在几年中不同地段扩张5～8cm。这直接地证明了板块在不间断地扩张着。

在板块扩张过程中，还伴随有下降运动。因而随着板块的扩张，离洋中脊距离加大，洋底深度相应增加。在洋中脊轴部火山活动强烈之处，多形成火山岛。这些火山岛在波浪作用下，顶部被削平形成平顶的火山岛（又称平顶山），并随板块向外边扩张、边沉降。有的平顶山，往往被数千米厚的珊瑚礁覆盖着。珊瑚是一种腔肠动物，它的生存具有一定的局限性，一般只能在水深90m左右生长。如果海底水深稳定不变的话，珊瑚礁向上生长只能到一定程度。有数千米厚珊瑚礁的存在，必然是在礁体不断增高的同时，礁体生长的基底在不断发生沉降，才能使珊瑚保持浅水的生活环境。20世纪50年代，美国在马绍尔群岛西北端的埃尼威托克环礁钻了两口井，钻孔穿透了珊瑚礁层而达到玄武岩，终孔深度分别为1267m和1405m。由此推断，洋底从始新世形成平顶山以来，大约下沉了1200多米。因此洋底的沉降速度，平均每年约0.02～0.03mm。当平顶山推移到海沟时，可随板块倾没于海沟，与洋壳一起消亡。

当洋壳板块向两侧扩张推移，遇着大陆板块而彼此相碰时，会向下俯冲于大陆板块之下（图7-10）。这一俯冲部分称为俯冲带。俯冲带向下进入到地幔，与地幔物质熔融同化，使这部分板块消失，所以也称为消亡带或俯冲消减带。美国地震学家贝尼奥夫曾通过地震研究肯定了此带的存在，故在地震学上把俯冲带称为贝尼奥夫带（或毕鸟夫带）。俯冲带的倾角，一般为45°左右。从地震震源深度和分布得知，俯冲深度一般为300千米，少数地区深达720千米。由于板块俯冲下弯，就形成了海沟。当俯冲带俯冲到距地表150～200千米时，洋壳岩石进入地幔，由于两个板块摩擦生热，使俯冲的洋壳岩石部分熔融。熔融成的岩浆，上升喷发地表，于距深海沟约150～200千米处的仰冲板块一侧形成火山，构成火山岛，称为火山岛弧。如阿留申群岛、千岛、日本、琉球等都是明显的岛弧。当俯冲板块直接沿大陆边缘俯冲，则火山沿大陆边缘成带状或弧状分布，不成岛弧，而是像南美安第斯山脉这样的带状构造山系。

图7-10 大洋板块碰撞俯冲现象示意图

图7-10 大洋板块碰撞俯冲现象示意图

（五）板块运动与海洋演化

按照板块构造理论，在海洋中有洋壳分裂、地幔物质涌出、新洋壳的生长；而在大陆上也有同样的现象，大陆裂谷就是这样的地带。东非大裂谷正处于陆壳开始张裂，即大洋发展的胚胎期。倘若裂谷继续发展，海水侵入其间，好像红海和亚丁湾一样，被认为是大洋发展的幼年期。如果再继续扩张，基性岩浆不断侵入和喷出，新洋壳把老洋壳向两侧推移，扩张速率以每年5cm计算，大约经过1亿年后，就会形成一个新的“大西洋”。板块学说认为大西洋就是正处于大洋发展的成年期；而太平洋的年龄比大西洋要老，它正处于大洋发展的衰退期；地中海是宽阔的古地中海经过长期发展演化的残留部分，代表大洋发展的终结期；印巴次大陆长期北移，最后和欧亚板块相撞，二者熔合一起，形成巍峨的喜马拉雅山脉以及地缝合线的形迹，地缝合线代表大洋发展的遗痕。

据上所述，海洋从开始形成到封闭，可以归纳为下列过程：大陆裂谷→红海型海洋→大西洋型海洋→太平洋型海洋→地中海型海洋→地缝合线。这一过程被称为大洋发展旋回或威尔逊旋回。