北美洲破碎山河成因研究

梁光河

中国科学院地质与地球物理研究所

中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京，100029

Email:lgh@mail.iggcas.ac.cn

 摘  要：北美洲北部的“破碎山河”是地球上独一无二的，它们是如何形成的？目前关于其成因的模式一直是沿用传统的海底扩张和板块构造的模式解释的，但这种模式在其他地区存在自相矛盾的地方。本文结合作者提出的大陆漂移的源动力-板块自驱动模式，给出了一个北美洲受力模型，说明了加拿大北部破碎山河的成因。该成因模型为我们重新认识北美洲地理环境成因提供了一个新的思路。

 关键词：大陆漂移；成因；加拿大；破碎山河 

Study on the the origin of

broken plates in northern America

Liang Guanghe

Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences

Key Laboratory of Mineral Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029, China

Email: lgh@mail.iggcas.ac.cn

 Abstract: Broken plates in northern Canada is unique on Earth, how they are formed? Current explanation about it is that it was formed by seafloor spreading and plate tectonics model, but this model cannot explain in many cases and even has contradictory. Combined with the model “source power for continental drifting- plate self-driven mode” by author, a new genetic model was given in this paper, that is the North America-force model which explains the causes of broken plates in northern Canada. The genetic model provides us a new way to rethink the origin model of North America geographical environment. 

Keywords: Continental drift; causes; Canada; broken plates

1. 引言

   从北美洲地形图（图1）上可以很清楚地看出一个非常奇特的现象，那就是其北部的破碎地块，作者将它们称之为“破碎山河”，也算名副其实，不仅从直观上看，加拿大北部存在众多的类似岛屿的破碎地块，就连加拿大中部内陆地区和美国也存在众多湖泊沼泽，也是一种地块破碎现象。这种规模的破碎现象是地球上独一无二的，是什么力量有如此威力将一个大家熟知的古老克拉通板块揉碎？传统概念中克拉通板块是属于板块中最坚硬不易破碎的板块。作者在互联网上试图用多种检索方式和检索关键词寻找答案，一直没有找到对此的一个合理解释。 

Fig.1 Northern American topographic maps （from NOAA,2013）

图1 北美洲地形图（据NOAA，2013）

     因此作者有理由认为，目前关于加拿大和北美洲的构造格局的成因是用传统的海底扩张和板块构造的模式解释的，因为这是当前大家认为的“真理”，但这种模式在其他地区存在很多自相矛盾的地方，作者已经在“大陆漂移与全球山脉高原的成因关系的研究”一文中对此进行了详细描述。多方证据说明当前的模式可能是错误的。本文将结合大陆漂移模式给出一个全新的北美洲受力模型，说明了加拿大北部破碎山河的成因。该成因模型为我们重新认识北美洲地理环境成因提供了一个新的思路。图2是北美洲地形鸟瞰图，该图更清楚地显示了不仅加拿大北部，甚至包括美国和加拿大边界的几个大型湖泊等都属于破碎板块现象。   

Fig.2 An aerial view of the topographic map of North America（from NOAA,2013）

图2北美洲地形图鸟瞰（据NOAA，2013） 

2. 北美洲受力模型和破碎地块成因

图3给出了一个板块受力模型图。从中我们可以看出，整个北美洲两端细小，中间膨大，很形象地比喻，就好像中间是一个宽大板子，两头各安装了一个细把子。

        因此作者把北美洲板块简化成图3中右上角A的图形，其中间的板子代表北美洲主体，两端的把子代表北美洲南端和北端变细的部分。中间的钉子代表加拿大克拉通地体，因为古老的克拉通是由高密度的物质组成的，其比重大，相对于比较新的板块在软流圈上会沉的更深，因此以一个钉子代表。

        当两端受力（图中的红色箭头）时，板子将会发生形变，其中特别注意，该模型中西北部不是简单的接受一个方向直线受力，而是接受一种左旋的旋转力，该旋转力可以分解为向西北和西南两个方向的力。模型受力后的结果应该是图中B的状态。其东北部分将被掰开甚至掰碎，首先形成类似棋盘式的格局，另一方面由于存在一个向北西方向的力，这些被掰碎以后的地块将会发生位移。形成目前的北美洲北部的“破碎山河”。

 Fig.3  (A) is the initial state before the the deformation of the model by force, (B) is deformed state of the model e in North America.

