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冰川造成地球演化的贝尼奥夫地震带的证据

已有 3500 次阅读 2007-9-13 09:13 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

贝尼奥夫地震带的证据

广东海洋大学

廖永岩著
电子信箱:rock6783@126.com


1  板块学说及其存在的问题

板块学说,的确是20世纪的地球科学的最大成就,它对20世纪以前的所有地学资料,进行了综合,使以前很多零散的有关地球科学的资料,变成了一个资料系统。同时,板块学说,将地球看成一个系统,利用当时的地质资料,对这个地球系统进行了系统研究,并进行了科学推测。自人类研究地球以来,除板块学说以外,还没有那个学说是如此广泛和系统地对地球科学资料进行综合过。所以说,如果没有板块学说的出现,也就不会有随后的地球系统科学的出现。就哲学思想上来说,地球系统科学是板块学说的发展,是将板块学说系统科学观点的发杨光大。所以说,板块学说,是人类认识地球的一个重要里程碑。

板块学说,顾名思义,就是地球表面,可以分为很多板块,地球的构造运动,其实就是这些板块的运动和相互作用。构成地球表面的板块,既然是板块,就应该有边界。它的边界,主要由洋中脊这个板块形成边界,和岛弧等消减带,这个板块消亡边界共同构成。古地磁及其它证据都已清楚地证明,海底在扩张,海底扩张可以不断地产生海洋岩石圈。所以,洋中脊这个边界是不容质疑的,这也是得到绝大多数地质学家肯定的事实;而且,自板块学说建立初期的简单板块划分方案,直到近来复杂的板块划分方案,洋中脊这个板块边界都变化不大。有关洋中脊这个板块边界,很多地质问题都可用板块学说的理论进行解决,留给人们的疑问较少。而消减带则不然,问题多多。板块学说刚形成时,划分的板块数较少,整个地球划为6个板块Heirtzler, et. al., 1968。后来,板块越分越细,板块的数目越来越多Heirtzler, et. al., 1968; Harland, et. al., 1982)。现在,整个地球被划分为12个板块Hilgen, 1991。尽管目前板块划分得越来越细,板块数越来越多,但一些板块内的运动状况仍不统一,仍具有进一步划细的必要。这本身就说明,划分板块的标准在不断地变化,划分板块的标准没有完全统一。而这些变化和不统一,完全是消减带确定的变化和不统一所造成的。消减带本来应存在于大陆和海洋的交接处,太平洋的情况就是这样。但是,大西洋的大陆和海洋的交接处,就没有消减带的形成。这就是说,太平洋,有板块的形成,也有板块的消减,但大西洋只有板块的形成,却没有板块的消减。印度洋有板块的形成,但却只有北方和东北方板块的消减,非洲大陆、澳大利亚和南极方向,目前还没有证据证明有明显的消减带的消减。而且,消减带的很多地质问题,都是不能用板块学说的理论加以解释的,例如:1,岛弧处为什么大洋侧主要是高压变质,而大陆侧主要是高热变质?2,为什么岛弧处会形成火山,而地球的其它处则不会形成,火山形成的机制是什么?3,岛弧处为什么会抬升,而岛弧后则会扩张?4,既然岛弧处的板块下插是造成板块运动的主要动力或主要动力之一,如日本岛弧和台湾岛弧的下插板块能拖动整个太平洋板块运动(洋中脊在东太平洋),但为什么其下插板块却是折曲的,即这种巨大的牵引力还拉不直下插板块本身?5,为什么很多俯冲带的地震带是双层的?即下插板块为什么是双层的?诸多的问题,这里只是略举一、二。所以,若板块学说有问题或错误,或者说板块学说会出问题,肯定问题会出在消减带上。若某些地质学家想保护或完善板块学说,肯定得从消减带入手。只要消减带的问题得到了妥善的解决,板块学说才会处于不败之地。反之,若某些地质学家,想推翻板块学说,另建一个新的理论,也必须从消减带入手。如能将本身就不太完善的消减带推翻,板块就缺了半个边,板块学说就只剩下洋中脊这一条线了,就不可能再成为板块了。

