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岩石大地构造学的几个实例: 热度 1 liangguanghe1 2020-3-29 11:43; 岩石大地构造学的几个实例梁光河 lgh@mail.iggcas.ac.cn 1 岩石大地构造学概念在板块构造说的形成和发展过程中，早就注意到了一些特定岩石组合产生在一定的大地构造（板块）部位、如蛇绿岩套、混杂堆积、双变质带等，就将它们作为识别板块缝合带的重要标志。由此出现了一个介于岩石学、大地构造学和地球化学之间的边缘学科— 岩石大地构造学（Petrotectonics）。其主要目的是用岩石组合识别古板块碰撞的边界。现代板块及其边界，在地震、热流、地貌等方面都有明显的标志。对于已经消减、变动的古板块，则只能通过地史中保存的地质记录（岩石）来识别边界并再造其构造史。迪金森（Dickinson）在上世纪七十年代提出了岩石构造组合（Petrotectonic assemblages）的概念，强调在一定的板块边界和大地构造环境中发育了特有的岩石组合。我们脚下的大陆大多是多个地体或者被深大断裂围限的地块拼合而成的板块，在长期的地质演化历史上，它们不断裂离漂移又聚合，形成多个时期的超大陆板块。从这个意义上讲，板块构造说没有问题。板块构造存在的问题主要有两个，一是板块运动的动力机制问题，二是在板块划分中把陆壳和洋壳混淆在一起作为一个板块，存在实质性问题，因为二者无论从物质成分还是从厚度以及形成历史都相距甚远。但板块构造说总结的各个板块的拼合过程以及所体现的岩石构造组合没有问题，能够在大陆漂移以及它们的拼合过程中得到验证。 2 古板块碰撞边界的岩石学特征无论是古板块碰撞还是现代板块碰撞，从地形地貌上其特征就是形成造山带，从岩石学上看会出现特殊类型的岩石，如超高压变质岩带、蛇绿岩和混杂堆积、双变质带、埃达克岩等。它们都能在当前地球上找到典型实例。 2.1 超高压变质岩将含有微粒柯石英、金刚石，变质压力在2.5GPa以上的变质岩石（榴辉岩、钙硅碳酸岩、硬玉石英岩、蓝晶石等）称为超高压变质岩（Ultrahigh-pressure metamorphic rocks）。一般认为它们是大陆碰撞后地壳深俯冲又折返到地表的产物。这类岩石大多属于两个大型板块迎头相撞的结果，典型的例子是在240-220Ma期间，华北板块和扬子板块的碰撞形成中国的秦岭-大别-苏鲁造山带和其中的超高压变质岩。碰撞之前华北板块向南漂移，扬子板块向北漂移。它们迎头相撞后形成中国的中央造山带，即秦岭-大别-苏鲁造山带。最新的研究结果表明，原始的中央造山带应该是呈北西西向分布在中国的中部，将中国分为华南和华北，该造山带在新生代因郯庐断裂带发生大规模左旋走滑活动，才将秦岭-大别山-苏鲁造山带错开，水平断距超过600公里（图1）。图 1 秦岭 - 大别 - 苏鲁超高压变质带和中央造山带 2.2 蛇绿岩和混杂堆积蛇绿岩（Ophiolite）传统上指由放射虫硅质岩、枕状熔岩和蛇纹岩化的超镁铁质岩构成的特殊岩石组合，是古洋壳消减后残存的碎块。蛇绿岩的存在，标志着古洋盆的消失，因此是鉴别古俯冲带和地壳缝合带的重要标志之一。大多数蛇绿岩都呈蛇绿混杂堆积状态保存，只有当蛇绿岩仰冲到刚性陆壳上时，才有罕见的较完整保存机会。混杂堆积（Melange）是指经过强烈剪切、破碎和变形，难以识别的各种岩石的混合物。形成于板块俯冲带，原地形成的海沟沉积岩与俯冲的洋壳、地幔碎块刮下的远洋沉积物，经构造混杂而成，是板块俯冲消减带的一个重要标志。也就是说，蛇绿岩和混杂堆积是识别板块（地体）拼合的重要标志，是追寻消失大洋和确定板块边界的最重要证据，这方面有很多典型实例。关于蛇绿岩的成因，目前仍存在很多争议。新大陆漂移模型认为，大陆板块和地体自己会漂移，动力机制是其后面连续的伸展构造形成的造斜和沿斜坡产生的重力滑脱。蛇绿岩的形成分三步：（1）其原始形成于大陆漂移过程中，在大陆后面不断上涌的地幔，部分区域地幔上升到海底，地幔岩发生水岩反应形成蛇纹岩化的超镁铁质岩，同期形成枕状熔岩和含放射虫的硅质岩。这些岩石存在于古大陆漂移后形成的新洋壳浅部。（2）之后这些处于海相环境的洋壳区域沉积了含放射虫的海洋沉积物。