第一篇第四章 板块构造基本原理

转 换 断 层 类 型 及 实 例
走滑－转换板块边界
Sm-Nd age of coesite-bearing eclogites from the Dabie Mountains and Su-Lu terrane published by Li et al.1993,1994,1996
陆 内 古 板 块 转 换 边 界
沿球面作这些纬线的垂线，即可得出欧勒径向，欧勒经线的交点 就是旋转极的位置。 • 如果已知两条转换断层的坐标位置和走向方位，根据球面三角 中的正弦和余弦定理，也可求出旋转极的地理坐标位置。 • 根据板块边界上各点移动的线速度，也可以求旋转极的位置。 作为一种旋转运动。各点的线速度随着远离旋转极而增大，并于 相应的欧勒纬度的余弦成正比关系。 • 此外还可以利用震源机制得出的滑动向量求旋转极。
② 威尔逊（Wilson,1965）则强调大洋张开之前，可能存在断层，板 块在沿中脊分裂时追踪先成断裂形成； ③ 张文佑等（1978）用锯齿状断裂发展解析； ④ 板块在汇聚过程的差异运动。
3.板块边界与大陆边缘类型
① 被动大陆边缘（大西洋型大陆边缘、 离散型大陆边缘）： ——大陆边缘位于板块内部，相邻 的陆壳和洋壳作为统一板块组成部 分处于长期稳定状态，其间无俯冲 作用、强烈地震和火山活动，并整 体被动地随板块的运动而移动。 • 动力学背景：板块离散过程的伸展 作用
Bixiling: 210±2Ma 219±24Ma (Li et al.1996) Sci.in China(Ser.D)
Shuanghe: 226±3Ma (Li et al.1996) Sci.in China(Ser.D)
转换断层形成机制:
① 迪茨（Diets,1961）提出海底扩张时认为，中脊处的横断带可能是 地幔对流速度不同造成的剪切作用所致；
1.大陆型地壳; 2.过渡型地壳; 3.大洋型地壳; 4.拉张裂谷阶段的粗碎屑+大陆拉斑玄武岩沉积; 5.大洋拉斑玄武岩； 6.大陆边缘碎屑岩+碳酸盐岩沉积
② 主动大陆边缘（太平洋型、活动型大陆边缘）：
——大陆边缘位于俯冲型板块边界的上盘，受俯冲的挤压作用影响，形成海沟－岛弧 －弧后盆地（或无）不同构造单元的组合。大陆边缘区域构造活跃，地震、岩浆活动 强烈。 • 动力学背景：板块汇聚过程的挤压作用 • 分类:东太平洋型、西太平洋型
2.板块运动的方式、方向
板块运动的方式：伸展；挤压；走滑、转换
板块运动的方式、方向
3.板块沿球面的旋转运动
欧勒定律：1776年， 瑞士科学家欧勒 （L.Euler）指出， 一个刚体沿着半径 不变的球面的运动， 必定是环绕通过球 心的轴的旋转运动。 在球体表面，任何 一点的移动都不是 沿着直线，而是沿 着曲线的形式，那 么它的移动轨迹将 由许多圆弧小段所 组成。
三联点几何图及类型
4.板块的三联点与板块运动
三联点的概念：
即三个相邻板块的裂解 点或汇聚点，在板块分布图 上，经常可见三个板块边界 相交于一点，为三个板块汇 聚或裂解的邻接点，它是球 面上的板块边界开始或终止 的端点。
三联点的类型：
AAA型三联点
ACT型三联点
CCC型三联点
全球板块格局中的不同类型三联点
求旋转角速度的方法：
板块相对运动的另一参数就是旋转角速度，它可以根据线速度 换算出来。只要已知板块上任何一点的线速度值，同时求出该点的 欧勒纬度，便可以用下式求旋转角速度： ＝V/(R ·cos ·0 .01745) 式中为角速度（单位：度/年）；V是线速度（厘米/年）；R是地球 半径； 为欧勒纬度；0.01745是由角度换算成弧长的系数。
② 利用火山链确定板块运动方向和速度
火山链代表了岩石圈板块移动的轨迹，记录了运动的方向和速度。
大西洋火山链分布图
太平洋火山链分布图
夏威夷火山链形成时期及其成因
四、板块的驱动机制
地幔对流假说：地幔内物质密度和热状态的差异可产生对流。热而低密度的地幔物质 上涌的上升流在岩石圈底部向两侧扩散转为平流，平流流动过程中热传导使之变冷， 冷而高密度的物质下沉形成下降流，如此往复循环构成地幔的对流，导致地球岩石圈 板块的运动。 地幔对流模式： 深地幔对流模式(S.K.Runcorn,1965） 浅地幔对流模式(L.Libotry,1969)
板块运动的驱动机制
Richard A. Kerr(2002)
五、大洋的形成和发展
① 威尔逊旋 回：
• • • • • • 萌芽阶段； 幼年阶段； 成熟阶段； 收缩阶段； 结束阶段； 大陆碰撞 阶段。
威 尔 逊 旋 回
威 尔 逊 旋 回
板块构造基本原理要点：
• 地球岩石圈可按照离散（拉张）、聚敛（汇聚）和剪切 （转换）三种类型的边界划分为若干不同规模的岩石圈板 块； • 岩石圈板块内的裂谷带、陆间裂谷带和大洋中脊裂谷带是 岩石圈板块裂解、离散的边界，是大洋生成的地带； • 海沟和大陆造山带中的缝合带是大洋板块俯冲、消减，相 邻板块碰撞的聚敛边界，是大洋消亡的所在； • 转换断层是一种特殊类型的板块边界。沿此种边界既无板 块的增生，又无板块的消减，而是相邻两个板块作剪切错 动。 • 地幔对流的动力学作用可能是造成岩石圈板块运动和地壳 变形的动力来源。地幔对流的上升流促使岩石圈板块裂解、 离散、漂移形成大洋，下降流造成板块的俯冲、消减，导 致大洋消亡和大陆碰撞造山。
Shima: 221±5Ma (Li et al.1993) Chem.goel.V.109
Zhubian: 228±6Ma (Li et al.1994) Chem.goel.V.112
Majiagou: 209~211Ma (Li et al.1993) Chem.goel.V.109 Yakou: 221±6Ma (Li et al.1993) Chem.goel.V.109 Qinglongshan: 226±3Ma (Li et al.1994) Chem.goel.V.112
In a seismic image covering Earth from surface (top curve) to core, seismologists can see a presumed slab (blue, showing fast seismic waves) sinking beneath the Caribbean Sea into the mantle (yellow) and falling into other slabs near the core. Richard A. Kerr(2002)
地幔对流模式图
地幔柱模式
Earth's ups and downs. Seismic data suggest slabs sink deep, while rising plumes are underlain by partially molten "ultralow (seismic) velocity zones," or ULVZs.