2  人类对岛弧的认识过程及其发展

在地槽学说作为地学主流学说的时代(板块学说出现前),因为岛弧旁有海沟存在,所以,当时的主流地质学家将其作为地槽看待。20世纪50年代开始,贝尼奥夫等人在研究海沟附近的地震时,发现了贝尼奥夫地震源带—岛弧下的中、小型地震震源呈带状分布(Benioff H., 1954; Wadati, 1935)。岩石圈下,为塑性较强的地幔。因为地幔的塑性,原则上,地幔处不会有地震发生。既然海沟处的岩石圈下还有地震源分布,这说明分布地震源处不是塑性较强的地幔,而是塑性较弱、刚性较强易发地震的地壳。这也说明,刚性较强、塑性较弱的地壳,插入了塑性较强、刚性较弱的地幔内。地震沿着下插的地壳发生。因为贝尼奥夫地震源带从海沟处,呈15°-60°下倾角(陶世龙等,1999向岛弧下倾斜延伸,深可达600-700公里如马里亚纳海沟,震源深度最深,达720公里(孙立广,2003。所以,20世纪60年代,板块学派创立板块学说时,将洋中脊看成板块的发生边界,将贝尼奥夫地震源带看成是板块的消减边界,从而创立了板块学说。贝尼奥夫带,也被看成是板块学说得以成立的重要证据之一。

后来,随着计算机的应用、仪器精度的不断提高,确定地震震源位置的精度也不断提高。地质学家发现,某些贝尼奥夫带,并不是只有一个层带,而是两层带,这就是所谓的双层贝尼奥夫地震带。Sykes L. R. 在应用计算机处理地震资料数据时,就指出可能有双层地震带存在(Sykes, 1966)Umino N. Hasegawa A. 明确指出,日本岛弧下存在双层地震带(Umino and Hasegawa, 1975)。一开始,只在个别岛弧下发现双层地震带,当时的主流地质学家认为这可能是某些岛弧的个别现象。后来,随着确定震源的仪器和技术的不断改进和发展,人类确定震源位置精度的技术进一步提高,地质学家发现,绝大多数岛弧都有双层地震带 (Prevot, et. al., 1994; Hudnut and Taber, 1987; Engdahl and Scholz, 1977; Ratchkovsky, et. al., 1997; Samowitz and Forsyth, 1981;) ,只是有的岛弧的双层地震带特征稍有变化而已。这说明,只要确定震源的精度足够高,就会发现,贝尼奥夫带是由两层构成的。这也说明,从海沟向岛弧下倾斜下插的地壳,不是一层,而是两层,由两层地壳同时下插共同构成贝尼奥夫带。这种双层地壳同时下插形成贝尼奥夫带,用板块学说的理论,是无法进行解释的。很多地质学家,试图应用地球化学、地球物理等方面的知识对此进行解释,他们进行过努力,但都没有得到令人满意的结果。

3  新理论对岛弧双层地震带的解释

1 海洋岩石圈和大陆岩石圈对地槽作用力高度的比较及其对地槽的影响. a,假设没有海水存在时海洋岩石圈和和大陆岩石圈水平作用力的高度比较;b,有海水存在时海洋岩石圈和大陆岩石圈水平作用力的高度比较;c,海洋岩石圈和大陆岩石圈对地槽的影响;d,海洋岩石圈和大陆岩石圈对地槽的影响(示去掉海水后的简图);A,大陆岩石圈;B,大陆岩石圈水平作用力高度;C,大陆岩石圈水平作用力方向;D,海水;E,海洋岩石圈水平作用力高度;F,海洋岩石圈;G,海洋岩石圈的水平作用力方向;H,地槽。

若我们先放下板块学说,用板块学说出现前的地槽学说结合我们的新理论对这些现象进行解释,那就容易多了:其实,贝尼奥夫带,就是海沟处形成的深地槽。海沟处,由于地槽中来源于大陆的风化沉积物缺乏,地槽的两壁紧叠,下插至几百公里深的地幔中,最大可达720公里。海沟处,就是两地槽壁叠合的地面暴露处。

