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地壳构造与地壳运动——李四光（3）
seisman 2014-1-12 20:19
地壳构造与地壳运动 二、大洋底部构造的主要特点 大洋底下的岩石，全部或大部分属于硅镁层。组成硅镁层的岩石和大陆上部的硅铝层性质不同(前面已经谈过)。虽然它们都是地壳的组成部分，但大洋底下这一部分地壳，在结构和构造形态上有它的特点。这一部分，由于为海水淹没，过去在这一方面的工作不多，地质工作者们所掌握海底以下岩层构造的资料，无论在质的方面或量的方面来说，都远远落后于大陆构造的资料。最近二十多年来，尤其是最近十几年来，由于西方国家争先恐后的争夺海底的资源和怀着其他企图，海底的探测工作进展很快。他们所获得的科学资料大部分没有公布出来。这是对地质科学发展的巨大障碍，很难掌握地壳作为一个整体的全貌，因而对地壳运动问题也很难作出全面的总结。在这里，只能就已经知道的、比较显著的构造形象，概略地叙述一下。 ( 一) 大西洋方面 在大西洋方面，早已证实中间存在着一个之字形的海岭。它伸展的范围很远，北起北极圈冰岛以北，南达特里斯坦一达库尼亚和果夫岛(南纬38°，南纬40°)以南，宽800～l，280公里，高出两旁海域约1，600米。这个所谓大西洋中间海岭(附图5)，它的形状恰恰与欧、非大陆的西边和南北美大陆弯曲的形状相似。航海者早已知道这条海岭的存在，但是对它连续伸展到这样大的范围和对它的构造是不大清楚的。 根据1953年，一艘名叫“发现二号”的探测船，沿着亚速尔群岛以及海岭上的其他许多地点探测的结果，证实了海岭的中间有两个高峰，高峰之间有一条两边很陡的槽子。这个槽子是一个大裂口。这条大裂缝被火山喷发出来的岩流和碎屑喷发物所充填。在百慕大和马德拉两岛之间距离大致相等的地点，约在西经40°、北纬30°处，从3，152米深处裂口中捞出了由地壳以下喷出的一块玄武岩，测定了它的年龄是160万年。这样，可以看出大西洋中间海岭的裂口，是比较鞔近地质时代发生的构造形象。 这条裂缝，从西南到东北的方向穿过了冰岛的中部，并继续往东略微偏北的方向伸展。 这条海岭，在北纬40多度的一段中，显然有些构造上的变化。在北纬30多度和北纬18°～19°一段，看来也有些构造上的变化。在赤道附近，为走向东西的巨大平移断裂所切断。由于平移的关系，大西洋中间海岭被分割成为北大西洋中间海岭和南大西洋中间海岭两个部分。北大西洋中间海岭对南大西洋中间海岭相对的向西移动了l，000公里以上。 ( 二) 印度洋方面 在印度洋方面，也有三条大致走向南北的海岭。 最西的一条约呈新月形，遥远地对着马达加斯加东北部，呈半面包围的形势，其位置约在东经52°一62°之间，南纬3°一20°之间。这个新月形的海岭，从周围深达4，000米以下、由硅镁层构成的深海中突起，其上硅铝层厚度很少超过一公里，很象是大陆壳的残余部分。由这里曾经捞起过花岗岩块，证明它的年龄大约为5.15亿年。这显然是古生代的产物。这就是有名的瑟谢尔斯海堤。在它的东北面，还有一条狭窄的弧形的隆起带，称为卡尔斯柏尔格长垣。这个狭窄隆起带的南端，看来是和瑟谢尔斯海堤相连的，但它的两面都是深海。它的中间也有一条大裂缝，岩石性质是由基性的玄武岩构成。这一套弧形的海底隆起带，包括马达加斯加在内，很可能在印度洋西部组成一套旋卷构造体系。如果真是这样，那就不能把瑟谢尔斯海堤和与它有联系的海底隆起带当做正规的海岭看待，而是大陆上层经过了旋扭运动保存下来的构造遗迹。 印度洋中正规的中间海岭，北起东经62°一63°，北纬20多度左右向南伸展，弯弯曲曲直达南纬60°左右。这条海岭北段颇窄，在一般的海图上称为马尔列长垣。迤南，至到南纬20°左右，逐渐变宽，再南，这条海岭的宽度越来越大，而且形状不甚规则。其中的高峰有新阿姆斯特丹、圣波尔、赫德、克尔格伦等群岛。这一段有人总称为印度洋中间海岭。 最东的一条，有拉克代夫、马尔代夫等群岛，标志着南北伸展的方向。南到查戈斯群岛(约东经73°、南纬7°)，看来就消失了。往北，很可能延伸到印度半岛的西岸附近。印度半岛西部，现在还有100多万平方公里为大片玄武岩所覆盖。这些始新世时代溢出大片玄武岩流的来源，看来是与这带海岭中存在的裂口有关。 ( 三) 太平洋方面 太平洋方面，海底下不存在硅铝层，而是一般由玄武岩之类的基性岩石构成的。过去，人们认为太平洋底比较平缓，构造也不太复杂。最近20～30年来，仅就透露出来的资料看，太平洋底下的构造并不那么简单。 大家早已知道，太平洋的西边有一条深达10多公里的海沟，北起堪察加半岛的南端，南达离赤道不远的海域。它的南部分为两支：东面一支，沿着小笠原群岛所形成的海堤向南偏东伸展，最深处达到10,375米，有时称为拉马坡海沟。往南，隔了一段距离，就是博宁海沟，再南，又出现马里亚纳弧形列岛以东的弧形海沟，最深处达11，055米。东面这一海沟，从堪察加半岛南端到马里亚纳海沟的北段，大体上是走向南北的。从马里亚纳南段起，向西南弯转，和再往西南伸展的雅浦海沟、帛琉海沟形成一个雁行排列的三条海沟，并有勒罗、查连甲、雅浦、帛琉等弧形列岛伴随。这些构造现象，极其明显地表示，太平洋西南部海底向西平错了一大段距离。这一巨大的水平错动，看来是与在北纬22°左右、由太平洋中部到西南部的海底大断裂(从东经145°左右到西经166°左右)有关的。 西面的一支，也是分为几段，沿着日本本岛、琉球群岛伸展，最后达到菲律宾群岛以东。它与毗连的亚洲东部边缘的隆起带，是相辅相承的。这个隆起带，由于被海淹没，其中的高峰和特高的部分突出海面，形成一系列弧形列岛。例如，千岛群岛、日本列岛、琉球群岛等最为显著。在北极圈范围内的阿留申群岛和近赤道方面的菲律宾群岛，也可以列入这—类型的构造。 太平洋的西南边缘，一般认为应以安山岩线为界线(所谓安山岩，是一种中性的岩流)。这条线，沿着前述弧形雁行列岛所在的隆起带，就是太平洋的分界线。往东南去，直到萨摩亚群岛，突然往西南转折，沿着汤加一克马德克海堤向西南伸展，与新西兰北岛相接。这条海堤的东边，紧接着也有一条海沟。从构造的观点严格的说，安山岩线西南的海域和其中的岛屿，是和澳洲大陆有密切联系的。 这个海陆交接的巨大拗褶地带，反映了亚洲大陆东部边缘和太平洋底下的岩层，在这一带独特的构造形式。这一带，直到现在地震还是非常频繁，说明这个巨大的构造带，现在还强烈地活动。 震源的深度不等。就千岛群岛、日本列岛北部以及鄂霍茨克海域来说，根据不完全的统计，可以清楚地看出震中在地壳中和地壳以下分布的情况。值得注意的是，除很多浅震以外，震中在几十公里到近200公里的深度范围内，强烈地震特别频繁。它们大都集中在一个带中。这个带从地壳的下部斜着插人地球的深部。这个带，深到300公里左右。它和地面大致呈34°的角度。在300公里以下，这个地震中心带的倾斜度突然变大，与地面约呈58°的角度。倾斜方向都是向大陆方面而不是向海洋方面。这是极堪注意的、与深部和浅部地震有关的又一事实。 太平洋的东部与北美大陆西边接近的海域，自1955年以来，发现了不少惊人的现象。其中，最引入注意的是，在太平洋东部也有一条大致走向南北的隆起带。北起温哥华岛附近，经过加利福尼亚半岛和加利福尼亚海湾往南伸展，在赤道附近略向东弯曲，迤南又微向西南伸展，到南纬17°、西经127°左右又向东南转折，在依什特岛西南直向南伸，达到南纬41°附近，又有略向西南转折的趋势。这一隆起带中，发现了一个极堪注意的特点，即在其中许多段落，发现了地下热流异常的状态。其数值比普通热流数字大得多，为3.06—8.09每秒平方厘米卡。 更引人注意的是一系列比较古老的强烈纬向断裂带，由北往南挤压，同时北盘由东往西相对平错，错距达到惊人的程度。其中门德西诺断裂带，位置在北纬40°40′。这个带的岩石破碎很厉害，破裂的岩块在断裂以北，总起来说稍稍向高纬度方面倾斜，向低纬度方面呈悬崖状，高1，515～3，030米，东西长1，600公里以上。同时，在派阿尼亚，约在北纬38°，又发现了同一类型的摩利断裂带。北纬26°左右，走向东西的断裂带，北纬20°左右的克拉里用断裂带，以及北纬11°30′的克利帕顿断裂带等属同一类型断裂带。迤南，又在近赤道地带发现了同一类型的加拉帕戈斯断裂带，在南纬5°左右依什塔岛附近和加拉帕戈斯之间，也有同一类型向东西延长的断裂带。南纬27°左右，不久以前又发现了一条东西延长甚远的大断裂，称为伊斯特断裂。 根据太平洋东部北段航磁测量的结果，在北纬27°30′，西经110°，发现了大致走向南北的很多磁异常带。这些磁异常带反映什么?现在还不太清楚。但它们是基性或超基性岩石存在的标志，可以说是不用怀疑的。这些异常带的排列有一定的式样，在门德西诺断裂带以北和这个断裂以南的南北向排列的磁异常带的式样对不起来。后来发现，如果把门德西诺断裂以南的海底地块，沿着断裂往西挪动1，160公里，磁异常带就恰好对起来了。同样，在门德西诺以南的派阿尼亚断裂带南盘的海底地块，沿这个断裂带往西挪动256公里，南北磁异常带恰好也可以对起来。在摩利断裂带南部海底地块，相反要向东沿断裂带挪动154公里，南北的异话带又恰好对起来了。 值得注意的是，跃过中美陆地往东到加勒比海南岸，也出现一条走向东西的大断裂带。它的纬度位置，恰好和太平洋中的克利帕顿断裂带一致。加勒比海的北面又有一条走向东西的大断裂带，经过古巴岛的南岸(北纬20°)向大西洋方面延伸。有些沿着加勒比海做过工作的地质工作者认为，加勒比海底下的岩层向东移动了一大段距离，从而造成了小安的列斯群岛。 太平洋北部，在东经172°左右，有一条走向南北的构造带，性质尚未查明。北起北纬75°以北，南达北纬30°以南。太平洋东北部，阿拉斯加海湾有许多火山锥和平顶火山呈雁行排列。 最近获得的资料证明，在阿拉斯加湾中，有一道弯曲的海沟，大致与北美洲西北部海岸平行。这一道海沟以南，在平坦的海底中，存在着许多平顶火山和若干火山锥。它们突然冒出海底高达106～377米。平顶火山的顶大多深76米，只有阿留申海沟中的一个，平顶的深度达242米。这证明阿留申群岛南面的弧形海沟的形成是在平顶火山形成以后，而平顶火山的形成，又肯定是突出海面的火山经过海水浸蚀削平，继以往下沉降的产物。它们之中的一部分，呈弯曲的雁行排列。那些火山很可能是沿着雁行排列的断裂喷发而形成的。这就显示，向东南收敛、向西北方面撒开的旋扭构造的存在。 太平洋中部有一系列的岛屿呈雁行排列，每一列线状排列岛屿都是走向西北一东南。这些岛屿，有的是珊瑚礁，有的是玄武岩流的残余部分，有的是受到侵蚀很深的火山岛，有的是基本上没有受过侵蚀的火山岛。有少数是现在还在活动的火山岛。其中，有许多火山岛呈平顶形，名叫盖约特。珊瑚礁，大都是在受过了长期侵蚀的火山岛的基底上成长起来的，成长的时期在白垩纪。同一条列岛不是同时形成的，而大都是由东南向西北进展，只有极少数进展的方向相反。每一条雁行排列岛的构造性质，现在还不大清楚。从夏威夷群岛西北部的情况来看，那里存在着走向西南一东北的张裂带。这一现象，对太平洋东部海底以下地壳的运动，有十分重大的意义。 ( 四) 北冰洋方面 北冰洋方面，也存在着一个海岭。这个海岭，从新西伯利亚群岛起，穿过北极附近达到北美洲东北角的埃尔斯米尔岛。这个海岭的两边，看来是以巨大断裂为界线的。另外有人认为，以北极为中心存在着辐射状的大断裂，在北纬80°左右最发育。但也有一些断断续续延伸到北纬70°以南，深入到亚洲大陆的北部白令海峡，北美西北部和格陵兰两边。 * 综合前述各种主要构造类型在大陆上和大洋底下分布的规律，可以看出： (1) 凡属巨型纬向构造体系，在大陆壳的上层，一般甚为复杂，挤压甚为强烈。它们的南面经常有巨大的平错断裂，平错的方向总的说是相对向西的，因而在巨型平错断裂以南的地带中，造成了大批褶皱和断裂的多字型构造体系。构成这种多字型构造体系的褶轴，一般呈弯曲现象，标志受了整个地带相对往西平错的影响。中国中部，在秦岭和淮阳山字型构造以南的地区中，这种往西的拖拉现象极为显著。 在地中海南岸地区，有巨型纬向构造带，并有巨大的平移断裂。这些巨大平移断裂总的平移方向，对地中海以北的欧洲南部地区来说，是向西平错的，而欧洲南部相反是向东平错的，但对于地壳底部来说，它们都是向西滑动，不过欧洲方面滑动较少些。由于这种平错和水平滑动的作用，在欧洲的东南部就发生了一系列的巨型旋卷构造。这些旋卷构造体系的旋转轴是垂直的。就是说这种旋卷构造，都是在地壳上层中水平旋扭运动的产物。 在太平洋的东部，那些巨大的平错断裂，看来不象大陆上巨大构造带那样复杂。它们把太平洋底那一部分地壳划成几截，每一个平移断裂以北的一截，除了其中一截以外，都是往西平错。在北美大陆上，不见这些平移断裂的踪迹，而在加勒比海和大西洋底，它们又有出头露面的迹象。 构成大洋底下的岩层是基性或超基性的，而构成大陆壳下层的岩石也是基性或超基性的。因为这种关系，不难推断太平洋东部的那些巨大平移断裂，在美洲的南部和中部很可能存在。这就标志着大陆上层的构造和下层的构造，甚至还可以说大陆上层上部的构造和它下层的构造，一般是不相符合的。 从这种主要的构造体系局限于地壳上层的这些事实，我们可以总结出地壳运动的一个特点，就是地壳运动，无论是在大陆方面或大洋方面，主要是水平的或近于水平的运动。垂直运动，是派生的。 (2) 凡属巨大的乃至中型的经向构造带，在性质上主要不外两种——挤压的或张裂的，但有时也显示压扭或张扭的迹象。例如在我国西南部和东南亚地区的北段甚为发育的经向构造带，显然是对地球深部或地壳底部抑或地壳上部，由东往西，向印度洋方面水平错动的产物。从云、贵地区地震资料来看，在那里震源的深度，一般最大在10公里上下，这说明地壳运动在那些地区，现在还在进行，也说明往西滑动的地壳，仅限于地壳的上层。乌拉尔山脉的形成，一部分原因，看来也是属手地壳的平移运动，不过，在那里这种运动产生的褶皱带恰巧与跨欧亚山字型的脊柱复合了。 北美西部的褶皱山脉和高原地带以及南美西部的褶皱山脉地带，也是南北美各部分对地球深部或地壳底部，由东往西，水平推动的产物。推动前沿地带，即濒太平洋地带，不是严格地走向南北，而是在不同纬度的部分朝西错动和滑动的程度不等。同时，在北美大陆方面，围绕着阿拉斯加海湾，发生了一个大规模的旋扭运动，给整块北美大陆一个顺时针的大规模转动，由于这个大转动加上一个向南的水平错动，这就在西面产生了圣安德利亚那样的大断裂，而在北美的东北部就和格陵兰分离了，并造成了一大批破裂的陆块。南美大陆往西的错动和滑动，落后于北美大陆，但在它的北部，安第斯山脉向西凸出的地块范围内，它向西的滑动还是比较突出的。 南北美大陆的向西滑动，对欧、非大陆来说，是一种大规模的分裂，大西洋中间的海岭，可能是欧非和南北美未分裂以前，一个大陆整体下层残留下来的部分。海岭也跟着大西洋东西两面海岸线弯曲的形状，照样蜿蜒弯曲。所以，可以设想大西洋这个海岭是地壳下部残余的部分。南、北美大陆和欧、非大陆之间的分裂运动继续进行，就形成了海岭中间的深大裂隙，从中冒出了大量基性岩浆。这些基性岩浆，可能是从地幔的上层冒出来的。 非洲东部的大裂隙和地中海东岸走向南北的大裂隙，基本上都属于张性裂隙。在这一带，张裂运动之所以发生，主要是由于这个裂隙以西的大陆，对它以东的陆块发生了相对往西的滑动。这样就形成了基本上走向南北的深大裂缝。其次，也可能由于非洲大陆受了南北两方面的挤压而更加强了分裂的运动。从裂隙中冒出的基性岩浆和它还没有填满的深度来看，这条大裂缝，肯定穿过了地壳的底部。 在印度洋中间之所以出现经向大裂隙，可能是裂隙以西地壳的下层或地幔的上层在水平面上向西滑动，因而与印度洋中部分裂了，也可能是亚洲大陆中部向南挤压而造成的裂隙。不能排除这两种因素，都起了一定作用的可能性。 在亚洲大陆东部边缘地区的经向构造带，例如从库页岛到日本本州的北部，基本上是一条走向南北的大陆边缘构造带，是东亚大陆方面与太平洋方面发生了强烈挤压运动的产物。堪察加半岛东部和千岛群岛是濒太平洋的边缘地带，是新华夏构造体系的组成部分。根据大量的统计数字，这个部分是一个地震极为频繁极为强烈的地带。震源所在的范围集中在深入地下的狭窄地带中，震源带向鄂霍茨克海方面倾斜约34°。达到了深度约300公里左右，这个震源集中带改变了它的倾斜，到58°，深度达到将近700公里。这样激烈，这样深入地下的一个震源集中带，很可能是亚洲大陆东北部边缘和太平洋底部，在后者向西推动，前者向东阻挡而形成的一个强烈的扭动(剪切)带。长期以来，扭动不断发生，不断进展，浅震和深震也在不断发生。 日本弧形列岛，琉球群岛以及台湾、吕宋之间的列岛，大体上和千岛群岛类似，是东亚濒太平洋边缘的新华夏隆起带。这些弧形列岛的东面，也有较深的海沟。这些地带也是经常发生强烈地震的地带。所以，上面所说的向西倾斜深入地壳或地壳以下的震源集中带，在日本本岛、琉球群岛、台湾到菲律宾群岛这些地带的地下也有可能存在。但考虑到在北纬大约28°以南，亚洲大陆，至少亚洲大陆上层，在中国西南部和东南亚的西部面临印度洋方面，存在着强烈的和紧密的经向褶皱带。这些褶皱带反映了高度的塑性形变。亚洲大陆这一部分好象显示，在一定的程度上，削弱了它对太平洋底部向西平错的刚性抵制。 （3) 新华夏系和华夏系构造体系，是规模宏伟的多字型构造，是东亚大陆地区特有的构造体系。在反映地壳运动的方式和方向的意义上，它们和中、小型的多字型构造是基本相同的。凡是多字型构造，都反映它所在地块两侧发生过相对的扭动。就新华夏系、华夏系所在的地区来说，它的西面即中国西部高原和它以东的地区以及东北亚地区，对太平洋方面发生过相对向南平错运动。 有些较古的华夏系构造，特别是压扭性构造带，可能由于后起的同一方向扭动的影响，转变为新华夏构造体系的组成部分。 华夏系构造体系，看来在古生代末期已经基本形成了，甚至更老一些。构成新华夏构造体系的运动，在白垩纪末期已经发展到一个高峰，现今许多地区仍在继续活动。这一点在调查研究与地震有关的活动构造带的工作中，应予以重视。 (4) 地壳的一部分，譬如说，被纬向构造带划成的一截中，如果全部均匀地向低纬度方面错动，那就形成了一条纬向的逆掩断裂带，如果不是均匀地向前错动，而是其中一部分向前错动较多，其结果就不能形成一条直线形的扭压带，其中向前错动较远的部分，就会形成一个向前面凸出的弧形构造带，而剩下的两边或者固着在原来的地位，或者也稍微向前错动以致形成反射弧。这种情况，也适用于经向构造带。这样，每个山字型构造，都反映它所在的地块向赤道方面或向西的不平衡的水平扭错运动。 山字型构造是扭动构造体系中最普遍的类型。一般地说，山字型构造体系表示各有关地壳部分不平衡的水平运动。规模较小的山字型，影响地壳深度也比较小；规模巨大的山字型，譬如说跨欧亚的山字型，可能影响地壳的底部，甚至地幔的上层。它的前弧的顶点，在东经60°左右。这就标志着伊朗一阿富汗高原地区，是这个山字型向南发生了相对水平错动最突出的部分。这一相对水平错动，是在东面对中国西部高原地区，西面对东南欧喀尔巴阡等山区来说的。事实上，这个山字型东西两面的反射弧，对中国西部地区之所以成为高原，欧洲东南部地区之所以发生一些连环的旋卷构造，很可能起了一定的作用。 一个固体受到了外力或体力——例如重力、磁力(如果有磁性的话)、惰性力(在运动中产生的力)——的作用时，其合力如若不通过那个物体的质量中心，就会发生转动。一个地块所受到的水平推动力量的合力，如果不通过那个地块的质量中心，那个地块就必然在水平面上发生转动。在一般的情况下，一个地块的周围总是存在着毗连的地块，这样它就不能自由转动而必然发生旋扭运动。周围的地块受到了旋扭的影响，留下了扭动的痕迹，那个地块自身也受到了旋扭的影响，也留下了扭动的痕迹。这就说明，各式各样的旋卷构造，都是由于地壳的某些部分在水平面上，在不同条件下受到了不同程度的旋转运动的结果。 在我国许多大扭裂带之间的地带中，往往出现不同类型的旋卷构造。它们都反映由于那些扭裂带之间的相对扭动而产生的派生运动。那些大扭裂带，有时是属于华夏系的扭裂带，有时属于新华夏系扭裂带。还有，与二条大扭裂带毗连的地区，也由于扭裂带一边的局部地区，受到了大断裂平移的影响而发生扭转运动。 庞大的澳大利尼西亚的旋卷构造，就是东亚大陆，特别是东南亚向西平错而拖动了赤道以南澳大利尼西亚地壳部分的反应。拖动的平错距离，在贯穿新西兰南北两岛中间的平移大断裂达500余公里。亚、澳两洲相对扭动，在以班达海为中心的旋涡状构造中，极为强烈的反映出来。在南、北美大陆之间，同样发生了北美对南美往西的水平扭动。这一水平扭动，在环绕着加勒比海东部的地域，也发生了极为强烈的旋扭运动。在大西洋海岭赤道附近地段，存在着横亘东西的扭性大断裂。在这个断裂以北的海岭对以南的海岭，往西挪动了1，000多公里。在地中海地区，非洲北岸阿特拉斯一带的巨大扭断裂的北盘，向东平移扭错的程度不等，但它们总的趋向对地中海以北的欧洲大陆来说，后者是相对往东平移错动的。由于欧洲大陆南部，在水平面上发生了向东扭错的运动，伸入地中海的意大利半岛，成为在东南欧发动一系列旋扭运动的“操作把手”。它原来的位置，可能大致与科西嘉和撤丁岛平行，遭受反时针向的扭动以后，第勒尼安海域加大、加深了，西西里岛往东搬动了，亚得里亚海那样一个奇怪的海槽才形成了。非洲向西突出以南的部分，有向西滑动的迹象。南美大陆也有向西滑动的迹象，但它滑动的程度远远落后于北美，然而对非洲大陆南部来说，它又比较前进了。 以上四种不同方式的运动，在地壳的许多部分和在地壳的上、下层中，虽然各自都有区域性的特点，表现不同的运动方式，但是归根结底，它们总的方向都是一致的。换句话说，从构造体系分布和排列的规律来看，地壳的区域性运动的方向和地壳整体运动的大方向，是统一的、是一致的，即不是经向的水平错动，就是纬向的水平错动。经向的水平错动，有把地壳上层的物质，从高纬度向低纬度推动的趋势；纬向的水平运动，有把大陆向东西两方面分裂，南北大陆相对扭动和大陆西部边缘挤压成为雄巍的褶皱山岭地带的趋势。 许多巨型构造体系，譬如说复杂的纬向构造带，在古生代有的已经形成，有的已经开始发展。又如在我国的山字型构造体系，大都是中生代中叶已经初具规模。在其他地区如跨欧亚的山字型，在晚古生代已经形成。而在美洲东部地下的山字型，在早石炭纪时代已经有个轮廓了。这些构造体系，从地震现象来看，有的还在活动。这样看来，现今大陆上的经度、纬度，至少和古生代时期的经度、纬度大致相同，也就是说至少3亿多年以来，地轴的位置，在地球中的方位变动不大。它在天空中，是否比陀螺轴的摆动程度有更大的变动，那是另一问题。 为什么大陆上的物质，有向低纬度方面推动的趋势?为什么东南亚大陆向印度洋方面水平错动?为什么非洲大陆对欧洲大陆向西水平错动?为什么南、北美大陆向太平洋方面水平错动，而北美大陆较南美大陆错动更大?为什么太平洋底的西边，特别是它的北段有向亚洲大陆以下的深部楔入的现象?为什么在低纬度方面，特别在地壳的下层和太平洋底，纬向平错断裂特别发育?为什么地壳上层的构造，在许多地区比它下层的构造更为复杂？这许多问题，都牵涉到构成地壳上下层物质的性质和它存在的条件(主要是压力和温度）有关。而更重要的决定因素，是推动地壳运动的力量。 是什么力量按照前述的方式推动了地壳运动?适合于前述地壳运动方式的要求，看来只有一种力量，就是在重力控制下地球自转的离心力。 地球自转的离心力的垂直分力，为重力所抵消，它的水平分力，在地壳中各点，总是与地球表面上相应的一点的切线平行，总是与经度一致指向低纬度方面，积极地发挥它的作用。水平分力的大小，在两极和赤道都等于零，在中间纬度地带最大。在地球中，同一纬度上的各点，离心力的大小与那些点到地轴的距离为正比例，又与地球自转角速度的自乘为正比例。这就说明，地壳上层构造的复杂程度，往往超过下层构造的复杂程度。 如果地球自转是推动地壳运动的主导因素，我们就要问，为什么在地球漫长的发展历史中，它没有早就达到了平衡状态?