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开合构造与大陆漂移

已有 1042 次阅读 2020-8-10 09:10 |个人分类:大陆漂移|系统分类:论文交流


开合构造与大陆漂移

梁光河

lgh@mail.iggcas.ac.cn

1 开合构造

地球上一切物质都是做开合运动的(杨巍然等,2020)。以热力(热能)驱动物质上浮运动定义为开;以重力(势能)驱动物质下沉的运动定义为合。开合转换的本质是热能和势能的转换。这个过程也是地球散热过程,热消耗转换为驱动大陆水平运动的漂移力。

传统的海底扩张模型其实已经告诉了我们大陆板块是怎么漂移的,以图1为例,在裂谷处软流圈物质上涌产生背斜顶部断裂F1,软流圈物质沿断裂带上涌至莫霍面发生降压熔融,形成火山岩浆房并造成火山喷发。这个过程也产生了一个斜坡,斜坡面上存在岩浆以及热液流体,在斜坡上由于大陆地壳巨大的重力作用和流体的润滑作用,大陆地壳会发生滑移,即大陆漂移。一旦漂移发生,在强大的压力下,软流圈物质会驱动上地幔连续造斜,斜坡上的另外一个断裂F2会上升到下一个背斜的顶部,莫霍面进一步产生斜坡,大陆地壳继续向右滑移。裂谷开裂进一步增大,直至出现洋壳。


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1 开合构造与大陆漂移模型示意图

杜乐天(2017)指出,重力在决定水平运动上的重大作用长期被人忽视,好像重力只影响竖直运动,其实不然,应该看到溃变体上隆凸起必然产生顶界面的斜坡(只要有1/1000斜度即可)。由于溃变体已经不再产生摩擦阻力,斜坡面上的岩石圈必然产生重力的水平分力而位移滑动,再加上地球自转速率变化造成的颤动,遂能造成裂谷开裂及大陆漂移。如有另一板块挡路,便发生碰撞。

 

2 伸展构造热隆升派生的重力滑移

基于大量观测事实总结提炼,我们提出了一个新大陆漂移模型,认为大陆板块可以在热力驱动下自己发生漂移,这个推动力来自一个个连续的伸展构造形成过程。当地幔上涌,在地壳下部的莫霍面造斜,在地下流体的润滑下因重力作用使得两侧地块向两边发生重力滑脱而移动,处于中心的上涌地幔因上升最高首先凝固,而已经移动的地块必然会在后面腾出空间,产生低压诱发下面地幔进一步上涌,上涌的地幔再进一步造斜从而推动地块进一步移动(图2),这是一个连锁的造斜和重力滑脱过程。造成的结果是大陆板块仰冲在大洋板块之上发生漂移(图3)。


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2 伸展构造热隆升派生的重力滑脱漂移过程示意图

 


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3 新大陆漂移模型示意图

3重力滑移推力的定量估算

这个重力滑移的推力有多大?为了能够得到定量计算结果,我们需要简化上述模型,给出如图4的一个地幔上涌模型,假设一个地幔上涌产生一个斜坡,一个裂离的陆块在斜坡上产生重力滑移,那么就可以定量计算陆块沿倾斜面的重力分量所致的底部剪切力(吴汉珍,1997)。公式为p=g.ρ.H.(h/L)


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4 地幔上涌造成的大陆板块重力滑脱模型

式中,重力加速度g=9.8m/s2

假设:板块平均密度ρ=3*103Kg/m3

大陆板块厚度40公里H=40*103 m

伸展构造宽度80公里, 半边宽度L=40*103 m

伸展构造上涌高度4公里,h=4*103 m

则可得到重力滑移力:

p=9.8m/s2 *3*103Kg/m3 *40*103 m*(4/40)=117.6*106N/m2=117.6MPa

假设地幔上涌高度到板块厚度的一半20公里,则重力滑移推力可达588 MPa。刘鎏等(2012)通过数值模拟得出,只有在印度板块边缘施加450 MPa以上的推力,才能符合印度板块向北移动的观测结果。事实上如印度板块南侧的马尔代夫岛链已经涌出海面,说明其能够在部分区域上涌到整个板块厚度的40公里,那么这时候可以产生高达1176MPa的推力。利用实测水平主压应力梯度33MPa/Km(毛小平,2020),也可以得到在40Km的深度,水平主压应力可达1320MPa。这说明地幔上涌造成的重力滑移产生的应力与实测应力在一个数量级,它应该是大陆漂移的主要驱动力。Hales(1969)和Jacoby(1970)的研究说明,地块在坡度 1/3000即可产生滑动。新大陆漂移模型中大陆板块后面持续的地幔上涌坡度远远大于这个坡度,而且会持续造斜产生新的坡度。形成如图5所示的大陆连续漂移(单边跑模式)。


图5 单边跑大陆漂移动画图

 

4大陆漂移与全球构造运动

上述大陆漂移模式不但能够合理解释全球地形地貌成因机制(图6),也能合理解释全球构造特征及空间分布规律和演化过程,更重要的是该模型也能解释大陆漂移与全球地震分布特征(梁光河,2018)。


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图6 东半球大陆漂移轨迹及新大陆漂移模型

5印度板块北漂的动力机制

该驱动模式能够合理解释印度板块北漂的动力机制,那就是印度板块南部的岩浆上涌,形成了马尔代夫岛链,马尔代夫岛链的北端与印度大陆板块的接触界面形成了一个斜坡,该斜坡上部是印度大陆板块。在该斜坡上的陆壳巨大重力滑移推动下,印度大陆板块被推向青藏高原下部(图7)。这个模式也能够得到诸多地质和高精度反射地震勘探证据的支持(梁光河,2020)。


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图7 印度大陆板块北漂的动力机制示意图

6结论

开合运动与大陆漂移相辅相成。大陆漂移的主要动力机制是大陆板块后面持续的热上涌(开),由热上涌在大陆地壳下部产生的倾斜面,使得大陆板块产生重力滑移(合)。滑移后在大陆板块后面产生降压,进一步诱发热上涌(开),如此连续产生造斜运动,形成重力滑脱(合),从而产生连续的大陆漂移。这个重力滑移力巨大,当地幔上涌高度达到大陆板块厚度的一半20公里时,重力滑移推力可达约588 MPa,足以推动大陆板块运动。印度大陆板块就是在该作用下向北漂移的。

 

 

参考文献

杨巍然,姜春发,张抗,郭铁鹰,游振东. 运用开合旋构造观探究地球内部是如何运行的[J]. 地学前缘, 2020, 27(1): 204-210.

杜乐天. 新地球科学原理导论[M]. 兰州: 兰州大学出版社, 2017:11.

毛小平, 陆旭凌弘, 王晓明等.周向应力在地壳运动中的作用.地学前缘.2020, 27(1): 222-234.

梁光河.新大陆漂移模型与地震成因关系研究[J]. 科学技术与工程, 2018,18(28):47-57.

刘鎏, 魏东平.中国大陆及邻区板内应力场的数值模拟及动力机制探讨[J].地震学报, 2012, 34(6): 727-740.

吴汉珍. 旋转地球动力学[M]. 北京: 地质出版社, 1997:134.

梁光河. 印度大陆板块北漂的动力机制研究[J]. 地学前缘, 2020, 27(1): 211-220.

Hales A L,Gravitational sliding and continental drift. Earth Planet Sci Lett. 1969,6:31-34.

Jacoby W R, Instability in the upper mantle and global plate movements. J Geophys Res, 1970,75:5671-5680.

 




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1 杨光

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