下面,我们具体分析岛弧处海沟下地槽的演化情况。因为岛弧往往形成于海洋岩石圈和大陆岩石圈之间,或海洋岩石圈和大陆岩石圈的交接处,所以,可以认为海洋岩石圈和大陆岩石圈分别位于岛弧海沟地槽的两侧。这样,冰后反弹,地球体积收缩时,地槽两侧的水平切线挤压作用,就可看成是海洋岩石圈和大陆岩石圈间的水平挤压作用。因为大陆岩石圈的平均厚度约33公里,而海洋岩石圈的平均厚度仅5-7公里,相对地球的半径来说,厚度不大。所以,假设我们不考虑岩石圈的密度变化的话,岩石圈可看一个质点大陆岩石圈的质点位于大陆岩石圈的中间水平线上(如图1B);海洋岩石圈的质点位置也位于海洋岩石圈中间水平线上(如图1E)。这样,大陆岩石圈和海洋岩石圈相互间的切线挤压作用,就可看成是两质点间的相互水平方向的挤压作用(图1a)。由于海洋岩石圈的比重比大陆岩石圈大,海洋岩石圈质点的位置低,大陆岩石圈质点的位置高,地槽两侧的切线挤压力高度不一致(图1a)。同时,海洋岩石圈上有海水,这就使海洋岩石圈质点的位置更低(图1b),造成地槽两侧的切线挤压力高度差距更大(图1cd)。

2 海洋岩石圈和大陆岩石圈对地槽作用力高度的比较及其对贝尼奥夫带形成的影响. a,海洋岩石圈形成的地槽,开始向大陆岩圈偏移;b,地槽已变深、变窄;c,地槽两壁叠合,已转化为贝尼奥夫带,地槽口转化为海沟,但倾斜度尚大(约90度);d,地槽已转化为贝尼奥夫带,并向大陆岩石圈下倾斜A,大陆岩石圈;B,大陆岩石圈水平作用力高度;C,大陆岩石圈水平作用力方向; E,海洋岩石圈水平作用力高度;F,海洋岩石圈;G,海洋岩石圈的水平作用力方向;H,地槽; I,海沟; J贝尼奥夫带

冰后反弹期地球收缩时,在这个高度不一致的切线挤压力的作用下,地槽(H)转化为贝尼奥夫带(J),下部向岛弧下倾斜(图2d)。图2ab显示了海沟处的地槽如何形成贝尼奥夫带和海沟的过程。图3是根据Tatsumi Y.Eggins S.的图2.2的双层地震的贝尼奥夫带Tatsumi and Eggins, 1995改绘而成。我们保留了Tatsumi Y.Eggins S.的岛弧地形图和贝尼奥夫带,并在其贝尼奥夫带和双层地震带的上、下分别加上边界连线而成。上、下边界线(图3AB),勾画出了贝尼奥夫带的轮廓,也勾画出了地槽的外形轮廓。双层地震带的边界连线(图3BFEA),勾画出了构成贝尼奥夫带的地槽两层海洋岩石圈层(图3)。若地槽上、下两层海洋岩石圈叠合得相当紧密,即两层海洋岩石圈间的沉积物相当少的话,下层海洋岩石圈的上边界(图3E)和上层海洋岩石圈的下边界(图3F)基本叠合,两条线可用一条线表示。这时,除比较上、下海洋岩石圈的压力型等其它特征(Hudnut and Taber, 1987; Engdahl and Scholz, 1977; Ratchkovsky, et. al., 1997)外,很难区分双层地震带,即双层发地震带不明显。若地槽上、下两层海洋岩石圈叠合得不紧密,即两层海洋岩石圈间的沉积物较多的话,上、下海洋岩石圈层间空间较大,这时,就比较容易区分双层地震带Tatsumi and Eggins, 1995

3在高度不一致的切线挤压力作用下,海沟下地槽向岛弧下倾斜,形成贝尼奥夫带。A,贝尼奥夫带(地槽)下边界;B,贝尼奥夫带(地槽)上边界;C,地槽两层岩石圈(双层地震带)间的沉积物或空间;D,地震震源位置;E,下层海洋岩石圈上边界;F,上层海洋岩石圈下边界;G,海洋岩石圈;H,海水;IA,岛弧;TA,海沟;“→”,示地震应力作用方向