这种力量究竟够不够强大，足以推动地壳运动?这样，就不可避免地引导进一步的设想，即地球自转的速度在地球发展的历史过程中，经过比较大幅度的变化。人们早就知道，一年的冬夏两季，地球自转的速度有微不足道的变更；与l4个月和19年章动有关的微小变更；另外，还有第三种所谓“不规则”的自转速度变化。正是这种所谓不规则的变化，促进我们去找它变化的规律。 大家知道，月球通过潮汐影响使地球自转逐渐变慢，但是这个变慢的幅度和速度是很小的，因为潮汐影响，无论是海潮或体潮，都是具有一定“弹性”的。有人发现了现在还在生长的珊瑚，每一年留下360条左右的生长线。这是由于珊瑚在白昼太阳光中分泌出碳酸钙较多而夜晚极少，甚至停止。冬季和夏季的生长形态，有明显的差别。最近，又有人发现中泥盆纪时代的某种珊瑚，显示一年内有385—410条的生长线。就是说，在那个时候，一年有385天或410天。而在晚石炭纪时代，显示有385—390条的生长线。就是说，在晚石炭纪时代，一年有385天或390天。如果地球绕太阳的轨道不变，它公转一周的时间就不大可能有所变化。那么，在过去那些时代，地球自转的速度比现在就快多了。如果地球绕太阳公转的轨道有所变化，那样，就很可能所有行星绕太阳的轨道有所变化。那是另一问题。当然，这方面的工作还仅仅在开始，从这里还找不出地球公转和自转速度较大幅度变化的规律。但可以说，自转速度较大幅度的变化，在地球存在的漫长历史中，是有可能的。 为什么地球自转的速度会发生变化?看来，是内因为主的。外因不过象潮汐作用那种轻微的影响。什么是主要的内因?现在我们很难肯定，但有一条规律是寻找内因所不能忽视的。在大体上地球已经成为现在这样一个地球的条件下，我们在考虑它的运动问题中，必须注意角动量守恒这个规律。在四十几亿年以来的时间中，不能不考虑这个定律。这条定律，简单说就是，地球内部物质如果集中，它的自转速度就一定要变快。地球内部的物质有种种方式可以集中，一是地球缩小；二是其中密度较大的物质，逐渐渗入地球的深部，反之较轻的物质向地球上部移动而形成对流。相反，如若地球逐渐膨胀，地球内部的物质，尤其是较重的物质向地球上部扩散，地球的自转速度就必然变小。 在地球自转逐步加快的过程中，如若地球作为一个整体，不能变成一个有适当扁度的扁球体以适应自转加快的要求，那么，就不能不由改变地壳中物质的分布，来加以调整。现今地球的扁度，就不适合地球自转速度的要求。这是一个现实的例子。在地球自转速度加快的时候，有些粘在地球上不甚坚固的那些部分，在调整的过程中，就跟不上地球自转速度的加快和其他部分同一步伐由西往东向前进，以致掉队了。南、北美大陆就是掉队的典型例子。由于这两块大陆掉了队，向西滑动，在它的东面就形成了大西洋，在西部边缘遇着太平洋底的阻挡，就形成了南北美大陆西部巨大的褶皱山脉和高原地带，在太平洋东部也形成了一个海岭。 象上述这样一场大规模的地壳运动发生的时侯，地球深部必然会受到一定的影响，地壳下部的酸性和基性岩质乃至地幔上部的超基性岩质，必然会乘机活动，从裂隙中间闯入地壳的上部，或甚至冒出地球表面形成火山爆发、大量火成岩浆迸出的现象。这样一来，密度较大的、埋藏在地下较深的物质，就形成向地球表面侵入或冒出的现象。这种现象，和大陆上的纬向和经向水平扭错运动对地球深部发生摩擦的影响结合起来，好象自动刹车的车阀的作用一样，让地球自转的速度又变慢了。这是符合自然辩证规律的。 * 前述各种方向和各种方式的地壳运动，由于在空间进展的速度不平衡，步伐不一致，就必然在毗连地块之间，发生扭错。在时间上，这些运动的进展也是不平衡的。有长期缓和的运动，有急促强烈的运动。后者往往在某些地带有火成岩的活动伴随，甚至达到爆裂的程度。地层的记录证明，缓和和强烈的运动，是相承相间的。 地球内部物质的结构是致密状的，在有致密状充填的空间，任何物质向中心集中的运动，必然是缓慢的。由这种运动引起的地球自转速度加快的进程，也必然是缓慢的。这说明长期的运动，往往是和缓的运动。反之，和缓的运动，往往是长期的运动。在自然界，运动是永远不会停止的。即使运动的发动，从表面现象看来，有间歇性，然而实质上推动地壳运动的主导原因的地球内部物质运动，总是在不断进行。 因此，可以断定，有地壳存在，就有地壳运动，不管运动是在缓和的阶段，还是在激烈的阶段。地壳运动之所以能克服阻力，不断进行，必然在地壳中长期存在一种力量推动它，不管这种力量是怎样来的。为了确定这种力量的大小和它作用的方向，通常是在组成地壳的岩石中，与力量作用方向垂直的剖面上，划出一个单位面积，在这个单位面积上作用的力量，叫做那里的主应力。 根据前述有关构造体系排列方位和地壳运动方向的论点以及地壳或其上层远程逆掩水平移动的事实，不可避免地导致这样的结论，即地壳运动主要是水平运动。推动这种运动的力量，在岩石具有弹性的范围内，它是会在一定的过程中逐渐加强，以至于在构造比较脆弱的处所发生破坏，引起震动。这就是地震发生的原因和过程。解决地震预报的主要矛盾，看来就在这里。 这种论断，毕竟只是论断，是间接的认识。要落实这个论断，还必须通过实践。我们一次又一次，在不同地点，通过解除地应力的办法，变革了地应力对岩石的作用的现实状况，不独直接地识认了地应力的存在和变化，而且证实了主应力，即最大主应力，作用的方向，处处都是水平的或接近水平。 全世界每年发生地震约五百万次，其中百分之九十五以上是浅震，即震源的深度在5公里到20公里上下。一般震源浅、震级大的地震破坏性较大。 从历史的记录来看，毁灭性的地震，在地球上构造活动的地带，断断续续地发生。火山爆裂，也在这里或那里断断续续地发生。总起来说，虽然不能与大量基性岩流进出的时代比拟，但有时也达到惊人的程度。如公元79年地中海东部地区庞培和赫尔丘兰纽姆那样繁荣的城市，遭到火山喷出炽热物质和大量岩流残酷的毁灭。1783年，由冰岛的大裂缝冒出的玄武岩流泛滥达349平方公里。1877年，非洲坦噶尼喀地区，由非洲东部大裂缝中，从地球深部冒出大量基性岩流。1883年8月27日早晨，爪哇与苏门答腊之间的喀拉喀托岛，接连四次爆发了惊天动地的爆炸，爆炸声音达到4，800公里以外，黑烟浓雾般的灰烬，冲入高空达80公里，全岛三分之二，瞬刻变成微尘，剩下三分之一，也不久就崩塌到海中去了，现在只遗下一个4一4.5公里宽的环形火山口，未被海水淹没，1953年和1959年还有玄武岩流喷出。而且太平洋区及其他地区火山的活动，并没有停止。这样看来，我们的时代，不是地壳运动和缓，而是正处于相当强烈的时代。 （全文完，下面有 pdf 文件可下载） 原著： 李四光《天文 地质 古生物》1972年科学出版社，p.83-115 翻录者： 陈立军 2014.1.8 联系方式： QQ 775844819 科学网博客： http://blog.sciencenet.cn/u/seisman 2 地壳构造与地壳运动—李四光.pdf
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地壳构造与地壳运动——李四光（2）
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地壳构造与地壳运动 ( 二) 经向构造体系 走向南北的强烈褶皱带群，集中的出现于我国四川西部，其中以大雪山为主体。这群强烈的褶皱山脉，向西北逐渐弯曲插入西藏高原及青海地区，与其他构造体系复合而形成强大的弧形褶皱带，向南延伸到云南的北部和西部。在我国西南部以西和以南，在缅甸境内出现同样走向南北的剧烈褶皱带，其东部伸入泰国和马来亚，其西部主要是阿拉干山脉。它向南延伸，形成安达曼群岛、尼科巴群岛所构成的弧形构造带，微向印度洋方面凸出。这群强烈褶皱山脉的东南部分，除个别走向南北的褶皱山岭如大凉山之外，大都是沿着红河流域向东南弯转，构成哀牢山和无量山两条巨大逆掩断裂带。这群强大的经向褶皱带，它的北段，显然是受了中国西部高原和其中走向近东西的巨大山脉的影响，而在它的南段，又受到了印度洋海底岩层的抵制，就形成了一个之字形(或反S形)的强大褶皱带。但必须指出，其中主要部分是走向南北的。 在中国的北部，也有一些分散的不太强烈的经向褶带与其他构造体系复合或部分复合。如陕、甘、宁交界地区和陕西东部，以及太行山的东部等地带，都有走向南北的褶皱带存在。同样，在中国南部，也有一些分散的、不太强烈的经向构造带，出现于贵州的东南部、湖南的东南部、江西的中部等地。 值得注意的现象，是形成中国西南部强大反复褶皱带的岩层。如若把它们摊平起来，那么它们现在所处的地域，显然是面积不够容纳它们。这样，显然是那些形成强大褶皱的地层，只限于地壳表层，或者地壳表层的上部，原来铺平在更东的地区，经过了水平的向西滑动，就形成了现在的褶皱。在云南发生的地震，往往都是浅震。这种现象，也可以说是地壳上部水平滑动的征象。 在东亚大陆边缘地区，也有若干显著的南北向构造带出现。如堪察加半岛的西南部，库页岛到日本北海道的西北部，日本本岛的东北部，吕宋岛的大部分等。这些经向构造带，大部分和其他构造体系复合。 在大陆上的其他地区，也存在着强大的经向构造带。那些经向构造带，有的是挤压性的或扭压性的，例如乌拉尔山脉和南北美大陆西部的科迪勒拉、安第斯山脉。这些褶皱山脉或隆起的地带，虽然不是严格走向南北，但就科迪勒拉来说，它中间最宽的一段是走向南北的，只有它的北段和南段由于其他构造干扰的原因，形成了强烈的之字形弧形褶皱。它总的形象和中国西部以及亚洲东南部濒印度洋地区的强大褶皱带的形象极为类似。南美西部安第斯山脉的北段，虽然显现向西突出的弧形，而在占它绝大部分的南段，可以说是走向南北的。有些张裂性的大裂口，是大体上南北向伸展的，如东非东部的大裂隙（包括红海)、亚洲西部死海、约旦河谷以及欧洲西部的隆河河谷、来因河谷，直到斯堪的纳维亚的大断裂，都是典型的例子。其他局部的张裂，还有许多分散在大陆上各地，在此不一一列举。 ( 三) 新华夏构造体系 新华夏构造体系的主体，是由走向北北东的几条隆起褶带和沉降带构成的。其中最东的一条隆起褶带，就是东亚大陆边缘濒太平洋的强烈褶带。这条褶带的东面，有一条很深的海沟。这条海沟是太平洋的基底岩层，也就是与大陆壳下部以及其下的组成部分相当的岩层，沿着东亚大陆边缘，形成了一条向下弯曲的地带，和大陆边缘的向上弯曲的褶带紧密的联系在一起。这一紧密相联的“隆起”和“拗陷”的褶带，不是一条直线，而是由一串弧形构造形成的。前已提过，每一个弧形构造，都受到了大陆上，而不是海洋方面强大纬向构造带的控制。 在这一个隆起带以西，就出现了鄂霍茨克海、日本海、东海、南海等沉降褶皱带。再往西，又出现了锡霍特山、斜贯朝鲜半岛的紧密褶带和中国东南部的武夷山等褶皱山脉。再往西去，又出现了一系列走向北北东的沉降带，包括黑龙江下游流域、松辽平原、华北平原和江汉平原等构造盆地。这些盆地，不是连成一气的，而是和它们西面的褶皱隆起带一样，分段落的相对的略微向东或向西有些出入。它们之所以各自成为单独的沉积盆地，很显然是强大的东西构造带，把它们本来是一条沉降带分隔开了，而且微向东或向西相对的挪动了。 在这些略微离开的盆地以西，又有大致和各个盆地延长方向一致的褶皱山脉出现。在我国境内，最北的一条是大兴安岭，其次是太行山脉，最南的是贵州高原东部的褶皱地带。在这条褶皱隆起带以西，还有三个盆地：一个是呼伦贝尔——巴音和硕盆地；再一个就是陕、甘、宁盆地；最南的一个是四川盆地。这三个盆地，是由阴山纬向构造带和秦岭纬向构造带隔开而形成的。如果把它们联系起来看，很清楚，它们都是走向北北东一南南西的一条沉积构造盆地。 由于这些隆起和拗陷构造带，大体上都是在中生代末期开始出现，而且直到第三纪末期，甚至局部地区现在还有所活动。所以，在这些盆地中的沉积物，和那些沉积物所受到的构造运动的影响，在很大程度上有相似之处。不待言，中生代以前的地层，也受到了它们的影响。 在这些主要隆起和沉降带中，以及邻近的地区中，走向北北东的褶带，和这种褶带有密切联系的压性、扭压性、扭性和张性的断裂，发育甚为广泛。所有这些都属于新华夏构造体系。但在局部地区，由于它们受到了东西构造带，南北构造带和它们自己的强烈扭裂带的影响，经常发生各种型式的旋扭构造。 构成新华夏构造体系的大、中、小型的褶皱和不同性质的断裂等等，主要是分布在东亚大陆边缘的海域中和它们以东的弧形列岛上，以及它们以西的大片大陆上。在我国东部，这个构造体系极为发育，在我国西南部如云南的东部、广西的东北部也经常出现。在这些陆地和海域中，新华夏构造体系，往往受到其他构造体系的干扰，它也干扰其他构造体系，其结果就形成了各式各样的构造体系复合现象或联合现象。所谓复合现象者，是指相干扰的构造体系交织在一起，但基本上各自保存它们固有的组成成分的形态。所谓联合现象者，是互相干扰的构造体系，彼此结合或混合在一起，双方互相牵就而形成另一种构造体系，在一定程度上具备两种构造体系的特点。 上面提出的一些问题，在大陆近海，譬如说黄海、东海海域石油和天然气的勘探工作中，是具有头等重要意义的。 ( 四) 华夏系和华夏式构造体系 华夏系构造体系，也是亚洲大陆的独特产物。属于这个类型的构造体系，也和新华夏构造体系一样，是以走向东北一西南的褶皱，挤压性、扭压性断裂或挤压破裂带为主体的。有时有不同性质的火成侵入岩体，特别是花岗岩体和它伴生。同时，又经常有与褶皱轴垂直的张断裂和斜交的扭断裂出现。 较老的古生代地层以及更古老的地层，大部分卷入了这个类型的构造体系。由于它们往往被较新的地层所掩盖，它们是否象新华夏构造体系那样，在某些地带特别集中发育，而另外一些地带褶皱比较平缓。这个问题，现在还不能肯定答复。可以肯定的是，它们受东西构造带的干扰是很明显的。在东西构造带中，它们的踪迹也是很明显的。 华夏式构造体系，和新华夏构造体系发育的时期，是否相同，现在还不能一概断定。前者可能是一种较新的构造体系，大致和新华夏系产生的晚期相当。这一类构造的特点，是走向东北一西南扭压性的褶皱或扭压带和走向西北一东南的扭张性断裂组成的。一般的说，扭压褶皱带是它的主体，张扭性断裂有时与前者交叉，有时单独出现。 ( 五) 扭动构造体系 这一类型的构造体系，型式甚多，在我国发育良好者，有下列几个类型： 山字型构造 这种类型的构造体系的共同特点：一是向赤道、偶而也有向西凸出的，挤压性的弧形褶带，叫做前弧；二是它的两翼，经常是显示反向弯曲的形象，叫做反射弧；三是在前弧的后面，即凹面的中间部分，经常有若干直线形的挤压性褶带集中的出现，它们占前弧两翼和两边反射弧的对称地位，其中间主要的褶带，一般正对着前弧的顶点，但绝不达到前弧即行消失，这些前弧后面的褶带，叫做脊柱；四是在脊柱与前弧之间一般存在着比较平坦或褶皱极为轻微的地块，叫做马蹄形盆地或盾地。所有这些挤压性褶带中，经常有和它们的各个部分垂直的平错断裂以及斜交的扭断裂存在。 山字型构造，在我国境内大致可以肯定的，大大小小将近二十个(图3)，其中最大的是祁、吕、贺兰山字型构造体系。它部分地和其他构造体系复合。其次是淮阳山字型构造体系。它的位置在秦岭东段以南。秦岭东段，受到了它的西翼牵引的影响，形成了桐柏山脉。其他，如粤北、广西、滇北等山字型构造体系，对南岭纬向构造带起了极为显著的于扰作用，对南岭一带重要矿产的分布，也起了重要的控制作用。 图3 一个小型山字型构造 图中黑色岩层是石炭二叠纪石灰岩，走向南北的黑色褶皱带是脊柱，其南端西面有一个小型的旋扭构造，横断前弧的白线都是横错断裂 我国大部分山字型构造体系的雏型，大约是侏罗纪的初期开始出现，到侏罗纪的末期基本上形成了。其中有一些构造体系，至今还有活动的迹象。 在中亚细亚阶台地区以北和以南，都有山字型构造体系存在。其中，北边的一个山字型构造体系的前弧顶部，位于喀拉库姆南面。从那里往西北走，有一个复杂的褶皱山脉带越过里海，直到黑海以北的地区，是它的西翼。再往西北，到了喀尔巴阡山脉以北的地区，由于受了其他构造体系的强烈干扰，反射弧的踪迹不明。这个山字型前弧顶部往东北走，又有一系列复杂的褶皱山脉，形成前弧的东翼。这一翼受到了其他构造体系的强烈干扰，例如天山纬向带就斜穿过这条走向东北的复杂构造带，所以东翼的东北走向只是分段的出现。在准噶尔盆地西北边缘的界岭和在我国境内的塔拉布特大扭动破碎带等，都是东翼的组成部分。阿尔泰诸山脉，看来是东翼反射弧的主要部分。在中亚地区以北，正对着弧顶就是走向南北的乌拉尔山脉。这条山脉就是这个山字型的脊柱。它也可能是和一个经向构造带复合的。这个横跨欧亚的山字型在晚古生代末期已经形成了，直到现在还断断续续有些活动。这可以从地震震中的记录看出来。 在这个大山字型构造以南，还有一个较小的山字型，伊朗山脉是它的前弧西翼。阿富汗与巴基斯坦间的褶皱山岭，包括苏莱曼山和兴都库什东北段，是它前弧的东翼。在阿富汗与伊朗之间，有一系列呈雁行排列的山脉南北延伸。这一雁行排列的山岭，应该是伊朗一阿富汗山字型的脊柱。为什么那些个别山岭不是走向南北，而是走向西北一东南(即多字型构造体系)?这显然表示阿富汗及其以南的地块，沿着这条走向南北的线上，对伊朗往南错动了。这个中亚细亚阶台地区以南的山字型，是第三纪后期形成的。它的脊柱恰恰和横跨欧亚山字型的脊柱在同一经度上(东径60°左右)。这个突出的现象，对考虑中亚细亚以北和以南地区，在漫长的地质时代中总的运动趋向不变，是具有重大意义的。 在北半球其他地区，已发现了一些可靠的山字型构造体系。例如在土耳其存在着一个以托罗斯山脉为前弧的山字型构造，其西翼和脊柱的北部与另一个可能存在的山字型构造复合。这个可能存在的山字型构造的前弧西翼，由爱奥尼亚带和与它平行的、掠过希腊西南部的褶皱带构成。它可能达到阿尔巴尼亚的西南部，或甚至斜穿过亚得里亚海达到意大利。这个弧形，如若是一个山字型的前弧，它的脊柱应该在爱琴海中出现。但在爱琴海中不见有南北向的隆起带，而只有棋盘格式构造的痕迹。它也同样反映东西向的挤压作用。又如英格兰中部，有一个古生代末期形成的山字型构造。它的前弧东翼，埋在侏罗纪和以后的沉积物下。美国东南部，在地下埋没了一个山字型构造。它的脊柱被称为辛辛那提轴，前弧顶部和东部发育良好，西翼受到一些干扰。这个构造体系，是从石炭纪时代开始出现，到二迭纪时代已经形成，到侏罗纪时代有所发展。 所有这些山字型的前弧，都是向南凸出的。它们的脊柱也都是南北伸展的，其中有时包容着其它古老构造体系的组成部分。 多字型构造 新华夏系和华夏系构造带，从地面上看(即水平面上看)，都属于巨型的多字型构造体系。它们的走向是北北东或北东。从垂直方面看，一般也保持着多字型构造的形态。这种多字型构造体系，不管是就水平方面来看或垂直方面来看，都是在地壳中一定的范围，两个对面的部分发生对扭的结果，随着对扭的方向不同，构成多字型的雁行排列的每一行、每一列的走向和倾向，决定对扭发生的方位。对扭的方位，可以从水平面上，平行或雁行排列的褶皱带或扭裂带的走向来解决。在垂直方面，即地表到地壳深部的剖面上也往往见到雁行排列。这些雁行排列的部位和形式，是由地下对扭面的走向或倾向来决定的。 例如，就一个剖面来说，在新华夏系构造带发育的地带，有大兴安岭、松辽沉降带、长白山一锡霍特山褶皱隆起带、日本海沉降带、日本列岛隆起褶皱带。再往东，就是太平洋西边的一条很深的海沟。注意，这些隆起带和沉降带不是两边对称的，而是一边陡，一边缓。就这个例子来说，是东边陡，西边缓。这种现象，看起来，是反映往东推挤的地层，一层搭一层，大体上顺着层面，向前推进。前进的方向，总是波形较陡的方面。这种陆地的波浪，是越向前推进，越来得汹涌，到了它的边缘，譬如说，千岛群岛，在那里达到了“澎湃”的状况，即构造十分复杂剧烈，裂隙蔓延，火山经常活动，强烈地震频繁发生。 还有一个雄伟的例子，就是中国西部高原上那些走向东西的雄巍山脉。从昆仑山说起。这条山脉北坡比较平缓，南面陡峻。昆仑以南这种陆地的波澜一浪加一浪向南推进，到了唐古拉山又达到一个高峰。在西藏地区仍然继续向南推进，到了喜马拉雅，达到了它的最高峰。喜马拉雅以南，在印度地块的北部边缘出现一条鸿沟，填平以后，形成了今天的恒河流域平原。喜马拉雅的南坡，从克什米尔、西姆拉到贾瓦尔地区，近年来，肯定了大规模的超复断裂的存在。其中包括有名的马纳贾哈尔外来的巨大岩块堆积在山顶上，构成那些巨大岩块的岩石，从白垩纪到二迭纪的岩石都混杂在一起，极为零乱。这些岩石和当地岩石完全不同，肯定是来自远方。从那里来的?是怎样来的?这些都是长期争论不休的问题。现在，我们知道所谓马纳贾哈尔外来的巨大岩块，不仅在那些高蜂上出现，而且在附近一带形成了面积达十几平方公里的“飞来峰”。看起来它们都是在西藏高原上的岩石，通过地壳上层的壮阔波澜，以排山倒海之势送到那里去的。 上述这些现象，雄辩地证明了，西藏高原之所以成为那样独特的高原，在那里的地壳又突出的达到了那样的厚度(莫霍面在60公里以下)，是在近于水平面上扭断了的地层，由北往南形成巨型的类似所谓瓦迭式构造的结果。在南北的垂直剖面上，这种构造现象，很清楚是属于一种多字型构造体系。 勘探工作实践的经验告诉我们，在某些矿区往往存在着一些隐伏的矿化带。这种矿化带和其中的呈雁行排列的盲矿体，从它们的走向上来看，经常和当地的构造体系的某一组成部分有密切的联系。这种矿化带可以保持一定的走向和倾向，从地壳的深部伸展出来。也可以在从地壳深部伸展出来的过程中，它的走向和倾向有所变化，其中存在的雁行排列的盲矿体也跟着发生变化。只有掌握了与矿化带有关构造体系的规律，结合当地火成岩(如果有的话)活动的情况，才能看出寻找盲矿体的线索。 棋盘格式(或网状)构造体系 这一类型的构造体系，大部都分布在地层比较平坦的区域。它是主要由两组交叉扭性断裂组成的。交叉的角度有时近于直角，但多数是一方面成锐角，而另一方面成钝角。在多数场合，成锐角的方面是受压力作用的方面。但在岩层具有塑性形变的条件下，在长期受压力的过程中，或在强烈压力作用下，对着压力作用方面的锐角有时变为钝角。根据野外观测的实践经验，在地层平坦的地区，两组组成棋盘格式构造的扭裂面大都是垂直的。换句话说，它是由水平压力作用形成的。 构成这种构造型式的两组扭裂面，一般扭错的距离不大，在扭裂面上显著的水平擦痕也不多。它们都以岩层的节理的形式出现，所以成为网状。但有时它们之中，有些是主要的节理发展成为扭性断裂，而那些扭性断裂被表面沉积掩盖的地区，往往有河流或者水沟沿着断裂伸展的路线而发展。这一型式的构造体系，往往出现于其他比较巨大的构造体系中岩层褶皱平缓的地区，例如祁、吕、贺山字型马蹄形盆地中，新华夏系强烈构造带之间；又如爱琴海域(图4)地层比较平缓的地带，有时发现这样的构造体系。从它们排列的方位，可以推断压力作用的方向。 在地层比较平坦的干旱地区，这种构造体系的调查研究工作，对水文地质工作看来有一定的指导意义。 入字型构造体系 这一型式的构造体系，也是主要由水平扭断裂组成的，其中主导的扭断裂叫做主干断裂。在主干断裂的一旁或两旁，经常有分支断裂出现。那些分支断裂经常与主干断裂斜交，但不越过主干断裂。主干断裂把有关地块划分为两盘，两盘相对扭错的方向，可以以分支断裂与主干断裂间的夹角为标志，锐角的夹角所指的方向，就是它所在的那一盘对另一盘向前错动的方向。 在主干断裂的一旁，有时出现一系列的或几个背斜(即小型隆起带)，或压性、扭压性的断裂。它的轴线和主千断裂斜交，相交的钝角所指的方向，就是它所在的那一盘对另一盘向前错动的方向。实际上，这种小型褶皱，是由于在主干断裂的另一旁向前错动而引起的“派生”现象。 考虑到主干断裂的深度和在水平面上相对错动的距离，并且根据主干断裂面上主要的滑动擦痕，我们可以推断两盘相对错动的方向，究竟是基本上水平的，还是和水平有一定的角度? 中国的例子很多。在云南东部由会泽城以西经过寻甸直到南盘江上游，有一条长达260公里，走向南北的大断裂。这条主干断裂的东面和西面也出现大批的分支“断裂”和褶皱。它们都是和主干断裂斜交，但不越过主干断裂。它们的走向大都是北北东，就是说它们和主干断裂之间所夹的锐角，在东面都是朝南，在西面都朝北。