地殼運動

地殼運動,是由于地球內部原因引起的組成地球物質的機械運動。它可以引起巖石圈的演變,促使大陸、洋底的增生和消亡;并形成海溝和山脈;同時還導致發生地震、火山爆發等。我國古代的學者對海陸變遷及地殼運動有所認識如朱熹在《朱子語類》中寫到“嘗見高山有螺蚌殼,或生石中,此石乃舊日之土,螺蚌即水中之物,下者變而為高,柔者卻變而為剛。

地殼運動與地球內部物質的運動緊密相聯,它們可以導致地球重力場和地磁場的改變,因而研究地殼運動將可提供地球內部組成、結構、狀態以及演化歷史的種種信息。測量地殼運動的形變速率,對于估計工程建筑的穩定性、探討地震

預測等都是很重要的手段,對于反演地應力場也是一個重要依據。對緩慢的地殼運動,可根據地質學(地層學、古生物學、構造地質學等)、地貌學和古地磁學的考察,參考古天文學、古氣候學的資料,進行綜合分析判定。例如,大陸漂移學說是從古生物學、古氣候學找到跡象,又通過古磁極的遷移得以確立的。現在根據同位素年齡的測定和巖石磁化反向的分析,可以進一步認識地殼運動的演化。對于現代地殼運動,一般采用重復大地測量的方法,如用重復水準測量來研究垂直運動;用三角測量或三邊測量的復測來研究水平運動;用安放在活動斷層上的蠕變計、傾斜儀和伸長儀等做定點連續觀測來監視斷層的運動。20世紀70年代后期,進而利用空間測量技術(激光測月、人造衛星激光測距和甚長基線干涉測量等)監測不同板塊上相距上千公里的兩點間的相對位移(精度可達2~3厘米),用以測定板塊之間的運動。除此以外,還可以利用海岸線的變遷,驗潮站關于海水漲落的記錄等,推斷現代地面的升降運動。

地殼運動按運動的速度可分為兩類:1、長期緩慢的構造運動。例如大陸和海洋的形成,古大陸的分裂和漂移,形成山脈和盆地的造山運動,以及地球自轉速率和地球扁率的長期變化等,它們經歷的時間尺度以百萬年計。另如冰期消失、地面冰塊融化引起的地面升降,也屬以萬年計的緩慢運動。2、較快速的運動。這種運動以年或小時為計算單位,如地極的張德勒擺動,能引起地殼的微小變形;日、月引潮力不但造成海水漲落,也使固體地球部分形成固體潮,一晝夜地面最大可有幾十厘米的起伏;較大的地震可引起地球自由振蕩,它既有徑向的振動,也有切向的扭轉振動。

地球表層的垂直運動由于6大板塊和其他小板塊的互相鑲嵌式拼合,板塊的水平向移動必然在板塊邊界和板塊內部產生次生的豎直向運動:1、板塊消減帶上海洋板塊向地幔中以一定傾角下沉;2、相鄰的大陸板塊邊緣受消減運動的影響有牽連地下沉,地震時產生回跳;3、大陸內部由于橫向的推擠壓力產生地殼的抬升或巖石圈的加厚,地質上產生巖層的褶皺,形成山脈和河谷。另外,由于地幔物質的上涌在某些地區的巖石圈中可能產生拉伸的張應力,形成張性的裂谷或斷陷盆地。從地殼均衡的方面說,地球表層的豎直向運動從根本上還受著地球重力的制約。