冰后反弹造成的地球体积收缩,所引起的切线挤压力作用于贝尼奥夫带时,地槽(贝尼奥夫带)将不断地向岛弧下倾斜。地槽形成的早期,倾斜度(地槽与海平面夹角)较大,越是地槽形成的晚期,倾斜度越小。最后,地槽有可能叠加在岛弧下部。因为地槽向岛弧下的倾斜,是由于冰后反弹造成地球收缩,引起海洋侧岩石圈对地槽的切线挤压作用所致,所以,这时地槽的上、下壁(双层地震带)都应是挤压力,而没有拉张力的存在。

当冰后反弹造成的地球体积收缩停止,作用于贝尼奥夫带的切线挤压力也停止作用,地槽将在地球均衡调整作用下抬升。因为地槽(贝尼奥夫带)抬升,并向岛弧下折叠,是由于其下插入软流圈或地幔中,由于地槽的比重比地幔小,造成相对流体型地幔对地槽的均衡调整作用而引起的。这种均衡调整作用,在一定程度上,可以看成是地幔对地槽的浮力(见后述)。这种浮力是由下向上的。所以,这种浮力主要作用于地槽的下层岩石圈的下表面。因为地球内部物质的液态和固态性,主要由温度、压力、该物质的熔点共同决定,所以,在温度和该物质的熔点没有明显变化的前提下,受这种压力挤压,就造成贝尼奥夫带的下界面及其附近物质的液态性减弱,固态性增强,引起地震P-波速度呈正值,并逐渐增加,(见图4EPV所示)。贝尼奥夫带的上、下两层海洋岩石圈具有一定的厚度,有相对强的刚性,当其在地幔浮力的作用下上升,除非其断裂,要不然,它将整体性上升。这样,它将牵带和它相连的海沟至岛弧前沿的岩石圈一道上升。海沟至岛弧间的岩石圈上升,又会牵带和它相连的岛弧和火山弧区域的岩石圈上升。当岛弧和火山弧区域的岩石圈上升,就造成其下的压力下降。因岩石圈下的地幔物质,其温度超过常压下的该物质熔融温度,只是平时因为压力太大而呈固态。当其压力下降至一定程度,就会部分熔融而形成岩浆。因为贝尼奥夫带上方,即岛弧和火山弧下方,因贝尼奥夫带的上升而造成一定的负压(相对该点原有的压力而言),并形成岩浆房,所以,这个区域因压力下降物质的液态性增加,固态性减弱,地震P-波速度下降,呈负值(见图4EPV所示)。

4 贝尼奥夫带双层地震及其岛弧区域的地球物理学特征Tatsumi and Eggins, 1995C,康拉德面(Conrad);M,莫霍面(Moho);EC,地震震源位置;EPV,地震P-波等速线;TA,海沟;AF,岛弧前沿;VF,火山弧前沿;VA,火山弧。EC,地震震源位置。

由于地幔浮力的作用,它将逐渐向岛弧下折叠。当冰后反弹造成的地球收缩停止,地槽的下层岩石圈失去切线挤压力的挤压。地槽不断向岛弧折叠的过程中,就造成地槽下层海洋岩石圈(双层地震带的下带)拉张伸长,因拉伸而断裂造成拉伸型地震(图3贝尼奥夫带下部箭头所示)。岛弧侧地槽壁,即上层海洋岩石圈(双层地震带的上带)挤压缩短,因挤压而断裂而造成挤压型地震(图3贝尼奥夫带上部箭头所示)。这种情形,正好和大多数其它双层地震的压力型相一致(Hudnut and Taber, 1987; Engdahl and Scholz, 1977; Ratchkovsky, et. al., 1997)。这也说明,现今的地球冰后反弹的切线挤压力已不明显,贝尼奥夫带主要处于均衡调整时期。