但由于那些分支“断裂”究竟是否和褶皱一致，是否都属压性构造，我们现在还很难确定。 美国西部加利福尼亚的圣安德利亚大断裂，已经发现的长度在1,280公里以上。这条平错的大断裂大致与海岸平行。在它的东边，特别是在贝克斯菲尔德附近和索尔顿湖地区，出现许多大致互相平行的褶皱。这一系列雁行排列的褶皱，都是沿着大断裂的东边向南偏东伸展。它与圣安德利亚大断裂的成生，显然是连在一起的。这就证明，这个大断裂的东盘对大断裂的西盘往东南扭错。这个大断裂的活动，看起来是在侏罗纪的后期，即在140，000，000年前达到了高潮。从那时起，直到现在还在断断续续活动。如果从侏罗纪时代算起，它的东盘平错的距离是560公里，如果从白垩纪时代算起，平错距离是512公里。公元1906年，旧金山的大地震，就是由于这个大断裂活动产生的。这条大断裂的西南，又有一条和它大致平行的英格尔乌德大断裂。这条大断裂东北盘有两条分支扭断裂和英格尔乌德主干断裂斜交，锐角向东南方面。就是说，英格尔乌德的东盘对它的西盘也和那条巨大的圣安德利亚大断裂一样，向东南扭错。 旋扭构造体系 旋扭构造体系，有各种不同的形式，但它们都具有共同特点：第一，有中心部分，由圆筒形和半圆筒形的岩块或地块构成；第二，有许多弧形扭性断裂，把这个中心部分周围的岩石划分成弧形片状，象大葱头那样一瓣一瓣围绕着中心部分；第三，那些弧形扭裂面，不管是张扭性的或压扭性的，在它们形成围绕的形态中，在某一方面趋向于撒开，而在相反的那一方面趋向于收敛。如果，那些弧形扭裂面是张性的，它们就标志着围绕中心部分岩石，是由撒开方面向收敛方向扭卷的。如果，那些弧形扭裂面是压扭性的，那就标志着中心部分的岩石，是由撒开方面向收敛方向扭转。 显示扭卷的构造形迹，有时发育极为良好，有时很不完备，因而形成了各式各样的构造体系。但是常见的有三种型式：发育较差的称为帚状构造；发育较好的统称为旋卷构造；发育极好的称为旋涡状或涡轮状构造。每种型式的构造体系都有大、中、小型。所有旋扭构造体系都是围绕着一个轴心发展起来的。轴心可以是垂直的，可以是水平的，也有少数轴心是斜立的。在地层的剖面上，往往容易见到的这种旋扭构造大都是小型，大、中型的水平旋扭构造的存在，从地面上不容易察觉。因此，它们是否存在，还得做详细的调查研究工作。至于轴心是垂直的或是近于垂直的旋扭构造体系，无论大、中、小型，在许多地区都可以见到。 帚状构造的实例甚多，举不胜举。轴心直立的或近于直立的大、中型旋卷构造和旋涡状或涡轮状构造，对阐明地壳运动的形式具有重要的意义。特别是有几个这种型式的构造体系，是具有决定性意义的。下面举几个例子： 在我国山东西部，有鲁西旋卷构造体系，发育比较良好。它的东北部和山东山字型构造的西翼复合，彼此互相干扰，谁先谁后成生，现在还很难断定。这一个由古老岩层组成的旋卷构造，对华北平原北部下面的新华夏构造体系，肯定是起了干扰的作用。因此，在华北平原北部寻找某些重要矿物资源的勘测工作中，这个关键性的问题是不容忽视的。 再举一个例子。四川盆地西南部，大家知道有一个威远穹隆体，围绕着这个穹隆体有若干长条状的弧形隆起，形成一个中间凸起的旋卷构造。在隆起的部分，震旦纪的岩层离地面较近，由古老岩层及其上面覆盖的岩层构成这个旋卷构造的“砥柱”。在威远旋卷构造体系西南，又出现一个旋卷构造。这个旋卷构造的中部，不是隆起而是凹下，形成了整个构造体系中心的旋涡。四川盆地的北部，巴中、仪陇、平昌地区，也存在一个由平缓的弧形褶皱构成的旋卷构造体系。围绕着这个中心地区，平缓弧形褶皱中的隆起带是不对称的。一般是向中部倾斜较陡，向外倾斜较缓。值得注意的一个现象，是地下背斜的高点和背斜轴线的位置与地面上所表现的不一致。通过人工地震探测工作，发现了在深部同一位置的背斜，有向中部迁移的迹象。 在四川盆地，有两条大型的扭断裂，其中西面的一条是龙泉山扭断裂，东面的一条是华鏊山扭断裂。在这两条断裂中间的地带，受到了这两条扭断裂相对扭动的影响，这样就产生了上述几个旋卷构造体系。对这种现象，在四川盆地的资源勘探中，应该加以注意。 还有许多中、小型的旋卷构造，其中一个比较突出的例子出现于河北青隆红旗杆地区，由一系列压扭性辐射状弧形断裂构成，有人称它为涡轮状构造。这种旋扭构造类型和湖南香花岭的旋扭构造，颇为近似。 地球上最大的旋卷构造，是由澳大利亚大陆和围绕着它的弧形列岛所构成的构造体系。那些弧形列岛包括一部分属于印度尼西亚的岛屿伊里安和密克罗尼西亚、美拉尼西亚两列弧形岛屿以及汤加海堤和新西兰南北两岛。这个庞大的旋卷构造体系，看来是亚洲大陆，特别明显的是东南亚地域，在地壳的深部或地幔的上部向西滑动或扭动，而澳大利尼西亚那一部分地壳，在地幔上面或者固着不动，或者也错动了，但对亚洲大陆来说，它的错动方向是相反的。 亚、澳两大陆之间，扭动最激烈的地带，在北纬5°到南纬10°之间，拖在东南亚东南部的尾巴状岛屿和澳洲北部伸人那里的鹰嘴状岛屿，互相衔接而形成一个巨大的旋涡状构造，极为壮观，颇为完整。班达海就是这个旋涡状构造的旋涡。在这个内陆海中，最深的弧形洼陷带，深度大于7公里，最深点达到10公里。这样深的二个旋涡，下面的物质到那里去了?它不可能钻进已经遭受巨大压力的地幔中去。因此，只能推断它填充了这个旋涡状构造外围隆起弧形地带和弧形列岛。重力异常的测量结果是与这一推断相符合的。必须指出，在上述激烈扭错的地带，除了大规模的扭卷以外，还有六个强烈的南北向挤压带，一个搭在一个上面向南平铺扭错，把马来亚东部的彭亨地带片段的火成岩岩层和石炭二迭系以及与它们密切相连的花岗岩基底岩层，向南搬到苏门答腊南部的占碑地区，形成山岳的顶部，距离达到350多公里。 类似的大规模旋涡状构造，出现在南北美大陆之间的一个激烈的扭错地带，位置在北纬10°一20°之间。在这个扭错地带中，也出现了一个巨大的旋涡状构造，旋涡的中心在加勒比海的东部。作为一个内陆海，它的深度仅次于斑达海的最深处。围绕着这个旋涡，有一大群弧形列岛，包括巴哈马群岛、大安的列斯群岛、小安的列斯群岛到南美北岸附近的许多岛屿。巴哈马群岛、甚至北美东南部佛罗里达半岛，也都可能是这个构造体系的组成部分。但佛罗里达半岛，也可能同时是围绕着墨西哥湾的另一旋卷构造体系的组成部分。古巴岛南面北纬20°左右，有一条巨型平错断裂。南美大陆北岸即北纬10°左右，又有一条巨型平错断裂。在这两条平错断裂之间的地带中，产生了加勒比海旋涡状构造体系。同时，也让北美大陆，至少它的南部往西，南美大陆的北部往东，发生了相对的水平错动。这种相对的水平错动，也和亚、澳之间的相对水平错动类似。北美大陆往西错动，而南美大陆对地球的深部或地幔来说，也很可能往西错动了，但它错动的距离较小于北美大陆。这样，两者之间仍然发生了北美相对向西、南美相对向东错动的结果。 第三个大规模旋卷构造体系发育良好、但彼此关系极为复杂的地区，是欧洲的东南部。非洲的北部，从摩洛哥经过阿尔及利亚到突尼斯海岸一带，有些近于东西的平错大断裂。这些平错大断裂，对欧洲大陆来说是北面朝东。意大利股形半岛由于受到这种错动的影响，它就不可避免地往达尔马西亚扭转，一方面形成了狭窄的亚得里亚海，而在另一方面，即西面、北面和东北面，以它为“柄”扭卷了南欧地区，产生了阿尔卑斯旋扭构造。这个旋扭构造又带动了它东部和东北部邻近的地区，又连续形成了喀尔巴阡、斯洛伐克、捷克三个旋卷构造。这些旋卷构造，看来主要也是由于纬向平移断裂的作用而产生的。欧非大陆方面，向西平移的距离，欧洲方面较小，非洲北部较大，形成了北非对南欧向西的相对错动。 （待续） 原著： 李四光《天文 地质 古生物》1972年科学出版社，p.83-115 翻录者： 陈立军 2014.1.8 联系方式： QQ 775844819 科学网博客： http://blog.sciencenet.cn/u/seisman
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地壳构造与地壳运动——李四光（1）
热度 2 seisman 2014-1-11 10:24
地壳构造与地壳运动 地壳运动问题，是地球内部和外部矛盾诸方面斗争的问题。地质工作者对这个问题的看法，有强烈的分歧，其激烈的程度，超过了启蒙时代的那些地质论战。这是很自然的。因为，一个地质工作者对这个问题的看法，就基本决定了他对地质工作关键性问题的立场、观点和方法，特别是决定了对矿产资源的勘探、地震地质和水文、工程地质等方面工作的指导思想。 地壳的厚度，在地球全部的结构中，只占极薄的一层。然而，这个地球表面极薄的一层，就是地球过去漫长历史中保存下来的遗迹。造成这些遗迹的因素：第一，来自地壳以外的，首先有笼罩着地壳的大气层，太阳、月球，其次是星体的各种辐射作用，可能发生某种影响。另外，还有象宇宙空间的微尘和陨星之类的东西落到地球上，也可能发生些微影响。第二，就是地壳以下地球内部物质的变化和运动，例如在高温、高压的条件下，物质的化学和物理的变化。由重力、日月潮汐，主要指体潮(有人称为固体潮，但地球深部，现在究竟是什么体，还不清楚)的作用和地球自转的影响而产生的运动，都不可避免地要集中反映到地壳中来。 地壳内外这两方面，过去和现在发生的一切现象，都只能从构成地壳那些物质的结构和构造中，探索问题的实质，才能保证走上辩证唯物主义的正确道路。 有的地质工作者，坚持地壳运动的主要因素是垂直运动。他们一概否定水平运动的重要性，对大规模水平运动的现象，不加理睬。这种垂直运动论的由来，可能与古老的大陆固定论、海洋永恒论有一定的联系。 地壳发生运动，是矛盾的许多方面相互斗争的反映。什么是地壳运动的主要矛盾呢?目前，有种种说法： (1) 有些人认为，地球是由一团热质冷却固结而成的，在它的表层温度首先下降，内部大量的热，也通过对流和表层的传导逐步冷却。在这样冷却的过程中，地球的体积逐渐缩小，以致首先形成的壳子，到处发生了褶皱。这是原始造山运动的论点。事实上，地球在地质时代的历史证明，强烈的造山运动，不是连续不断发生的，而是在某些时代表现得特别强烈。如果真是因为地球冷却而缩小体积，以致在地壳上发生褶皱、断裂等等，那么这样发生的褶皱和断裂，就应该是乱杂无章，但事实不是这样。还有更重要的一条，就是地球中含有大量的放射性元素，由于这些元素不断蜕变所产生的热量，不仅可以抵消它失去的热，而有可能比失去的热更多。不管是地壳在逐渐变热，还是达到了热平衡的状态，这样一来，地壳就起了地球内部的热往外送出的封锁作用。根据这些理由，这种由于地球冷却收缩而发动地壳运动的论点，是行不通的。 (2) 另外，有些人把太阳和月球对地球引起的体潮，当做主要矛盾来看待。太阳和月球，特别是后者，对自转着的地球当然要引起一定的体潮，而地球本身也必然抗拒这种体潮的发生。但是，根据地球内部现在的结构来看，这种体潮的影响是很轻微的，而这种轻微的体潮，不可能在地壳中引起强烈的运动，例如造山运动等等。如果地壳中强烈的运动，真是由潮汐的力量引起的，那么在地球自转一周的过程中，也就是说每天都要发生强烈的地壳运动。这显然是与事实不符。 (3) 与传统的论点相反，近年来，有些人认为地球在它历史发展过程中，不是不断收缩，而是不断膨胀。他们声称，重力是使地球的质量趋向于集中的动力，而矿物晶体的结构和矿物质本身受到重力的强大压力，以致晶格破坏，矿物质外层乃至内层的电子和原子核心分离，造成一种所谓压力电离化的现象。这种现象，在某些火成岩通道的墙壁上，从残存的某些岩石和矿物质得到了证明。例如；石英(二氧化硅)是酸性岩石中最普遍的矿物，它的密度一般是2.65，但当温度在500—800℃，压力在35，000个大气压以上时，它会变质成为第二种结晶形式的二氧化硅，密度是3.01。上述的压力，大致与地幔顶上所受的压力相当。在地下 300公里深度的压力条件下，这个第二种结晶形式的二氧化硅，又变质了。它的密度变得更大，它的硬度变得和金刚石一样。这种形式的二氧化硅结晶，可以用人工造成，也曾在德国的一个盆地底下发现。 石炭的主要成分是碳，在巨大压力下，碳变为石墨，这是我们经常见到的现象。石墨在更大的压力下，就变为金刚石，这也是大家所熟悉的。在地下深1,300公里的压力下，金刚石就不能存在了。它变成与铁相类似的一种金属形式的物质。这种碳变质的现象，在实验室中得到了证实。但是压力一减，那种金属状的碳，立刻又回复它金刚石的形式。 在强大的压力下，岩石也是相应变质的。例如组成地幔主要成分的橄榄岩，在地幔顶上，它的密度是3.32，但到地球核心部分的顶上，它的密度就突然变为9.71。这些数据，是通过传播地震震波速度的变化而取得的，是可靠的。 综合这些事实，持地球膨胀论观点的人们认为，产生地壳运动的主要矛盾，是重力使地球物质集中的趋向，和被压缩而达到了一定集中程度的物质反集中趋向的相互斗争。这个论点的调子，和宇宙膨胀说是一唱一和的。按这个说法，宇宙万有引力常数不断变小了，地球吸力常数也不断变小了，因为重力的压力不断地减轻，地球内部物质存在的形态就不断地变化。地壳的厚度，在地幔上部的物质密度变小的情况下，逐渐增厚，而地幔的下部，又在地球核心上部的物质，密度变小的情况下，逐渐往深部移动。持这个观点的人们认为，地球内部存在的一层一层不连续现象，即突然变更的现象，不是由物质本身的变更，而是反映物质存在形态的变更。他们还认为，地球的核心部分，不一定象传统的说法那样，是铁镍组成的，而是可以由被巨大压力压毁了电子的各种原子结构，都会呈现密度很大，带有金属性质的东西。 现在让我们考虑一下，这个不断膨胀的地球，对地壳的表层应该发生什么结果?很清楚，在那种情况下，地球的表面，就不可避免地在地球发展的历史过程中，不断地发生无数裂口，那种裂口应该是普遍的，乱杂无章的。地球膨胀论者，以大洋的海岭中存在的玄武岩溢出，和非洲东部的断裂带作为例证，但是我们知道，这些裂隙都是较晚的地质时代发生的，而且它们都有一定的方向性，这就不能仅仅依靠它们作为地球膨胀的证据。还有那些由地层强烈褶皱构成的崇山峻岭和远程逆掩断裂，又怎么能在周围不断引张状态下形成呢?这当然是不可能的。 (4) 地球内部物质不断发生对流的设想，盛行一时。有些人根据这个设想，认为这种对流是地壳运动发生的主要矛盾。照他们的看法，地球内部的物质，有些部分不断缓慢上升，同时，另外一些部分相对缓慢下降，这样形成了对流，到了这种对流上升到地球表层下面的时候，就分为两股平流朝着相反的方向流动，经过一定的流程再转向下降，回到地球深部。对流论者认为，当地球物质上升分为两股平流的时候，地壳就会受到张裂的作用，于是就沿着某些地方发生了大断裂。同时，地壳中受平流牵引的某些部分，就会发生大规模的水平运动，产生强烈褶皱，形成巨大山脉。譬如说，太平洋底下基性岩的平流，往东亚大陆方面流动，就造成了中国西部和中亚细亚的巨大山脉和异乎寻常的高原。这一看法，可以为中国的所谓“横断山脉”(实际上是纵断山脉)的起源，提供解释。但是，对那些走向东西的巨大山脉，例如天山、秦岭、昆仑山、唐古拉山等等，就说不通了。 这个论点，唯一的比较有意义的根据，是太平洋东部海岭中，某些部分海底热流的数值特高的现象。但是这个现象，只能说是伴随着海岭中部基性岩浆流出而产生的现象。至于基性岩浆为什么在那个地方流出，这不是一定与地下对流有关的问题。实际上，从下面即将提出的地质力学观点，我们可以更好的理解它。 这个论点，根本是从一种假定出发的，而不是以地壳构造现象所提供的事实为依据的。 (5) 还有一些人，在地壳运动问题上，着重地壳均衡代偿现象。不错，均衡代偿不足的现象，是在大陆上许多地区，尤其是在高山峻岭和高原地区，以及大陆与大洋的某些部分之间，经常发生的现象。这就是说，这些现象说明，重力的要求是一方面；而在重力场中存在的许多地块，经常存在着不平衡的现象是另一方面。这两方面的矛盾和斗争，是地壳运动发生的主要矛盾。但是，我们要问：1．为什么在重力场的普遍要求下，地壳上许多地块发生了那种重力异常的现象，这种异常现象的发生，必然另外有它的内因突破重力场的控制；2．由于地壳各部分均衡代偿的作用而产生的运动，只能限于满足重力场的要求，使有关的地块发生相对升降运动。而事实上，地壳运动不仅是地块的相对升降运动，还有大规模的水平运动。两者相比，越来越多的事实证明，后者占主要的地位。至于次要的垂直运动，可能在某些地区，在一定程度上，反映了地壳均衡代偿作用的影响，而在另外许多地区，是由水平运动所引起的。 (6) 大陆漂流说盛行了一时，遇到了传统学派最坚决、最激烈的反对。支持大陆漂流论点的一派，虽然总起来讲，都是主张水平运动论点为主的学派，但是其中又有许多不同的派别。各个派别，都要把地球上这几块大陆，按各自的观点在各个地质时代，这样摆布，那样摆布。在这些学派内部之间有相互尖锐的斗争，而又受到了传统学派的重大压力。近几年来，由于古地磁方面工作的发展，取得了大量的但很不完全的资料。古地磁工作者注意到，在地质时代各个时期岩石中保存下来磁场的方向——即南北极的方向，与现在地球南北极方向有不同程度的差异。因此，他们就起来赞成把大陆或大陆中的一部分搬家或转移方向，按他们各自所掌握的资料，把某些地质时代地球的两极和赤道，移到符合于他们要求的地位。这样，大陆漂流说又抬头了。 在这里必须指出两点： 第一，地球磁场的问题，至今还没有解决，如若简单地一概把“化石磁场”所指的南北极，当做那个古磁场所在的时代的地球南北极看待，那是不可靠的。举一个显著的例子，有时在同一地点，上下两层岩石的磁场极向正相反对，能不能从这种现象立刻作出结论说，当时地球的两极突然转变了一百八十度，南极转变为北极?这当然不可能。 第二，在某一地点某一地层中，某一部分所采取的化石磁场样本，只能标志那块样本所在的岩层局部构造的变化，而古地磁工作者一般的作法，是不管局部的构造，而把它当做它所在的大陆一部分或全部转变了方向的标志。这是由于不过细做工作而引起的严重错误。 从大陆的轮廓，地壳上各种构造现象，以及从某些陆上古生物分布的范围来看，大陆漂流的论点的某些方面是值得考虑的。例如，南北美大陆对欧非大陆之间的关系来说，这个论点是更值得注意的。非洲、印度、澳洲大陆，在晚古生代舌羊齿植物群非常茂盛，而在北半球其他地区还未发现它们可靠的遗痕，同时又在这三个大陆块上发生了一次大冰期，有些人把这三块大陆在晚古生代联在一起，称它为贡瓦纳大陆，看起来不能说是完全牵强附会。然而，他们要把印度搬到非洲，甚至搬到南极大陆附近去，从地壳构造方面考虑，这就很难令人信服。 (7) 以上列举的几条，大致总结了外国地质工作者对地壳运动问题的一些观点和方法。这些观点和方法，都或多或少对我国地质工作者，在地壳运动问题的认识上，有一定的影响。但是，在我国，也有部分地质工作者，坚持走我国自己的道路，根据我国地质构造发育的特殊优越条件，用地质力学的观点和方法，提出了解决地壳运动问题的总方向，根据这个方向进一步解决火成岩活动的范围和各种矿产分布的规律。 关于大陆壳构造这个词的含义，有两派不同的观点：一派着重地壳表层，用直接或间接的方法可以实际观测到的各种形变；另一派的观点着重地槽、地台和大小地块的区划。不管是根据第一方面的观点或第二方面的观点来分析地壳构造，我们不能不承认地壳运动是问题的实质。而地壳运动之所以发生，总不能离开力的作用。这样，我们就不能不问两派观点的思想基础和他们在不同思想方法基础上进行工作的程序。用第一派观点的地质工作者认为，那些从这个设想、那个假定出发的工作方法，是难免不走进形而上学的死胡同。 ( 甲)瑞士苏黎世附近第四纪冰碛物中，白云岩砾石表面被压成小坑的形状。对瑞士地质有重大贡献的海姆曾经注意到这种奇怪的石子，他经过反复考虑认为：砾石表面的小坑，是由于碳酸水的溶解形成的。但小坑边缘所显示那样清楚的棱角表明，不象是由碳酸水腐蚀作用而形成的。 ( 乙)我国兰田附近山谷冰川的冰碛中带小坑的石子。这个石子是白云质的石灰岩。它表面的小坑边缘也和甲图所示的石子一样，棱角显著。但与甲图所表明的特点有所不同，这个石子的小坑，肯定是由坚硬的小石粒嵌入白云质石灰岩砾石而形成的，有些嵌入的小石粒已经剥落成了小坑，也有小石粒还粘在上面很紧。估计有关山谷冰川的厚度，最多不超过二百米，即石粒当时所受到的压力每平方厘米不到20公斤，大砾石的抗压强度，远远超过这个数值，在冰川中温度也不会升高，所以这种砾石无可争辩地证明，岩石在长期受力，即使在受微弱力量的条件下，也是具有高度塑性的。 图1． 山谷冰川底碛中显示塑性形变的砾石 结构这个词，是用来代表构成地壳的各种物质成分组合的形式，也可以说是微观的构造形式。构造这个词，是用来代表岩层和岩体中存在的各种永久性不同性质的形变。 形变，有弹性和非弹性的区别，但都是由力的作用引起的。一般的说，岩石对短时力的作用，只要不超过一定的强度，是具有弹性的。而在很长时间继续受力的条件下，即使不超过弹性强度，看来仍然是具有塑性的。时间越长，它表现的塑性程度愈大(图1)。岩石对于力的弹性形变反应，随着力的消失，形变也基本消失。这种形变，在岩石中就很少留下痕迹。非弹性形变，必然在岩石中永久保存下来，由于力作用的方式不同，强弱不等，就必然引起相应的不同性质、不同大小的永久形变。这些永久形变的类型很多，其中包括岩层的坳褶、挠曲、褶皱和不同性质、不同大小的断裂，如压性的、张性的、扭性的(剪切性的)、压扭性、张扭性的断裂以及劈理、片理等等。 从这些构造现象，可以追索力的作用，从力的作用方式，才可以追索地壳运动的方式。我们研究地壳运动的问题，这条道路，看来是解决这个问题的一条正确道路。但这里，存在着原则性的分歧，有些地质工作者习惯于过去传统的方法，把这些构造现象，往往孤立起来看待，或者是把相似的现象，例如互相平行的褶皱，或互相平行的断裂，或互相平行的劈理、片理之类的构造迹象，不管它们的力学性质，等同看待。地质力学工作者们就不同意根据过去这样的习惯来分析地质构造现象，而主张把那些有互相成生联系的构造形象，不管它是褶皱或是断裂，在一个地区发生的各种构造形象，只要它们有相互的联系，而且大体上在相同时期产生的，那就可以把它们当做一个整体看待。这样一个构造整体，称为构造体系。 关键在于我们怎样知道不同性质、不同大小、不同方位的构造形象，彼此之间有密切的成生联系。这只有积累野外实际工作的经验，尤其是有关矿产分布特点的实践经验，才能认识某些类型的构造形象。在许多地区经常相同或极相似地组合出现。这样，一旦对某一类型的构造体系有初步的认识，我们还必须回到野外实际工作中去，通过实践再实践来检验那个初步的认识是否正确。通过构造类型客观存在的认识，我们才算是基本上掌握构造体系的规律性。运用构造体系的这种规律性，对寻找矿产分布的规律是大有帮助的。必须强调，我们说初步掌握了构造类型的规律性：不等于说完全掌握了它的规律性。必须指出，我们还要进一步深入研究构造类型各个组成部分的特点，以及它们组合形式由于受到某种因素的干扰而发生局部的变化，才能加深我们对那种构造类型的认识。就是说，更确切地掌握了它的规律性，是大有利于寻找矿产分布规律的工作。反过来，在寻找矿产分布规律工作的实践过程中，对有关构造类型的认识会更加细致，更加明确。 第二派的观点，基本上是由国外传来的传统观点。根据这种观点分析地质构造现象，主要是强调这个地槽，那个地台和其他给予了特殊名称的地块、地带等等构造单元。这些“构造单元”，有些实质上是从古地理的粗略概念转移过来的，有的是把经过了强烈构造运动的地带和地块，孤立地划分出来。这样划分地块和地带都不免带有主观成分。由于带有主观成分，就很难确切地划清它们的范围，就是划清了范围，那也不能回答，为什么地壳中发生了那些独特的地块和地带?为什么在一定的地方、一定的方向出现了那些东西? 从第一种观点出发，我们对地质构造现象的分析，应该着重地考虑工作方法，才能清清楚楚根据客观存在的实际现象，一步步前进，直到抓住问题的本质。 地球表面海陆的划分，在漫长的地质时代中，可能有所变更。现今，大陆的面积不到百分之三十。但是，在地壳表层的大陆部分，它的构造形态暴露得比较清楚。