板块构造学说的形成先后经历了60年(1910-1970年),坎坷曲折的历程。
·1912年魏格纳提出的大陆漂移说,后经E.Argant (1924)、A.Holmas(1928)、Ou Toit(1937)等进一步发挥,然而最终未能成为大地构造学派的主流思想。
·50年代,英国物理学家 M.P.S.Blackeet、S.K.Runcorn通过对大陆古地磁的测量和研究,以精确的数据说明了大陆间的相互位移,促使大陆漂移学说的复兴。
·Mei国地质学家H.H.Hess(1960,1962)在研究海底平顶山(guyot)的基础提出了海底扩张说,后来得到R.S.Dietz(1961)、F.J.Vine,D.H.Matthews
(1963)、J.T.Wlison(1965)、J.R.Hentzler(1968)等进一步的论证和完善。
·W.J Morgan、X.Lepichon、D.P.Mekenzie、B.Isacks等于1968年Mei国地质学会年会上提出板块构造学说。
板块构造理论的提出,成功地回答了地球岩石圈的运动规律,以及产生运动的机制。解决了许多便地质学家有百思不得其解的地质事实,如南半球广泛分布的舌羊齿化石。同时将地质学领域许多地质现象有机地联系起来,如构造带与岩浆活动带的关系,构造带与沉降带的联系等,故被地质学家们称为它是地质学中的一次韚命,这一理论称之为“新全球构造”。
这一理论在指导地质学的研究中和找矿方面都起到了决定性的作用。盆地构造与演化研究就是在这种思想下才诞生的。因此在石油地质学的研究和指导找油的方面,板块构造理论成为主导学说。
(一)板块构造基本理论
固体地球上层在垂向上可分为性质不同的两个圈层。即上部的刚性岩石圈,下部的软流圈。
岩石圈在侧向上被一些构造活动带分割成若干既不连续、又互相“镶嵌”起来的大小不一球面块体,每个块体的厚度相对于其面积及地球半径来说是很薄的,呈板状,故称为岩石圈板块(简称板块)。
坚硬的岩石圈板块驮在塑性的软流圈之上,横跨在地球表面上发生大规模的水平移动。
在板块之间,或互相分离,或互相汇聚,或互相平移。或者板块本身裂解成新的小板块,或者两板块汇聚镶接成新的大板块。
板块边界是地球表面最活动的地带,大多数地震、火山都分布在这里。板块间的相互作用,即板块运动是形成地表各种构造活动和变形的根本原因。
在板块分离处,软流圈内的地幔物质上涌,冷凝构造成新的洋壳,使板块新生;在板块汇聚处,一个板块俯冲到另一个板块之下,使之返回地幔同化,导致板块的消亡。
比重较轻的大陆板块,总是驮在软流圈之上漂移,难以消亡掉。因此陆壳上保持有3600Ma以上的地质历史记录。
板块的相互运动,激起了地震和火山活动,推动了大陆漂移和大洋盆地的张开与关闭,也导致了地壳上各种地质构造的产生和各种矿产的形成。
岩石圈板块所作大规模的水平运动,是一种在球面上的绕轴旋转运动。可用欧勒定律来描绘。
板块沿分离型边界扩张、增生;与此同时它又沿汇聚型边界缩减、消亡,相互补偿,便地球半径保持不变。
板块运动的驱动力来自地幔中的物质对流。
因此,对岩石圈和软流圈(特别是其中的低速层)的深入认识,对板块构造学说的完善和发展有重要作用。
(二)岩石圈与软流圈
通过天然地震的研究发现在上地幔上部存在低速层。大洋下边低速层顶面深度较小,一般约50-60km,其厚度较大;大陆下低速层顶面深度较大,约100-200km,其厚度较小。
低速层的厚度范围150-250km,比岩石圈厚得多,有能力推动板块移动。低速层中地震横波速度降低,暗示其物质较热、较轻和较软,具有一定的塑性。
上地幔可能由二辉橄榄岩形成,其中温度可能略超过二辉橄榄岩的固相线温度,少量易熔组分熔化生成一些玄武岩浆。
据大地电磁测深资料,在低速层的深度上,导电率显著升高,称为高导层,表明软流圈物质具有塑性变形和缓慢流动的性质。
软流圈的上界取决于地幔物质在那个深度上达到固相线的温度。故上界面的深度或岩石圈的厚度与各地的地温梯度的高低有关。
在地壳活动带特别是在具有高热流值的大洋裂谷带、大陆裂谷带及年轻的造山带的轴部之下,软流圈(或低速层)的上界面显著抬起。在大洋裂谷带之下,软流圈上界面距洋底甚至只有几公里。
地球内部有可以缓慢流动的软流圈存在,为板块构造活动提供了驱动机制。
深部地震还发现,地壳内部亦存在低速层。
因此,岩石圈下边低速层与壳内低速层都是地壳变形的最基本的深层原因。
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