当然,纵观整个地槽的形成过程可知,这种压力是随着地槽的形成过程不断变化的,具体到某一部分的压力变化情况,要看地槽演化到了哪一个阶段之后才可能最后确定。所以,有些岛弧,上、下带并不一定具有典型双层地震带的典型特征。有的可能甚至刚好相反。

下插的地槽地壳,要发生地震,必须要有一定的能量,能造成地壳断裂。这种能量可以是张力,也可以是挤压力。在地槽形成和演化过程中,这种力量是不断变化的。在地槽形成的某个阶段,在地槽的某个区段,这种力量比较小,不足以造成地壳的断裂,就可能不形成地震。这样,就会在贝尼奥夫带上出现一个间断(Engdahl and Scholz, 1977),也如图3和图4所示的海沟与岛弧前沿间的下层地震带所出现的间断Tatsumi and Eggins, 1995。原则上,这种间断,是随着地槽的形成阶段而变化的。它受地槽所处的特殊几何学特征决定。所以,在这种层面上说,我们通过地震震源确定的贝尼奥夫带,其实并不完全代表构成地槽的完整地壳轮廓,它只代表有地壳断裂的部分——即有地震发生的部分而已。有些区域的双层地震带难以确定,一者是因为确定震源的精度不够,难以把地槽两侧壁上发生的地震区分开的原因;二者是因为地槽的一侧壁产生地震,而另一侧壁不产生地震或产生很少的地震,通过震源确定,难以确定地槽的两壁而难以确定双层地震带。而那些两层地槽壁都有震源,且因地槽演化的原因,地槽的两侧壁在这一阶段又相对分得较开的地槽,就相对容易观察到双层地震带。

4  新理论对岛弧火山作用的解释

贝尼奥夫带,除有双层地震带、地震带间断这些重要特征外,还有一个重要特征,那就是绝大部分贝尼奥夫带,都不是标准曲线或弧线,它们都有一个或多个折曲(见图5-8)。即在这个折曲前,贝尼奥夫带和海平面的夹角(倾斜角)往往较小,一般在30度以内,而在这个折曲后,倾斜角急剧增加,可达70度或更大(见图5-8)。尚没有火山线形成的贝尼奥夫带,这种折曲不太明显,有火山线出现的贝尼奥夫带,这种折曲相当明显。往往是,这种折曲越是明显,火山作用越是强烈。火山线,也往往形成于这种折曲于地面的垂线处或附近。这说明,这种折曲,与火山形成有关。到目前为止,贝尼奥夫带的这种折曲及火山现象,也是板块构造学说的理论难以解释的问题。但用地槽学说和地球均衡说,却能很好地解释。

5 千岛-堪察加弧的贝尼奥夫带陈永生和李自安,1998的折曲. SL,海平面(Sea level)T,海沟(Trench)VL,火山线(Volcano line);“○”,地震中心。

6 马里亚纳弧的贝尼奥夫带陈永生和李自安,1998的折曲. SL,海平面(Sea level)T,海沟(Trench)VL,火山线(Volcano line) ;“○”,地震中心。

7 新赫里布里底群岛弧的贝尼奥夫带陈永生和李自安,1998的折曲. SL,海平面(Sea level)T,海沟(Trench)VL,火山线(Volcano line) ;“○”,地震中心。

8 汤加-克马德克弧的贝尼奥夫带陈永生和李自安,1998的折曲. SL,海平面(Sea level)T,海沟(Trench)VL,火山线(Volcano line) ;“○”,地震中心。

下面,我们应用地槽学说和地球均衡学说,来具体分析贝尼奥夫带的折曲和火山的形成过程。地壳下的地幔,除软流圈外,为固态。但是,地幔呈固态,是因为地幔处于地壳下的高压状态而形成的。那就是说,若固态的地幔,当其压力变化时,它的固态性质也会变化。当压力下降时,它和软流圈一样,同样可以转化为液态。至少它有这个潜力。不像地壳,不管你压力变大或是变小,只要不低于大气压,它都会表现为固态。所以,地壳下的软流圈和地幔,相对地壳来说,在特定的情况下,都有很强的液态性或液态潜力。这可能就是固态的地槽两壁地壳得以在软流圈或地幔里运动,并向岛弧下折叠的主要原因。

