地球物理学专题-板块运动模型-2014

转换断层（transform fault）
转换断层是板块边界的一种特殊形式，是联结发散边界和汇聚 边界的一种板块边界 ，它是连接洋脊(也称中脊)与洋脊、洋脊 与海沟、海沟与海沟的走向滑动断层，断层错动在其两端突然 终止，转换成洋脊的拉张或海沟的挤压 。
转换断层（transform fault）
d min
2 obs i
2 di plate hs i
pred


d iobs 是第i个火山传播速率或方位角，d i p r ed 是第i个数据的模
型估计值，它是该板块相对于热点旋转的欧拉矢量
的函数， i 是第i个数据的标准差.

p la te
②岩石圈无整体旋转(No-Net-Rotation)假设：如果岩石圈与软流圈的耦 合是侧向均匀的，并且板块边界的力矩对称作用于两个相邻板块，则岩石 圈无整体旋转(或叫平均岩石圈)参考架就是相对于下层地幔不动的绝对参 考架，相对于该框架的运动即为板块的绝对运动。
全球板块运动模型建立方法
建立板块运动模型的方法-地质/地球物理方法 a.热点假说建立板块运动模型 (AM1-2;HS2-NUVEL-1)
地球物理学专题
板块构造运动模型
武汉大学 许才军
板块构造运动模型
板块构造运动概述 板块构造的基本单元 板块构造运动（相对/绝对运动） 全球板块运动模型建立方法 地质地球物理方法 空间大地测量方法
板块构造学说概述
板块构造学说的发展和创立大致可分 3 个阶段： ①1912年德国学者A.L.魏格纳提出了大陆漂移说，50年代古地 磁的研究测得各地在地质时代中的磁极位置变化多端，用大陆 固定论无法解释，采用大陆漂移说则可得到圆满解释，大陆漂 移说随之受到重视。
站心坐标框架下速度与地心坐标框架下速度的相互转换
Vn sin cos V sin e Vu cos cos
(2)式代入 (3)式展开整理可得
sin sin cos cos sin
cos V x 0 V y sin V z
转换断层（transform fault）
板块构造的基本单元
4）大陆碰撞带同样属于板块的汇聚边界。当两个大陆相遇时 由于大陆地壳比重小而阻止其深入地幔之中，结果两大陆产生 碰撞。碰撞的直接结果为造山运动。两个大陆板块相碰撞，强 烈挤压后被缝合在一起，其出露于地表的接触带称地缝合线。
5）三联点是一种特殊的板块边界，它描述了三个板块的边界 的结合部。通常的形式是洋脊-洋脊-洋脊（R-R-R），洋脊-转换 断层-转换断层（R-F-F），洋脊-海沟-海沟（R-T-T）。三联点 的板块运动速度必须满足闭合回路条件：
②60年代美国地质学家H.H.赫斯和R.S.迪茨提出了得到海底磁 异常研究支持的海底扩张说，论述了地壳的产生和消亡，并获 得深海钻探的验证。 ③1965年加拿大学者J.T.威尔逊建立转换断层概念并指出，连 绵不绝的活动带网络将地球表层划分为若干刚性板， 19671968年法国人 X.勒皮雄、美国人D.P.麦肯齐将转换断层概念外 延到球面上，定量地论述了板块运动，确立了板块构造学的基 本原理。
板块构造的基本单元
板块构造的基本单元或是组成板块的一部分，或是板块构造中的关 键地域，主要有：岩石圈，大洋中脊，消减带，转换断层，大陆碰 撞带，三联点等，其中岩石圈是板块构造的最基本的单元。
1）大洋中脊是板块发散边界之一，它是新生岩石层板块的地方。
2）消减带是板块边界之一，它是板块的汇聚、消亡的地区。一个 完整而典型的消减带包括岩石层板块、海沟、火山和弧后扩张盆地 等几个部分。 3）转换断层是板块边界的一种特殊形式，是联结发散边界和汇聚 边界的一种板块边界。