（3）最后又有其他大陆板块（地体）在这些大洋区域发生漂移，像推土机一样把洋壳浅部蛇绿岩推向前方，与其他大陆板块碰撞拼合后，推覆到大陆板块之上，卷入到褶皱带中混杂堆积在一起。（1）北美洲蛇绿岩和混杂堆积在北美洲西部存在大量从太平洋西部和南部漂移而来的地体，它们在不同时期拼贴到北美洲克拉通上，形成了壮观的北美洲西部增生地体，它们由岛弧地体、古陆残片、古洋残片和海底沉积组成（图2）。这些地体之间存在数十条规模不一的蛇绿岩带，包括蛇绿岩、火山熔岩、高级变质岩及沉积岩，它们大多呈混杂堆积。图 2 北美洲西部增生地体分布图根据新大陆漂移说，这些蛇绿岩的成因机制与地体的漂移拼贴密切相关，它们应该是很多地体分别从太平洋南部和西部在不同时期漂移，最终拼贴到北美克拉通边缘形成的（图3）。这些地体在漂移过程中像推土机一样把原存在于太平洋洋壳浅部的蛇绿岩推覆到北美大陆板块之上，混杂堆积在一起。这个漂移过程不但能够得到岩石大地构造学证据的支持，也能得到古生物、深海钻探、古地磁以及海底磁异常条带等证据链的支持。图 3 北美洲西部增生地体成因机制动画图（底图为 NOAA 海底地形地貌图）（2）完达山蛇绿岩和混杂堆积利用大陆板块漂移后留下尾迹和火山岛链的特征，可以很容易推断欧亚东缘诸多陆块的来龙去脉，并甄别出其漂移的先后顺序（图4）。图中实线框代表当前陆块的位置，虚线框代表其漂移前的位置，虚箭头指示其漂移路径，虚箭头上的数字指示其漂移顺序。在这些陆块分离漂移之前，包括堪察加、日本三岛（本州、四国、九州）、朝鲜半岛和海南岛，都是拼贴在欧亚东缘的陆块。而日本北海道和库页岛及锡霍特则是从赤道附近向北漂移而来。虽然图中通过虚箭头和数字给出了相对漂移顺序，但推测它们是大致同步漂移的，也就是说不会等一个陆块漂移完成之后第二个陆块才开始漂移。日本三岛虽然都是从华南大陆边缘分离漂移到当前位置的，但它们不是作为一个完整的地块漂移，本州岛单独漂移在前，四国和九州一起紧随其后漂移。依据是西南日本和东北日本以大地沟带为界，两侧构造发展史显著不同，西南日本的四国和九州岛存在多条变质带，而本州岛则不同。从图中也可以看出锡霍特地体（含完达山）和北海道地体是从遥远的南方漂移到当前位置的，锡霍特地体与欧亚的拼贴无论是在地形地貌上，还是在地质构造、地层、岩浆岩上都有证据支持，古地磁和古生物上也能提供证据支持，更重要的是在锡霍特地体西边界的完达山地区存在蛇绿岩带和混杂堆积。图 4 完达山蛇绿岩和锡霍特地体（3）台湾和堪察加蛇绿岩从图5的地形地貌图中，可以清晰地看出，台湾岛是由两个块体拼贴而成，台湾岛东南侧的长条形地块是海岸山脉，那是一个长条形陆块后期从南部菲律宾区域漂移过来与台湾拼合在一起的，证据是它们的拼贴处存在蛇绿岩和混杂堆积，这是板块拼合碰撞的标志性岩石组合。从日本海区域裂解漂移到当前位置的堪察加陆块上也清晰地显示，它是由多个陆块拼合而成，其中较大的一个是图5中白色线条圈出的部分，它应该是在堪察加陆块主体向北东方向漂移过程中，一个陆块从太平洋区域向北西方向漂移，二者拼合在一起的产物。在这两个陆块的边界区域也存在蛇绿岩带和混杂堆积。图 5 堪察加地体蛇绿岩和台湾东部海岸山脉地体蛇绿岩（据张旗等， 2001 修编）（4）特提斯蛇绿岩青藏高原的形成和隆升是多个大陆板块（地体）在不同时期从古特提斯洋向北漂移拼贴在欧亚大陆，并发生碰撞的结果，这些大陆板块（地体）除了著名的印度陆块，还有喜马拉雅陆块、拉萨陆块、羌塘陆块等。在它们中间存在蛇绿岩带（图6）。事实上，在古特提斯闭合过程中，在非洲大陆北漂过程中其北侧还存在很多陆块（地体），它们聚合在当前的特提斯带中，形成很多条蛇绿岩带。图 6 特提斯蛇绿岩带分布图（苏本勋， 2019 ） 2.3 双变质带双变质带（Paired metamorphic belts）由日本学者Miyashiro(都城秋穗，1961）提出。是指空间上存在时代接近、相互平行、但变质特征截然不同（低温高压相系和高温低压相系）的成对区域变质带。双变质带的存在是地块拼贴俯冲的重要标志之一，低压带位于大陆一侧，沿岩浆弧分布，高压带则位于海沟附近。高压变质带常伴有蛇绿岩套（其年龄比变质时代老的多），与混杂岩共生，低压带中总体伴有安山质-花岗质深成岩和火山岩。