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大陆漂移与陆壳增生

已有 8139 次阅读 2013-12-13 17:43 |个人分类:陆壳增生|系统分类:论文交流| 大陆漂移, 陆壳增生

大陆漂移与陆壳增生

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

一、问题的提出

池顺良研究员在科学网撰文“板块说的缺陷与地学的贫困”,值得地质学家深思。文章指出“板块构造假说不能说明海陆的起源”。本文试图通过新的大陆漂移模型给出海陆起源及其演化,从而说明不同地质时期陆壳的增生及演化规律。

大陆漂移说是板块构造说的前驱,魏格纳100年前以海陆的起源一书发表他的大陆漂移说,阐明海陆的起源应是该书也是任何一种地壳运动与大地构造理论的主题。而在魏格纳的书中,海洋和陆地这些实体一开始就已存在,书中只是描述了陆块的分裂及海、陆位置的变迁,并未像“生命起源”或“太阳系起源”理论那样,向人们说明大陆及海洋的发生、发展及演化。在魏格纳的理论中,为了用大陆的拼合论证大陆的分裂和漂移,陆块的整体形状在漫长的地质时期中还必须保持不变!魏格纳理论中这些根本性的缺点却被板块理论继承。大陆漂移说和板块说的理论框架中不包含大陆和海洋发生的内容。一个不能说明海陆起源的地学理论是没有多少价值的。

1是基于Tang et al,2013 的文章中的修编图,该图将地球上目前的陆壳岩石按照其地质时期分为三个宙,分别是太古宙(46亿年-18亿年)、元古宙(18亿年-5.5亿年)、显生宙(5.5亿年-目前)。图中特别用红色的虚线标示出了太古宙的分布范围,它们都分别对应古老的太古宙克拉通板块。可以说它们是地球上最古老的陆壳。从中我们可以看出,这些区域在古老的地球上总面积相对是比较小的。为什么现在的陆壳增生了很多,陆壳面积在元古宙和显生宙不断增大?原大陆漂移说和板块构造说都没有给出答案,按照这两个假说,陆壳不会增生。但实际情况并不是这样。

图1  地球上陆壳岩石三个地质时期(宙)分布特征(据Tang et al,2013修编)

二、新大陆漂移模型

2是作者在“大陆漂移的源动力-热力不平衡驱动模式”中给出的关于板块漂移的新模式(梁光河,2013),该模式可以很容易解释陆壳的增生机制。

2A是大陆漂移前的状态,图2B是大陆漂移后的状态。以元古宙时期为例,当太古宙克拉通板块向左侧漂移一段距离后,其前端由于挤压产生地壳流并且上涌凝固,有时候也在洋壳上刮起元古宙的洋壳(绿色),如图中B所示,这样陆壳就增生了。在遭受强烈挤压同时会引起深部岩浆喷发,这些喷发的岩浆在冷凝后作为粘结剂将不同时期的岩石物质粘结在一起,形成一个整体。特别注意在大陆漂移后板块的后面会切开一个深海盆,并被新的沉积物快速充填(物源来自板块尾部),造成板块运动后方深海沉据加厚的现象(B中右侧的黄色三角区域)。

同理,在显生宙也会发生类似情况,因此古老的克拉通板块会随着大陆漂移不断刮蹭起来新的洋壳物质,不断增生。由于在漫长的地质时期里板块运动的状态比较复杂,因此最古老的克拉通板块会在其周围不断扩张,面积逐渐扩大。

新的大陆漂移模型必然会存在2个明显特征:

(1)  在大陆板块漂移的前方由于挤压产生地壳流,在遭受强烈挤压同时会形成山脉并发生火山爆发。

   (2)在大陆板块漂移的后方形成巨厚的深海沉积。

图2 大陆漂移前(A)的状态,大陆漂移后的状态(B)

三、南美洲实例

   图3给出一个典型的实例,这是南美洲的例子,该图说明自元古宙以来,该区域东部太古宙克拉通板块(紫色)在不断向西漂移中,最先刮起了元古宙的岩石(绿色),然后随着板块的不断向西漂移,又刮起了显生宙的岩石(黄色)。造成了南美洲的陆壳增生。图4给出了南美洲地质图的细节特征。南美洲西部是著名的安第斯山脉和著名的火山带,符合本文新模型的第一个特征。