图3  上图（A）北美洲模型受力变形前的初始状态，下图（B）是北美洲模型受力变形后的状态。

本模式是否正确？如果正确，必须要经得起几个方面的检验：

（1）   要证明北美洲受力方向的确如图4A所示。

（2）   要证明加拿大的确存在类似钉子的古老克拉通。

（3）   要证明北美洲存在受力后板块运动产生的前端火山爆发和温泉及地震带。

3. 实际例证

3.1北美洲受力方向证据

图4给出了北美洲板块从Google-earth上的截图，从该图可以清楚地看出，北美洲板块中间是一个较大的块体，两端变得细小。和图3模型中的比喻基本雷同。该图上也用箭头标示出了板块的受力方向，北部受到左旋的力量驱动，而南部受到向西南的力驱动。

这个受力模式是否正确？现代GPS测量已经给出了答案，图5是美国地质调查局给出的北美洲大陆板块现代漂移速率。图中带红点的黑箭头是实际测量结果，黑色箭头长度代表运动速率大小，黄色箭头是作者根据这些测量结果加上去的宏观解释。很明显北美板块北部总体上受到左旋的力量驱动，表现为左旋（黄色半圆形箭头），而南部受到向西南的力驱动，表现为向西南漂移。特别注意北部漂移速度快，而南部漂移速度慢，说明北部受到的驱动力相对较大，而南部受到的驱动力相对较小。这说明图3A模型给出的北美板块受力方向和大小的比喻是正确的。

Fig.4 Schematic diagram of the force of the North American (revised from Google-earth)

图4北美洲板块受力模式图（据Google-earth修编）

Fig.5GPS measurements of the North American Plate (revised from NOAA)

图5 北美洲板块GPS测量结果（据NOAA修编）

其实从细节上看也可以得到类似结论。图6是北美洲南部地区的地形地貌图的放大图。利用作者提出的板块运动的尾迹分析（拖尾隆起）也可以很清楚地知道北美洲板块南部受到西南方向的力的驱动，同时也存在向北的驱动力（图中红色箭头所示）。

Fig.6 Topographic map of the Southern North American Plate, and the direction of the force (revised from NOAA)

图6 北美洲板块南部地形图与受力方向图(据NOAA, 2013修编)

3.2加拿大存在古老克拉通的证据

加拿大存在古老克拉通在地学界是众所周知的，图7是美洲地区不同时代的克拉通分布图^[2]。图中可以很清楚地看到，位于北美洲中部（主体在加拿大）的太古宇克拉通区域（紫色部分），这些克拉通形成于18亿年以前，是地球上最古老的克拉通之一。这些克拉通块体基本上都是由非常古老的变质岩组成，块体整体密度大，根基深，可以形象地类比为模型3A中的钉子。从本图还可以清楚地看出，这种板块的驱动力的强大，将古老而坚硬的克拉通（加拿大地盾）都掰碎了。这从另一个方面为本文的模型提供了一个佐证。

Fig.7 Americas ancient cartons maps （revised from Tang et al. 2013）

图7美洲古老克拉通地分布图（据Tang et al. 2013）

3.3北美洲火山带、温泉带及地震带与模型相符

北美洲是否存在板块运动后应该有的火山带、温泉带和地震带？答案是肯定的。

图8给出了北美洲地区地震带的分布图。可以很清楚地看出这种地震带大多沿着太平洋沿岸分布，这与板块漂移所应该产生的地震带分布特征一致。

从图8的细节上可以看出美国西部不仅存在落基山山脉的地震带，同时在其东南部还存在一条著名的呈北东向展布的阿巴拉契亚山脉的地震带和温泉带。作者推测，美国东南部的阿巴拉契亚山脉应该是一个地块拼合体，是后期一个不规则的地块拼合到美国大陆上的。从图9Google-earth图上也可以很清楚地看出这种块体的拼合，图中显示其运动的后面（南面）存在板块运动的一个重要特征，那就是鼓包。