现在，我们首先从地质力学的观点，总结大陆构造的特点，然后再看太洋底部构造的某些突出现象。 一、大陆构造的主要特点 如果按照上述地质力学的观点和方法来解决大陆构造运动问题，我们就应该立足于确实可靠的构造现象，即构造体系。只有通过实践，逐步扩大观测的范围，落实构造体系的客观存在和它们的主要特点，才能建立起解决问题的牢固基础。我们在这方面的实践，是从我国和东亚大陆濒太平洋地区开始的。在地壳的这一部分，我们发现了若干重要的构造现象。它们反映大规模或局部地区地壳运动的形式。它们的分布特点和排列的规律性，并不局限于这个地区。 总结我国和东亚濒太平洋地区的地壳构造特点，到现在为止，我们对下面几个突出的类型，已经有所认识： (1) 巨型纬向构造体系。这个类型的构造体系，包括若干巨型复杂的东西构造带，每一个复杂构造带自成一个体系。它们的主体是走向东西的复式剧烈挤压带，由走向东西的褶皱带和挤压性断裂构成。同时，有扭断裂与它斜交，张断裂与它垂直。这些，就是这种构造体系的重要特点。 (2) 经向构造体系。这些构造体系的主体，是由走向南北的挤压带，即单式或复式的剧烈褶皱构成。同时，有扭断裂与它斜交，张断裂与它垂直。在特殊的地带如康藏山岭地区，剧烈的挤压现象，特别集中地表现出来。 (3) 走向北北东一南南西的平行构造带，又总称为新华夏系构造体系。这个构造体系的主体，是由沿着前述方向伸展的隆起带或褶皱带和含有隆起带的沉降带构成。同时，有扭断裂与它们斜交，张断裂与它们垂直。这个构造体系，是我国和东亚大陆濒太平洋地带的一种特殊构造现象。 (4) 走向东北一西南的平行褶带群，总称为华夏系或华夏式构造体系。这种构造体系，主要是由走向东北一西南的褶皱、压性和压扭性断裂或劈理、片理等等构成。在褶皱发育的地区，经常有扭断裂与它斜交，张断裂与它垂直。这种华夏构造体系，大都出现于较古老的岩层中，一般较老于新华夏构造体系。但在后者发育的地层中，前者也有时出现。这种较新的，似华夏系的构造，叫做华夏式构造。 (5) 扭动构造体系。这种构造体系的形式是多样的，但有一个共同的特点，即它们都反映它们所在的地区，经受过扭动作用。这种扭动作用，主要发生在水平面上，即地壳的表层。但有时涉及的深度较大，在深部出现不同程度，不同形式的扭动。 以上五种构造类型，都各自包括不同的构造体系。在一个地区，可以有几个不同类型构造体系出现，复合在一起，互相干扰，互相穿插，也可以单独在一个地区或地带出现。 属于不同类型的构造体系，主要是根据它们在地面表现的构造特征来鉴定的。就是说，反映地壳水平运动的构造形式。当然，在垂直方面，即地面以下到一定的深度，各个构造体系的各个组成部分有无变化，是个不容忽视的问题。事实上，我们已经在矿产勘探工作中，遇到了不少实例，地面所见到的构造形象，譬如一个背斜(即地层隆起带)，往往越到深处，越趋于平缓，甚至完全消失。这种现象，在石油勘探工作中特别具有重要意义。 地壳表层的构造，在许多地区不见有火成岩类插入其中。这样的构造所组成的构造体系，一般影响地壳的深度不大。但有时在一些构造比较剧烈的地区，有火成岩侵入。侵入的火成岩体，或者受构造体系的控制，或者在一定的程度上控制了构造体系的发展。不管在那种情况下，酸性火成岩，譬如说花岗岩出露的地带或地区，如果是卷入了一个构造体系那样的深度，一般比无火成岩侵入的构造体系较深。如果是有基性岩类(辉绿岩)或超基性岩类(橄榄岩)卷入其中，那样的构造体系的深度就更大，可能在某些场合影响了地幔的上层。卷入一个构造体系的火成岩，也可以是由于地壳表层构造运动，造成裂隙或裂口从深部冒出。这种挤出或冒出的火成岩的类型很多，它们的形状也是多样的，但往往在一定程度上受到有关构造体系的控制。这个问题，对我们寻找金属矿床，是个关键性的问题。 图2 东亚大陆主要构造体系简图 总起来看，地壳的表层和表层的上部与其下各层的构造，在某些广大地区中往往是不完全一致的，也可以说是脱节的。如果扩大一点范围来看问题，我们可以说大陆的构造，尤其是大陆上层的构造与大洋底部的构造，在很大程度上是不一致的。这个事实，进一步说明了水平运动的重要性。 大家知道，构造运动的时期问题，一直是地质工作者争论最激烈的问题。在许多剧烈褶皱地带，往往强烈的运动有过多次的反复，而地质工作者最容易见到的运动迹象，大都是属于最新一、两次的运动陈迹。那些古老构造发生的时代，大都是很难找出确凿的证据加以鉴定。 在古老岩层出露的地区中，后来发生的构造形迹，地质工作者们，往往习惯于把它们当做古老地质时代地壳运动的陈迹看待。这个不良的习惯，往往在分析地质构造的工作中，引起重大的错误。从构造体系的观点看问题，我们既要尽可能确定构造体系形成的时期，又要不受构造体系的组成部分所穿插的岩层和岩体的时代约束。譬如说，现今长城的某些处所，主要是明代重修的，而重修所用的城砖，可能一部分是隋朝的，甚至是秦朝的，你能把一块打了隋朝印记的城砖当做证据，说在明朝补修的那一部分长城是隋朝重修的吗?当然不能。在古老岩石发育的地区，鉴别不同时代的构造体系组成部分，就经常遇到类似的问题。同位素年龄鉴定法，是依靠构造体系的某些组成部分中的矿物来鉴定的。那种矿物可能是在有关的构造体系产生时期来到的，也可能是由古老岩层中固有的矿物质加以改造而形成的。在后者的情况下，它所标志的年龄，就不是古老岩层卷入新构造体系的那些部分的年龄，而是古老岩石本身的年龄。在这方面，还有许多技术上的问题，在此不需深究。 ( 一) 巨型纬向构造体系 属于这个类型的构造体系，在我国境内发育极为良好，已肯定的有三个体系，即：(1)阴山—天山构造带；(2)秦岭一昆仑构造带；(3)南岭构造带。前两条构造带，在地貌上表现得极为明显。南岭构造带，虽然地貌上不象前两条那样明显，而通过物理勘探、特别是航磁测量，在很大程度上，可以证实地壳表层下部，乃至以下的岩层，确实是构成一个东西延长的隆起带，地面上某些花岚岩体向东西延长，以及其他许多断断续续走向东西的构造形迹，也证明了这一点。 还可能有第四条纬向构造带，在我国境内横亘海南岛。 阴山—天山构造带 阴山一天山构造带的主体，大致位于北纬40°30′一42°30′之间，但在局部地区较宽或较窄，走向略微转变。往西走，略有偏向西北伸展的趋势，往东走，微微有向东北延伸的趋势。主要是由古老变质岩系、震旦系、一部分古生代与中生代岩层的紧密褶皱和片断的逆掩断裂构成，有些花岗岩体和超基性岩带渗杂其中，有压性的劈理，扭压性、张裂性和扭性断裂伴随。这个构造体系，至少从古生代以来，肯定反复经过多次强烈的构造运动，其中最晚的一次，大约在侏罗纪的末期或者侏罗纪以后。 在这一带南部边缘的某些段落，曾经发现过比较强烈的横移断裂的痕迹。这一点极堪注意，以后还要提到。 在这个长达4，000多公里的纬向构造带中，存在着不少受其他构造体系干扰的现象。其中，最显著的是在它的东段，两次受到了新华夏系沉降带的干扰。第一次是在辽河流域，在那里被新华夏系沉降带(又称为新华夏系内向斜)压在底下。但是，通过航测的工作，证明了它仍然潜伏在它应该出现的地位，有时也冒出一点露头，例如在辽宁铁岭。 再往东去，达到日本海的西岸，又第二次受到了新华夏系沉降带(又称为新华夏系外向斜)的影响，被压在日本海的底下。但是，当它达到了东亚大陆的边缘，出现了一种奇异的构造现象，即千岛群岛和日本列岛这个系列的岛屿在那里相接，形成似挂在大陆边上的两个串珠状的弧形列岛。这个现象，不是偶然的，还有其他类似的现象。 这个巨型纬向构造体系，不仅局限于我国境内，只要不受其他强大的构造体系干扰，在地球上其他地区也断断续续出露。譬如说在中亚细亚北纬39°一40°之间，有几条横亘东西的剧烈构造带(包括费尔干纳、列宁纳巴德以南的阿拉依什克、土耳其斯坦、札拉依什克以及斯大林纳巴德以北的二迭、三迭纪岩层所组成的紧密褶皱带)出现。由此往西，这个东西构造带，受到了欧亚山字型构造前弧顶部的干扰，在地面不见它的痕迹，但到了土耳其北部濒黑海地带，剧烈东西纬向构造又出现了，在那里叫做阿纳托利亚带。横亘保加利亚中部普兰尼亚纳和巴尔干半岛的巴尔干诸山脉，包括罗多彼山脉，看来也是属于这个纬向构造带的范畴。在它的西段，由于受到了达尔马特亚一阿尔卑斯构造体系的影响，有转向西北的趋势。 在欧洲的南部，特别是它的东南部，在较新的地质时代，发生了几个大规模的旋扭构造，改变了当地原来的构造形象，撕毁了地壳表层原来在构造上连续的部分，而成为支离破碎的地块。有的上升成为岛屿，有的下降成为深海。在地中海西部，下降的幅度更大，但是在北纬40°一43°左右，仍然存在着比利牛斯和坎塔布连山脉。这条山脉不是严格走向东西，而是稍偏西北。这也是受到了地中海地区发生大规模扭动的影响。须要指出，多数地质工作者都认为，比利牛斯山脉是第三纪时代造山运动的产物，但是有些人在那里做了详细的工作，发现了在古生代时期造山运动的遗迹。 在大西洋底，也有一些迹象显示横亘东西的构造带。在它穿过北大西洋海岭的地方，它大致位于亚速尔群岛以北不远的海域。在毗连北美的海域中，形成所谓北美盆地的北部边缘。在北美大陆的东部，古老的走向东北一西南的阿巴拉契亚剧烈褶皱带，在纽约和波士顿这两个地点的纬度之间，突然发生转折，走向近东西的奇异现象。在美国西部同一纬度地带，尽管受到了更剧烈的走向西北一东南的科迪勒拉褶皱山脉和所谓大盆地山脉最宽的地带的控制，仍然出现一种奇异的现象，即在这个大致走向南北的地带中，存在着东西延伸颇长的重力异常带(负200～240毫伽)，并出现了一条走向东西的尤因他山脉。它是由前寒武纪地层巨型背斜构成的。这条山脉，看来和门德西诺以西、太平洋底的巨大挤压兼平移断裂带，是一脉相承的。 秦岭—昆仑构造带 秦岭一昆仑构造带的主体，大致位于北纬32°30′一34°30′之间，但在局部地区有时范围较宽或较窄，走向略微转变。往西走，略有偏向西北伸展的趋势。这个带的秦岭部分，大体上分为两个亚带：北亚带由古老变质岩系组成，挤压现象极为强烈；南亚带主要由古生代海相岩层组成，挤压现象也相当强烈。有些花岗岩体和超基性岩带渗杂其中，并有压性的劈理及扭压性、张裂性和扭性断裂伴随。这个构造体系，至少从古生代以来，肯定反复经过多次强烈的构造运动。其中，最晚的一次，大约在侏罗纪的末期或者侏罗纪以后。 在这个长4，000多公里的纬向构造带中，存在着不少受其他构造体系干扰的现象，其中最显著的是在它的东段，两次受到了新华夏系沉降带的干扰。第一次，被新华夏系沉降带，在华北平原南部压在底下。同时，在江汉平原以北，又受到了淮阳山字型构造的干扰。然而航磁测量显示，古老岩层的纬向构造带，在华北平原南部和苏北地区还有存在的征象。 再往东去，这一纬向带，在黄海与东海之间，怎样第二次又受新华夏系沉降带的干扰，现在还不清楚。但是，到了日本九州的北部和日本本岛关东和四国北部，这一剧烈纬向构造帝，又很明确的显示出来。 在这里，也出现了日本弧形列岛、琉球弧形群岛和这一个纬向构造带交接在一起所形成的奇异现象。 这个纬向构造带的西部，显然受到了西藏高原的影响，以致它的走向稍偏西北。往西走，受到巴达克山一兴都库什一苏莱曼一伊朗弧形褶带的抑制。但在阿富汗的北部，仍然出现了柯依巴巴等走向东西的褶皱山脉，往西为阿富汗与伊朗之间的南北伸展的山脉所阻挡。 地中海的海底构造，尤其它西部海底构造，甚为复杂，但在地中海南岸的西部，有几条统称为阿特拉斯的山脉，由古生代和中生代岩层紧密褶皱构成。阿特拉斯西端的走向，差不多是正东西，大部分在摩洛哥境内。它的中段的主要走向，有偏向北东东的趋势，沿着阿尔及利亚和突尼斯濒海地区伸展。近几年来，在这个褶皱山脉中，发现了越来越多的与走向平行的平移断裂。摩洛哥相对往西，突尼斯相对往东移动了150公里以上。有人认为，摩洛哥与突尼斯之间的相对平移运动，都是非洲大陆北部对欧洲南部来说，向东稍偏北发生了移动的结果。不过，突尼斯移动较多，摩洛哥移动较少。还有一种相反的看法。不管实际情况怎样，两个大陆之间这样大规模的相对平移运动，很难避免产生一系列巨型扭动构造形式。这正说明欧洲南部的特殊构造形式。 美国南部，在北纬35°左右，有一条走向大致东西的乌奇塔山脉。往西去，这条山脉受到美洲西部高原突起的影响，形迹不明。它似乎在阿肯色河和雷德河之间，埋在地下逐渐平伏。在美洲西部走向西北～东南的山脉地带，在洛杉矶以北，突然出现一种奇异的现象，即从北纬40°左右起，一直向东南伸展的这条山脉，在洛杉矶附近突然向东转折，形成圣伯纳迪诺山脉，而在太平洋岸以西，在同一纬度上又出现了圣巴巴拉一系列的岛屿，大致与摩勒大断裂在纬度上是一致的。 在南半球同样的纬度，也出现了东西向的构造带。显著的例子是，在南非的极南部，南纬34°左右，有几条褶皱相当剧烈、走向东西的平行山脉，突然出现于一个地层比较平坦的地区，从石炭二迭纪到早白垩纪地层，都卷入了这些横亘东西的山脉褶皱。在挤压强烈的地段，褶皱向北倒复或成断裂向北逆掩。褶皱运动，看来是不限于早白垩纪以后，而是从石炭二迭纪到白垩纪的这一段漫长的历史时期中，发生过好几次。每次褶皱的方向，大致都是走向东西的。有些人把这条所谓开普褶皱山脉，和非洲西南角沿海地区走向北北西的褶皱带联系在一起，作为一个整体看待。这是错误的。因为，后者褶皱的程度比较缓，发生的时期也不同。 在南美洲的同一纬度上，即在布宜诺斯艾利斯附近和它以西的地带，可能也存在着一个走向东西的构造带，但尚未能肯定。 南岭构造带 南岭构造带的主体，大致位于北纬24°一25°30′之间，在个别地区可以散布到北纬26°左右。其东段和中段，主要是由古生代和中生代岩层的褶皱和大批花岗岩、以及分布面积不大广泛的变质岩系构成。它的西部即桂北、滇北地带，主要是由古生代岩层局部褶皱或走向东西隆起带反映出来。在中国西南部，南岭构造带受到其他构造体系的干扰极为强烈，所以在地表很少暴露它存在的迹象，但也不是影迹无踪的。例如，横断广西的中部，就有一些走向东西的褶皱，东起富川、钟山、贺县，西达宜山、河池。在滇北紧密褶皱的地区中，如北起鹤庆，南到安宁以南，也夹杂着东西向褶皱的分散片段。 在印度的中部，有一个隆起的地带，包括凯姆尔丘陵及其东南地带。在这个地带，古老变质岩系带着贡瓦纳系(石炭二迭纪到侏罗纪)上升，形成一个东西方向延伸的地带。它的位置在北纬24°左右，是否在构造上和南岭带相当，值得进一步研究。 在阿拉伯海湾的北部海底，有人曾经发现过走向东西的山脉，在纬度上，大致与南岭相当。但这个海底的隆起带，在构造体系上究竟是否属于南岭带，尚待进一步调查。 在南半球非洲大陆上，南纬25°一26°之间，有一条极特殊的各式各样火成岩的活动带，叫做布什维尔德复杂火成岩带。在德兰士瓦的南部，东西长达400公里以上，南北宽90余公里。构成这个复杂火成岩带的岩石，有酸性、基性火山岩流，也有酸性、碱性、基性和超基性岩侵入体，以及和这些侵入体密切相连的各种矿产。这个火成岩带的活动时期很长，可能是间歇性的，大约到中生代初期，基本上停止了。 在澳大利亚中部，南纬25°左右，有一条由古老岩层构成的近于东西的马斯格雷夫山脉。其中断裂十分发育，有些部分近于直立，有的倾斜比较平缓。一般认为，在寒武纪以前，这条山脉已经形成了，并且僵化了。是否已经僵化了?看来，还不能肯定。它是否是南半球代表与南岭构造带相当的一个段落，现在还很难确定。 还有其他若干的纬向构造带，似乎是具有全球意义的。横亘我国海南岛的纬向构造带，其纬度位置，大致在18°一20°之间。老挝中部山岭看来是属于这一纬向构造带。往东去，它恰好穿过由台湾北部山脉、火烧岛、红头屿以及巴坦群岛、巴布延群岛反映出来的一个弧形构造与吕宋交接的处所。这个带的纬向位置，和横穿中美的帕拉斯地向斜，以及和它有关的紧密褶皱带大致相当，也是和太平洋东部的克拉里用大断裂所在的纬度相当的。在加勒比海的北岸，古巴南部到日斯巴尼亚岛，也存在着一条显著的走向东西的复杂构造带。这个带，大西洋底是否存在?或者以什么形式存在?目前，还不清楚，但在佛得角群岛的北面，看来是有强烈反映的。 更重要的还有两条纬向构造带。一是沿着加勒比海南岸、南美洲北边的一条巨大的平移构造。它在地下越过中美狭窄的陆梁，到太平洋方面和克利帕顿巨型平移断裂带连接。它的位置在北纬l0°左右。一是大致在北纬5°到南纬5°之间的巨大平移构造带，在大陆上即地壳的表层上反映不太清楚，而在太平洋方面和大西洋方面的海底构造中，反映却极为强烈。同一构造带，在东南亚方面，由印度尼西亚列岛和有关的海域的构造，特别突出地表现出来。它们和中美以及加勒比海海域周围的岛屿一样，清楚的标志着，有关的北半球大陆部分和南半球部分，曾发生过，可能现在还在继续发生巨大的相对的平移运动。由于这种平移运动，在这两个地带就产生了极相类似的，以加勒比海和班达海为旋涡的巨型旋卷构造。 （待续） 原著： 李四光《天文 地质 古生物》1972年科学出版社，p.83-115 翻录者： 陈立军 2014.1.8 联系方式： QQ 775844819 科学网博客： http://blog.sciencenet.cn/u/seisman
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地壳的概念——李四光
seisman 2014-1-9 11:18
地壳的概念 原始地球，有些人认为表面有全球性的海洋覆盖，后来才划分海陆。也有些人认为，所谓全球性海洋，纯属无稽之谈，自从地球形成以来，有了水就有了海陆的划分，海与陆，是原始地球固有的表面形态。这两种设想，都是空想，都无可靠的根据，也值不得议论。我们现在谈地壳的问题，只好从实际出发，从地球表面现实的状态出发，这个现实的状态，至少在二十几亿年以前，已经基本上形成了。自此以后的地球，只是在有了岩石壳、陆地、海洋、大气的基础上向前的发展。 地质工作者所能直接观测的范围，到现在为止，只限于地球的表层。这个表层，只占地球表面极薄的一层。但是，构成这一薄层的物质和它结构的形式，却反映了地球在它长期发展过程中，内部和外部各种变化正负两方面的总和。 内部变化，主要是建造性的，但有时既有建造作用，又有破坏作用。例如岩浆(即炽热的熔岩)上升，或并吞和熔化上层某些部分，继而又凝固；或侵入上层，破坏了它的完整性，同时又把它填充、胶结起来，而成为一个新的、比较更复杂的整体。外部变化，在大陆上，主要是破坏性的，而在海洋中，主要是建造性的。但有时与此相反，在大陆上某些地区，特别是在干旱和低洼地区，被破坏了的物质，积累起来而成为建造；在海洋中，由于海底潮流的作用，把已经形成的建造，部分地或全部冲毁，被潮流带到其他海域，再沉积下来。 所谓地球的表层，并没有明确的界线。概略地讲，就地质工作者直接观察的范围来说，在某些褶皱强烈的山岳地带，能观测的厚度不超过十几公里，而在另外一些地层平缓的平原地区，能直接看到的地层厚度那就很有限了。这样的厚度，比起地球的半径来说，那是微不足道的。还必须指出，人们能直接观测的厚度，仅仅是地球表层的上部。究竟表层有多厚?也没有明确的界线，更谈不上地壳的厚度。但是，我们可以从这个能见到的表层中，找出与地球漫长的历史发展过程有关的资料。 很早以来，人们从地球的表层所得到的印象，逐渐形成了地壳的概念。随着地质科学的发展，地壳的概念逐渐变得比较明确了。但至今还很难指出全球地壳的厚度究竟有多大，控制地壳形态的主要因素又是如何?现在，综合各方面的探索结果，来看我们今天对地壳的认识达到了什么程度。 一、地热 有一种地球起源的概念，到现在还占着相当重要的统治地位。就是说地球原来是一团高温度的物质，逐渐冷却，在地球表面上结成了壳子，这就叫做地壳。这样形成的地壳，从表面到地球的深部，温度就必然越来越高。从钻探和开矿的经验看来，越到地下的深处，温度确实越来越高。但地温增加的情形各地不同，同在一地又随深浅而有不同。地温每增加一度，往下进入的深度名叫地温增加率，在亚洲大致40米上下增加1℃(我国大庆20米、房山50米)，在欧洲绝大多数地区是28—36米增加1℃，在北美绝大多数地区为40一50米左右增加1℃。这个地温增加率，并不是往下一直不变的。假如，我们假定每深100米地温增加3℃，那么只要往下走40公里，地下温度就可到1，200℃。现今，世界上各处火山喷出的岩流，即使岩流的熔点因压力的增加而有所变化，温度大都在1，000℃以上，1，200℃以下。据实验结果，玄武岩流在40公里的深度下，他的熔点不过增加60℃。这个数字，看来对熔岩影响甚小，对上述的1，000℃以上，1，200℃以下的估计没有什么影响。根据地热的情况，地壳的厚度大约在35公里左右。 以上是从玄武岩的特点来推测地壳的厚度。现在从地球表面的热流和构成地壳各层岩石中所含放射性元素蜕变的发热量来探测一下地壳的厚度。地壳的上层，主要是由花岗岩类酸性岩石组成的，地壳的下层，主要是由玄武岩之类的基性岩石及超基性岩石组成的(详后)。 花岗岩之类酸性岩石，平均每1，000,000克每年由铀发出的热量为2.3卡，由钍发出的热量为2.1卡，由钾发出的热量为0.5卡，即平均每1，000,000立方厘米的花岗岩类岩石每年发出13.7卡的热量。玄武岩之类基性岩石以及其下的超基性岩石，平均每1，000,000立方厘米每年发出3.8卡的热量，其中超基性岩所发出的热量，占极小的比重。 地球表面的热流平均值为每秒每1平方厘米为1.25×10 -6 卡(即每年每1平方厘米40卡)。除了特殊的地热异常地区或地带以外，这个数值，最小的不小于0.8×10 -6 ，最大的不大于2.24×10 -6 卡。用平均热流的数值乘地球全部面积，即得每秒热流总量为1.25×510×10 10 ≈64×10 12 卡(≈每年20×10 19 卡)，其中大陆方面占每秒22×10 12 卡，即每年7×10 19 卡。假定大陆壳上层的厚度为18公里，地壳下层厚度也是18公里，按上述地壳上下两层发生的热量计算，大陆壳发生的热量为每年5.4×10 19 卡，差不多可以抵消它失去的热量的80％。可是大洋方面的情况就大不相同。如果假定大洋底上面平均有1公里厚的花岗岩类岩石，其下有5公里厚的玄武岩(实际上在广大的太平洋底只有玄武岩)，有人计算过，构成大洋底地壳的岩石发生的热量，抵消大洋底失去的热量不到11％。 以上假定的大陆壳的厚度和海底地壳的厚度，当然是指平均的厚度。上述数据虽然不完全可靠，但也不是毫无根据。从地震观测所获得的大量事实(详后)，与上述假定，大体上是相符合的。这样推测出来的大陆壳的厚度，与考虑玄武岩流所得出的厚度，也相差不大。 地球上自有生物以来，地面的平均温度，虽然有时发生较大的变化，如大冰期来临的时代，但至少最后三次大冰期并没有使比较高级的生物群灭亡。相反，有些新种族，特别发育。这说明尽管地面平均温度下降了，但下降的幅度，不会太大。否则高级生物，很难继续生存下去，更说不上有所发展。 按前述构成地壳上下两层岩石含放射性元素的特点和它们的厚度来估计，地壳中岩石的发热量，是不够抵消地球失掉的热量的。那么，只有使用地球固有的热量来代偿不够消耗的数额，或者在地球内部不断发生发热的变化，来补偿消耗，才能保持地球表面的温度，不致不断下降。换句话说，在地热潜在储量的问题上，要地球“吃老本”，才能保持它表面温度。这样一来，就会导致到一定的时候，地球会开始趋于衰老的结论。归根到底，地壳就有不断加厚的趋势。 地球表面的热流量 = 地温梯度 × 岩石传热率。 地温向下如何增加，决定于近地面的地温梯度和岩石的传热率，而近地面的地温梯度与地表温度有密切的联系，岩石的传热率基本上是不会变的。所以，如若地球表面温度没有显著的变化，地球表面的热流量也不会有显著的变化。然而事实上，地球表面的平均温度有变化，虽然变化不大，一般认为这种变化，主要是由太阳的辐射热决定的。 根据上述情况，我们可以说地球是一个庞大的热库，有源源不绝的热流。地质工作者和地球物理工作者，至今对这个极为重要的问题，还没有进行全面的调查研究，让这个随地可以取得的能量为人类的生活和生产服务。