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地壳构造与地壳运动——李四光(3)

已有 3215 次阅读 2014-1-12 20:19 |系统分类:论文交流| 运动, 李四光, 地壳, 构造, 翻录

 

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

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