[科普中国]-板块构造说

板块构造说（theory of plate tectonics）是指现代地学理论之一。20世纪60年代中，在大量海洋地质、池球物理和海底地貌等资料分析的基础上建立起来的一种大地构造学说。源于加拿大地球物理学家威尔逊（J.T. Wilson,1908-）的“板块”（plate）概念。1965年，他指出大洋中脊、转换断层、岛弧一海沟系是三种类型的构造活动带，它们首尾相接、连绵不辍，从一种活动带转换成另一种活动带，形成地壳运动；地壳被这些活动带分割成大大小小的“板块”。1

简介它认为地球的岩石圈分裂成为若干巨大的板块。岩石圈板块塑性软流圈发生大规模水平运动；板块与板块之间或相互分离．或相互汇聚．或相互平移，引起了地震、火山和构造运动。板块构造说囊括了大陆漂移、海底扩张、转换断层、大陆碰撞等概念，为解释全球地质作用提供了颇有成效的格架。23

简史1912年，德国A.L.魏格纳首先提出了大陆漂移说。1960至1962年期间，美国H.H.赫斯、R.S.迪茨在大陆漂移和地幔对流说的基础上创立海底扩张说，随后F.J.瓦因和英国D.H.马修斯等通过海底磁异常的研究对海底扩张说作了进一步论证。

1965年加拿大J.T.威尔逊建立转换断层概念，并首先指出，连绵不绝的活动带网络将地球表层划分为若干刚性板块。

1967至1968年期间，美国W.J.摩根、D.P.麦肯齐、R.L.帕克与法国X.勒皮雄将转换断层概念外延到球面上，定量地论述了板块运动，确立了板块构造说的基本原理。

1968年，美国B.L.艾萨克斯、J.奥利弗和L.R.赛克斯进一步阐述了地震与板块活动之间的联系，并将这一新兴理论称作 “新全球构造”。现今常用的术语“板块构造”，是麦肯齐和摩根在1969年提出的。70年代以来，板块学说逐步渗透到地球科学的许多领域。

基本观点板块的划分——七大块岩石圈并非是整体一块，它被许多活动带分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。岩石圈可以划分成太平洋板块、欧亚板块、印度一澳大利亚板块、非洲板块、北美洲板块、南美洲板块和南极洲板块等七个大板块。

板块的边界——三类型①拉张型边界，又称离散型边界，主要以大洋中脊为代表。它是岩石圈板块的生长场所，也是海底扩张的中心地带。其主要特征是，岩石圈张裂，岩浆涌出，形成新的洋壳，并伴随着高热流值和浅源地震。大陆裂谷也是拉张型边界。

②挤压型边界，又称汇聚型边界或者比尼奥夫带。主要以海沟一岛弧为代表，是板块相向移动、挤压、俯冲、消减的地带。

③剪切型边界，又称平错型边界或者转换断层边界。在这种边界上，既没有板块的新生。也没有板块的消亡，只是表现为板块的平移和错断。这种边界以转换断层为特征。

板块的演化——六阶段加拿大地质学家威尔逊于1969年把一个大洋发展的完整过程分为六个阶段(见图)。

①胚胎期：地幔的活化，引起大陆壳(岩石圈)的破裂。形成大陆裂谷，东非裂谷就是最著名的实例。

②幼年期：地幔物质上涌、溢出。岩石圈进一步破裂并开始}¨现洋中脊和狭窄的洋壳盆地，以红海、亚丁湾为代表。

③成年期：洋中脊的进一步延长和扩张作用的加强，洋盆扩大，两侧大陆相向分离，出现了成熟的大洋盆地，洋盆两侧并未发生俯冲作用，与相邻大陆间不存在海沟和火山弧，称为被动大陆边缘。大西洋是其典型代表。

④衰退期：随着海底扩张的进行，洋盆一侧或者两侧开始出现了海沟，俯冲消减作用开始进行，主动大陆边缘开始出现，洋盆面积开始缩小，两侧大陆相互靠近，太平洋即处于这个阶段。

