大地构造学地球动力学理论讲义.ppt

地球动力学理论地球隆起说地球隆起说❁该学说认为地球最初是由炽热气体组成的，在其发展的早期，从外向内逐步冷缩而变成熔融状态，进一步的冷却，分异为一个铁质的核部和一个基本上是硅质的幔部，幔部从液态铁核处的基底向外凝固，通过传导逐渐变冷，地表700km以下范围内，从地球开始凝固以来还没有来得及发生任何显著的冷却或体积变化；700km-70km范围内，冷却使这一范围内的物质收缩；0-70km范围内，岩石早已冷却，靠太阳辐射维持热平衡。
❁也就是说70km以下的熔融物质冷却收缩，以上的地壳为了保持平衡而挤压成褶皱山系，与苹果失水干缩原理类似。❁地球收缩说无法解释板块运动与大陆位移，不能解释构造运动的成因，而且该学说认为全球的应力场是相同的，这与实际事实不符。地球自转说地球自转说白箭头：地幔流向东运动；黑箭头：各大板块向西运动；地球自转说重力分异说重力分异说重力分异说地幔对流说地幔对流原理地幔对流说地幔对流说地幔对流说涌流构造说涌流构造说涌流构造说层块构造热涌说❁上地幔内部强硬层的张开而造成的暂态低压通道，将产生对地幔物质强烈的导引和控制作用，即高围压中的局部瞬态负压腔效应将驱使幔内软流物质呈被动的涌入，并沟通上下的软流圈和壳内软层；幔内软流物质涌动流的路径可能是复杂的，但主要是受上地幔内分层结构和强硬层的破裂格局所控制；幔内软流物质幕式化涌动和涌出地表，造成洋底的被动开裂和海底火山喷发；大陆岩石圈更薄的分层结构和更窄的破裂通道导引幔内软流物质的涌入和喷发，表现出更为复杂的大陆地区火山活动。❁地幔柱：是指地幔深处甚至核-幔边界上产生的圆柱状上升的热物质流，它携带地幔物质和热能直至地幔上层，并在岩石圈和软流圈分界处四散外流，激起软流圈的水平运动，可以解释板块运动的驱动机制。❁地幔柱提出：太平洋中的夏威夷海岭和天皇海岭，是由成线状展布的一系列火山锥构成的火山链，从夏威夷岛沿岛链向西北，随着距离的增加火山岩的年龄依次增加，在夏威夷海岭与天皇海岭的转折处，火山年龄约4000万年。天皇海岭呈NNW走向伸向堪察加半岛东侧，北端的明治海山的年龄则达7000万年。一般认为，随着岩石圈板块经过热点的不停运动，先形成的火山从热点处移开并逐渐熄灭成为死火山，新的火山又在热点上方形成，结果就形成了一串年龄定向分布的线状火山链。火山链的走向，实际上记录了太平洋板块的运动方向，即在4000万年前为NNW向运动，最晚在2600万年以后转变为NWW向运动。❁热点和地幔柱的特征：①热点底下有一个狭窄(150～200km宽)的中心热柱，它由温度异常高的地幔物质组成；②上涌地幔流在板块下散开，形成一蘑菇状头部，其温度比正常温度高100～200℃；③蘑菇状柱头的直径为1000～2000km；④地幔柱引起的岩石圈上隆幅度可达1000～2000m。❁流体力学模拟实验表明，产生于地幔中的低粘度地幔柱，好像是一个连着输液管的上升的球形囊，也就是说，地幔柱的最早阶段是体积很大的柱头的发育和上升。它拖着一条狭窄的、可能长期活动的柱尾。易漂浮的源物质通过这条管道不断补充到上升的柱头中。地幔柱头在通过地幔上升时，其直径估计可达800～1200km。起源于核—幔边界的地幔柱头上升至接近地表处，扩展成一个热物质的圆盘。其直径为1500～2500km、厚度达100～200km，这接近于几个大陆溢流玄武岩区大小。起源于650km震间断面的地幔柱，在地表扩展的直径仅达600km。❁地幔柱的产生：要求地幔中存在一个高温、低粘度的热边界层，其温度要高出周围地幔物质的温度300～400℃，粘度要比周围地幔低几个数量级，这个高温低粘度层具有极不稳定的物理性质，一旦受到某种热扰动，就会在浮力作用下呈柱状上升。地幔中符合这样条件的边界层只有两个，一个是上下地幔之间的不连续面，其深度在650～700km；另一个是核—幔边界附近的D”层。❁多数学者则认为地幔柱来自核幔边界附近的D”层，其理由是：①与洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩相比，大陆溢流玄武岩、洋底高原玄武岩和大洋岛玄武岩等典型地幔柱成因的玄武岩常反映“富集型”地幔特点，而上地幔由于分异出地壳后常表现“亏损型”地幔的化学组成，因此地幔柱不可能来源于上地幔；②与大洋中脊玄武岩相比，大洋岛弧玄武岩具有较高的3He/4He比值，反映出原始地球形成物质的特点，表明地幔柱来源于地幔更深部位；❁③理论模拟计算表明，如果地幔柱起源于上地幔底部，那么由地幔柱释放出的热量将占整个地球放热的60％，而实际上由地幔柱释放的热量仅是整个地球放热的6％～10％，这个热量释放范围刚好与地核释放的热量比例相近，说明地幔柱来源于核幔边界附近；④理论模拟还表明，在所许可的上升速度范围内，从上下地幔边界起动的地幔柱穿过上地幔这样的距离，最多只能形成直径为300km的球状柱头，而实际上许多地幔柱头的直径都超