不错，在少数的地点，例如，在意大利、苏联、新西兰、美国、日本，仅仅在地热已经大量泄露的地方，建立了发电站，并把地热带来的热水加以综合利用。这些都是规模很小，没有注意到对地下储存的庞大热能的利用，而把地球在它表层给我们遗留下来的珍贵遗产——象煤炭这种由大量丰富多彩的物质集中构成的原料，不管青红皂白，一概当做燃料烧掉。这是无可弥补的损失。 地热与地温是有密切关系的。地下的等温面一般不是平面，而是随地区和地带起伏不平，同时等温面之间的间隔也是各处不等。在等温面隆起的地方，间隔较小的地方，可以说是热异常区。这种热异常区的存在，是比较普遍的，但是直到现在还没有开展普遍的调查。在这种热异常区，取出地下储藏的热能是比较容易的。事实上，我们在钻井中已经遇到大量的热水向外涌出，热水的温度从四、五十度到一百多度不等。这样，从地下取出热水并不限于热异常区，在其他必要的地区，也可以同样进行勘测和开发。从地下冒出的热水，往往还含有有用的物质，如若能够有计划的加以调查研究，在适当地点加以开发和综合利用，对祖国的社会主义建设，肯定有很大的好处。 二、酸性和基性岩类的分布 火成岩的种类很多，就它们的化学性质来说，有些是以石英和其他含硅酸较多的矿物为主要成分的各种花岗岩类，属于这一类型，统称为酸性岩类。另外，又有以橄榄石、辉石、角闪石等类矿物为主要成分的，有辉长岩、玄武岩、辉石岩、闪石岩、橄榄岩等，统称为基性和超基性岩。在这两个类型的岩石中间，还有许多种类的中性岩，其中以花岗闪长岩和安山岩比较重要。从火成岩所在的地位来说，又有深成、中成、浅成和地面的区别。例如：一般认为，基性岩石特别是超基性岩，是深成的岩石。从它们的比重来说，深成的基性和超基性岩石比重较大(3.1-3.2左右)，浅成的酸性岩石比重较小(2.8—2.9)。花岗岩的地位比较特殊，大部分是在地壳中较深而又不太深处形成的，因被侵蚀露出地面较多。在正常情况下，一般酸性的在上部，基性的在下部。 花岗岩的形成，有争论，现在还未解决。有的认为是地下的岩浆由于上升经过冷却而凝结的产物，有的认为是在地壳表层下面高温高压的条件之下，沉积、变质岩层经过变化而产生的。这两种对立的论点，使我们回忆到在地质学发展的初期，水成学派和火成学派的论战。不过，在今天争论的重大问题更多了。花岗岩化固然是其中之一，但不象火成学派对水成学派那样水火不能相容。由于花岗岩在地球表层的范围面积很大，而且某些矿床的分布往往与它有一定的联系，所以花岗岩的成因问题，现在还是论战比较激烈的。看起来，有的花岗岩确是由岩浆凝结产生的，而另外一些花岗岩，则是在高温和高压条件下，由别的岩石转变所形成的。 我们知道，地球平均比重是5.52，花岗岩平均比重是2.7，玄武岩平均比重是2.9—3.0，橄榄岩平均比重是3.3。由此可见，越到地球的深部比重就越大，基性岩就越占优势。再往下走，比重更大的物质成分，一定会随深度增加，否则不能达到地球的平均比重5.52。这样看来，在大陆上组成地壳的岩石，只能是比较轻的岩石，不可能达到橄榄岩的程度。所以，在大陆方面，一般认为把最基性的岩层当做地壳的底部是比较合理的。 一般地说，构成地壳表面的岩石，绝大部分是属于酸性的岩石；沉积岩层和沉积变质岩层，仅仅是表皮的一层，其下绝大部分是花岗岩类的岩层。这些岩层中绝大部分的矿物成分是以硅和铝为主的矿物所组成的，因此统称为硅铝层。硅铝层以下的岩层，绝大部分是由以镁、铁、硅等元素为主的矿物所组成的，因此地壳下部的一层被称为硅镁层。 但是，在大洋方面的情况则有所不同。有些大洋，例如太平洋海底有大片面积铺着极薄的一层红泥、乌滓(其中含有大量海中浮游微体生物的壳片)。红泥的平均厚度不到300米。其下几乎全是玄武岩构成的。就是说，不存在硅铝层。而在印度洋中的有些海域，发现了存在着较薄的硅铝层，其下主要还是由硅镁层组成。大西洋的情况又有些不同。大西洋底有较薄的硅铝层，看来是普遍存在的，其下还是硅镁层。根据上述情况，构成地壳岩石的性质，有这样一个比较显著的差异，即构成大陆上层的岩石，总起来说，比重较轻，而构成大洋底、特别是太平洋底的岩石则较重。这些岩石，不但是主要的物质成分不同，结构形式不同，而且强度也有差别。所以，我们谈地壳，从岩石分布的观点来看，就不能不把大陆部分和海洋部分分别看待。 大陆的边缘，不是以海岸线为界的。大陆与大洋之间，经常有一个宽窄不等的过渡浅海地带。这个地带，往往是一个平缓的斜坡，有时有人称它为陆棚(或大陆架)。陆棚上的沉积物，绝大部分是由邻近的大陆输送而来的，其中生存的生物所赖以生活的物质，主要是由大陆上供给的。一般认为，大陆附近的浅海的深度为130一140米，至多不过200米。这个浅海地带的边缘，是大陆与海洋的界线。由此而下，海底斜坡坡度突然变得很大，称为深海，其中的沉积物和生存的生物与浅海有显著的差别。深海以外的海域，通属于大洋(见图1)。 图1． 大陆与大洋交界处一般化剖面图 三、地震波穿过地球各层的速度 地震的震中，绝大部分深度不大，但也有少数地震是从地球深部发动的。每一次地震都发出三种不同的震波。第一种是纵波，又叫疏密波。它传播的方向和受震动的物质摆动的方向是一致的，好象音波一样。第二种是横波，又名扭动波。物质受这种波动而发生的摆动，并不与波动传播的方向一致，好象拿一条绳子让它摆动时，绳子各点摆动的方向和波动前进的方向是不一致的。第三种是表面波。这种波又分为两种，在此无需详述。它们仅仅在地面传播。当地震发生时，这种表面波破坏力较大。这三种波动传播的速率都不等，纵波最快，横波较慢，跟着来的就是表面波。所以，在离震中稍远的地方，它们到达的时间不同，因此从纵波和横波到达的时差，可以计算接收这两种波动的地点到震中的距离。 弹性物质传这两种波的速度，是与它们物质的密度(比重)和某些弹性系数各有一定的关系。它们都是与传播物质的密度(比重)的平方根成反比例。因此，从震波传播的速度，可以推测传播它的物质的密度。 以上这些事实，是经过无数次实践的经验完全得到证实，从理论上也可以得到证明。 另外，根据实践的经验，我们知道，固体既可以传播纵波，又能传播横波，而流体只能传播纵波，不能传播横波。 地震波传播的速度，在地球上各处看来稍有不同。从事地震工作的人们所提出的数据，也不完全一致，同一个人，不同时间提出的数据也不完全一致。不过，总的说来，只是大同小异。现在，把这些数据总合起来，列表如下。 另外有人认为：最上一层大约10—15公里，纵波传播速度大约每秒5.6公里，横波传播速度约每秒3.2公里，其下有不甚显著的不连续面。这个不连续面下的一层的厚度与上层大致相等，其传播速度是每秒6.2公里。 深度45公里左右，传播速度突然增加，不连续情况，极为显著。 地球内部分层结构 从上列数据，可以看出： (1) 地震波在地球中传播的速度，一般越到深处越大。 (2) 速度不是均匀增加的，而是达到某些深度时突然增大，达到核心表面又显著地减少。在那些深度，构成地球物质的性质显然有所变化，一般越深越重。 (3) 这种突然变化及不连续的现象，标志着地球内部，可以划分为若干个同心的球形圈。其中，最上一圈的厚度，一般认为33—45公里，但有的地方较厚，如西藏高原达到60公里以上，而另外有些地方，厚度较薄，最薄的地方不到30几公里，个别地区更薄。这个最上的一圈，就是地壳。 (4) 所有不连续面中，有两个不连续面特别值得注意。一个不连续面，有时称为莫霍面。另一个是深度在2,898公里的不连续面，有时称为古天伯不连续面。这个不连续面以上，直到地壳的底部之间的球形圈，统称为地幔。地幔以下的部分，统称为地球核心。 (5) 到现在为止，还没有得到横渡穿过地球核心的可靠记录。 (6) 在2,898公里的不连续面以下，地球核心各圈的密度虽然增加很快，但传播纵波的速度，反而比在地幔下部传播的速度显著的降低。 如若把地震波传播的速度，和前述酸性岩和基性岩即硅铝层和硅镁层的分布情况结合起来考虑，似乎硅铝层和硅镁层或硅镁层的上部，都应属于地壳的组成部分。这样，就可以说，地壳的厚度，除了某些大洋或大洋中某些区域以及大陆上某些区域以外，大致可以认为，平均厚度不出30到40余公里的范围。这个数字，同地热方面推测的数字大致符合。 图2．地球各层传地震波的速度图 图3．地球剖面图 实线表示从地震发生的中心向地球内部各方面传播震波的方向(注意因地球内部密度不同，震波传播方向由于受到屈折而发生弯曲现象)，虚线表示反射波传播的路线，P为纵波，S为横波，L为表面波，PP和SS为第一次反射波，PPP和SSS为再反射波。 四、均衡代偿现象 由于地球自转的关系，地球表面的形状，不是理想的球形，而是一个扁球形。在两极的直径稍短，赤道的直径稍长，两者相差的数值大约为赤道直径的1／297。因为地球表面形状是个扁球，所以纬度每隔一度，在地面上的平均距离是随纬度各不相等。每一纬度与次一纬度在地面的差距是0.021公里。测量纬度的方法，都是以垂直线为标准，而垂直线不能不受质量分布的影响。 假如在同一经度上，两点之间或两点附近有大山脉存在，这时候垂直线受了大山脉的侧面吸引力，测量仪器的垂直观测线就不是真正的垂直线，而是稍向山脉倾斜。如果观测的两点在山脉一边，那么，近山脉的一点，垂直线倾斜较大，远山脉的一点倾斜要小。这些倾斜角度，都可以用重力比较精确地计算出来，然而据实际观测远星定位的结果，与按重力计算的结果不相符合，因此根据远星测量两点间的距离，往往和实际在地面丈量出来的两点间的距离不一致。 1709年，康熙48年5月18日，康熙命天主教耶稣会神父雷孝思等人测制满洲地图，先从辽东人手，东北至鱼皮达子。1710年，康熙复命进至黑龙江，是年12月14日图成，实地丈量，尽到最大的努力，用三角法递推互较，并测定纬度，但经度则是约推。在当时的条件下，可算是比较精密的，而其结果是地图的某些部分衔接不起来。当时认为其原因是由于仪器不够精密或观测方法不够准确所致的。实际上并不是这样，而是没有考虑到重力变异的影响。这次经验，第一次揭露了地面丈量与经纬度测量两种方法之间的矛盾，明确了由此而得出的差距。可惜当时只是抓住了现象，而没有接触到问题的实质。 在印度北部靠近喜马拉雅山测量的结果，发现了由于喜马拉雅山的吸引力对垂直线的影响，只占山应有的吸引力的三分之一。在南美洲及其他地区也发现了类似的现象。甚至有人测量因山的吸引力而发生的倾斜，不仅为零，有时还为负数。这样看来，大山是个“空壳子”，否则它的质量到那里去了?这里显然存在一个极堪注意的问题。 另外，在高山顶上进行测量，也发现了类似的现象。在高山的顶上，重力的数字应该是从海平面上的数字，减去由于山的高度而失去重力，加上由于山的质量而增加的重力数字。这两项数字，都可以精确的计算出来。这个实测的结果证明，山顶重力数字接近于山不存在的数字。那么，山的质量到那里去了? 山不可能是“空壳”，构成山的岩石不可能无质量，而计算所得的结果，又是根据重力的规律，也不可能有重大的错误。有两种不同的想法用来解决这个矛盾。一种是，认为大山只是漂浮在地壳上部，一部分出露在地面，一部分伸入地下，因为造山的岩石，主要是属于硅铝层的岩石，也就是较轻的岩石，地下硅镁层的岩石较重，如若山的地下部分，插入较重的岩层所在的地位，好象冰山浮在海中那样。那么，因为山的存在对重力所发生的影响，就可以这样抵消了。另外一种看法，认为一个山的密度(单位体积的重量)在地下可能按一定的规律增加，增加到一定的时候，他和侧面岩层的比重相等。这样，因山的存在而对重力发生的影响，也可以抵消了。这样造成的抵消面，叫做均衡代偿基准面。 照第一种的看法，山是有根的。就是说地面上高低不等的地区，就造山的岩石来说，在它的表面和底面，有相应而又相反的形象。照第二种的看法，抵消基准面是与地球中分层的球面大致符合的。长期以来实践的经验，导致人们多数倾向于第二种看法，但在某些高山和高原地区，第一种看法，是比较更切合实际的。 这种由于地形的高低不等，而没有发生应该发生的重力变更现象，叫做地壳均衡现象。其所以发生这种现象，主要是由于有关地区岩层上下的密度发生变化，或者高山、高原较轻岩层插入地下，而得以补偿。然而，补偿一般都不完全，由此就出现了所谓重力异常的现象。在很多地方和地带，我们可以比较精密地测出重力异常区或异常带分布和伸展的情况。这对埋藏在地下的矿产资源和构造形态的探索，是有效方法之一。 大陆壳的上部由硅铝层构成，下部由硅镁层构成；大洋底部的上层有时平均有1公里厚的硅铝层，其下由5公里厚的硅镁层构成，有时无硅铝层。如果大陆壳和海底壳完全达到均衡的状态，在地表高低不等的地区，则地壳上下各层岩层密度的分布和各层高低的对比，各有差异，而均衡代偿基准面所在的深度，则应该都是一致的。有人选择了几个有代表性的柱状剖面表示这种关系(图4)。每一柱状剖面左侧数字表示岩层厚度，右侧数字表示各层平均密度。把这些平均密度乘以相应的厚度直到深50公里处，即得在这个深度处的压力。这个压力，对每一个柱状剖面都是相等的，例如对大洋底部来说， 5 × 1.03(海水)+ 1×2.4(沉积物) + 5 × 2.9(地壳下部的硅镁层) + 39 × 3.3(地幔上部硅镁层) = 150.75 对其他各个柱状剖面，都可以照样计算出大致相等的数字。 图4 四个典型柱状剖面表示莫霍面（M）和均衡代偿基准面的相对位置 图5 大陆和大洋两方均衡代偿现象示意剖面图 这样，就是说，在高度不同的地区，地壳的厚度不同，硅铝层和硅镁层的厚度也各不相同，莫霍面的深度也各不相同。在大洋中，莫霍面约在海面下10公里，而在大陆上接近海平面的平原地区和高原地区，地壳的总厚度约为30一36公里。这个厚度就是莫霍面的深度。均衡代偿基准面在地幔表层以下。 以上是在地壳各部分完全达到了均衡代偿的条件下作出的估计。事实上，地壳各部分均衡代偿现象是极不平衡的。有些地壳部分，如太平洋底部，总起来说，与邻近的大陆之间，比较的接近于均衡，但在它的周围一带和邻近的大陆地带之间，地壳高低起伏，相差很大。例如，邻近东亚大陆的太平洋海域中，从堪察加半岛一千岛群岛一日本列岛一琉球群岛的沿岸直到菲律宾迤东，存在着一条地球上最长最深的海沟，其中有些部分，深度比10公里还大，邻近的岛屿地带，都呈现着极为显著的重力异常带。这种重力异常带，明显地反映，在这些地域，连印度尼西亚群岛及其迤南的海沟和新西兰及其东北的克尔马得克海堤和汤加海沟等等地带在内，地壳远没有达到均衡代偿的要求。同样，在大陆上有许多地区，特别是高山和高原地区以及由新沉积物填平的低凹地带，通过重力测量，我们经常发现均衡代偿不良的现象。是什么力量干扰了这条规律的实现?不是别的，就是推动地壳运动的力量。地壳各部分，都在不断地通过代偿，争取达到均衡。地壳运动，倾向于破坏均衡。地壳各部分争取达到均衡的倾向，可以引起有关的局部地区发生升降运动，但在地质时代的任何时期，它不可能成为发动全球性大规模地壳运动的有力因素。 原著：李四光《天文 地质 古生物》1972年科学出版社，p.71-80 翻录者： 陈立军 2014.1.8 联系方式： QQ775844819 科学网博客： http://blog.sciencenet.cn/u/seisman 1 地壳的概念—李四光.pdf
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为了人类和谐发展，重新认识母亲地球
热度 5 QuentinYue 2013-2-7 21:39
为了人类和谐发展，重新认识母亲地球 岳中琦 提要 不识地球真内幕，只缘身在其外表。 壳幔莫霍面分隔，核幔甲烷层球圈。 2011 年 4 月 14 日，美国总统奥巴马，在白宫接受澳大利亚广播公司记者采访时， 针对中国的迅速发展和富裕，通过电视镜头向全世界明确讲出了美国人的真实想法。他说：“中国领导人会立刻认同，如果超过10亿的中国公民现在过着和澳大利亚和美国人一样的生活模式，那么我们都将会陷入十分悲惨的状况。这个地球无法承受。所以，中国的领导人理解，他们不得不下决定创建一个新模式，可以更好地持续发展。”奥巴马还说“他们也意识到了成为大国相应需要承担的重任。” 我不禁要问，为什么美国人有这样的想法呢？中国人生活好了，为什么我们大家都会陷入十分悲惨的状况呢？为什么这个地球无法承受呢？ 根据我的研究，我认为这种想法的根本原因在于，我们人类迄今对我们母亲地球的认识是不完全正确的。这些不正确或片面的认识（或理论、假说）可以总结归纳如下。 第一、地表大气圈和水圈以下的地球是固体和液体地球、由呈球圈层分布的固体内地核、液体外地核、固体地幔和固体地壳物质，再加上上地幔或下地壳的一些软流层组构成的。 第二、石油、天然气和煤是在数百万、数千万、数亿年地质历史时期，由动植物的有机质遗体形成的。它们是不可再生的、且越用越少，最终会枯竭的。 第三、地震是由地壳板块固体岩石主动地碰撞和挤压造成的，地震能量是固体岩石的弹性应力和应变能。 第四、火山是岩浆造成的。这些岩浆是地幔岩浆上升到中地壳、上地壳的火山岩浆囊或库的。 经过三十多年的学习和研究，我发现和论证了以下对母亲地球的正确认识。 第一，地球内部不完全是固体和液体的。地球不完全是固体和液体物质呈球圈层分布的。地球内部有海量高压高密度气体。地球内部高温高压的地幔和地核会不停地生产出海量以甲烷为主的高压高密度气体。这些气体会上升到和储存在地壳下部。非常致密、相当连续的球形下地壳岩石本身是一个巨大的球壳型闭圈。它把地幔和地核不停地排出的高压高密甲烷气体给封闭在其下。因此，地壳和地幔间的莫霍间断面是一高压高密度甲烷气体球圈薄层。其厚度在地球不同经纬度有数百米到一、二千米变化。它将低温固体岩石地壳同高温地幔物质有效地隔离开了。它保护了现在地壳岩石圈和地壳表面上的植物、动物和人类。同时，它也保护了地幔和地核高温高压物质。 第二， 人类从浅层地层大量开采的甲烷天然气不是地表沉积岩中动植物遗体有机形成的，而是地球内部深部（地幔和地核）物质非生物（无机）形成的。地球幔核无机形成的、在壳幔界面气球圈层储存的极高压甲烷天然气体通过地震、火山等方式不断地运移到近地表浅层地层中储存或排放到空气中。从而，它们形成了油气田和煤田，以及地面上大气圈和地表水圈。 第三，发生地震的能源不是地壳固体岩石应力变形能，而是在壳幔界面气球圈层储存的极高压甲烷天然气的体积膨胀能。地震发生过程不是地壳板块主动地碰撞和挤压破坏过程，而是在壳幔界面气球圈储存的高压高密度的甲烷气体以极高速度沿断裂带从地壳深处向地壳浅部运移、膨胀、推挤和断错地壳岩石过程。 第四，火山不是地幔岩浆造成的，而是地幔运移上来的气体造成的。从地壳下方气球圈层运移上来以甲烷为主的幔核气体在中、上地壳岩石内部同四周围岩石进行化学还原和分解反应形成了各种岩浆和各种气体。每个火山都是大气田，内部有各种气体矿和地壳岩石还原分解分离形成的金属矿。如同人们锅炉炼钢铁，火山内岩浆是地幔气体同地壳岩石化学反应的产物。 在这个对地球全新正确的认识和理论指导下，我们可以相信，人类生存所需要的油气能源是不断新生的、是用之不竭的。特别是，人类还没有开采利用任何位于全球各地的众多火山气田内部的各种海量天然气体。 因此，在我们中国成为世界第一经济大国和我们国民过着勤劳、富裕生活的进程中，我们一定要重新、更为正确的认识我们的母亲地球。从而，我们可以消除其它国家和民族的犹虑和怀疑，特别是美国人的担忧和限制。我们更是可以承担大国应该承担的责任。 我们可以自豪地认为，当我们人类对地球的认识全面和完整时，即认为和接受幔壳间莫霍界面是薄层高压高密度甲烷气球圈层时，我们人类多年来对因缺乏能源而造成的危机、恐怖和战争也就随之消失了 ! 同时，我们人类将会建立更加有效、合理和准确的方法和技术来预测和防治地震、火山、海啸等自然灾害。 我们人类将在我们中国人的带领下，进入一个完全崭新的、更加和谐的、更加幸福的社会生活模式。这个美国人希望我们创建的一个新模式或许就是人类早已梦想的那个按需分配的社会模式。 2012年10月30日写成于港大办公室 2013年2月7日贴上科学网博客祝贺蛇年新春佳节
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为我国大力开发页岩气而欢呼！
热度 4 QuentinYue 2012-3-22 23:12
为我国大力开发页岩气而欢呼！ 岳中琦 今天看到《中国科学报》 (2012-03-22 A1 要闻 ) 由陈欢欢先生题为《中国页岩气规划是否“大跃进”》的报道（ http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/3/261581.shtm ），我万分高兴。 报道说，“ 3 月 16 日，我国第一部有关页岩气的专项规划——《页岩气发展规划（ 2011-2015 年）》（以下简称《规划》）正式发布，其中 2020 年页岩气产量确定为 600 亿～ 1000 亿立方米。” 根据我多年的研究，地震是由高压强高密度的地幔甲烷气形成的，地壳和地幔间存在一薄层高压强高密度甲烷气球圈隔垫层。这地下深部逃逸出来的海量甲烷气有很多被浅层地壳的致密页岩储存了。我们必须开采它们！否则，它们会逐渐地泄漏到大气中去，而白白浪费了。 地球的地核和地幔给人类提供了可采集的、永远采不完的甲烷气体能源。人类是不会有任何能源危机问题的。 因此，我为我国大力开发页岩气而欢呼和高兴！ 本篇短文在 2012 年 3 月 2 日午夜写成于香港大学黄克兢楼 602 室
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地壳的属性5—以华北地壳地球物理探测成果为例
seisman 2011-10-1 16:46
地壳的属性5—以华北地壳地球物理探测成果为例
地震地热说原理：地壳的属性 5 —以华北地壳地球物理探测成果为例 地 壳 的 属 性 （ 5 ）以华北地壳地球物理探测成果为例 Seisman 初步收集几项我国华北地区地球物理探测结果，对地壳的结构似乎可见一斑。 1 ）元氏—济南测线 1970 年，中国科学院地球物理研究所和石油部 646 厂合作，在元氏—济南测线上采用连续剖面法，完成了本区第一条深地震测深剖面（图 1 ）。这里的莫霍面深度 35 ～ 38km 。 由图 1 可见，在深度 10km 以内存在大量的近地表断裂，尤以 5km 内为甚。 10km 以下 20km 以上存在若干主干断裂。 20km 以下为若干条抵达莫霍面附近的超壳断裂，即所谓深大断裂，其中 F1 ～ F10 位于邢台 7.2 级地震的极震区内。 2 ）华北北部天然地震转换波测深 1975 — 1979 年，国家地震局地质研究所在京津唐地区布置 7 条测线， 1980 — 1981 年增设 2 条测线（图 2.0 ），共设测点 105 个。其成果图见图 2.1 ～ 2.9 。 这一组成果图说明，研究区内下地壳的构造较为单一，所谓超壳断裂也是较为少见的。 3 ） 沧东断裂 ( 天津段 ) 特征 据赵苏民等（ 2007 ）介绍， 沧东断裂是华北平原区一条走向北东规模较大的隐伏断裂，经历了中、新生代两个裂陷旋回。 国家地震局地球物理勘探中心于 1995 年运用深地震宽角反射／折射探测技术得到沧东断裂北部 ( 天津段 ) 的地壳、上地幔结构剖面 ( 图 3.2) 。研究认为沧县隆起和黄骅坳陷地壳分上中下三层。值得注意的是，沧县隆起和黄骅坳陷中、下地壳速度结构横向连续，但上地壳速度结构以沧东断裂为界明显不同。所以，沧东断裂深部构造在剖面上表现为上陡、下缓的铲状断面以极缓的倾角延伸至 10 km 深处，是一条发育于上地壳，断深在上地壳底部、中地壳上部，倾向在水平上延伸数十公里 至蓟运河断裂附近 的大型拆离断裂。 本文 1 ）、 2 ）的图件及文字描述引自《中国地壳上地幔地球物理探测成果》。承蒙该书主编之一毛桐恩教授和责任编辑姚家媹教授赠得此书，谨此致谢。 （ 2011.10.1 初稿） 参考文献 1. 国家地震局《深部物探成果》编写组 . 中国地壳上地幔地球物理探测成果 . 地震出版社， 1986 2. 赵苏民、高宝珠、黎雪梅，等 . 沧东断裂 ( 天津段 ) 特征及导水导热性质分析 . 地质调查与研究， 2007. 网页 http://www.hwcc.com.cn 图 1 元氏—济南剖面地壳上地幔构造界面图
