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大地构造学说

2020-04-09 21:01

研究地壳(包括上地幔顶部)大型乃至全球构造及其发生、发展规律,分布及组合关系,形成机制及地壳运动方式和动力来源的一门学科。

图1 全球六大板块构造图

(引自:《中国大百科全书·地质学》,杨树锋、郭令智撰写的:“板块构造学”)

大地构造学主要研究对象是地壳,亦涉及上地幔顶部的橄榄岩质层和软流层。从18世纪中叶以来形成了众多的大地构造学说,可概括为两大学派。一派主张地壳运动以垂直升降运动为主,以地槽—地台说为典型代表;一派主张地壳运动以水平运动为主,以大陆漂移、板块构造说和地质力学说为典型代表。近年来兴起的超越板块构造学正引起构造地质学和大地构造学界的广泛关注。

地槽—地台说

认为地壳可划分为2个基本构造单元:活动剧烈的地槽和相对稳定的地台。地槽(geosyncline)的概念,最早是1857年美国的霍尔(J.Hall)和1873年丹纳(J.D.Dana)在研究北美的阿巴拉契亚(Appalachian)山脉深厚的浅海相沉积时提出的。地台(platform),最早是1885年奥地利休斯(E.Suess)提出的,俄国卡尔宾斯基(А.П.Карпинский)在研究俄罗斯平原地质构造后,进一步发展了地台的系统理论。地槽发展初期为一巨大窄长的盆地,急剧沉降,形成巨厚的沉积;发展后期,地壳回返上升,产生强烈的褶皱、断裂,并伴有强烈而频繁的岩浆活动、显著的区域变质和多次成矿作用,最后形成长条形的宏伟山脉。地台升降幅度小,具有厚度较薄的沉积建造;构造变动、岩浆活动和区域变质作用都较弱;具有双层结构特征,即上部为构造变动较微弱的未变质岩系(沉积盖层),下部为强烈活动过的变质岩系(结晶基底)。多数地质学家认为地槽地台可相互转化,地槽经过造山运动形成褶皱带,逐渐趋于稳定,进而演变为地台;地台也可转化为地槽。

板块构造说

在大陆漂移、海底扩张等学说的基础上发展起来的。该学说认为地球岩石圈分成若干巨大的刚性板块,重力均衡地位于软流圈之上,并在地球表面发生大规模水平运动。板块与板块之间相互离散、聚合(碰撞)或平移,引起了全球性的构造运动。这一学说为解释地球的内动力地质作用和现象提供了极有成效的模式,是当代最有影响的大地构造理论。板块构造将全球划分6大板块,即太平洋板块、欧亚板块、印度洋(印澳)板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块,进一步还可划分许多次一级的中、小板块(图1)。板块漂浮在地幔软流圈上,随软流圈的运动而移动、生长和消亡,并产生相应的构造活动带。板块之间则以洋中脊、大陆裂谷、岛弧、海沟、地缝合线、转换断层等为边界(图2)。板块边界往往形成强烈的地震、火山活动带和高压低温、低压高温的双变质带。板块运动的动力来源是地幔的热力—重力对流。

地质力学说

中国地质学家李四光创立的学说,在20世纪20年代开始萌芽,1945年出版了《地质力学的基础与方法》,正式形成了地质力学。该学说应用力学的原理和方法,在分析全球构造形迹的基础上,认为主要存在3种类型的构造体系,即:①纬向构造体系,又称东西向复杂构造带。②经向构造体系,又称南北向构造带。③扭动构造体系,主要有“多”字形、“山”字形、“入”字形、棋盘格式以及属于旋扭构造的帚状、“歹”字形、S形等构造型式。从这些构造体系追索力的作用方式和方向,推断地壳运动是以水平运动为主;动力来源来自地球自转速度变化引起的惯性力,并把地球自动调节自转速度变化的作用,称为大陆车阀作用,而把这一假说称为大陆车阀假说。地质力学在中国为寻找石油、金刚石、金、铬、钨等矿产,开发地下水资源,工程地质、地震、地热研究等方面作出了重要的贡献。

图2 地壳及上地幔剖面图

(引自McGraw-Hill Encyclopedia of the Geological Sciences,Second edition 1988)图中可见岩石圈板块活动于软流圈上,大陆置于板块之中并随其移动。生成洋壳和岩石圈的离散板块边界示于图的右侧;以俯冲带为界的聚合板块示于左侧。1—大洋地壳及岩石圈生成;2—火山链;3—消亡带;4—玄武岩质大洋地壳;5—洋中脊轴;6—玄武岩质地壳部分熔化,产生的热液进入火山链;7—地幔的部分熔化;8—部分熔化的上升地幔柱

在中国,随着地质工作的发展和地质资料的不断积累,不同观点的大地构造学派蓬勃兴起。其中影响较大的除地质力学说外,还有多旋回说(黄汲清)、断块构造说(张文佑)、地洼说(陈国达)和波浪状镶嵌构造说(张伯声)等。在生产活动中应用较多的是多旋回说和断块构造学说。

多旋回说

黄汲清1945年在其《中国主要构造单位》一书中首先提出,后经不断研究、补充,创立了多旋回学说。该学说认为在地槽发展的全过程中,不仅具有多旋回造山运动,而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成矿作用也是多旋回的;在地台区,多旋回发展主要表现为隆起和坳陷的发生和发展,少有造山运动。在他指导下编制的1∶400万《中国大地构造图》(1979)和《中国大地构造及其演化》(1980),充分反映了这一学说的特点。

断块构造说

张文佑20世纪50年代提出。该学说认为地壳与岩石圈被不同断裂分割成大小不等、深浅不一、形成和发展历史不同的断块。断块按规模可分为岩石圈、地壳、基底、盖层断块4类,按性质可分为洋壳型、陆壳型和过渡型断块,由此构成地球多层、多级和多期发展的断块构造。断块的边界断裂,按其深度、规模和地球物理特征,也可分为岩石圈、地壳、基底和盖层4种断裂。沿着断块的顶底部,还有一种层间滑动断裂。并认为中国大地构造主要受北北东和北北西及北东东和北西西2套X形断裂所控制,在迁就这2套X形断裂的基础上,有时形成近南北或近东西向的锯齿状断裂。

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