图3  南美洲陆壳岩石三个地质时期(宙)分布特征(据Tang et al,2013修编



图4  南美洲地质图

大陆漂移后是否会在其后面形成巨厚的沉积物?图5给出了南美洲边缘海沉积物厚度分布图的细节特征。我们知道南美洲随着大西洋的扩张,从古生代至今总体是向西漂移(之前的元古代也应该是向西漂移为主,宏观的驱动力可能是地球自转造成的西向力,这个力不能忽视)。在南美洲东边形成了巨厚(大于7000米)的沉积物,而南美洲西边沉积物厚度普遍小于500米。这符合本文新模型的第二个特征,这说明作者给出的图2的模型是符合实际情况的。北美洲太古宙克拉通和西伯利亚等古老克拉通演化过程更为复杂,必然存在不同时期运动方向的改变甚至旋转和碰撞,因此造成了目前复杂的陆壳增生状态。

图5 南美洲边缘海沉积物厚度分布图(据美国NOAA全球边缘海沉积物厚度分布图修编)

四、大陆板块的根基到底多深?

池顺良研究员的文章还指出“大陆根的发现宣告大陆漂移与板块运动设想破灭”。文章说“自从三维地震层析发现大陆具有400-500公里深地幔根后,大陆漂移与板块运动就成了臆想。地震层析技术的分辨力难于辨识尺度较小的对象,却能足够肯定地识别数百公里尺度的大陆根现象。地震层析技术发现,无论是北美大陆还是欧亚大陆,所有古陆核中心底部都有深地幔根。“大陆漂移”及“板块运动”概念均成了空中楼阁!谁也无法说明具有深地幔根的大陆能够漂移,在漂移后,陆根还能保存下来!”

本人地球物理专业,深知各种地球物理测量参数的误差,现在普遍利用的深达地幔的地震层析成像竟然说他们的地震波速度参数精度达到0.8%,真不敢想象,好像大跃进时代。本人用人工地震震源探测几公里深度(还多次叠加)都不敢说能得到地震波速度误差小于5%。因此“三维地震层析发现大陆具有400-500公里”这个结论正确的吗?误差多少等等很多问题,让人觉得可笑,期望他们能从基本测量误差和分辨率多些研究,告诉我们这些测量的误差和分辨率的具体数据,而不是仅仅给出一个让我们相信的结果。本人是不相信这些误差巨大、分辨率达上千公里的三维层析成像测量结果的,除非他们能通过模型告诉我们反演误差和分辨率的准确数据(包括受不同信噪比的干扰情况的定量误差分析结果)。

   根据美国USGS资料,洋壳的密度是2.9,而软流圈的密度是3.3。大陆板块密度必然是大于洋壳密度而小于软流圈密度。也就是说它们应介于2.9-3.3之间。普遍的规律是岩石越古老,密度越大,因此按照古老程度,我们可以很自然地假定太古宇克拉通密度最大为3.2,而远古宇板块较小为3.1,最小的是显生宇板块3.0。按照简单的浮力原理可以比较容易推算出不同密度的板块沉降的深度。最新的显生宇板块深度应该在25-50公里,远古宇板块应该在50-100公里,而太古宇克拉通最深可达100-200公里。考虑到地球深处的温度,在一定深度会出现半熔融和熔融状态,因此以上给出的深度应该小很多,比如各类板块都会在一定的温度(深度)下熔融,根据目前的超深钻资料推断,在40公里温度可达1200度,这样普通板块的深度恐怕都难以超过40公里了。而克拉通板块由于地温梯度可低至1-1.5度每百米。如此推断显生宇板块深度25-40Km,而克拉通最深可达80-120Km。所谓的大陆板块具有400-500公里深的根太不靠谱了。

图6 不同时期大陆板块的密度特征和深度示意图

本文也说明大陆板块是自己会漂移的,不必用海底扩张来给出其源动力,海底扩张不存在,是一个错误的假说。

参考文献:

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

2)       梁光河. 大陆漂移的源动力—板块自驱动模式[J]. 地球科学前沿, 2013, 3: 86-96.

3)       梁光河.“海底扩张”—将地学引向歧途的错误假说[OL].[2013.05.22]:http://sea3000.net/liangguanghe/20130522222426.php

4)       梁光河. 我们从哪里来-科学论证告诉您!百度空间,2013





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1 池顺良

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