⑤残余期：随着俯冲消减作用的进行，两侧大陆相互靠近，其间仅残留一个狭窄的海盆，地中海即处于这个阶段。

⑥消亡期：最后两侧大陆直接碰撞拼合，海域完全消失，转化为高峻山系。横亘欧亚大陆的阿尔卑斯一喜马拉雅山脉就是最好的代表，它是欧亚板块与印度板块碰撞接触的地带，是一条很长的地缝合线。

板块的动力板块相对于下伏的软流圈来说，是相对刚性的，漂浮在软流圈之上。板块的驱动力来自于地幔，是由地幔对流驱动的。由于地幔对流受热不均匀，在受热强烈、温度比较高的地方，地幔物质上涌，上涌的物质受到岩石圈的阻挡，在岩石圈的底下向两侧运移，到温度较低的地方下沉，形成一个完整的地幔对流旋回。在对流上升的地方，导致板块分离和新的洋壳的形成；而在对流下沉的地方，导致板块的俯冲和板块的消亡。3

板块的运动一般模式 海底扩张是板块运动的核心，板块从大洋中脊轴部向两侧不断扩张推移（见海底扩张说）。就板块的相对运动方向而言，海沟和活动造山带是板块的前缘，大洋中脊则是板块的后缘。脊轴是软流圈物质上涌,岩石圈板块生长的地方，其热流值很高，岩石圈极薄（厚仅数公里），水深较浅（平均在2500米左右）。随着板块向两侧扩张，热流值与地温梯度降低，岩石圈逐渐增厚，密度升高，洋底冷缩下沉。大洋边缘的古老洋底岩石圈的厚度约100公里,水深可达6000米左右。洋底水深是洋底年龄的函数。新生的洋底岩石圈下沉最快，下沉作用随时间呈指数衰减。这解释了以下事实：大洋中脊斜坡在靠近脊顶处坡度较陡，远离脊顶坡度逐渐减缓；快速扩张的洋脊边坡较缓（如东太平洋海隆），慢速扩张的洋脊边坡较陡（如大西洋中脊）。

若大陆与洋底组成同一板块，这时陆-洋过渡带构成稳定（或被动）大陆边缘；若大洋板块在洋缘俯冲潜入地幔，则形成活动(或主动)大陆边缘。周缘广泛发育被动大陆边缘的大洋逐渐扩张展宽，周缘广泛发育活动大陆边缘的大洋则收缩关闭。在面积不变的地球上，一些大洋的张开必然伴随着另一些大洋的关闭。因此，大洋的开合与大陆漂移都是板块分离和汇聚的结果。大洋开合的发展过程，又称威尔逊旋回（见海洋起源与演化）。

板块运动几何学全球所有板块可能都在移动，板块运动通常指一板块相对于另一板块的相对运动。鉴于板块内部变形与板块之间的大幅度水平运动相比，仅具有次要意义，故从全球角度考察板块运动时，可以近似地将板块当作刚体来处理。球面刚体板块沿地球表面的运动，遵循球面几何学中的欧勒定律，环绕某一通过地心的轴作旋转运动（图3）。平行于旋转赤道的一系列同轴圆弧，标示出板块旋转运动的方向，它们的垂线（大圆）相交于旋转极。正因为板块的运动是一种旋转运动，板块上不同地点的运动线速度随远离旋转极而增大，至旋转赤道线速度最大。板块的旋转运动由旋转极的位置和旋转角速度确定。转换断层的走向平行于邻接板块之间相对运动的方向。采用求转换断层垂线交点的方法，不难得出以转换断层为界的各对板块之间相对运动的旋转极。据线速度的递变也可以得出旋转极的位置。已知板块任何一点的线速度，同时求出该点相对于旋转极的纬度，便可以换算出旋转角速度。 三个板块或三条板块边界相汇合的点或一个小区域，称三联接合点（简称三联点）。任何一对板块间的边界总是以三联点作为端点。围绕三联点的三对板块之间相对运动的向量之和等于零。根据已知的两对板块的相对运动向量，就可以确定第三对板块之间的相对运动向量。两个背离板块之间的扩张运动向量一般是已知的，利用一系列三联点，已经求出了全球所有主要板块之间的相对运动向量，包括汇聚型边界处的相对运动向量。板块运动的速率多为每年数厘米。