高压低温带：在海沟和海沟内壁附近，故发生高压低温变质作用，形成蓝闪石片岩（常简称蓝片岩），常和混杂岩、蛇绿岩共生，而绝少与花岗岩共生。特征矿物是蓝闪石、硬玉、硬柱石。低压高温带：地热梯度 30 ° C/km，在火山弧部位，距俯冲带有一定距离，受板块俯冲压力较小，故发生低压高温变质作用，特征矿物是红柱石、矽线石片岩。日本西南的九州和四国存在著名的北带和南带双变质带（图7），它们是如何形成的？传统上认为双变质带的形成是大洋板块在岛弧或大陆边缘之下俯冲的结果，高压带是冷的洋壳向陆壳之下俯冲所形成，而低压带的花岗岩和火山岩是由于俯冲的洋壳在深部发生部分熔融所产生。事实上这个说法是存在问题的。图 7 日本西南双变质带区域和东海区域构造分布图（王鹏等， 2012 ）新大陆漂移说认为，日本九州和四国北带起源于华南大陆边缘的裂解漂移陆块,在漂移过程中遇到了南带至少3个微地块的漂移拼贴。从地形地貌图中尾迹上推测，南带3个微地块可能原位于日本南侧的四国海盆和帕里西维拉海盆之间，在锡霍特地块从赤道附近北漂过程中，碰撞并启动这3个地块向北西方向漂移，漂移后形成的尾迹就是大东海岭。它们与正在向北东漂移的北带陆块在琉球岛弧地区拼合碰撞，南带陆块和北带陆块碰撞过程中同步推动北带陆块，造成的挤压升温形成了双变质带（图8）。这种漂移拼贴轨迹不但能够从地形地貌图上看出，从地磁异常图上也十分清晰。也就是说，日本西南部的双变质带成因与日本大陆板块的形成过程密切相关，日本三岛（本州、四国、九州）原位于中国东南部边缘海地区，在新生代初期欧亚东缘发生裂解，产生日本三岛微陆块并自动漂移，它们漂移后形成了琉球岛弧和东海盆地。在这个过程中还发生了微陆块（地体）的拼贴。这些微陆块之间的斜向拼贴过程产生了日本的双变质带。这个微陆块的拼贴碰撞过程也使东海盆地产生了褶皱和反转构造，并在琉球岛弧的北东向构造带上产生了一系列左行走滑断裂系统（冲断构造）。东海盆地油气约90%储存于西湖凹陷的反转构造中，而反转构造的成因一直是一个谜，但从大陆漂移过程看，该反转构造的成因机制需要结合区域上陆块的漂移拼合总体考虑，同时也要考虑到琉球岛弧上的走滑断裂系统的形成和该区域的磁异常条带和地形地貌特征。图 8 日本双变质带成因机制动画图 2.4 埃达克岩埃达克岩（Adakite）指由年龄 ≤25 Ma的洋壳俯冲形成的一套岛弧岩浆岩系，由于这类岩石首次是在阿拉斯加阿留申群岛中的埃达克岛（Adak Island）发现并被确认的，因而被称之为埃达克岩。它是指形成于岛弧环境下高铝高锶而贫稀土的一种特殊类型的岩石组合,主要岩石类型包括岛弧安山岩、英安岩、流纹岩或英云闪长岩和奥长花岗岩，是板块拼合俯冲作用开始的标志。在太平洋沿岸，埃达克岩有多处分布（图9）。事实上这些埃达克岩分布区域，很多与蛇绿岩和混杂堆积以及双变质带重合，说明地体的拼合可以形成其中的一类或几类岩石组合。图 9 环太平洋埃达克岩分布图 3 初步结论上述典型例子说明岩石大地构造学与新大陆漂移说是吻合的，符合大陆漂移演化和碰撞规律，据此我们大致可以做出如下结论供讨论：（1）两个较大型大陆板块相向快速漂移发生碰撞，会形成超高压变质带。如中国的秦岭-大别-苏鲁超高压变质带。（2）一个较小大陆板块（地体）经长距离越洋漂移并拼贴在一个较大的板块上，会形成蛇绿岩带和混杂堆积。如北美洲西部的蛇绿岩带和混杂堆积。（3）一个较小板块（地体）漂移斜向拼贴在另一个较小板块（地体）上，会形成双变质带。如日本西南的双变质带。（4）在一个较小大陆板块（地体）拼贴在一个较大的板块上，形成年龄 ≤25 Ma，且较大板块正在发生相向漂移并向大洋迎冲，则可能会形成埃达克岩。如环太平洋的多个地区。按照新大陆漂移的观点，蛇绿岩和混杂岩大多是大陆板块漂移过程中从洋壳推到缝合带的岩石组合；而超高压变质岩和双变质带是板块碰撞过程中温度压力变化产生的岩石变质现象；埃达克岩则是陆块拼合，陆壳加厚过程中，新生成的岛弧岩浆岩组合。它们都是大陆板块（地体）漂移相互碰撞的产物，是识别古板块边界的标志。; 个人分类: 大陆漂移|11613 次阅读|1 个评论