Fig.8 Tsunami and geological hazard map in North America (revised from NOAA/NGDC)

图8 北美洲地区海啸与地质灾害分布图（据NOAA/NGDC修编）

Fig.9 Plates connection pattern in southeastern United States (revised from Google-earth)

图9 美国东南部地区地块拼接图（据google-earth修编）

图10给出了北美洲的地质图，从中可以看出，这种板块的被掰开造成了加拿大克拉通的破坏，各个时期的岩浆岩大量喷发。

Fig.10 Northern American. geological map (www.lib.utexas.edu，2013)

图10 北美洲地质图(据www.lib.utexas.edu，2013)

加拿大经常发生地面大面积塌陷和开裂（图11）。这应该是本文所述的整体受力状况的自然缓慢释放过程。但据加拿大自然资源局介绍，这属于粘土层事故，把它们归结为一个简单的工程地质问题，应该是一个错误的解释。因为这种大面积塌陷在几个世纪中已经造成100多人死亡，其中就包括1908年发生在魁北克省Notre-Dame-de-la-Salette和1971年发生在St-Jean-Vianney的两次大破坏性灾害。 

Fig.11 Canadian ground suddenly burst(http://tech.sina.com.cn/d/2010-05-13/13484182257.shtml，2010)

图11 加拿大地面突然裂开(据 http://tech.sina.com.cn/d/2010-05-13/13484182257.shtml，2010) 

4. 结论

（1）   通过一个简化的北美洲板块受力模型解释了其破碎地块的成因。应该是板块运动中受力不平衡产生的一种自然现象。北美洲北部受力方向是一种左旋力，而且力量大于南部。北美洲南部受力是一种指向西南方向的力，力量小于北部。因此造成了一种板块被掰碎的现象。这种力量巨大，是任何其他力量都难以企及的。这很自然地解释了北美洲的总体地理格局和地质特征。

（2）   通过现代GPS测量结果证实这种受力模式是正确的，同时也给出了作者提出的利用板块运动的尾迹判断板块运动方向的证据，这二者是完全吻合的。

（3）   通过他人的研究成果证实了加拿大的确存在类似钉子的古老克拉通地质体。

（4）   本文也证明了北美洲的确存在板块运动产生的一些必然现象，那就是板块前端的火山爆发和温泉及地震带。

（5）   本文给出的模型应该具有普遍意义，可以解释其他地区很多地质和地理现象。

5. 致谢

本文是祁凤茹老师在遥远的加拿大不断鼓励下写成的，特此对她表示真诚的感谢！感谢蔡新平教授给予的多方指导！感谢我的妻子华芳女士一直默默无闻的支持和奉献！感谢中国知网、美国google公司、中国百度网络公司提供的快速优质服务。

参考文献 (References)

[1]  关大掌柜. 加拿大[OL].[ 2013-03-18].  http://baike.baidu.com/view/3647.htm

[2]  Tang et al. Widespread refertilization of cratonic and circum-cratonic lithospheric mantle [J]. Earth-Science Reviews, 2013, 118: 45-68

[3]  梁光河.大陆漂移的源动力[J].地球科学前沿，2013, 3, 86-96

[3]  梁光河.我们从哪里来，科学论证告诉您！

全文发表在“地理科学研究, 2013, 2, 30-37”

全文免费下载：http://www.hanspub.org/DownLoad/Page_DownLoad.aspx?FileName=GSER20130200000_35359148.pdf