在讨论板块运动时， 通常说的是板块的相对 运动，即一板块相对于 另一板块（或其它参照 系统）的运动。所谓板 块的旋转运动，也是指 一板块相对于另一板块 或球面上某一点的旋转 运动。板块的旋转运动 主要由板块的旋转轴 （旋转极）的位置和旋 转角速度来确定。
求旋转极的方法
• 板块上各点的运动轨迹标出了欧勒纬线（它们是同轴圆弧），
被动大陆边缘结构及其演化过程
•地壳结构特征： A. 大陆厚的地壳（30-80km， 平均50km）向洋急剧变薄的过渡型地 壳，厚8-25km间； B. 基底（或陆壳）之中发育铲 式正断层，保留陆缘裂谷带特征，发 育相应沉积建造及盐丘底辟构造； C. 上覆陆表陆棚－陆架－陆坡 海相沉积建造，与裂谷沉积呈不整合 关系。 •以大西洋为例经历了两个发展阶段： 初始裂解阶段 被动陆缘演化阶段
1.板块划分
二、岩石圈板块的划分及其边界类型
① 划分原则： • 岩石圈的结构特征
全球表壳结构构造、地貌特征与板块构造
•不同类型板块边界与板块划分
A、汇聚边界；B、离散边界； C、转换断层边界
•全球地震分布与板块边界
②板块的划分
全球十二个主要板块的分布
2.板块边界类型及特征
① 离散型边界
•陆间裂谷
第四章
板块构造基本原理
一、板块构造的基本原理
1.固体地球外层在垂向上可划分为物理性质完全不同的两个圈层(岩石圈和 软流圈)。 2.岩石圈在侧向上可划分为由不同类型活动边界分隔的若干大小不同的岩 石圈板块，板块具刚性，可作整体运动。 3.岩石圈板块横跨地球表面作大规模不同方式的水平运动，包括：离散的 裂解、漂移，会聚的俯冲、碰撞和平移，转换，造成地球表面不同方式 变形。扩张、增生与俯冲消减互为补偿，促使地球半径保持不变。 4.岩石圈板块运动的驱动力来自地球内部，最可能是地幔中的物质对流。
5.火山链与板块构造
① 火山链与热点说 • • • 火山链－由一系列火山锥组成的线状（串珠状） 火山锥群 热点（hot spot）(Wilson,1963)－地幔熔融物质 上升在地表的出露点（火山锥） 地幔柱假说（mantle plumes） (W.J.Morgan,1971)－热点的存在及其链状发布 表明，地幔热的部分熔融物质具有沿狭窄的圆 柱状通道上涌的特点，这种地幔熔融的柱状体 称为地幔柱。
东非裂谷和红海裂谷地貌图
•大洋裂谷
② 汇聚型板块边界： 俯冲型边界：洋内俯冲
俯冲型边界：陆缘俯冲
环太平洋板块边界分布图
碰撞型边界－板块缝合带
全球俯冲碰撞山脉的分布
③走滑－转换边界
转换断层：
1965年，由Willsons首次提出， 是指一种构造转换为另一种构造，是 运动方式和构造带类型的转换。转换 断层就是那种位移突然终止，或者改 变形式或方向的平移断层。
地球的岩石圈板块具有刚 性，但板块并不呈平板状，而 成球面状。球面帽盖状的板块 沿着地球表面的移动不是一个 简单的平面运动。可以把地球 当作一个球体，刚性板块的运 动应遵循欧勒定律，它是一种 环绕某根通过地心的轴的旋转 运动，该轴称为旋转轴。板块 的旋转轴与地球表面的交点， 叫做旋转极。离旋转极90°的 大圆叫做旋转赤道。它们与地 球的自转轴、地理极、地理赤 道等并无直接联系。与板块旋 转赤道平行的一系列同轴圆弧， 标明了板块上各点的移动轨迹， 可称欧勒纬线。通过欧勒极的 大圆，则构成了欧勒经线。
俯冲带的特征
西太平洋型大陆边缘
东太平洋型大陆边缘
4.板块构造与地震：
大洋中脊；陆内裂谷；汇聚边界：走滑边界；板内地震
俯冲带的地震
走滑－转换边界的地震
1906 年旧金山地震造成建筑物破坏
三、板块的运动
1.关于板块的刚性
板块刚性的证据： • 大陆板块主体为古克拉通地块 • 地震波 • 大西洋两岸长途漂移后的完美拼贴