学习大地构造学的一点体会: 热度 4 qsqhopeiggcas 2018-11-5 09:03; 上大学时，学过武汉地质学院、成都地质学院、南京大学地质系和河北地质学院合编的《构造地质学》（ 1979 年出版），后来开始科研生涯后， 2009 年前从事斜坡稳定性和基坑支护研究，主要涉及较小规模的断层、褶皱、节理等，鲜有涉及较大尺度的地质构造，故对研究全球岩石圈形成、演化、发展的综合性地质学分支学科—— 大地构造学，知之甚少。 2009 年开始研究地震物理预测后，亟需恶补下大地构造学方面的知识。这方面的学说不少，如 100 多年前欧美学者建立的槽台学说，上世纪 60 年代以来兴起的板块构造学说（从魏格纳提出的大陆漂移说发展而来），以及我国学者上世纪 40-70 年代建立的多旋回构造运动说（黄汲清）、地洼学说（陈国达）、地质力学（李四光）、断块构造学说（张文佑）等。写到这里，忍不住多说两句。在过去那么艰苦的条件下，我国上述学者提出了自创的大地构造学说，先不管其含金量如何，就这种敢为天下先的精神就值得后辈学习。反观现在，生活与工作环境比过去要好得多，但诸多学者唯洋人马首是瞻，除了为洋人的学说做点捡漏补遗的工作外，已几乎没有自己独创的有影响力的学说了，这实在让人汗颜呐。在板块构造学说的发展史上，奠基者魏格纳起到了关键作用，应“隆重推出”。魏格纳不是地质学家，而是一名气象学家。他提出的大陆漂移说，在地学界具有划时代的意义，但当时传统的固定论思想已根深蒂固，可以想象突破传统观念的束缚有多么困难，当时的反对声音有多么强烈。有位西方学者曾评论道“正因为魏格纳不是地质学家，没有受传统观点的束缚，所以才能提出这样一个带有革命性的地质学说”。嗯，科研突破得脱离惯性思维的约束，才能另辟蹊径啊，除此还不要在乎别人的热嘲冷讽。科研嘛，只要符合逻辑自洽性原则，且能得到诸多证据的支撑，就要勇敢走下去。在网上经常看到有人批评板块构造学说，认为其不能解释板内地震成因。当然，任何学术观点都可以批评和质疑，但质疑者得拿出铁的证据才行，因为自己理解不了或者认识有误胡乱质疑，那叫扯淡，人家可以默克杠（ http://blog.sciencenet.cn/blog-731678-1139443.html ）。具体到板块构造学说，我认为其是目前最好的大地构造学说，尽管在动力学机制等方面仍需要发展和完善，但用之不仅能解释板间地震成因，也能解释板内地震成因。因为板间地震区的地震主要受俯冲板块控制，而板内地震区的地震受板块运动驱动下大断裂约束的块体控制，尽管块体尺度有大小，但块体内的锁固段破裂机制和规律相同，两者并无本质不同呐。学说这么多，都看明白得花费不少时间，在大致了解这些学说的基本原理后，感觉板块构造学说和断块构造学说分别对我们在板间和板内地震区（构造块体）的划分研究大有裨益，用之可解决地震区边界断裂选择问题，于是重点看与之有关的文献。过去的地震区划分一般仅考虑某条断裂（带）或强震频发的条带，几乎不考虑区域性大断裂对构造块体内地震活动的制约，且缺乏定量的地震区或研究区划分方法，故地震危险性评价人为性较强，结果令人失望。古人云“不谋万世者，不足谋一时；不谋全局者，不足谋一域。”刘光鼎先生也多次强调“区域约束局部，深层制约浅层。”这些道理告诉我们，研究大地构造分区与地震区划分时，应具有足够的时空视野。我们认为，岩石圈发生地震的区域，由被区域性大断裂（带）分割的、可相对运动的层次块体组成，如构造板块（图 1 ）（ Wilson ， 1965 ）、断块（张文佑， 1984 ）与活动地块（张培震等， 2003 ）等，可视为非线性耗散系统，具有部分自相似、分形和自组织特性（ Keilis-Borok ， 1994 ）。由于区域性大断裂（带）强度远低于块体强度，构造变形主要集中于断裂（带），而内部变形速率较小的块体基本上作为一个整体运动。我们已证实，块体内部断裂与地震活动密切相关，相邻块体以剪切、压剪或挤压方式影响其加载或卸载模式，但不影响其内部地震活动性反映出的本质演化规律，因此可定义以区域性断裂为边界的构造块体地面区域（断裂线围限的区域）为地震区。图 1 板块构造及其运动方式（何登发， 2015 ）基于上述考虑与锁固段理论，我们已在全球范围内划定了 62 个地震区。只要地震区划分的正确，再加之当前地震周期内地震目录的完整性和准确性有保证，那么对地震区标志性地震的预测应相当靠谱。刚开始做地震区划分时，是以中国及其周边为研究区滴，断裂分布以邓起东院士等主编的《中国活动构造图》为主要参考。