(一)褶皺當巖層受到地殼運動產生的強大擠壓作用時,便會發生彎曲變形,這叫做褶皺。地殼發生褶皺隆起,常常形成山脈。世界許多高大的山脈,如喜馬拉雅山、阿爾卑斯山、安第斯山等,都是褶皺山脈。它們是由地殼板塊相互碰撞、擠壓,在板塊交界處發生大規模褶皺隆起而形成的。褶皺有背斜和向斜兩種基本形態。背斜巖層一般向上拱起,向斜巖層一般向下彎曲。在地貌上,背斜常成為山嶺,向斜常成為谷地或盆地。但是,不少褶皺構造的背斜頂部因受張力,容易被侵蝕成谷地,而向斜槽部受到擠壓,巖性堅硬不易被侵蝕,反而成為山嶺。
(二)斷層殼運動產生的強大壓力或張力,超過了巖石所能承受的程度,巖體就會破裂。巖體發生破裂,并且沿斷裂面兩側巖塊有明顯的錯動、位移,這叫做斷層。在地貌上,大的斷層常常形成裂谷或陡崖,如著名的東非大裂谷、我國華山北坡大斷崖等。斷層一側上升的巖塊,常成為塊狀山地或高地,如中國的華山、廬山、泰山;另一側相對下沉的巖塊,則常形成谷地或低地,如我國的渭河平原、汾河谷地。在斷層構造地帶,由于巖石破碎,易受風化侵蝕,常常發育成溝谷、河流。了解地質構造規律,對于找礦、找水、工程建設等有很大幫助。例如,含石油、天然氣的巖層,背斜是良好的儲油構造;向斜構造盆地,利于儲存地下水,常形成自流盆地。在工程建設方面,如隧道工程通過斷層時必須采取相應的工程加固措施,以免發生崩塌;水庫等大型工程選址,應避開斷層帶,以免誘發斷層活動,產生地震、滑坡、滲漏等不良后果。
(一)收縮說:核心思想:地球最初是熔融體,逐漸冷卻。冷卻是從外表開始的。地殼最先冷卻形成,而后地球內部逐漸冷卻收縮后,體積變小,這時地殼就顯得過大而發生褶皺。(如同干蘋果一樣,外皮皺)。存在問題:按這種理論,地殼上的褶皺分布應是隨機的,但實事上褶皺的分布有一定的規律。尤其是放射性元素的發現,說明地球并非由熱變冷卻。否定了收縮論的觀點。(二)膨脹說核心思想:地球曾有很高溫的時期,同時在地殼下部有一個膨脹層,由于膨脹層受熱膨脹,使地殼裂開,解釋了一些深大斷裂、洋脊、裂谷的成因。存在問題:無法解釋大規模擠壓褶皺,逆掩斷層的形成。而且膨脹性應具有宇宙性,其它星球尚無發現。
(三)脈動說核心思想:由于地球內部冷熱交替,導致地殼周期性的振蕩運動(脈動)受熱隆起,冷卻地區坳陷。存在問題:忽視了水平運動。同時沒有冷、熱交替的證據。
(四)地球自轉速度變化說李四光提出:地球自轉速度的變化導是致地殼運動的重要原因。核心思想:地質構造可分為走向東西向的緯向構造帶。走向南北向的經向構造帶。當地球自轉加快時,由于離心力作用,地殼物質向赤道集中,相當于受到南北向的擠壓,形成緯(東西向)構造帶。相反地球自轉減慢時,地殼物質從赤道向兩極擴散,形成經向(南北向)構造帶。
(五)地幔對流說板塊構造理論所暢導的,最早由英國的霍爾姆斯提出。核心思想:地幔物質熱對流,帶動馱在其上的巖石圈水平運動。存在問題:地幔物質能否熱對流。對流的范圍和規模有多大。簡而言之,這些觀點只分析到了部分情況并沒能分析到全部。以上這些觀點長期共存正說明了一個問題,那就是人類沒有找到真正的造山運動和海底擴張的原因。如果找到了,就不可能有多個相互矛盾的理論共存。
(六)大陸漂移說德國氣象學家魏格納(1880~1930)在1912年系統提出的一種大地構造假說。他認為古生代后期全球只有一個龐大的聯合古陸,稱“泛大陸”。中生代由于潮汐摩擦和從兩極向赤道方向的擠壓力,泛大陸開始分裂,較輕的花崗巖質大陸在較重的玄武巖質地幔上漂移,逐漸形成今日的海陸格局。他認為地球上的山脈也是大陸漂移的產物,科迪勒拉山和安第斯山是美洲大陸向西漂移滑動時,受到太平洋玄武質基底的阻擋,被擠壓而形成的褶皺山脈;亞洲東緣的島弧群,是大陸向西漂移過程中留下的殘塊;格陵蘭的南端、佛羅里達、火地島等弧形彎曲,都是向西滑動摩擦脫落的結果;東西向的阿爾卑斯山和喜馬拉雅等各大山脈,是大陸從兩極向赤道擠壓的結果。魏格納根據當時掌握的資料,從地質、地形、古生物、古氣候和大地測量等方面,詳細論證了大陸漂移說。這個假說當時引起了地質學界和地球物理學界的重視。但是對于大陸漂移的機制和規律,則有很多學者表示懷疑。20世紀50年代以來,古地磁學的研究表明,地質歷史時期磁極的移動,只有用大陸漂移說才能得到合理的解釋。因此大陸漂移說又獲得了新生。
(七)板塊構造學說1912年德國學者魏格納提出了“大陸漂移假說”,1961年和1962年,美國的迪茨和赫茨提出了“海底擴張說”。在此基礎上,1968年法國地質學家勒皮順等人首創“板塊構造學說”,現已成為最流行的地球科學新理論。板塊構造學說將全球的巖石圈劃分為六大板塊:亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、太平洋板塊、印度洋板塊和南極洲板塊,除六大板塊外還有些小板塊。大陸內部也可以劃出一些次一級的板塊。板塊之間,分別以海峽或海溝、造山帶為界。一般說來,板塊內部地殼比較穩定;板塊與板塊交界處是地殼比較活動的地帶,其活動性主要表現為地震、火山、張裂、錯動、巖漿上升、地殼俯沖等。世界上的火山、地震活動,幾乎都分布在板塊的分界線附近。板塊學說認為地殼是有生有滅的。由于海底擴張,大洋底部不斷更新,大陸則只是隨著海底的擴張而移動。板塊在相對移動的過程中,或向兩邊張裂,或彼此碰撞,從而形成了地球表面的基本面貌。如3億年前,歐、非兩洲和南、北美洲相連,以后出現大西洋海嶺,新的洋殼不斷形成并以它為中軸向兩邊擴張,才使上述各洲分開。而在近7000萬年以來,由于印度板塊不斷北移,與亞歐板塊相撞,產生喜馬拉雅山脈。東非大裂谷則正處于非洲大陸開始張裂,處于產生新洋殼的雛型期。紅海亞丁灣則是兩側地殼張裂擴張的結果,處于大洋殼的幼年期。現在的地中海,則是代表大洋發展的終了期,它是廣闊的古地中海經過長期演化后殘留下來的海洋。關于板塊的驅動力問題,有人認為是地幔對流,也有人認為是地幔中的“熱點”和“熱柱”把巖石圈拱起,而使其在重力作用下向下滑動推擠板塊運動,還有其他的一些主張,目前尚無統一的認識。大陸漂移──海底擴張──板塊構造,這是人類對地殼運動認識過程不斷深化發展的三部曲。