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地壳的属性3—全球地震震源深度的分布
热度 1 seisman 2011-9-23 01:10
地壳的属性3—全球地震震源深度的分布
地震地热说原理：地壳的属性 3 —全球地震震源深度的分布 地 壳 的 属 性 （ 3 ）全球地震震源深度的分布 Seisman 1 ） 资料的选取与分析方法 全球 ANSS 地震目录自 2004 年起不再有所谓“ 33km ”的模糊深度。本文共选取 2004 ～ 2011 年 9 月 22 日 4.0 级以上地震事件 104,234 个。 基本分析方法如下： ① 将地震分为 4 级以上、 5 级以上、 6 级以上三大类。 ② 震源深度着重围绕地壳厚度分层，分别为 0km 以下、 15km 以下、 20km 以下、 25km 以下、 30km 以下、 35km 以下、 50km 以下和 80km 以下等 8 个档次，分别见图 1 ～图 3 。图中蓝色为起始深度至 150km 的地震，绿色为 150 ～ 300km 深度的地震，红色为深度在 300km 以上的地震。 ③ 为便于比较，每一大类的分图从 1 到 8 分左右两列排列。 3 张图的深度层位互相对应，便于类间的对比。 ④ 为突出地震分布的效果，图中只以 4 大洋的地名标注，学者们一看就知道哪儿是哪儿。中国的国界没有画周全，只是便于读者知道中国大致在哪儿。 2 ）全球震源深度分布的基本特征 由图 1 ～图 3 可见， 全球震源深度分布具有如下一些基本特征： ① 3 大类地震的震源深度分布既有共性，也有个性。总的来看，深度在 50km 以下的分布是基本一致的，差异主要在壳内。 ② 4 级以上地震和 5 级以上地震在深度 15km 以内基本符合所谓 5 大地震带的分布，可是在 15km 以下就只有环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带了。而且， 6 级以上地震的分布，压根儿就不存在所谓的 5 大地震带。由此可见，所谓 5 大地震带的划分，实在没有太多的实际意义。 ③ 地壳厚度在 35km 以下的地方，除了若干个深源地震区外，深度 15km 以下没有 5 级以上地震， 20km 以下 5 级以下的地震也极少了。 ④ 世界上地壳最厚的青藏高原，除了沿喜马拉雅山脉的地震活动外，在 50km 以下没有了 4 级以上地震， 35km 以下没有了 5 级以上地震， 20km 以下没有了 6 级以上地震。 ⑤ 由是观之，所谓壳内地震，大多数集中在上地壳内，除了深源地震区的影响范围外，其他地方，由下地壳往下的地震活动是较为罕见的。 ⑥ 对于这些深源地震活动区，作者定义了 24 个地震地幔柱。这些地震地幔柱犹如人体的穴位，控制了全球 80% 的活火山和 90% 以上的壳内强震。环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带则是沟通这些穴位的经络。这条经脉，或许可以解开地震与火山的活动之谜。 本文所采用的地震资料取自 http://www.ncedc.org/ 网页的 ANSS 地震目录，谨此致谢。 （ 2011.9.23 初稿） 图 1 4 级以上全球地震的深度分布 图 2 5 级以上全球地震的深度分布 图 3 6 级以上全球地震的深度分布
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地壳的属性2—以中国及邻区为例
热度 1 seisman 2011-9-21 22:24
地壳的属性2—以中国及邻区为例
地震地热说原理：地壳的属性 2 —以中国及邻区为例 地 壳 的 属 性 （ 2 ）以中国及邻区为例 Seisman 1 ） 资料的选取 本文选取中国及邻区（ 20 °～ 50 ° N ， 70 °～ 130 ° E ） 2004 ～ 2011 年 4.0 级以上地震资料。本区自 2004 年以后不再有所谓“ 33km ”的模糊深度。资料取自 ANSS 地震目录，相比中国及邻区，震源深度的可信度或许要差一些。 所取地震事件 7071 个，其中 M ＜ 5.0 地震 6239 个， 5.0 ≤ M ＜ 6.0 地震 760 个， 6.0 ≤ M ＜ 7.0 地震 67 个， 7.0 ≤ M ＜ 8.0 地震 5 个， M ≥ 8.0 地震 0 个。 地震的深度分布为： 15km 以内地震 3017 个， 16 ～ 20km 地震 255 个， 21 ～ 25km 地震 273 个， 26 ～ 30km 地震 239 个， 31 ～ 35km 地震 683 个， 36km 以上地震 2604 个。最大震源深度 288km 。 换一个说法是： 0km 以下地震 7071 个（图 1 ）， 15km 以下地震 4054 个（图 2 ）， 20km 以下地震 3799 个（图 3 ）， 25km 以下地震 3526 个（图 4 ）， 30km 以下地震 3287 个（图 5 ）， 35km 以下地震 2604 个（图 6 ）， 50km 以下地震 1881 个（图 7 ）。 2 ）中国及邻区的震源深度分布特征 由图 1 —图 7 可见，地表至 15km 以内的地震分布范围很广，以下深度的地震则逐渐缩小范围。震源深度 15km ～ 35km 的地震分布基本上与图 8 所示的地壳厚度分布相一致，即地震主要分布在地壳厚度 40km 或 45km 以上的地区。震源深度 50km 以上的地震只集中在台湾及琉球、缅甸和兴都库什等 3 个地震地幔柱所控制的范围之内。 震源深度在 15km 以内的地震和震源深度在 35km 以上的地震合计 5621 个，占地震总数的 79.5% 。这说明，地震活动要么是与浅表地震构造的活动有关，要么是与深源地震活动有关。中间层的地震活动较少，而且主要分布在地壳厚度大的地区，某种意义上仍然属于 上地壳的地震活动。 图 8 取自段虎荣等《利用卫星重力数据研究中国及邻域地壳厚度》（地球物理学进展， Vol.25,No.2,p494 ～ 499,2010 ）一文。 本文所采用的地震资料取自 http://www.ncedc.org/ 网页的 ANSS 地震目录，谨此致谢。 （ 2011.9.21 初稿） 图 1 0km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 2 15km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 3 20km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 4 25km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 5 30km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 6 35km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 7 50km 以下中国及邻区地震的深度分布 图 8 中国及邻区地壳厚度反演结果 （据段虎荣等， 2010 ）
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地壳的属性1—以北美洲为例
热度 1 seisman 2011-9-20 23:17
地壳的属性1—以北美洲为例
地震地热说原理：地壳的属性 1 —以北美洲为例 地 壳 的 属 性 （ 1 ）以北美洲为例 Seisman 1 ） 资料的选取 本文选取北美洲（ 0 °～ 70 ° N ， 95 °～ 140 ° W ） 1980 ～ 2011 年 2.5 级以上地震资料。 北美洲地震有美国先进的地震台网监测分析，自 1979 年以后不再有所谓“ 33km ”的模糊深度，资料是可信的。 所取地震事件 92646 个，其中 M ＜ 3.0 地震 51461 个， 3.0 ≤ M ＜ 4.0 地震 30266 个， 4.0 ≤ M ＜ 5.0 地震 9679 个， 5.0 ≤ M ＜ 6.0 地震 1101 个， M ≥ 6.0 地震 139 个。 地震的深度分布为： 15km 以内地震 80201 个， 16 ～ 20km 地震 4982 个， 21 ～ 25km 地震 2187 个， 26 ～ 30km 地震 1120 个， 31 ～ 35km 地震 1669 个， 36km 以上地震 2487 个。 换一个说法是： 0km 以下地震 92646 个（图 1 ）， 15km 以下地震 12445 个（图 2 ）， 20km 以下地震 7463 个（图 3 ）， 25km 以下地震 5276 个（图 4 ）， 30km 以下地震 4156 个（图 5 ）， 35km 以下地震 2487 个（图 6 ）， 50km 以下地震 1586 个（图 7 ）。 2 ）北美洲的震源深度分布特征 由图 1 —图 7 可见，地表至 15km 以内的地震分布范围较广，以下深度的地震则逐渐缩小范围， 20km 以下基本上保持在相同的范围之内，直至 266km 的深部。 地表的地震活动明显受断层活动的影响。比如位于旧金山到洛杉矶一带最著名的圣安德列斯断裂系（图 8 ），显然控制到加利福尼亚地区的地震活动。 图 8 取自 http://pubs.usgs.gov/gip/earthq3/where.html 网页。该网页认为，加利福尼亚地区的地震活动是由于太平洋板块朝北西方向运动造成的。作者以为，根据全球的 GPS 资料，圣安德列斯断层的错动方向与西半球的逆时针旋转是相吻合的（见 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=552558do=blogid=438474 ）。 比较图 1 —图 7 可见，似乎上地壳（ 15km 或 20km 以上的地壳）的地震活动明显受到地表构造活动的影响，下地壳以下则主要受到深部地震活动的影响和控制，也就是受到了地震地幔柱的控制。或者说，是由于深部地震活动的能量补给，加上西半球的逆时针旋转，促成了北美洲西海岸的地震活动。 地震的空间分布，在地表看来似乎是若干条线，其实在深部只是 2 ～ 3 个点。 3 ）探讨地壳属性的意义 地表，或者说近地表，毫无疑问存在着大量的断裂构造。这些断裂把地震工作者们搞糊了，似乎可以用这些断裂，或者用地震的条带分布来划地块，于是画了很多很多的地块。北美洲的资料说明，这些划地块的方法并不一定很理智。 其实，大多数断层都只有几公里或者十几公里深，能控制深部地震活动的断裂极少。地球的地壳平均厚度大约 33km ，能够到达地壳底部的断裂，即所谓深大断裂，是极少极少的。因此，从某种意义上来说，就整个地壳而言，大体上应该算是连续的介质。 作者还将提供几个证据来加以说明。 本文所采用的地震资料取自 http://www.ncedc.org/ 网页的 ANSS 地震目录，谨此致谢。 （ 2011.9.20 初稿） 图 1 0km 以下北美洲地震的深度分布 图 2 15km 以下北美洲地震的深度分布 图 3 20km 以下北美洲地震的深度分布 图 4 25km 以下北美洲地震的深度分布 图 5 30km 以下北美洲地震的深度分布 图 6 35km 以下北美洲地震的深度分布 图 7 50km 以下北美洲地震的深度分布 图 8 北美洲西海岸的圣安德列斯断裂
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为什么地壳中氧元素最多？
热度 17 chrujun 2011-8-13 10:18
这是一个很有意思的问题。是什么原因导致地壳中氧元素的重量几乎是地壳总重量的一半？ 是不是超新星爆炸的时候产生的氧元素最多？ 还是其它原因导致地壳中氧元素含量最高？ 太阳系的产生过程大致是这样的。一颗比太阳系质量大得多的超新星爆炸后，产生了自然界中存在的全部元素。也有可能产生了更多元素，但由于这些元素不稳定而衰变成了其它元素。 这些元素在刚形成的时候以高温气体存在，在高速扩散中逐渐冷却。在冷却过程中不同元素之间发生化学反应，形成了各种矿物。 也许是超新星爆炸产生的星云冷却之后局部因矿物的存在而收缩，也许是另外一颗超新星爆炸产生的扰动导致星云局部收缩，星云中的物质重新聚集在一起。在聚集过程中也形成了原始行星，这些行星围绕太阳运转。 这个时候太阳还没有发光，全部行星都拥有厚厚的大气层。或许那个时候的水星比现在的木星还大。当太阳的质量增加到一定程度后，核聚变产生，太阳发出强光和太阳风。 太阳的光和太阳风会加热原始行星的大气层，离太阳最近的行星的大气层逐渐被太阳风剥离，最后只剩下矿石组成的内核。木星和土星因为离太阳比较远，其大气层得以幸存。 有意思的是地球形成过程。刚开始的时候，一些岩石聚集在一起。随着重力的作用，地球也像原始太阳一样捕获了越来越多的岩石。在重力的作用下，这些岩石最后会收缩成一个球体。 其内部会变成熔融状态，质量大的元素因重力作用集中于地核，质量轻的元素集中于地壳。最轻的元素成为地球的原始大气。 随着太阳开始发光，地球的原始大气（主要由氢气和氦气组成）被赶跑了。 然而，由于地球内部的放射性元素不断产生热量，导致地球表面火山四处喷发，火山喷发产生的气体更重，得以在地球上幸存。 再经过数十亿年的演化，地球上的大气才变成主要以氧气和氮气组成。 在这里我们可以回答本文提出的问题了。地壳中氧元素含量最高，首先是地球熔融后自动分层的结果。 含氧元素的矿物质量比较轻，分层后主要存在于地壳。其次是氧的化学性质。在组成地壳的8大元素中，只有氧元素可以与其它7种元素形成化合物。更有意思的是，地壳中氧元素的体积更是大得惊人，占地壳总体积的93.8%！由此我们可以看出，氧元素质量小，体积大，由氧元素组成的矿物自然就轻啊。 因此，地壳中氧元素的含量最高，主要原因有两点：一是地球形成之初的熔融分层作用，将质量小的含氧矿物自动分到表层。 二是氧元素的化学性质，它可以与各种元素形成化合物。
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究竟有没有地质学者知道大陆地壳到底平均多厚？
热度 2 wya 2011-6-10 13:43
抛开个人观点，探讨科学“定论”： 有没有地质学者知道大陆地壳到底平均多厚？ 有资料说33km： http://www.colorado.edu/GeolSci/Resources/WUSTectonics/GreatPlainsCrust/nowandthen.htm At its maximum, the crust in this region is 51 km thick compared to a global average continental crust thickness of 33 km . http://www.newgeology.us/presentation3.html Normally, meteorites do not penetrate very deeply into continental crust, which averages 33 km in thickness. http://www.iaeg.info/totalgeology/background/core+crust.htm Continental parts of the crust have a average thickness of about 33 km and a mean composition close to that of granite (acid) whereas the ocean basin parts have an average thickness of only some 7 km and are formed mainly of rocks of gabbroic or basaltic (basic) composition. 也有资料说40km左右，究竟哪个正确？ 有“科学家”称： 中国科学院地质与地球物理研究所秦四清研究员在《 岳博士的研究或难以为继了？》博文中 所说的 “ 一般约 33 公里 ” （ 知识陈旧，落后40年！）。 专家学家在做科普之时，一定要自己先搞懂了，不要不求甚解，以诈传诈，误人子弟。 如果33km是“诈”，那么该数据是1971年前后公布的吗？当时是怎么算出来的？是哪一步有问题？ 这个地球基本参数对于地质学者应该是举手之劳的常识了吧，而对于我这个外行则需要费很多时间看文献，只好走捷径求助了：） 此外，刚看到一位匿名网友在别人的博客留言： 一直想请教博主一个问题： 您多次说，陆地地壳厚度比洋底地壳大，那么，如何解释海洋地震震源深度经常深达上百公里或几百公里，而陆地地震经常只有几十公里深度，难道，海洋地震发生在地幔中不成？？？ 不完美解答这个疑惑地壳厚度到底哪里厚哪里薄恐怕会一直是悬念吧？ 请问哪个地质学家能帮忙解释一下？？
个人分类: 社会观察|4100 次阅读|11 个评论
通向地幔之旅 Journey to the mantle of the Earth
热度 1 chunyinzhou 2011-3-30 16:36
通向地幔之旅 Journey to the mantle of the Earth
通向地幔之旅 Journey to the mantle of the Earth （本文介绍了地球科学史上人类向地球深部钻探的努力尝试以及大洋钻探计划的相关情况，对超深钻的科学意义进行了讨论。本文为原文翻译，原文发表在2011年3月24日《Nature》评论文章“Journey to the mantle of the Earth”，作者Damon Teagle 和Benot Ildefonse，详见 http://www.nature.com/nature/journal/v471/n7339/full/471437a.html ） 扩展阅读：“50th anniversary of recovery of the first basalt core by means of scientific ocean drilling” http://www.mantleplumes.org/50-YrAnniversary.html 在首个地幔钻探计划实施50周年之际，Damon Teagle 和Benot Ildefonse表示，曾经的科幻小说即将成为现实。 一个多世纪以来获取地幔样品始终是地学界的重要目标。在1909年，克罗地亚气象学家Andrija Mohorovičić就注意到，地震波在30km以下深度比在该深度以上传播速度更快，表明岩石的成分和物性发生了根本变化。他发现了地幔的上边界，即我们所熟知的莫霍维奇不连续面(Mohorovičić discontinuity)，或简称莫霍面（Moho）。该边界标志着地球内部主体的开始，它从地壳的底部（大陆下30-60km，大洋薄地壳近~6km）一直到2890km处的地核。 图注1：1961年钻穿地壳的计划未获成功。半个世纪以来，地质学家准备再次挑战。 向深部钻探获取直接来自地幔的样品，为科学家们提供了可以与阿波罗月岩相媲美的地下宝藏，为地球的起源和演化提供了重要信息。但事实证明这是非常困难的，可能甚至比登月还要困难。到目前为止，洋壳的钻探深度不超过2km，或者说在到地幔的1/3路上（作者注：上文提到洋壳厚度为~6km，所以这里说1/3）。首个地幔钻探计划——莫霍面计划（Project Mohole），失败于地缘政治的泥潭中，并没有完成既定目标。 图注2：板块构造理论创始人之一哈利·赫斯（Harry Hess）正在讲解莫霍超深钻计划。 一场新的超深钻运动正在进行中，由于技术的提高，对我们脚下深处的岩石有了更好的认识，对超深钻的挑战有了更深层的认识。在接下来的几年里，地球物理勘查将会在3个太平洋地点所展开，它们将争夺成为到达地幔的第一个超深钻孔（见‘Drilling sites’）。地幔钻探需要巨量的船时（ship time），而且花费极其昂贵——比目前一个单独的钻探计划昂贵得多，即使比一个月球探测器仍然便宜得多。但是如果有资金资助和科学保证，钻探计划可以在十年内启动并在15年内完成。同时在下月，我们将带领一支远征队赴太平洋向从未到达过的洋壳深度进一步钻探。 灵感 第一个正式的地幔钻探计划是由一部分战后美国地学界贵族（American geoscience grandees）以美国杂艺协会（American Miscellaneous Society，见后注1）的名义在上世纪50年代后期提出的，该组织是美国国家科学院成员中的一个非正式组织，有时也被称为“醉酒俱乐部”（‘drinking club’）。这一想法主要来自于板块构造理论创始人之一哈利·赫斯和沃尔特·蒙克（Walter Munk），他是风驱动洋流研究的先驱，并解释了月球总有一面背向地球的原因。他们为该领域里那些成堆的所谓的有价值的但缺乏想象力的研究计划而感到沮丧，于是他们试图开展一些更具雄心和创意的工作。 1957年4月一个星期六的早上，在加州拉荷亚蒙克家里一次早餐中，他们提出了莫霍面计划，这是首个钻穿地壳直到上地幔的计划。在那时早期的近海石油工业并没有开始考虑深水钻探。莫霍面计划需要新技术的开发，例如动力学定位（dynamic positioning）技术，它可以保证钻探船位置的稳定。研究组从美国自然科学基金获得了资助并使用了适合该工作的最好的船只：钻探船CUSS 1号（the drilling barge CUSS 1），取名于开发它的石油公司：Continental、Union、Shell(壳牌)和Superior。在计划中的四年里，CUSS 1号周围安装了推进器以保证船只的位置固定。 1961年3-4月间在东太平洋瓜达洛普岛（Guadalupe Island）外海，科学家获得了来自洋壳（或称‘地下室’(basement)）最上部坚硬岩石的第一个结核(core)样品，这归功于维拉德·巴斯科姆(Willard Bascom)及其同事在工程学上勇敢革新的努力工作。在3800m的水下和170m的沉积物中，他们拉上来几米玄武岩，以当时150万美元代价（根据美国总体经济平均，相当于2009年大约4千万美元）。这一伟大成就由小说家和业余海洋研究者约翰·斯坦贝克(John Steinbeck)报道在“生活”(Life)杂志上(1961年4月14日)，他曾经参加了CUSS 1号的开钻剪彩。 这是莫霍面计划成功钻取得仅有的大洋结核样品。在这次探险以后，该计划的决策也出现了变化，在有关采取何种钻探技术的问题上做出了糟糕的决定，导致成本螺旋升高而失控。1966年，美国国会投票取消了资助致使莫霍面计划流产。 然而，该计划和板块构造理论的不断得到承认是一致的。对洋壳的认识和演化方面的兴趣不断深化。莫霍面计划证明洋底科学钻是可行的。它对于大洋科学钻的国际合作的建立以及长达40多年的坚持不懈和运行做出了贡献。