这张图对划分除华南地区外的其它区域，基本够用；但对华南地区，可能是研究程度较低以及北西向断裂大都是隐伏断裂的缘故，难以确定地震区的某些边界。正如上述，其边界必须是区域性的大断裂。这该怎么办呢？当时在写有关文章，时间较紧，又一时半时找不到有用的权威文献，再者不少文献提供的地震构造图并不完全一致。于是乎，根据有限的断裂分布资料、其他地震区划分得出的经验、地震数据约束，应用锁固段理论，推测了某些地震区边界断裂的走向和延伸长度，完成了 3.6 版《中国及其周边地震区划分图》。文章发表后，感觉不放心，于是又用了较长时间查阅文献，换不同的关键词搜索查找，真找着了几篇“潜伏”很深的文章，一核对还真神啦，大致能对上（图 2 ）。图 2 推测的断裂（上部小图）与其他学者给出的断裂对应情况通过学习大地构造学，有以下体会想与童鞋们分享：（ 1 ）科研突破是一个厚积薄发的过程，通常需要多学科的知识积累。（ 2 ）开展某一方向的科研时，建议先泛读有关综述性的文章，了解较有影响力的学说，然后带着自己关注的问题，精读与该问题关系密切学说的原理与方法，以提高学习效率。至于精读到什么程度，可本着“实用”原则。（ 3 ）深入理解基本概念和基本原理的内涵和外延，这样才能快速掌握某学说的精髓。（ 4 ）任何学说，都可能有强项与软肋，阅读有关文献时，应持有质疑和批判精神，不要盲从。本着“取其精华，去其糟泊”的理念，加之深度思考，可从中凝练出自己要解决的关键科学问题。（ 5 ）科研鼓励“大胆假设”，但必须“小心求证”。在掌握的资料不充分时，基于经验、逻辑推理等，完全可以做必要的外推，但以后别忘了用实际数据进行论证，这样可减少出错的可能性。（ 6 ）严密的逻辑推理与实证是科学“裁判”，而研究结果出乎预料的简单性往往是“赢家”的标志。致谢：我们在研究地震区划分时，苏德辰先生提供了《中国大地构造图》、《中国岩石圈板块构造图》、《中国主要构造体系图》、《亚欧地质图》、《亚洲地质图》、《中国地质图》、《中国及邻区大地构造图》；徐锡伟先生提供了《中国活动构造图》电子版、《中国地震构造图》；还有学者提供了《全球构造体系图》。在此，我们一并表达衷心的感谢。参考（略）; 个人分类: 科研随想|10915 次阅读|10 个评论

板块说的缺陷与地学的贫困: 热度 1 池顺良 2009-12-5 09:55; 关键词：大地构造学，地球自转，地幔分异，地幔对流，超高压矿物，大陆深俯冲。（一）前言在人类创建的各门科学中，地学与人类生存和生活的关系最密切。但地学对我们这个行星上海陆的起源、山脉的形成、地震与火山活动等一系列问题，至今不能给出科学的说明。地学的基础理论－地壳运动与大地构造理论，从冷缩说开始，提出的假说不下上百种。互相对立的假说众多（收缩说与膨胀说，漂移论与固定论），却没有一种能够确立。上世纪 70 年代，地学接受了板块说，作为地球科学的基础理论。经过 40 年实践检验，板块说暴露出重大缺陷。 1994 年 5 月地球构造及其动力学香山科学讨论会上，马宗晋院士总结发言中谈到：已发现很多与板块理论不相符合的事实，大洋内也有很多现象不能用板块构造理论解释，过去作的深海钻探其实很浅。地球科学理论的发展已出现多元化局面和用新理论替代的趋势。已有很多新资料提出了质疑和反证。但会议仍认为板块构造经历了二十多年的科学检验，已被证明是正确的，今后的工作是对这个理论进行补充和完善。现在地球科学处于后板块理论阶段，将在板块构造理论的基础上向前发展，走向 21 世纪。据我了解，这些与板块理论相冲突的事实并非无足轻重枝叶末节的小事 , 每一件都能致其于死地。下面谈谈板块说不能成为成功科学理论的原因及其根本缺陷。（二）板块说的根本性缺陷 1. 板块说不能说明海陆的起源大陆漂移说是板块说的前驱。魏格纳以海陆的起源一书发表他的大陆漂移说，阐明海陆的起源应是该书也是任何一种地壳运动与大地构造理论的主题。而在魏格纳的书中，海洋和陆地这些实体一开始就已存在，书中只是描述了陆块的分裂及海、陆位置的变迁，并未像生命起源或太阳系起源理论那样，向人们说明大陆及海洋的发生、发展及演化。在魏格纳的理论中，为了用大陆的拼合论证大陆的分裂和漂移，陆块的整体形状在漫长的地质时期中还必须保持不变！魏格纳理论中这些根本性的缺点却被板块理论继承。