板块绝对运动
相对于某一与板块无关的参考标架的板块运动，称为绝对板块运动
绝对参考架（平中圈框架）的确定： 相对于下层地幔平均位置固定的框架，即假设下层地幔是固定的，或至少 其内部运动相对于板块运动小得多。 实现途径： ①Wilson-Morgan的热点假设：在地幔中存在一系列热点，其位置相对于 下层地幔固定，板块相对热点的运动即为板块的绝对运动，这可通过测量 跨越热点的火山链的年龄和长度得到；
hs

b.岩石圈无整体旋转参考框架（NNR）下建立板块运动模型
NNR（Not-Net-Rotation）参考框架是基于一种平衡条件：即所 有岩石圈板块所受到的力矩总和等于零，也就是说，没有纯力矩 作用于整个岩石圈。
可得
x cos cos y cos sin z sin
x 0 y R cos z
Vn Ve
R sin cos cos R cos cos sin R cos sin R cos sin cos cos R sin sin cos sin R cos sin R cos sin R sin cos cos cos sin sin R cos sin sin cos cos
(6)
板块边界带上点的相对运动速度矢量分量公式推导
V ji j i r j r i r


(7)
(7)式和(6)式可得
n V ji R cos j sin j j R cos i sin i i e V ji R sin j cos cos j sin cos j j R sin i cos cos i sin cos i i
cos V x 0 V y sin V z
(3)
板块边界带上点的相对运动速度矢量分量公式推导
(4)式代入 (3)式展开整理可得
Vn R sin V R cos sin e
考虑
R cos R sin sin
(1)
j cos j sin j j sin j R cos sin R sin
e2 e3
i cos i sin i i sin i R cos sin R sin
板块边界带上点的相对运动速度矢量分量公式推导
V jix R cos j sin j sin cos sin sin j j R cos i sin i sin cos sin sin i i V y R cos cos sin cos cos sin j j j j ji R cos cos sin i cos i cos i sin i (2) V jiz R cos j cos j cos sin cos j sin j cos cos j R cos i cos i cos sin cos i sin i cos cos j
板块相对运动
以某一板块为参考的板块运动，称为板块相对运动，包括两个参 数：速度和方向
板块平面运动
V AB
是板块A相对于板块B的运动速度, V BA是板块B相对于板块A的运动速度
V AB Vx i Vy j
VBA VAB
板块相对运动
板块球面运动 对于板块球面运动，已知两板块之间的相对运动的角速度 转极的角距离
VBA VAC VCB 0
板块构造运动
板块构造学说认为相邻两板块之间的相对运动实际上是围绕通 过地球中心的一个轴的旋转运动，通常用欧拉定理来表述。 刚体绕某一固定点的转动可表示为绕过此固定点的某一瞬轴的 转动。如果把地球看成一个球体，把球心看成强制在地球表面 上运动的刚性板块运动的固定点，则这些刚体板块的运动可表 示为绕过球心的某定轴的转动，这个轴即为欧拉轴。
转换断层与一般平移断层的区别在于： ①平移断层的活动沿断裂带整个长度发生，而转 换断层的错动则局限于脊轴之间的段落（图1中 BC段），在与脊轴相交处错动骤然终止。 ②转换断层与平移断层的错动方向恰好相反，如 图1所示转换断层为右旋，平移断层为左旋错动。
③平移断层持续活动会使两侧脊轴之间的错开幅 度越来越大，转换断层的活动却不能使错开幅度 增大。 地震资料表明，断裂带地震活动只发生于BC段， BC段以外则为断裂带被动段落（AB、CD段)。


板块边界带上点的相对运动速度矢量分量公式推导 方法2
z y x Vx 0 V z 0 x y y Vz y x 0 z 0 r sin 0 r sin r cos sin r cos cos
描述板块运动框架示意
Vij V ji V ji
n2
e2
ji arctg
n V ji e V ji
板块边界带上点的相对运动速度矢量分量公式推导
来自百度文库方法1
V ji j i r j r i r e1 j cos j cos j R cos cos e1 i cos i cos i R cos cos e2 e3
(3)
n V ji R cos j sin j j R cos i sin i i e V ji R sin j cos cos j sin cos j j R sin i cos cos i sin cos i i

,则两板块相对运动的速度为：
和观测点相对于旋 v r sin
板块边界上的点相对运动速度矢量
r r r V ji V j Vi r r r r V ji ( j i ) r
n V ji R cos j sin( j ) j R cos i sin( i ) i e V ji R (cos sin j sin cos j cos( j )) j R (cos sin i sin cos i cos( i )) i
(4)
r cos sin x r cos cos y 0 z
Vn sin cos V sin e Vu cos cos
sin sin cos cos sin