综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program, IODP: www.iodp.com)及其前身深海钻探计划(Deep Sea Drilling Project, DSDP)和大洋钻探计划(Ocean Drilling Program, ODP)，无疑是所有领域当中最成功的长期国际科学合作。 深部前缘 地幔占有地球大约68%的质量。它的绝对体积建立起了对其成分和变化的准确认识，这对于认识地球的形成和演化具有重要意义。几乎所有的地球表壳——组成海底和大陆的物质，起初都来自于地幔。 地幔的某些块体在构造造山运动中被逆冲推覆到地表，这些地方可以研究。另外一些地幔块体则被岩浆包裹由火山喷出；海底扩张也会携带一些到洋底。这些块体显示，地幔主要是由橄榄岩组成，他们是由富镁贫硅矿物如橄榄石和辉石构成。结合远程地震观测，他们也表明，地幔的成分随地区不同而变化，但是这种变化的幅度仍然不清楚。获取的样品在化学成分上，均在被携带到地表的过程中或者暴露在水中时被改造过。许多主要元素的富集和同位素示踪（包括水，U、Th、Li、C、S、Si、K，惰性气体元素和Fe的氧化状态）这些可以用来重现地球演化过程的方法具有极高的不确定性。地壳下几公里的新鲜橄榄岩将提供大量的新信息。 到达地幔需要钻穿整个洋壳，而洋壳也算是地质学家的福地。地壳信息是板块构造循环的基础。它是将热量和物质从地球深部带上来的主要机制，每2亿年使大约60%的地球表层重铺。目前对洋壳深部中的热交换，化学交换以及可能的生物交换作用均缺乏了解认识，因为缺乏直接的原位(in situ)观测。 钻取一个穿过6km厚地壳、直径达几英寸钻孔的技术现在已经具有了或者正在进行可行性开发（1，2）。一个非常具有潜力的候选技术已经安装在日本钻探船“地球号”(Chikyu, 即“地球”的日语读法，作者注)上，于2002年投入使用。该船拥有一个竖管系统(riser system)：在钻杆周围有一个外管，通过该钢管可以获取结核样品。钻井泥浆和钻屑返回至钻探船两个外管之间的空处。这有助于回收钻井泥浆，控制钻孔内地物理性质和压力，并帮助稳定钻孔壁。这意味着钻屑也可以根据科学目的来评估。“地球号”是一艘能够携带10km钻样的大船，装备了可以在水下2.5km深度钻探的设备。 在未来数十年里，研究人员和工程人员不得不设计和开发新的钻头、润滑剂和电缆设备，以在水下大约4km压力高达2千巴（1 kbar=0.1 GPa，相当于1000个大气压，作者注）温度高达300C的条件下钻取地幔样品。尤其是，这需要一个超过目前“地球号”所能到达的深度的新竖管系统，或者一个不同的泥浆循环系统，以及部分安装在海底的设备。 为了给新莫霍面计划挑选最好的位置，需要考虑众多因素。理想的选址应该洋壳之上水位最浅的地方，这意味着要尽可能靠近产生新地壳的大洋中脊。同样也应该在远离大洋中脊的最冷的地壳位置。这些限制条件使得仅剩下三处候选地点——分别是夏威夷外海、下加利福尼亚州和哥斯达尼加。三者皆具有利有弊。例如靠近夏威夷的位置是最冷的但也是最深的，并且很靠近现在的火山活动，而这将有可能使地幔经历化学改造并扰动上覆地壳。所有的选址都在太平洋中，因为那里洋壳形成的速度比其他大洋都快，这使得基地构造最简单均一。地震学和地质学研究暗示着快速扩张的洋壳是相对非常均一的，而且和教科书模型极其相似。我们希望能找到与简单地壳模型相一致的物质：一个由熔岩、岩墙和辉长岩岩石类型所构成的层状“蛋糕”。 同时，大洋钻探小组将继续在地壳深部采样，利用钻探船“JOIDES Resolution”号上传统的非竖管技术，它刚刚在IODP中重装服役。 下地壳 在约翰·斯坦贝克跟随洋壳钻探先驱者们一道在CUSS 1号上航行之50年后，我们成为一个钻探计划的联合首席科学家，首次获得了一条下洋壳剖面——地幔稍上的物质。IODP 335计划将在4月13日至6月3日航行（3）。 这次任务的选址位于哥斯达尼加外海科克斯板块(Cocos plate)上（ODP 1256点位）。该处洋壳的形成超快——每年超过20cm，比目前任何地壳形成速度都快。这使得那里上地壳厚度比其他地方薄得多，因此或许不需要钻太深就可能到达下地壳。1256D钻孔曾经有三次任务钻到了海底下1.5km深度，到达了岩墙和辉长岩的过渡带（4，5）。 今年春，我们计划将钻孔至少扩深400m，并首次采集来自下地壳的辉长岩样品，这将是从海底以下有史以来获取的最深的岩石类型。（该钻孔本身不是钻入海底最深的钻孔，最深的钻孔是504B钻孔，曾在哥伦比亚外的东太平洋底到达2111m。） 该任务将有助于解决许多争议，如地壳在大洋中脊是如何形成的，地幔岩浆是如何侵入到下地壳的，海水是如何将下洋壳热量携带上来的，以及下地壳对海洋磁异常的作用。我们仍然离莫霍面相差3.5km，但是该计划将会为并将肯定会为深部大洋地壳钻探注入新的活力，为计划钻穿莫霍面到达上地幔提供重要的信息。 地幔钻探是地球科学史上最具挑战性的杰作。它将为基础科学知识留下重要遗产，启发和培养下几代的地球科学家、工程师和技术人员。它吸引了世界范围的令人惊讶的兴趣，以及在该前沿领域中公众的参与。而这有可能只是一个更大计划的序幕而已。由于地壳和地幔都随地点不同而变化，我们最终希望能有大量的这样的钻孔。那或许是遥远的梦想，但是超深钻随时间和经验积累将只会变得更普遍更经济。 正如哈利·赫斯在1958年4月在美国国家科学院会议上所说的，当面临众多批评者而维护第一个莫霍面计划时，“事实上也许我们并没有如愿地从一个钻孔中发现有关地球内部足够多的信息。对那些高唱反调的人我要说的是，如果没有第一个钻孔，那么也就没有第二个、第十个、第一百个钻孔。万事开头难。” 参考文献： 1.Ildefonse, B. et al. Sci. Drill. No. 10, 56–62 (2010). 2.Workshop Report Writing Group Sci. Drill. No. 11, 53–57 (in the press). 3.Teagle, D. A. H., Ildefonse, B. Blum, P. IODP Exp 335 Scientific Prospectus doi:10.2204/iodp.sp.335.2010 (2010). 4.Wilson D. S. et al. Science 312, 1016–1020 (2006). 5.Teagle D. A. H. et al. Proc. Integrated Ocean Drilling Program 309/312 Expedition Reports (IODP Management International, 2006). 后注： （1）有关“American Miscellaneous Society”组织的信息，请参考wikipedia上的简介： http://en.wikipedia.org/wiki/American_Miscellaneous_Society The American Miscellaneous Society (AMSOC - 1952 to 1964) was formed by Gordon Lill, of the Office of Naval Research, as an organization designed to collect various Earth science research ideas that were submitted by scientists to the U.S. Navy and didn't fit into any particular category. Membership in AMSOC was open to everyone and so there was no official membership list. Prospective members could join whenever two or more members were together. The most famous project to come out of AMSOC was the Project Mohole, whose goal was to drill into the Earth's mantle. The society dissolved itself in 1964.
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地球内部的基本结构和物质组成
热度 2 chunyinzhou 2011-1-27 13:25
地球内部的基本结构和物质组成
地球内部的基本结构和物质组成 Structure and Composition of the Earth's Interiors 关于地球的基本结构和组成，有很多专业书籍介绍，本文仅作科普介绍。另外，本文关注的是地球内部的基本机构和组成，主要针对的是固体地球（ solid Earth ）部分，对于大气圈（ atmosphere ）、水圈（ hydrosphere ）和生物圈（ biosphere ）则不在讨论范围之内。 地球已经有大约 46 亿年的历史（根据月球样品年龄推测而来），而地球上的大陆（ continental crust ）也在 40 亿年前就可能已存在（根据澳大利亚大陆发现的具有 40 亿年以上的锆石样品推测）。地球内部的物质组成和结构以及伴随的动力学活动，随着地质历史的变迁，也在不断地发生着变化，也就是说，地球就像一个具有生命的地球，其内部不是一片死寂，而是在不断地演化着。 地球的一些基本参数，如半径、赤道周长、体积、质量、密度、重力等，有很多的相关介绍，此处不一一叙述。我们来关注地球内部的物质组成和结构。 我们已经熟知地球内部是分为地壳（ crust ）、地幔（ mantle ）和地核（ core ）三部分的，地球内部具有圈层结构。 图 1. 地球内部剖面示意图（ from Wikipedia ） 地壳是指莫霍面（ Moho ）以上的固体地球部分。莫霍面，是地壳和地幔的分界面，由南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇 (Mohorovicic) 发现，并以他的名字而命名该界面。莫霍面上下部分的物质性质差异较大，波速和密度突变，形成不连续面（有时称为间断面， discontinuity ）。莫霍面的平均深度为大约 33km （对应着相应的地壳厚度），随地区不同而差异较大，大陆地壳的厚度比大洋地壳的厚度大很多，大洋地壳的厚度一般为 5-10km ，而大陆地壳的厚度达数十 km ，如青藏高原地区地壳可能达到 80km 。 陆壳（ continental crust ）和洋壳（ oceanic crust ）在成分和结构上也具有较大的不同。陆壳传统上分为上地壳和下地壳，分别为硅铝质和硅镁质成分。洋壳与陆壳不同，缺硅铝层，只有硅镁层，从上而下分别是沉积层（ sediments ）、玄武岩层（ basalt ）以及辉绿、辉长岩组成的席状岩墙。 地幔是指莫霍面（ ~33km ）以下古登堡面（ ~2900km ）以上的固体地球部分。由于目前我们还无法获得深部地幔的样品，所以目前对深部地幔的成分的估计是建立在高温高压实验岩石学和地球物理观测基础上的模型。关于这些模型，本文不作一一介绍，这里主要采用目前地学界广泛通用的林伍德（ A.E. Ringwood ）的地幔岩（ pyrolite ）模型。 图 2. 地球内部圈层结构简图（ after Hirose and Lay,2008 ） 地幔内部的结构是较为复杂的，尤其是对于转换带（ mantle transition zone, MTZ ）的认识，还需要更多的研究。地幔通常可以自上而下分为上地幔、转换带和下地幔（有的也将转换带划分到上地幔中，此处为便于叙述，考虑其特殊性，将转换带作为独立的一个单元）。具体来说，上地幔指莫霍面以下 410km 不连续面以上的地幔部分；转换带指 410km 和 660km 不连续面之间的地幔部分；下地幔指 660km 不连续面以下的地幔部分。 410km 不连续面和 660km 不连续面在地幔研究中具有重要的意义。 上地幔的成分目前已经比较清楚，主要矿物是橄榄石 olivine 、斜方辉石 opx 、单斜辉石 cpx 、石榴子石 garnet 以及少量的钛铁矿 ilmenite 和铬铁矿 chromite （ Anderson,1989 ）。上地幔岩石在地表有大面积的出露，主要以橄榄岩（ peridotite ）为主，包括二辉橄榄岩（ lherzolite ）、方辉橄榄岩（ harzburgite ）和纯橄岩（ dunite ）。 地幔转换带上边界 410km 不连续面通常认为是由橄榄石向高压相瓦兹利石（ wadsleyite ）相变引起的；在转换带内部大约 520km 不连续面（次级）处，瓦兹利石向林伍德石（ ringwoodite ）相变（也有人认为是 Ca 钙钛矿的生成形成的）；在转换带底部 660km 不连续面处，林伍德石发生分解生成硅酸盐钙钛矿（ silicate perovskite ）和镁方铁矿（ magnesiowustite, 有的称为 ferropericlase ，铁方镁石），该相变标志着下地幔的开始。 图 3. 上地幔矿物相变及物质组成（ after Akaogi,2007; 相关数据来自于 Ringwood 和 Irifune 等的结果。 Py, 辉石 ;Mj, 超硅石榴石 ;α, 橄榄石 ;β, 瓦兹利石 ;γ, 林伍德石 ;Ca-pv,CaSiO3 钙钛矿 ;Mg-pv,(Mg,Fe)SiO3 钙钛矿； Mw, 镁方铁矿） 以上是橄榄石体系的高压相变过程，那么辉石和石榴石在地幔中是如何随深度发生相变的呢？首先是斜方辉石在上地幔中会转变成高压单斜辉石，随着压力（深度）进一步增大，辉石会在转换带中逐渐进入到石榴石结构中形成富 Si 的石榴石，称为超硅石榴石（ majorite ，有的成为镁铁榴石）。石榴石在转换带中具有较广的稳定域，可以稳定至转换带底部下地幔顶部。富 Ca 的石榴石在转换带中部就会逐渐转变成为 Ca 钙钛矿；富 Al 富 Si 的石榴石则在 660km 不连续面以下逐渐转变成钙钛矿。 因此，地幔转换带的主要矿物成分为瓦兹利石、林伍德石、石榴石以及少量的辉石和 Ca 钙钛矿。 图 4. 下地幔中地幔岩 pyrolite 的相变（ from Irifune Tsuchiya,2007,符号说明参考图3 ） 根据转换带的相变结果，可以知道下地幔的主要矿物成分为 Ca 钙钛矿， (Mg,Fe)SiO 3 钙钛矿和 (Mg,Fe)O 镁方铁矿。这三种矿物相都非常稳定，一直到下地幔底部都不再发生相变。但是随着 2004 年后钙钛矿（ post-perovskite ）的发现（见 《 hiroseite vs post-perovskite 》 介绍 ），人们认识到 (Mg,Fe)SiO 3 钙钛矿会在下地幔底部 D" 层发生相变。 D" 层是指下地幔底部、核幔边界（ core-mantle boundary, CMB ）以上大约 200km 的一个特殊层。由于下地幔中的矿物的稳定域都非常广，所以一直都将下地幔看作是较为均一的（ homogeneous ）；但是后钙钛矿的发现以及相关的地球物理观测均显示，下地幔并非人们所想象的那么均一，至少局部是存在不均一性的（ heterogeneity ）。 地幔的矿物组成，可以参考下图的总结： 图 5. 地幔岩矿物组成随深度的变化（ from Ono,2008 ） 地核的成分主要是通过地球物理观测和实验推测出来的，由于实验技术的限制，目前在地核条件下的实验比较有限。地核在大约 5100km 深度存在一个分界面，分开外核和内核。根据 S 波在外核中的消失现象，推测外核是液态的；又由于其密度比纯铁的密度要低，所以推测外核可能含有一些较轻的元素；因此外核可能是液态的铁合金。而内核则是固态的，主要成分是金属铁。 图6. 实验岩石学结果、地球物理观测以及地球内部结构图（from Bass and parise,2008，符号说明参考图3） 参考文献： D.L. Anderson, Theory of the Earth Blackwell Scientific, Boston, 1989, 366 pp.（以及2007年新版） K. Hirose, T. Lay, Discovery of post-perovskite and new views on the core-mantle boundary region, Elements 4(2008) 183-189. M. Akaogi, Phase transitions of minerals in the transition zone and upper part of the lower mantle, in: E. Ohtani, (Ed), Advances in High-Pressure Mineralogy, Geological Society of America, 2007, pp. 1-13. D.J. Frost, The upper mantle and transition zone, Elements 4(2008) 171-176. J.D. Bass, J.B. Parise, Deep Earth and Recent Developments in Mineral Physics,Elements 4(2008) 157-163. T.Irifune, T.Tsuchiya, Mineralogy of the Earth – Phase Transitions and Mineralogy of the Lower Mantle, Treatise on Geophysics,vol2,Mineral Physics,33-62. S. Ono, Experimental constraints on the temperature profile in the lower mantle, Physics of the Earth and Planetary Interiors 170(2008) 267-273. 周春银，金振民，章军锋， 地幔转换带:地 球深部研究的重要方向，地学前缘，2010，17(3),90-113.(下载 地幔转换带-地球深部研究的重要方向.pdf )
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各地接连出现“天坑”的原因是什么？
STS 2010-6-6 20:18
近日，成都大邑新场镇、崇州怀远镇连续出现两个 天坑 ，引起附近村民恐慌，猜测与地震有关。前日，成都市地质环境监测站表示，地质专家实地调查后得出初步结论：大邑县新场镇 天坑 形成原因是因大量抽采地下水，崇州市怀远镇 天坑 是因为冲击钻探及爆破振动影响而引发。两处 天坑 与地震无关，属正常地质现象。 其实不仅新场镇和怀远镇，我国还有多地近日惊现 天坑 ：前日凌晨零点 25 分，浙江黄衢南高速公路江山段路面忽然塌下形成一个大洞； 3 日，广西壮族自治区来宾市良江镇吉利村的大山头下因塌陷形成了 4 个大坑。 对于各地接连出现的天坑，政府部门想出来辟谣也恐怕是心有余而力不足，因为他们既不懂地质构造，也不懂地壳运动。各位科学网的科研大牛们，你们认为出现天坑的原因是什么？也把事件的原因告诉普通公众，消除他们的恐慌啊。
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地球的内部圈层结构
lxwang 2010-5-28 21:56
地球内部圈层的划分：地球结构为一同心状圈层构造，由地心至地表依次分化为地核（core）、地幔（mantle）、地壳（crust）。地球地核、地幔和地壳的分界面，主要依据地震波传播速度的急剧变化推测确定。地球各层的压力和密度随深度增加而增大，物质的放射性及地热增温率，均随深度增加而降低，近地心的温度几乎不变。地核与地幔之间以古登堡面相隔，地幔与地壳之间，以莫霍面相隔。 　 （一）地壳 莫霍面以上至地表部分。厚度较薄且较稳定，物质成分相当于基性岩，变形较弱，时代较新。根据地壳的物质组成、结构、构造及形成演化的特片，可把地壳分为大洋地壳和大陆地壳。地壳厚度各处不一，大陆地壳(简称陆壳)，位于大陆，占地壳面积的三分之一，其厚度大，平均厚度约35公里，高大山系地区的地壳较厚，欧洲阿尔卑斯山的地壳厚达65公里，亚洲青藏高原某些地方超过70公里。大洋地壳很薄，位于大洋底，占地壳面积的三分之二，其厚度平均7-8公里，例如大西洋南部地壳厚度为12公里，北冰洋为10公里，有些地方的大洋地壳的厚度只有5公里左右。一般认为，地壳上层由较轻的硅铝物质组成，叫硅铝层。大洋底部一般缺少硅铝层；下层由较重的硅镁物质组成，称为硅镁层。大洋地壳主要由硅镁层组成。 　　 （二）地幔 莫霍面至古登堡面之间的部分，介于地壳与地核之间。自地壳以下至2900公里深处。地幔一般分上下两层：从地壳最下层到10001200公里深处，除硅铝物质外，铁镁成分增加，类似橄榄岩，称为上地幔，又称橄榄岩带；下层为柔性物质，呈非晶质状态，大约是铬的氧化物和铁镍的硫化物，称为下地幔。地震资料说明，大致在70150公里深处，震波传播速度减弱，形成低速带，自此向下直到1500公里深处的地幔物质呈塑性，可以产生对流，称为软流圈。 　　 （三）地核 古登堡面（2885km）至地心部分，进一步分为外核、过渡层和内核，外核呈液态，内核呈固态，过渡层呈液体-固体过渡状态。外核密度为911克/立方厘米，推测外核物质是液态，但地核不仅温度很高，而且压力很大，因此这种液态应当是高温高压下的特殊物质状态；内核的顶界面距地表约5100公里，约占地核直径的1/3，，在这里纵波可以转换为横波，物质状态具有刚性，为固态。整个地核以铁镍物质为主。地核之所以成为实心，因为地心引力在此创造出的压力是地球表面压力的300万倍。 地核是的高温可以达到华氏13000度，比太阳表面温度高上2000度。 地核内的铁流使物质产生巨大的磁场，可以保护地球免受外来射线的干扰。
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为什么岩浆不会把地壳熔化掉？
harmonism 2010-5-20 22:36
为什么岩浆不会把地壳熔化掉？ 曾纪晴 昨晚当我打开电脑，又看到了冰岛火山爆发的消息。于是，把冰岛火山爆发的图片搜索出来让儿子看。 儿子特别喜欢看火山爆发。记得他在两岁多的时候去过一次深圳的世界之窗，晚上看了山洪暴发与火山爆发的实况模拟。对于两岁多的孩子来说，这实在是太震撼啦。当时我抱着儿子看，他既有些害怕又非常好奇。从世界之窗回来之后，除了世界各国的国旗（他当时对国旗非常着迷）之外，就只记得山洪暴发与火山爆发了。他总是模仿着山洪暴发与火山爆发的声音，比手画脚地要把山洪暴发与火山爆发模拟出来。为了满足他的好奇心，我们专门买了一些有关地球演化与火山爆发的 VCD 给他看，他如获至宝，百看不厌。 爸爸，我有个问题，为什么火山爆发的时候不把全部岩浆喷到地壳上来呢？为什么只是喷一下然后就下去了呢？还有啊，为什么岩浆温度那么高却没有把地壳全部熔化掉呢？儿子看完冰岛火山爆发的图片后问道。 小家伙这个问题乍听起来还挺有趣的啊。不过，他似乎忘记了地球是怎么演化的啦。于是，我提醒他：还记得地球刚开始形成的时候是什么样的吗？ 到处都是岩浆啊，整个地球都是红红的，很烫很烫！儿子回答道。 然后呢？ 后来，地球开始慢慢冷却 看来他还没有忘记呢。 是啊，地球表面经过漫长的时间慢慢冷却下来之后，才形成地壳，成了我们现在这个样子。也就是说，当时岩浆很烫地壳根本无法形成，如果有地壳的话也早已经被熔化过啦。我说道。 那为什么现在岩浆就不能再熔化地壳了呢？儿子继续追问。 我觉得，地球表面冷却之后，从地壳到地幔形成了一个温度梯度，就是说，地壳的温度比较低，越往地幔深处温度就会越高。也可以说，从地核到地幔，再到地壳，温度是越来越低的。正是由于这个温度梯度的存在，保证了地壳不会被岩浆熔化掉。我不知道我这个解释儿子是否能听懂，于是我又说道： 其实，说到底，就是说地球内部的岩浆已经不够烫啦，它的能量已经不足以把地壳熔化掉了。 这回儿子似乎明白了：哦，是这样啊！ 2010-5-20 冰岛火山爆发（图片来自网络）