大陆漂移说和板块说的理论框架中不包含大陆和海洋发生的内容。一个不能说明海陆起源的地学理论是没有多少价值的。 2. 大陆根的发现宣告大陆漂移与板块运动设想破灭自从三维地震层析发现大陆具有 400-500 公里深地幔根后，大陆漂移与板块运动就成了臆想。地震层析技术的分辨力难于辨识尺度较小的对象，却能足够肯定地识别数百公里尺度的大陆根现象。地震层析技术发现，无论是北美大陆还是欧亚大陆，所有古陆核中心底部都有深地幔根。大陆漂移及板块运动概念均成了空中楼阁！谁也无法说明具有深地幔根的大陆能够漂移，在漂移后，陆根还能保存下来！ 3. 无视地球自转在地壳运动中的重要作用自转是地球的重要特性，一些地球科学家根据众多事实认识到地球自转在地壳运动中必定有重要作用。地震学的一个重要事实是：纬度高于 73 度的两极地区没有 7 级以上地震活动，位于地球自转轴两端点的极区无地震揭示了地球自转在地壳运动中的重要作用。然而，地球自转的作用在板块说中并没有得到反映，两极地区为何缺少地震也一直令板块说困惑。对地球自转作用的忽视，其实质是板块说对地壳运动这种耗散过程能量来源判断的错误。大地构造运动所需能量只有通过消耗地球内部或外部环境中存在的某种能源才能实现。在地球内部各种能源中，放射性热能、地球转动能是两种最重要的能源。板块说选择放射性热能为大地构造运动的驱动能源，构思了地幔对流为具体驱动机制。却将真正的动力能源―地球自转能弃之一旁。行星地球是一个耗散系统，这个系统在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，发生具有一系列特征结构的地质构造运动。要说明大地构造运动的起因并说明其过程，首先必须找准这个系统耗散的是哪种能源。能源选择错误，学说就走上了歧途。 4. 地幔对流热机驱动机制存在根本性问题上世纪国际上地幔计划的主要成果是发现了全球各地上地幔的不均一性。各大洋洋底玄武岩成分的系统差异，表明地球从星子聚集形成后，能导致地幔成分均一化的地幔对流从未发生。在 150-200km （有些可达到 300-450km ）深度上地幔中生成的大颗粒金刚石，生长温度与压力在 30 亿年中基本未变的包裹体测量结果表明：地幔中并无板块说设想的对流存在！〔 3 〕地热学的研究早就指出了放射性热量随深度呈指数减小，一个具有花岗岩平均生热率的上地壳就足以产生来自地球内部的所有热流量〔 4 〕。现在我们已经知道由于地球排气作用，地球内部放射性物质在地史早期就已集中到了地球表面。〔 5 〕地球内部放射性物质极其稀少，并不能为设想中的地幔对流热机提供热能。放射性元素的发现，使冷缩说最终崩溃；地球内部并无放射性物质，则给地幔对流这台热机釜底抽了薪。大陆根作为观测证据，金刚石作为实物证据，证明地幔没有对流，驱动板块运动的动力并不存在。 5. 地球演化中确凿存在又极其重要的地幔分异过程被忽视地幔分异是地球演化过程中确凿存在而又极其重要的物质过程。作为地球主要特征的圈层结构正是分异的结果。对流与分异是两种不相容的物质运动过程。板块说需要对流为其提供动力，分异必然被忽视！一个完善的地壳运动理论必定会对运动的主体－地壳物质的由来给以交待。杜乐天揭示了在地球排气作用下玄武岩从地幔中分异的过程。指出了地球排气在地球物质分异中起的重要作用。地震层析发现的大陆根现象，经重力反演被认证是大陆下部上地幔的高密度异常。因此，大陆根可认为是分异出玄武岩物质后留下的高密度地幔。上浮到地表的玄武岩则构成大陆物质。由此可计算出分异物质上升的平均速率约 0.1mm/a 。大陆就是从大陆根中分异上升的轻物质！地球科学必须尽早将目光从地幔对流转移到地幔分异上来。仅上述五个问题，就动摇了板块说的立论基础。反对板块说还在于，这一假说不能解释中国大陆的地震活动。 6. 板块说不能解释中国大陆的地震活动在板块说中，地震是板块碰撞的结果。但是，中国大陆地震都发生在所谓的板块内部。如何用板块碰撞解释中国大陆地震？一个办法是划小板块，增加边界。但是很难令人信服。发生在华北地区的强震对中国有很大影响。这里的强震，大都发生在晚新生代以来的继承性断陷盆地中。如山西断陷盆地、河北平原凹陷、勃海凹陷和下辽河凹陷中都发生过 7 级以上强震。