冰川消融后,原冰下岩石圈冰后反弹性上升。地球的体积缩小,产生切向挤压力。在这个切向挤压力作用下,地槽得以形成。靠这个切向挤压力的作用,地槽底部得以向地幔深处下插并得以向岛弧下倾斜。当某处出现重力正异常时,地球的均衡作用,就可以看成是重力作用。由于重力作用,有重力正异常的区域,将逐渐下沉,直至重力正异常消失为止。当某处出现重力负异常时,地球的均衡作用,就可以看成是地幔对地壳的浮力作用。由于地幔的浮力作用,有重力负异常的区域,将逐渐上升,直至重力负异常消失为止。

一旦冰后反弹停止,地球的收缩停止。地球的收缩停止,地球的切向挤压力作用也停止。由于地球形成初期的重力分异作用(Hanks and Anderson, 1969; Ringwood, 1960; Tolstikhin and Hofmann, 2005),构成地球物质的比重,是随着深度增加而增加的。越是表层的物质越轻,越是深处的物质越重。海洋壳,是由洋中脊下软流圈的岩浆冷却形成的。洋中脊下的岩浆形成时,也肯定得遵循岩浆熔融原理,即最先或最可能形成岩浆的物质,是那些最易熔融的物质。而那些含二氧化硅比率较高的硅酸盐岩,较易熔融。所以,最有可能形成岩浆的硅酸盐,是那些含二氧化硅相对较高的岩石。而含二氧化硅比率较高的岩石,往往是较轻的岩石。所以,形成岩浆的硅酸盐,往往是那些能形成岩浆的软流圈处最轻的硅酸盐。所以,由海洋岩石圈下最轻的硅酸盐冷却而成的地壳,虽然比重比大陆壳大,但其比重应比海洋岩石圈下的软流圈物质小,至少比深处的软流圈或地幔物质小。由于比重小的地壳,下插入比重大的软流圈或地幔中,软流圈和地幔将对其产生浮力,即地球的均衡调整作用。在这个浮力作用下,倾斜的贝尼奥夫带将上升。贝尼奥夫带的上升,将牵带着和它相连的岛弧岩石圈一道上升。由于岛弧岩石圈的上升,岛弧岩石圈下压力将下降。由于压力下降,岛弧下的软流圈物质将因降压而液化形成岩浆。当贝尼奥夫带上升到一定程度,上升的岛弧地壳和未上升的岛弧地壳之间的弯曲超过其承受度,迫使其断裂。断裂下的岩浆因压力而喷发出地面,形成火山喷发。由于火山作用,地内大量热量被带至表层,造成岛弧大陆侧热变质作用。由于海洋侧在切线挤压力的作用下不断受到挤压,造成海洋侧的压性变质作用。因为大角度、近垂直于地表的大倾斜,有利于力量的转输;而下插入软流圈或地幔的深度越深,软流圈或地幔的比重越大,软流圈或地幔对贝尼奥夫带的浮力越大,所以,在大倾斜上方的岩石圈隆升得越快越高。形成的负压腔越大,降压形成的岩浆物质越多,越有利于火山的形成。所以,火山线,总是位于大折曲的大倾斜贝尼奥夫带的上方或附近区域。

由于贝尼奥夫带的上升,造成岛弧的上升。由于岛弧的上升,就造成岛弧对弧前(海洋侧)和弧后(大陆侧)的岩石圈的向上牵拉,在这种牵拉力的作用下,就形成拉张型弧后盆地。这就是弧后拉张盆地形成的原因。这也是造成弧后盆地部分岩石圈断裂,甚至引发洋底小规模玄武岩岩浆上涌的原因。

贝尼奥夫带这种地槽的形成和其它地槽的形成,造成地壳上插,是位于地球表层的地壳向地球内部混合的一种重要方式。由于区域性的地壳和地幔的不均匀混合,造成地壳和地幔的区域性变化,这是造成地壳及上地幔各向异性的主要原因。在地槽下插不能达及的区域,就不会再有这种表层物质向地球内部的混合,内部地幔,也就不会再有各向异性存在,就表现为各向同性了。