由于地殼運動,使巖石原有的空間位置和形態發生改變(沉積巖、火山巖等巖層在其形成之初,基本上是水平產出的,而且在一定范圍內是連續的)。巖層由水產變為傾斜或彎曲,連續的巖層被斷開或錯動,完整的巖體被破碎等,這種原生的形態和位置的改變,稱為構造變形,變形的產物稱為地質構造。最常見的地質構造為褶皺和斷層。巖層的彎曲稱為褶皺,褶皺的基本類型是背斜與向斜。背斜在形態上是向上拱的彎曲,中心部分為老地層,兩翼巖層依次漸新。向斜是中部向下彎曲,中心部分為新地層,兩翼巖層依次漸老。褶皺中,背斜與向斜常常是并存相依的。當然,背斜的上拱,向斜的下凹,并不一定與地形的高低一致,背斜可以形成山,也可以是低地;向斜可以是低地,但也可以構成山嶺。巖石在受力作用后,當應力超過巖石的強度極限時,巖石就要發生破裂,沿破裂面兩側巖塊發生顯著相對位移的斷裂構造稱為斷層。
斷層的規模大小不等,大者沿走向延伸可達上千千米,向下可切穿地殼,常由計多斷層組成,稱為斷裂帶。小者位移僅幾厘米。被錯開的兩部分巖石沿之滑動的破裂面叫做斷層面,斷層面可成水平的、傾斜的或直立的,以傾斜的最多。斷層面兩側相對移動的巖塊稱為斷盤。斷層面是傾斜面時,斷層面以上的斷塊叫上盤,斷層面以下的斷塊叫下盤。斷盤沿斷裂面相對錯開的距離叫斷距。上盤相對下降,下盤相對上升的斷層為正斷層;上盤相對而言上升,下盤相對而言下降的斷層為逆斷層;兩盤沿斷層面走向相對水平移動的斷層為平移斷層。

1、http://www.chinahhsl.com/keyanjiazhi/ShowArticle.asp?ArticleID=622
2、http://www.bjkp.gov.cn/kxbl/wzjg/gdnr/3/k0858-05.htm3
3、http://www.lrn.cn/science/geoknowledge/200705/t20070531_63568.htm