在华北平原上更发育了一系列平行的断陷拉分盆地，想在板块说框架内解释华北的地震，简直难以着手。板块说登陆失败已是不争的事。中国地质科学研究院的资深研究员赵宗溥在分析了大陆内部，尤其是中国大陆造山带的地层、化石等资料后指出：碰撞造山说法，根本是没有地质事实根据的臆说，在板块说已成为主流学派一面倒的学术形势下，他大声疾呼：只有实践才是检验真理的标准，就地质来说，无论部分或全部的板快学说，不合于实际，必然是错误的。碰撞造山之说，愚诬之学；无稽之言，不可听。〔 10 〕上述所提 6 条表明，香山讨论会关于地球科学理论的发展已出现多元化局面和用新理论替代的趋势的意见是对的；而认为板块构造经历了二十多年的科学检验，已被证明是正确的则不是正确的判断。一定会有人说，板块说还是用一种统一的观点解释了如全球性的大洋中脊体系、海陆交界处的贝尼奥夫带、地磁异常条带等多种地学现象。其实，这些现象具有多解性。对这些现象同样给出合理的解释是新理论必须做到的。十九世纪末，物理学晴朗天空的天边出现了两朵小小的乌云（迈克尔逊 - 莫雷实验和黑体辐射实验）。二十多年后，这两朵乌云发展为一场暴风骤雨。雨过天晴，蓝天展现在眼前。而今，地学的天空已是乌云密布。暴风骤雨何时来到，吹散满天乌云？（三）地学的贫困大学毕业后，中学同学聚会。听学地质的同学说，地质大学有顺口溜：小构造吵吵闹闹，大构造胡说八道！听了只是觉得好奇。 1975 年，调到市地震办公室工作。地震是大地构造运动的表现，要了解地震必须了解大地构造运动的起因。就这样，开始自学地质知识，努力去了解大地构造学的发展和各种学派的概况。入了这行才对这句顺口溜的含义有了些认识。原来在这门科学中，各种不同的假说要以百位数来计算！提出来又被抛弃的假说一堆又一堆，又很少见到有人检起扔掉的假说，解剖分析一下，这些错误的假说是在哪些方面考虑不周，教训又何在。接触到大陆漂移说和板块说时，首先的反映是新奇和震撼。在了解了主要内容后，又向怀疑和批判方向转变。不久，国外又传来了地体说。说一些相距数千公里的地壳碎块会跨海越洋拼贴成新大洲。在一个允许大陆作远距离水平漂移的理论体系中，这样的推广也属自然。但对一个工程专业毕业的外来汉，这种种大胆而新奇，又很少考虑力学上可能性的想法，实在让人难以接受。以后，参加了几次地质界的学术研讨会。在一次会上听到地矿部几位地质学家提出了一种新的全球构造动力机制假说。说大地构造运动的能源来自地球内部的核反应，这种核反应区域又在地球内部风暴似地移动，引起了各种类型的构造运动。我不清楚这几位地质学家根据核物理学的那些原理提出这种假说。几年以后，这种假说的声音就再也没有听到了。又有一次，听说在地壳岩石中发现了超高压下才能形成的柯石英和金刚石微粒。于是地质学家（ Chop in 和 Smith 1984 ）据此提出了大陆深俯冲到 100 多公里深的上地幔中，以后又快速折返的深俯冲大陆动力学构造运动新理论。〔 11 、 12 〕刚听到这一说法，先是感到很新鲜。仔细一想，这种俯冲到 100 公里深度又快速折返到地表的运动（不快速，柯石英和金刚石就会退变成普通石英和石墨），其动力学过程实在让人生疑。不久，另一派地质学家提出超高压矿物是构造附加压力的作用，并不一定需要深俯冲才能形成。〔 13 、 14 〕两派经几个回合的文章官司后，深俯冲的反对派因提供的构造应力值不够，深俯冲一派占了上风。〔 15 、 16 〕大陆深俯冲成了中国地质学研究的一大热点，还列入国家基础科学研究 973 计划。（听说最新的说法，深俯冲已达到 350 公里深度了！）这个问题也引起了我的兴趣。于是找文献了解这些超高压矿物究竟是在怎样的情况下被发现的。原来，超高压变质岩主要是榴辉岩，超高压变质矿物柯石英和金刚石多呈数十微米粒级包裹于榴辉岩中毫米粒级的石榴石、绿辉石、蓝晶石、或锆石等坚硬的矿物晶体之内。 ――原来如此！柯石英和金刚石处于一个坚硬的包壳之内，受到的既有静岩压力、还会有寄主晶体包壳的围压。石榴石、绿辉石、蓝晶石、或锆石等坚硬的矿物晶体起到了高压容器的作用，成了天然压机。为计算这项围压能有多大，我请教北大力学系主任王仁院士的研究生武红岭研究员，研究结果发表在《岩石学报》上。〔 15 、 16 〕计算结果表明，由于包壳与石英、金刚石热膨胀系数、弹性模量等物性的差异，在环境温度、压力变化时，在地壳深度范围就能生成柯石英等高压矿物。