因为岩石的传热性能较差,地壳在地球内部表现为固态刚性。而地壳以内的物质,不同程度地存在着液态性质或潜力,所以,地壳内物质,在这种地槽形成和演化对地幔的扰动中,在不同程度上都可以体现出其液态流动性。这也是这种地槽作用得以实现的一种前提。若软流圈物质及更深处的地幔物质没有这种流体性,地槽就不会或难以向岛弧下偏移;就算发生了偏移,地槽也难以向岛弧下折叠。若没有偏移发生,岛弧处的地槽,也就是一种普通地槽,也不会有岛弧的抬升,仅只会有地槽的后期隆升而已。没有地槽向岛弧下的折叠,就不会有岛弧特有的火山线的出现,也不会有弧后拉张盆地的出现。当然,若软流圈和其下的地幔没有这种应有的流体性的话,软流圈和其下的地幔,也就不会对地壳或岩石圈产生浮力;也即地球不会有均衡调整作用了。既然地球对重力正、负异常都具有一定的均衡调整作用(如冰后批弹),这就说明,在比较大的时间尺度上,地球的软流圈和地幔的确具有一定的流动性。只要软流圈及其下的地幔具有一定的流动性,岛弧处这种特殊地槽的形成和演化就能得以成立。

5  板块及大陆的演化趋势

板块在洋中脊处形成,在岛弧处转化为地槽而折褶加厚成山或陆地。海洋板块并没有沉入地幔而消失,而是通过地槽作用不断转化为山脉或大陆。板块只是地球演化过程中的不同阶段中的海洋岩石圈(海洋板块)或大陆岩石圈(大陆板块)的表现形式,它只表示一个板块演化阶段。如现有的板块,只表示侏罗纪以来的一段地球表面阶段性现状。板块是不断变化的,薄的海洋板块,通过地槽作用不断加厚,最终转化为大陆板块。

当然,当地壳位于高温高压的地球内部太久,在地内压力和温度的综合作用下,也有可能被熔融而丧失固态性。这可能就是随着时间的推移,山根最终会不断缩短的原因。地球表面的风化作用,将不断剥蚀山脉,使山脉不断变矮。由于山根的不断缩短和地球表面的风化作用使山脉变矮的共同作用,古老的山脉,最终会变矮变低而成平原;古老的大陆,也将会变得越来越薄。这可能就是古老大陆板块为什么总是比新大陆板块薄的原因。

由于贝尼奥夫带上方的大陆或岛弧岩石圈不断剥蚀,贝尼奥夫带上方的岩石圈将越来越薄。当覆盖在贝尼奥夫带上方的岩石圈完全被剥蚀掉,就会露出深埋在其下方的贝尼奥夫带岩石圈来。而残留在古贝尼奥夫带上的部分上盖岛弧或大陆岩石圈(推覆体),就成了飞来石或飞来峰。这就是地质学界常说的推覆构造。如阿尔卑斯山、喜马拉雅山和天山等造山带,都发育了大量的推覆构造。因为贝尼奥夫带可长达几十公里至几百公里,所以,有些推覆体的水平推覆距离,可达几十公里至几百公里。这也说明,如阿尔卑斯山、喜马拉雅山、天山等高大山脉的形成,往往与贝尼奥夫带的形成有关。

贝尼奥夫带的双层地震带的存在、贝尼奥夫带的弯折和火山喷发关系的存在、地球均衡调整能力的存在及岛弧处地槽作用对岛弧很多地质现象的合理解释,都说明岛弧地槽假说具有一定的正确性,也说明我们的新学说具有一定的正确性。

各位若想了解这方面有关的详细情况,请各位参见廖永岩著,海洋出版社2007年5月版的《地球科学原理》(28.00元)一书。也可以在以下网址找到这本书的详细目录:http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=7010

也可以在以下网址找到有关这本书的部分相关内容:http://www.sciencenet.cn/blog/user_index.aspx?userid=3534

注:本文摘于廖永岩著《地球科学原理》一书。

参考文献:

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1 侯振宇

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