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【大陆漂移与陆壳增生】

(2018-05-31 20:45:25)
分类: 新文速递--转载板块

大陆漂移与陆壳增生

梁光河

lgh@mail.iggcas.ac.cn

导读:大陆板块从形成之初到今天发生了大规模的增生,面积急剧扩大,其成因机制是什么?本文将从新大陆漂移模型结合一个高精度石油地震勘探剖面说明这个精细过程。

1问题的提出

大陆板块会发生大规模水平漂移是当前地学界的共识,研究发现太古代大陆板块范围很小,现在已经增大了很多(Tanget al,2013)。也就是说大陆板块从形成到现在一直在增生中

图1是地球上三个地质时期(宙)的陆壳岩石分布特征,这三个地质时期分别是太古宙(38-25亿年)、元古宙(25-6亿年)、显生宙(6亿年-当前)。图中紫色是太古宙克拉通地块,青色是元古宙地块,黄色显生宙地块。从中我们可以看出,这些最古老的太古宙克拉通在地球上总面积相对是比较小的,大约只占整个大陆的1/3。为什么陆壳面积在后期的地质运动过程中不断增大?

魏格纳100年前为了用大陆的拼合论证大陆的分裂和漂移,要求陆块的整体形状在漫长的大陆漂移过程中必须保持不变!魏格纳理论中这些根本性的缺点却被板块理论继承(池顺良,2009)。现代板块理论研究已经认识到俯冲带是大陆地壳增生的最重要场所,但大陆增生的具体过程并不十分清楚(吴福元,2016)。本人认为主要原因有两个,一是理论模型可能与实际差异较大;二是没有精确可靠的可供全面研究的良好剖面。

研究还发现,古老的初始大陆地壳来源于相对原始地幔的部分熔融,它在成分上是镁铁质的。而现今大陆地壳的平均值是安山质的,其成分较模型预测的偏长英质(吴福元,2016)。这个过程是怎样发生的?

2的新生地壳锆石年龄分布特征说明,大陆板块形成经历过三个阶段(Condie,1998),第一个阶段是38-30亿年,这个阶段是大陆板块的初始形成阶段;第二个阶段是30-10亿年,这个阶段是大陆板块大规模形成和增生阶段,最大的两个峰值年龄分别是27亿年和19亿年。第三个阶段是10亿年到现在,大陆板块持续增生增大。该图也说明大陆板块自形成到现在一直在持续增生,并没有间断。

本文试图通过新的大陆漂移模型结合高精度石油地震勘探剖面,说明陆壳的增生过程。

【大陆漂移与陆壳增生】


图1地球上三个地质时期(宙)陆壳岩石分布特征(改自Tang et al,2013),紫色的太古宙克拉通地块面积总体很小

【大陆漂移与陆壳增生】

图2 新生地壳锆石U-Pb年龄分布Condie,1998

新大陆漂移模型与大陆增生

地热学研究表明全球大陆平均地温梯度为3/100m,由此推测大陆40Km之下温度可达1200,在这个温度下大部分岩石会发生熔融或部分熔融,大洋地温梯度远高于大陆。新大陆漂移模型(图3)认为:大陆板块可以在热力驱动下自己发生漂移,动力机制是大陆板块漂移划开洋壳引起岩浆不断上涌,在陆块后面冒泡,巨大的岩浆热动力推着板块往前跑(梁光河,2013)。我们可以形象地把大陆漂移比喻成平底热锅里的黄油会自己跑。这个运动过程是基于大陆板块首先发生裂解,产生了一个裂缝和岩浆上涌,在初始阶段,大陆漂移与海底扩张一致,但洋中脊喷出的岩浆很快会被海水熄灭,因此海底扩张不能持续,但大陆板块漂移后在其后面持续不断地涌出岩浆并不断被海水熄灭,这个热力推动过程才能持续推动大陆板块向前漂移。

该模型有如下特征:

1)大陆板块的最前方因受到挤压,增压升温产生地壳流,洋壳隆起;

2)大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带;同时地壳流的上涌会在大陆板块前部的部分薄弱带出现伸展构造;

3)在大陆板块后部产生巨厚沉积和正断层;大陆板块尾部会有拖尾隆起,可能留下火山岛链、大陆碎片遗撒物。

4)大陆板块漂移过程中,软塑的中下地壳受剪切力易产生低角度拆离断层,使得部分大陆板块的下地壳发生拆沉,形成缓慢下沉的板块碎片。

      该模型说明大陆板块在漂移过程中前端会产生陆壳和洋壳混熔的地壳流,同时大陆板块也会推起海底的原有沉积物,造成大陆板块前缘的增生。部分大陆板下地壳也可能会发生拆沉,这是个陆壳消减过程。也就是说大陆板块在漂移中既会增生也会消减。总体上增生应该大于消减,因为消减并不是发生在所有大陆板块上,只是部分板块会发生。

【大陆漂移与陆壳增生】


新大陆漂移模型(改自梁光河,2013

3大陆增生实例

加里曼丹是位于南海南部的一个独立大陆板块,研究表明该板块在新生代发生约45°逆时针旋转(施秋华等,2013)。现代GPS测量表明加里曼丹北部目前仍在向北北西方向漂移,南海南部的文莱-沙巴盆地正处于该大陆漂移的前缘。在该区的高精度石油地震勘探剖面如图4所示,其中4a是剖面位置图,4b是该剖面在新大陆漂移模型中对应的区域,4c是实际的人工地震勘探剖面。该剖面说明,大陆漂移类似一个推土机或者坦克车的运动模式,洋壳并没有动,大陆板块在运动并推起前部的沉积岩层,形成新的地壳,这个过程就是陆壳增生过程,也是一个造山过程;该图说明大洋板块并无高角度俯冲,大陆板块前缘存在滑脱推覆飞来峰构造带。这个剖面反映的深度大约只有10公里左右,只是上地壳部分,事实上在大陆板块漂移过程中,中下地壳部分将和前部的洋壳发生混熔,粘贴在大陆板块前部,形成深层的陆壳增生。

【大陆漂移与陆壳增生】

4南海南部文莱-沙巴盆地地震勘探剖面a是剖面的位置,b是在理论模型中该剖面的相对位置c是实际地震勘探剖面(张亮;2012

这个实例说明,大陆板块在漂移过程中,会混入新生的沉积岩,这些岩石是古老岩石风化剥蚀后沉积下来的,主要成分是长英质;同时洋壳和陆壳混合地壳流在高温高压下也可能分异出长英质成分

4结论

大陆板块能够在热动力驱动下自己发生漂移,新大陆漂移模型不但可以解释大陆漂移的动力机制,也可以合理解释陆壳的增生机制,大陆板块在漂移过程中前端会产生陆壳和洋壳混熔的地壳流,同时大陆板块也会推起海底的原有沉积物,它们粘贴在大陆板块前部,造成大陆板块前缘的增生。这个过程说明大陆板块从形成之初至今一直在漂移和增生中,大陆板块面积逐渐增大。




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