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地球科学原理之三：地球构造
rock6783 2009-3-4 21:03
地球科学原理之三：地球构造 广东海洋大学 廖永岩 （电子信箱： rock6783@126.com ） 我们上一回介绍了地球的形成，这里，我们再来分析一下地球的构造。 经过近 46 亿年的演化，地球形成了现在的大气圈、水圈、生物圈、固体地球等圈层。 1.1 地球的基本圈层 1.1.1 大气圈 大气圈为包围地球的空气总体。大气总质量约占地球总质量的百万分之一，总质量的 99.9% 集中在大气圈下部 48km 以内。按热力性质，可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。 1.1.2 水圈 水圈是地球表层水体的总称。水体是水的聚集体，如海洋、湖泊、河流、沼泽、地下水、冰川、积雪和大气中的水。这些水形成一个断断续续围绕地球表层的水壳，即水圈。假设地壳是一个平坦的球面，若将水圈中的水均匀地平铺在地球表面上，那么地球将是一个被 2700m 深的水所覆盖的水球。 全球海洋总面积约占地表总面积的 71% ；全球海洋总水量占地球总水量的 97% 以上。因此，海洋是水圈的最大水体。海洋的中心主体部分称为洋，边缘附属部分称为海，海与洋彼此沟通组成统一的世界大洋。世界大洋分为太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。 1.1.3 生物圈 地球表层的大气圈、水圈和岩石圈中适于生物生存的范围就是生物圈。水圈中几乎到处都有生物，在深度超过 11000m 的海沟最深处，还能发现深海生物，但生物主要还是集中在表层和浅水的底层。大气圈中的生物主要集中在下层，即与岩石圈的交界处，但在高达 22000m 的平流层中，也发现有细菌和真菌。在岩石圈中，大多数生物生存在地下几百 m 的土壤上层，但在地下 2500 -3000m 处的石油中，也发现有石油细菌。无论如何，就厚度而言，生物圈只占地球表面薄薄的一层 （ 马宗晋等， 2003 ） 。 1.2 固体地球的圈层结构 1909 年莫霍洛维奇 （ Mohorov?i?, 1909 ） 根据近震初至波的走时，算出地下 56km 深处存在一间断面，其上物质的波速为 5.6km /s ，其下为 7.8km /s 。后来称这一间断面为莫霍面或 M 界面，它在绝大多数地区都存在。这个面以上的圈层称为地壳。 1914 年古登堡（ Gutenberg ）根据地震波走时，测定出在 2900km 深度处存在一间断面，其下的部分为地核，其上直至地壳底部的部分为地幔。这一间断面就是核 - 幔界面或核 - 幔边界（ CMB ），其深度至今一直沿用 2900km （ Gutenberg, 1959 ） 。 莱曼 （ Lehmann, 1936 ） 根据通过地核的地震纵波走时，首先提出在地核内部还存在一个间断面，由此又将地核分为内核和外核。后来，古登堡 （ Gutenberg, 1959 ） 和杰弗瑞斯 （ Jeffreys, 1962 ） 相继证实了莱曼的假设，并得出内核的半径在 1200 -1250km 间。因此，内、外核边界（ ICB ）的深度约为 5100km 。进一步观测研究表明，外核不能传播 S 波（横波），而内核可以传播 S 波，并根据地球潮汐和地球自由振荡所得地球刚性，推断外核为液态，内核为固态 （ 马宗晋等， 2003 ） 。 布伦 （ Bullen, 1963, 1975 ） 根据地球内部地震波的速度分布，将固体地球分为 7 层。地壳为 A 层；地幔为 B 、 C 、 D 三层；外核为 E 层；内、外核的过渡区为 F 层；内核为 G 层。 1914 年，美国地质学家巴雷尔 （ J. Barrell, 1914 ） 根据地壳均衡理论推测地球深处存在塑性层，因而，首先提出把地球上部刚性部分中岩石圈（层），其下塑性较大的部分叫软流圈（层）。 1926 年古登堡发现，当地震波通过 100 -200km 深度时， P 波（纵波）速度由 8.1 -8.5km /s 减慢到 7.2 -7.8km /s 。后来，其它学者也发现过类似现象。 1960 年 5 月的智利大地震，提供了上地幔内的低速层（ LVZ ）可能具有全球性质的证据。这样，把地球表面至低速层，包括地壳和上地幔上部的部分称为岩石圈，而将其下的低速层称为软流圈，此构造分层概念得到普遍承认，并成为板块构造学说的立论基础之一。于是，对地球内部的圈层划分又有了岩石圈、软流圈、中圈和地核的划分方案，中圈指软流圈底至核 - 幔边界的地幔部分。有的学者则将地壳和上地幔称为构造圈，认为地球这个部分是内力地质作用 - 构造运动、岩浆活动和变质作用的直接起因。 地壳是莫霍面之上的地球最外层。无论是厚度还是成分，地壳都是很不均匀的。最明显的差别是在大陆地壳和大洋地壳之间。因此，一般将地壳分为大陆型地壳和大洋型地壳两大类。平均而言，大陆地壳比大洋地壳厚，比大洋地壳老，也比大洋地壳的密度小。就化学和矿物成分而言，这两类地壳也明显不同。 地震波及其他的地球物理探测都表明，上地幔的地球物理场的分布，例如重力场、地震波速度分布和电导率等，在纵向和横向上都具有非均质和非均匀特性。这一特性可以延伸到上地幔深部，甚至全部上地幔 （安德森， 1993 ） 。 人类生存的地球，是一个有水、有氧气、有有生命的独特星球。为什么太阳系 8 大行星，仅只有地球具有这些特征？人类对地球知之甚少。为了使地球科学研究更有效，我们地球工作者该怎么办？当今的地球科学，对我们提出了什么要求？且听下回分解。 未完，待续。 下回预告 ： 地球科学原理之四 做一个博地学家 参考文献 安德森 D. L. 地球的理论 . 北京 : 地震出版社 .1993. 马宗晋，杜品仁，洪汉净 . 地球构造与动力学 . 广州 : 广东科技出版社 .2003 ， 1-130 Barrell J. The status of hypotheses of polar wanderings. Science, 1914, 40: 333-340 Bullen, K. E. The Earth's density. New York: John Wiley Sons. 1975. 1-420 Bullen, K. E. An index of degree of chemical inhomogeneity in the earth. Geophys. J., 1963, 7: 584-592 Gutenberg B. Physics of the earth's interior. Internat. Geophysics Ser., Ⅻ . New York: Academic Press. 1959. 1-240 Jeffreys H. The Earth (4th edition). Cambridge: Cambridge University Press. 1962. Lehmann I. Publ. Bur. Cent. Assoc. Int. A, 14: 87-115. 1936 Mohorov?i?. A. Das Beben vom 8, Ⅹ , 1909. Jahrb. Des Meteoroiogischen Observ, (Zagerb), 1909 （注： 本地球科学原理系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（ 2007 年 5 月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途 ）
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纪念人类发现地壳100周年【修订版】
热度 1 dongping2009 2009-2-15 01:39
我们人类，知道自己生活在一个球状的物体上，可以上溯到很早很早以前。（ 自评：这一段基本是废话，可以删去 ） 100年前及至更早一段时间，人类对于地球本身的一些了解，就已经达到了比较好的程度。例如：通过天文与物理学的方法，那时候，我们就已经知道，地球严格来讲不是球体，而是接近于一个椭球体，并且其赤道半径较两极半径要大三百分之一那么一些，这是因为，地球在不停地自我旋转，而且不是一个完全的刚性球体；我们还知道，地球内部的质量分布不是均匀的，因为它的转动惯量系数为0.33，比均匀质量分布的球体转动惯量系数（0.4）要小，因此，整体来讲，地球外面部分的物质应该比靠里面些的要轻。 到了1909 年，南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇（左图）， 在研究萨拉布地区一次地震时发现，地震波的传播速度，在地下数十公里处存在跳跃的现象。此后，通过世界各地的地震学家们的共同工作，发现这种地震波传播速度跳跃，普遍存在于整个地表以下，包括存在于整个大洋与大陆，深度范围从最浅处的10公里左右，到青藏高原等的最深处约80公里范围。 现在我们都知道，这个速度跳跃的界面，叫莫霍面，而莫霍面上面的地表部分，便叫地壳；但在当时，科学家们将莫霍面以下直至地球中心的广大部分，统称为地幔，但包含一个若影若现，并且其密度应该比起外围更重一些的地核。 此后，1914年，一位出生于德国，后去 美国加州任CIT教授,名叫古登堡（左图）的地震学家，在详细分析与整理数以千计的地震记录时发现：绝大多数情况下，在距地震震源的距离大概12000公里到16000公里的带状范围内，地震记录仪上观测不到地震的直达P波。结合地球转动惯量系数等其它来源的观测资料，古登堡因此比较明确地指出，在距地表约3000公里深处，同样存在一个类似莫霍界面的全球性界面，于是，原先的地幔一分为二：地幔与地核。 今天，划分核幔的这个界面则被称为核幔边界，也称古登堡面。 沉寂了20多年，一晃到了1936年，一位丹麦女士，地震学 家莱曼（右图）， 通过深入分析地震波在地球内部的传播，发现存在一个现在我们称为PKIKP的震相，其与另一P波相关震相的比较，存在高度相关性的差异。莱曼据此推断，古登堡划分出的地核还可进一步细分：液态外核与固态内核。当然，现在我们称划分地球内外核的这层边界为 莱曼界面。 这样，通过100年来科学家们的工作，我们人类赖以生活的地球，是由地壳、地幔与地核三部分所组成的观念，便已深入人心；部分社会公众还进一步了解，地核部分包括液态外核与固态内核两部分。 很显然，西方科学家们对于地球物理学方面的贡献，大而化之到对整个现代科学的贡献，不须赘述。这从我们教科书上，比比皆见的动辄以某某西方科学家命名的现象，例如牛顿三定律之类，便可一目了然。 我更关心的则是，在这场持续百年来，以十年为时间单位度量的 竞赛 中，西方之外的人群，尤其是对于东方的世界，一直互为主要对手的两个国家 中国和日本，其相关领域的科学家们，他们对于地球物理学的贡献如何？ 结果说起来，套用宋丹丹的话，那是相当地伤心！ 翻查地球物理学方面的中外文教科书，日本地球物理学家们的名字，已经数次出现在教科书上。例如：对于地球潮汐问题进行开拓性研究的竹内均，与贝里奥夫共同发现俯冲地震带的和达清夫，对于地球自由振荡规律进行非常深入研究的志田顺，以及在海底扩张与板块构造学术的构建方面，对于板块运动的动力驱动机制作出重要原创性贡献的上田诚也，等等。 以上几人都是日本的本土科学家，或曰日本土鳖，虽然他们都或多或少地具有海龟背景。如果考虑到身在美国，胸怀日本的日本科学家群体，那么，对于现代地震学做出杰出贡献的美国CIT教授金森博雄，以及现在作为地震学专业学生圣经般的经典教材，名为《定量地震学》的主要作者，生前曾任美国南加州大学教授的安艺敬一两人，则应当之无愧地，跻身于世界杰出地球物理学家的榜单前列。 反观中国，迄今 100 年来，能够与以上几位日本地球物理学家们对等比拟、并驾齐驱的，特别是能够受到学界公认的，已经出现在中外教科书中的，以上述数个日本科学家命名的模型、公式与基本概念的情况，对于中国科学家而言，那是几乎一个也还没有出现。 我在课堂上讲课之时，偶尔也与研究生们言及此类问题，怅然若失之际，其时心中不免感觉有所戚戚。 顺便，关于竹内均，可以再说两句。 学界外人士对竹内均其人，可能了解不多，事实上，除去对于地球科学的重大贡献，竹内均还一手创办了 国际著名的科普杂志《 Newton 》，那些激动人心的 大自然奥秘，以及那些本来看上去非常严肃的科学话题， 通过竹内均等科学家们娓娓动听的介绍，社会公众才渐渐感觉到，这些奥秘与严肃，原来距离自己 并不是那么遥远。 上世纪 80 年代，中国曾经播放过一部名为日本沉没的日本电影，创作这部电影的作家小松左京之主要构思，便是来源于竹内均时代，包括其本人在内的一批日本科学家们，对于日本危机意识的疾声高呼的结果。完全可以这样讲，竹内均对于整个日本社会的后现代科学启蒙，贡献至伟。 谨以此文，纪念人类发现地壳100周年。 PS：本篇短文，上网时的最初名称为：中国与日本的差距：以地球物理学研究为例。但又觉得题目太过直白，并且正文部分提供的一些文字证据，不能够充分破题，于是决定对正文进行一番修改，并在经过斟酌之下，安上了现在的名字。 后记： 看到网上铺天盖地纪念达尔文诞辰200周年的报道，我也凑个热闹！说个与100周年纪念有关的事情（注：所有照片均来自于公共资源）。
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地壳，你晃什么晃-我今天很想对我的口气检讨
songshuhui 2008-9-3 12:13
桔子帮小帮主 发表于2008-05-13 星期二 8:15 分类: 专辑 , 地震 | | 今天早上听到四川发生地震的新闻，我在群里说：这种自然灾害，真让我觉得活着是一件幸运的事。如果我死在地震中，连抱怨都没有对象。话虽这么说，求生仍是天经地义的本能。不过跳转最后一部分前，请大家耐着性子听我纸上谈震。 地壳如何要摆动身躯 顾名思义，地震就是地壳的震动，火山喷发、流星影响、人为活动如地下核试验和矿山开发都可能引起，但是最多还是由于地壳运动。其实，我们的地球很不太平，据美国地质学调查，每年共有三百万次地震，如果平均下来，你每数 11 秒地球便会这里那里地抖动一下身躯，当然，这三百万下的绝大多数都只是轻微一哆嗦，不足挂齿。但像昨天那种晃动半个亚洲，其后果必然震惊整个地球。 大家都听说过地震带，为什么地震专爱骚扰某些地区呢？这得从二十世纪最伟大的发现之一板块构造学说说起。地球最上层的岩石圈并不是紧密连成一片，而是几个坚硬而独立的单元在软流圈上漂，彼此似断非断，还有相对滑动，是为板块。如同国家边境最易发生冲突，各个板块相接触的地方也是地质上最活跃的地点。可以想象，板块间相对运动有三种：彼此远离则拉扯、彼此靠近则挤压，或者一个朝南一个朝北，在交接处发生扭曲。与之相应的，地壳的反应便是产生三种不同式样的断层（某些文献定义为四种）：正断层（normal fault），逆断层（thrust fault）和平行断层（strike-slip fault）。尽管原理各异，三者却有共性，那便是巨大能量在断层的扭曲之下蓄势待发，当断层间摩擦力较大，断层想要动却被迫固定下来时（locked）最为明显，这便是哪里有压迫，哪里就有反抗。 我们继续想象，地壳的火气憋得越来越大，当里边的压力终于大于断层两边的摩擦力时，地壳便获得动能，猛烈地哆嗦开来。再回到刚才的问题，在板块交界处这种扭曲最容易产生，而一个小断层扭曲了，旁边的也不得安宁，因而最容易形成大规模的断层带，一震起来，一传十世传百，于是短时间内震动便很可能连成一片。在我国青藏高原那里，欧亚板块和印度板块相互推挤，于是形成了地质活跃区；而在东南沿海，欧亚板块和太平洋板块更是从不肯相安无事，是另一个地震多发区。 实际上地震不仅仅发生在板块之间，在十七世纪的美国曾以密苏里为中心发生过一场震撼数州的地震，一百多年后，科学家才发现它的始作俑者竟是一个蓄谋了六亿年的断层！ 地壳回响地震波 如果地壳不能用地震波将愤怒的消息传播开去，那么地震的威力要大打折扣。当然这只是美梦罢了，正如我们看到水波而知道液体传递震动，固体同样如此。在介绍两种地震波之前，顺便区分两个概念，我们说汶川地震的震源在地下10千米，指的是地壳中矛盾冲突始发地距离位于地表的震中汶川县的垂直距离，于是你知道震源不同于震中。回来说地震波，它可以分为体波和面波两种，前一种又可分为纵波及横波。纵波即primary wave，便是常见的P波，其震动方向与波的传播方向相同，在固、液、气体中均可传播，由于速度较快、最先达到震中而得名；同理，横波的震动方向垂直于传播方向，只能在固体中前进，遇到液体便会停止下来，是随后袭击震中的secondary wave，我们简称为S波。两种波在地表相遇后激发产生面波（Love Wave，L波），其波长大、振幅强，在地表传播时会像水波一样让地面上下晃动，是造成建筑物强烈破坏的主要因素，由于L波速度最慢，因此我们一般感到地震总是以递进式发生，即最猛烈的时刻总是最后阶段。 尽管 P波和S波的传播速率随介质而改变，但是二者速率之比却总是1.7，这一比例被地震仪记录下来后，常常被用于计算震源到震中的距离。 ! ! 地壳，你是小怒还是大怒 新闻说：四川汶川地震 7.8级。当你看到这个数字，除了意识到这属于大怒，还看出什么？其实这个7.8级，完整称呼该叫里氏7.8级。这一标准是1935年加州理工大学Charles Richter和Beno Gutenberg给著名的加州地震量身定做的标准，他们为了让其值不为负，特意跑到距震中100千米处测量，并把伍德-安德森扭力式地震仪记录到水平位移1微米称为0级地震。当然，这个0级的命运同历史上定义的众多最大及最小一样，现在地震仪的精度远远超过当年，记录下负级地震再也不是什么稀罕事情，地壳哪怕微微一怒，也会被地震仪记在账上。里氏震级是一个对数值，这意味着8级地震的地震波幅度是7级的十倍，而能量释放则达到31.7倍。当然，地球历史上发生的强烈地震不胜枚举，不过在里氏震级的历史中，最大只有9.5级，多数都小于3级。 里氏震级描述了震源发出的地震波能量，而另一个标准烈度则与震源深度、震中距、方位角、地质构造及土壤性质等许多因素有关，因此，一次地震只有一个震级，然而不同地区的烈度却有所不同。这便是用罗马字母表示的麦加利地震烈度（ Mercalli intensity scale）。这个标准相当依赖于主观标准，比如室内少数人在完全静止中能感觉到为III度；最大的XII度，则是房屋建筑普遍破坏，山崩地裂，地形改观。这也是为什么地震结束，科学家马上可以报告震级，然而不同地方的烈度，却要他们等有功夫了，跑到不同地方询问目击者才能总结出来。 地球，我们偏不束手待毙 如果生活在一百年前，那么我即使是地质学家也未必能写出这么一篇文，可见科学家对于地震的了解进步了多少。然而有些令人失望的是，人类对于预测地震仍可说是无能为力。自然，敏感的地震仪可以感知地震波先锋，这时候我们可以大喊地震要来了，但这基本没用，除非你能在几分钟之内把全县武装起来。地质学家和气象学家同样可以看板块活动和断层活动的大趋势，但可想而知，这种预测估计比海中间一个小岛的天气预报还要不准。现在可以称得上准确的预报只是针对余震，科学家凭着在历次地震中总结的余震不同形式，再加上对当地地形的分析，多少可以事后诸葛。 （前边废话了两千多字，终于还是要履行诺言）研究的事情科学家来做，我们最重要的就是保护好自己，在自己有能力的情况下帮助身边的人，说伟大点，这也是为减小自然灾难中的人类伤亡做了贡献呢。下文（选符合中国国情的）摘抄自加州消防局的防地震手册。 地震中： 1.如果你在室内，伏低身体躲在两个坚固的家具之间（它们可以共同支撑起掉下来的大块屋顶），或趴在坚固家具旁边（房顶倒塌下来时它旁边会形成一个三棱柱空间），没有高大家具就靠近内部的墙壁，直到震动停止。远离窗户（玻璃有时会飞出好远）、书柜、冰箱、镜子和其它悬挂物件。如果你一定要移动位置，最好一直保持头上方有防护和遮挡。不要乘坐电梯。 2.如果你在室外，到四处无物处，远离树木、标识、高大建筑和电线杆，小心可能从建筑物飞来的砖头和玻璃。 3.如果你在开车，停下并呆在车里直到震动停止。不过要注意不要停在过街桥或电力线下。 4.如果在车库，躲在两辆汽车之间，并保持很低的身体位置，生还的胜算大。 5.如果你在剧场，坐在原位别动，用双臂防护头部。直到震动停止才有秩序地出去。 6.注意关心孩子，不要让他们害怕和担心，尽量避免黑暗、孤独。 7.如果着火，在火源和你之间关上尽量多的门，用棉被之类堵住门缝。让救火员知道你的位置，打电话或把明显物品悬挂在窗户上，但是小心破碎的玻璃。如果外边有浓烟，关上窗。 地震后： 1.检查自己和旁人，急救优先。 2.保持镇静，并稳定他人。 3.小心碎玻璃。 4.灭火，检查煤气、水和电线，如果受损，关掉开关。如果煤气泄漏，不要用任何可以引起火星的物品（包括电钮）并打开窗户。 5.如果有广播，打开广播并收听急救公告（我真的不知道我们有没有？） 6.不要试图进入受损的建筑。 7.如果没有水储备，最好能想办法用化学药剂或过滤器过滤自来水引用，如果连自来水也没有，用马桶储水箱的水，不要用坐便器里的水，可能已被污染。 8.如果你的孩子出现地震后的恐惧症，试着和他谈心，交换你们的感觉，告诉孩子他们是安全的，经常抱着你的孩子并在晚上更多陪着他，允许你的孩子因为丢失的玩具等小东西而伤心抱怨。有时候，成年人的心理困难可能更大，多和亲人谈心，更注意身体健康。 平时： 1.记好紧急电话并告知家里所有人员。 2.急救药常被：消炎药（包括外用和内服）、止痛片、腹泻药、眼药水、耳鼻滴水、双氧水、皮肤消毒喷剂、绷带、医用手套、口罩、冰袋或热敷袋（应该可以买到，揉一揉就改变温度的）、棉花、胶布、夹板。 3.生活紧急物品：干粮、罐头食品、现金、饮用水（非常重要，因为城市供水会在地震中收损，一人至少保证19公升，你的宠物也算一个）、灭火器（这个虽然不符合我国国情，我还是觉得很重要）、指南针、应急灯、帐篷、防水布、绳子、火柴、广播、睡袋、娱乐设施（家庭相片、笔记本电脑、喜欢看的书、游戏） 写到娱乐设施，就又想回到早上和猛犸、兔子讨论时，他们二人同时说到的一条自救须知，大致意思是是否有强烈的求生欲是最终存活下来的关键。让我上升一下吧，我想，自然灾害和每个人的命运相关，因为自然面前人人平等，你也许就只是今天的幸运者。我希望正在承受病痛和灾难的人知道，有千百万人在关注他们的命运，愿意成为他们心里的支柱。祝福他们心里的希望之火不熄，祝福他们平安。 本人今日之前对地震几乎一窍不通，材料多取自维基百科，洛杉矶消防站文件和一个地震网站 http://science.howstuffworks.com/earthquake.htm 标签： 地壳 , 地震 , 急救
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