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大地构造学的历史演进

已有 4692 次阅读 2014-9-12 10:03 |系统分类:论文交流|关键词:学者| 大地构造学的历史演进

  随着工业发展、科学技术的进步人类视野从大陆扩展到海洋,从地表扩展到岩石圈、核-幔边界大地构造学也从上世纪的槽-台理论发展到板块构造学和现今的地球动力学,大地构造学的演进和人类科学认识的进展一样永远无穷尽。

地质学的发展和其他科学一样受社会总体生产力和科技发展水平的制约。从1669年斯坦诺(Steno)提出地层叠置律到上世纪初现代地质学前期阶段的两百多年中,人们主要通过所能接触到的地表露头,根据其中所含的化石和地层接触关系确定它们的相对时代;根据沉积型相恢复当时的自然环境和海陆变迁历史;根据地层厚度和沉积间断角度不整合等接触关系及其侧向变化和对比,分别恢复地史期间发生过的下沉和上升运动。这样的研究方法所能反映的主要是地壳运动的垂向分量,因此19-20世纪中叶根据这些实践概括出来的地槽-地台学说的主流学派自然强调地壳的垂向运动并倾向于海、陆固定观点;而以阿尔卑斯山为研究对象的奥地利维也纳学派,如休斯(E.Suess1893)、魏格纳1912则很早就提出了水平运动和大陆漂移说的观点。当时全球交通不便和缺乏国际学术交流更助长了不同观点和学派的出现。

二次大战后上世纪五十年代开展的全球性海洋地质和地球物理调查以及国际地球物理年、上地幔计划等国际合作项目的实施把研究范围扩大到了占全球面积70的大洋。精密磁力仪的发明和洋底热流、古地磁测量等新技术的投入促进了全球洋中脊裂谷系及洋底磁异常条带的发现。古地磁研究得出的各大陆磁极移轨迹的对比,证实各大陆之间存在过大规模的水平运动。由地震、火山活动表现出来的洋中脊和大陆边缘岛弧、海沟消减带等相互连通的构造活动带把全球岩石圈分隔成数量有限的块体等认识最终导致板块构造理论提出,把一度被否定的魏格纳大陆漂移说在新的高度上重现,使人们的地球观发生了根本的改变。

二十世纪七十年代末发展起来的地震测深技术揭开了大陆研究的新篇章,人们的研究视野扩大到了整个地壳范围。1979年美国COCORP课题组在阿帕拉契亚造山带内识别出6-15km厚、位移距离超过260km的构造推覆体,把前寒武纪变质基底连同部分洋壳碎片从北美东侧大陆边缘向西北推掩到美国东部原地的大陆架浅海沉积层系上面。八十年代在科迪勒拉造山带东部发现的变质核杂岩证明地壳伸展时形成的缓倾拆离正断层可以在200万年内位移40km以上,使断层下盘的中、下地壳片麻岩系折返到地表。另一方面洋底火山等岩浆活动产物又是直接从地壳底部添加的。因此在经历过不止一次威尔逊旋回:大陆伸展成洋、洋壳俯冲成陆的造山带中,地壳已高度构造混杂。八十年代前苏联科拉半岛大陆超深钻的实施最终使大陆型地壳由硅铝、硅镁层组成的二元结构的传统观念为动态演化的构造成层概念所取代。这一阶段的一个重要进展是认识到洋、陆壳的组成和历史根本不同,洋壳厚度小,年龄不超过两亿年,只遭受单一构造体制作用。地球90%以上的历史是记录在遭受复式构造作用、由不同组分和强度构造层组成的三明治式大陆型地壳中。莫尔纳(P.Molnar, 1988)根据大陆内部的弥散性变形和广泛的地震活动,提出上世纪60年代建立的刚性板块构造理论不适用于大陆构造。1997年美国彭罗斯会议上进一步明确指出:和洋壳不同,并不是所有的陆壳都表现出同样的构造习性或遵循相同的构造演化进程;大陆的一些部分似乎未经触动,而另一些部分已遭受透入性的变形,因此是否存在不同类型的陆壳对应力作出不同的响应?於是上世纪80年代后期以来大陆动力学就成为地球科学家关注的前沿课题。

随着全球数字地震台网的建立和资料积累,1984年泽翁斯基(Dziewonski)发表了第一幅全球三维地震层析图象,指出板块构造的影响深度只到200km左右,向下洋中脊系不再保持连续,但由高速异常表现出来的大陆性状可深达约400km,即大陆是有根的。康迪(KentC. Condie, 2001)在他《地幔柱及其在地球历史中的记录》专著中总结了幔柱在地球和类地行星上的表现并论述了超级幔柱事件对超大陆旋回和地壳幕式生长的可能含意。这些成果标志着人们的研究范围已经扩大到了整个地球。

目前壳-幔、岩石圈和软流圈以及地球各圈层之间作为开放边界,彼此进行着活跃的物质和能量交换的认识已被广泛接受。挤压造山带地壳增厚诱发的重力失稳引起了拆沉或去根作用,岩石圈地幔可能连同下地壳从根部拆离进入软流圈地幔。而后者的上涌则造成大量幔源岩浆底侵,改造了原有的地壳组构并使之垂向增生。壳、幔及岩石圈和软流圈的相互作用及其演化过程的研究正成为现今地球动力学理论框架的核心。地球各圈层物质、能量交换对环境、资源和灾害影响的研究已经提上日程。大陆动力学在岩石圈研究领域已经构筑起令人瞩目的知识体系,人们正在把浅部构造活动和深部的物理过程联系起来,把地质作用解析成统一的具体物理和化学进程。高温高压实验室技术和数值模拟研究的进一步深入使构造研究日趋定量化。在2003年发表的美国构造白皮书中强调了打破学科之间的人为界线、强调了多学科研究的理念,“因为地壳变形并不遵循这些界线”;提出大地构造是在最广泛的时、空框架内应用每一种研究地质记录的学科。大陆演化问题正把各不同分支学科,如地幔动力学、经济地质、古气候和地表地球化学旋回等结合起来并联成一体。因此作为以野外为基础、从观察入手的科学,区域地质和大地构造学也应把地质、地球物理、地球化学及其他相关学科统一到为探寻地球演化趋向基本问题所必须的宽阔基础领域中。“高科技世界与日俱增的复杂性要求我们善于综合和协调复杂、有时甚至是矛盾的信息,把它们变成对动态体系的连贯了解”;“我们预期下一代大学生将面对空前的机遇并需要从事前所未有的跨越学科界限的工作”(美国构造白皮书 2003)

 




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