也就是说，解释榴辉岩中存在的超高压矿物，并非必须引入深俯冲概念。石英－柯石英的转变压力 2.6-2.7Gpa 。当 2.7Gpa 的压力完全由静岩压力提供时，包壳外界面与石英粒－包壳界面处的压力是相同的。静岩压力减小过程中，包壳内、外界面的压力始终相同。包壳始终处于均匀压力状态，不会出现裂纹。当 2.7Gpa 的压力中有相当一部分由包壳收缩产生时，包壳内界面的压力要大于外界面压力。包壳给柯石英加压，柯石英就要涨裂包壳。此时，作为压力容器的寄主矿物内就可能出现张裂隙。实际情况是，我们确实在石榴石、锆石这些寄主矿物与柯石英粒的交界处看到放射状的张裂纹。武红岭的文章发表后，并无责疑与反驳的文章发表。按学术论争的规则，可以认为武的解释已被学界认可和接受。接下来应该结合地质环境温压变化的各种组合，进行更深入的分析，以了解这种微观超压机制最大究竟能提供多大的超压，并进行高温高压实验验证，找出这种超压机制的规律。这样，我们就发现了变质作用的一种新机理。据此，在研究大陆深俯冲时，扣去包壳围压增量再计算俯冲深度就会更合理。但在之后发表的深俯冲文章俯冲深度计算中，都不考虑扣除包壳围压。这样得出的俯冲深度又有什么价值呢？主张深俯冲的地质学家显然忽视了晶体包壳围压因素。这样的深俯冲文章是不是太不严谨了。地质学的研究对象很复杂，影响因素很多。要得到一个可靠的结果很不容易。见到一种现象不好解释，不作细致的分析，从各方面寻找这种现象的原因就贸然提出这是某种大构造活动的结果。恐怕早晚会是又一个小构造吵吵闹闹，大构造胡说八道！ 2009-12-03 参考文献： Fukao， Y., Maruyama, et al., Geologic implication of the whole mantle P-wave tomography, Jour.Geol.Soc. , Japan ,vol.100,pp.4-23,1994. 傅承义、陈运泰、祁贵仲，地球物理学基础，北京：科学出版社， 77-79 页， 1985. 池顺良，天然金刚石－ 3000Ma 以来上地幔未参与对流的物证，地学前缘， vol.9 ， No.4,2002. Buntebarth, G.,易志新等译，地热学导论，北京地震出版社。 17 页， 1988. 池顺良，放射性元素集中于上地壳的原因及其地球动力学意义，地球科学――中国地质大学学报， vol.28 ， No.1,2003. 杜乐天，地幔流体与玄武岩及碱性岩浆成因，地学前缘， vol.5 ， No.3,1998. 杜乐天，地球排气作用――建立整体地球科学的一条统纲，地学前缘， vol.7 ， No.2,2000. 方剑、许厚泽，全球地幔密度异常及其构造意义，测绘学报， vol.29 ，增刊 ,2000. 池顺良、骆鸣津，海陆的起源，北京：地震出版社， 81-84 页， 2002. 赵宗溥，大陆碰撞构造剖析，地质科学， vol.29,No.2,120-129 页， 1994. 李曙光，大陆俯冲化学地球动力学，地学前缘， vol.5,No.4,211-234 页 ,1998. 王清晨、从柏林，大别山超高压变质岩的地球动力学意义，中国科学 D 辑， vol.26,No.3,271-281 页 ,1996. 吕古贤、陈晶、李晓波、刘瑞峋，构造附加静水压力研究与含柯石英榴辉岩成岩深度测算，科学通报， vol.43,No.24,2590-2602 页 ,1998. 王清晨、刘景波、从柏林，构造超压能引起超高压变质作用吗？科学通报， vol.44,No.21,2346-2352 页 ,1999. 池顺良、武红岭，寄主矿物天然压机机制与超高压矿物的形成，地学前缘， vol.9,No.3,118 页 ,2002. 武红岭、池顺良，微观结构超压机制与超高压矿物的形成，岩石学报， vol.19,No.4,739-744 页 ,2003.; 个人分类: 大地构造|9776 次阅读|6 个评论

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标签: 大地构造学

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