地幔柱与热点在板块运动的研究中，地幔柱或热点可作为重要的参考系统。地幔柱是发源于软流圈之下的地幔深部并涌升至岩石圈底部的圆柱形上升流。热点的含义与地幔柱相近，也可将热点视为地幔柱的地表反映。地幔柱导致地表穹形隆起，重力和热流值增高。一般认为热点-地幔柱的位置大体固定。 当岩石圈板块跨越于热点之上,板块仿佛被“烧穿”了，地幔物质喷出地表,形成火山。先形成的火山随板块运动移出热点，逐渐熄灭成为死火山；在热点处又会喷发形成新的火山。这样不断地“推陈出新”，便发育成由新到老的一列火山链(图4)。皇帝-夏威夷海岭就是近8000万年来太平洋板块越过夏威夷热点的产物，火山年龄向西北方向变老。这些火山链标示出板块漂移过热点的轨迹，记录下板块的运动方向。北北西向皇帝海岭与北西西向夏威夷海岭之间走向的转折，显示距今约4000万年前太平洋板块的运动方向从北北西转变为北西西向。热点还可能成为分析板块绝对运动的参照系统，但热点位置不动这点还有待证实。

驱动机制引起板块运动的机制是当前尚未解决的难题，许多学者提出不同的看法，主要有：①主动驱动机制,认为下插板块因温度较低和相变导致密度增大，可以把整个板块拉向俯冲带；或设想上侵于大洋中脊轴部的地幔物质能把两侧板块推出去；板块还可以沿中脊侧翼倾斜的软流圈顶面顺坡滑移。在这些机制中，板块与下伏软流圈相互脱离，板块的移动是主动的，而不是由软流圈地幔流所带动；板块的持续运动导致地幔中产生反方向的补偿回流（图5）。主动驱动机制的弱点是，岩石圈必须先通过别种机制破裂成板块，它难以解释联合古陆的破裂，也难以解释大洋中脊和俯冲带开始是如何形成的。②不少学者主张板块由地幔对流所驱动，可称被动驱动机制。但是，还缺乏地幔对流的直接证据，也不了解对流的确切性质、涉及范围和具体形式（见地幔对流说）。

意义与问题板块构造说以极其简洁的形式（最基本的就是板块的生长、漂移、俯冲和碰撞），深刻地解释了地震和火山分布,地磁和地热现象，岩浆与造山作用；它阐明了全球性大洋中脊和裂谷系、环太平洋和地中海构造带的形成，也阐明了大陆漂移、洋壳起源、洋壳年青性、洋盆的生成和演化等重大问题。地球科学第一次对全球地质作用有了一个比较完善的总的理解。板块构造研究所阐明的地质构造背景和岩石圈活动规律，对于寻找金属矿、石油等矿产资源，以及预测地震、火山等地质灾害，有一定指导意义。

板块构造说还存在一些有待解决的难题。除驱动机制这一最大难题外，现有的板块构造模式不能有效地解释板块内部的地震、火山和构造活动，包括水平变形、隆起和陷落。有些学者试图将板块构造模式远溯至古生代以至前寒武纪,将大陆边缘和大洋与地槽相类比，进而运用大洋开合的发展旋回解释地槽造山带的演化，追索消逝于山脉中的古海洋。但有关古板块的研究，仍有一些分歧意见。板块构造模式尚不能圆满地解释大陆岩石圈的成因和演化。需要进一步研究的课题还可举出：板块的生长、漂移和俯冲是连续的还是幂次性的；板块俯冲如何开始;俯冲过程中沉积物的结局；边缘盆地的形成机制等。如今，板块构造说仍在不断修正和发展中。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学