海洋地质学复习提纲.pdf
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1、 海洋地质学复习提纲 Revised on November 25,2020 海洋地质学复习提纲 第一章 绪论 1.什么是海洋地质学,海洋地质学的研究内容 对海洋领域所作的地质学方面的研究起初叫做“海底地质学”(SubmarineGeology),后来一般均称为“海洋地质学”(MarineGeology)海洋地质学以海水覆盖下的广大岩石圈为研究对象,主要包括海岸、大陆架和大陆坡,以及广阔的深海洋底。它也是地质学的一个分支,专门从事海洋区域的地质学研究。2.海洋地质学调查手段有哪些 海洋地质调查和技术手段主要有:利用人造卫星导航和全球定位系统(GPS),以及无线电导航系统来确定调查船或观测点及测
2、线在海上的位置;利用回声测深仪,多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌;用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品;用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。用地震、重力、磁力及地热等地球物理办法,探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源,有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。2.从 DSDP 到 ODP 到 IODP,深海钻探计划对海洋地质学的推动作用 深海钻探(DSDP)(1968-1983)证实了海底扩张理论和板块构造学说 大洋钻探(ODP)(1985-2003)创立了古海洋学 整合大洋钻探计划IODP
3、(2003-2013)、国际大洋发现计划IODP(2013-2023)规模更加宏大、科学目标更具挑战性 3.21世纪是海洋世纪,海洋地质学面临什么新的任务和挑战 海洋高新技术的应用向空间发展、观测精度不断提高,从而使海洋地质科学的调查研究朝领域广、精度高、研究深的方向发展 第二章 板块构造理论 1.大陆漂移假说的主要内容和缺陷是什么 主要内容:地球上所有大陆在中生代以前曾结合成统一的巨大陆块联合古陆,或称泛大陆;其周围是围绕泛大陆的全球统一海洋泛大洋。中生代以后,联合古陆解体,由于各大陆分离,漂移,逐渐形成了大西洋和印度洋,而泛大洋(古太平洋)收缩成今天的太平洋。主要内容:全世界的大陆在古生代
4、晚期曾连接成一体,称为联合古大陆或泛大陆(Pangea),围绕联合古大陆的广阔海洋称为泛大洋;较轻的硅铝质大陆漂浮在较重的硅镁层之上,并在其上发生漂移;从中生代开始,泛大陆逐渐破裂、分离、漂移,形成现代海陆分布的基本格局。大陆漂移的驱动力是与地球自转有关的两种力:向西漂移的力(来自日月引力产生的潮汐摩擦力)和指向赤道的离极力。缺陷:1、魏格纳进行古地理重建(拼合大陆)时,依据的几何特征不够精确;2、刚性的花岗岩层不可能在刚性的玄武岩层上漂移;3、地球已有几十亿年的历史,大陆的分裂为何始于中生代,联合古陆为何能在地球历史中的大部分时间得以生存,未解释中生代以前地球演化历史 4、日月引力引起的潮汐
5、摩擦力和离极力都太小,不足以引起大陆漂移;(关键是关于大陆漂移的驱动机制)5.大陆如何拼接的一些具体问题未能妥善解决。2.海底扩张的主要内容及证据 主要内容:大洋中脊是地幔物质上升的出口,上升的地幔物质冷凝形成新的洋壳,并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称扩张;海底在洋中脊处的扩张导致新大洋两侧的大陆逐渐彼此远离,也可能使老的洋壳在大陆边缘的海沟处沿贝尼奥夫带(俯冲带)向下俯冲潜没,重新回到地幔中去,从而完成对老洋壳的更新;海底扩张是刚性岩石圈块体驮在软流圈上运动的结果,运动的驱动力是地幔物质的热对流;如果地幔对流的上升流发生在大陆下面,就将导致大陆的分裂与大洋的开启。证据:一、古地磁学的论证 1
6、、条带状海底磁异常瓦因马修斯假说:“若海底发生扩张,则磁化方向正反交替的岩石就会由中脊轴部向外推移,并平行于洋脊顶峰延伸”。2、海底沉积物的磁性磁性测量表明:正向磁化与反向磁化段在岩芯中交替出现。二、深海钻探成果 1、DSDP 明确了大洋地壳的年龄不但非常年轻(170Ma),而且对称于大洋中脊分布,这完全符合海底扩张模式。2、DSDP 揭示了洋底沉积物的厚度和层序是对应于中脊轴分布的。在年轻的中脊顶部,沉积物的厚度较薄;向两侧,则随着洋底年龄变老,沉积层逐渐加厚。三、转换断层 3.板块构造的基本思想(内容)1)漂浮于软流圈之上的刚性岩石圈并非统一的整体,而被活动断裂带分割成若干大小不同的球面块
7、体,即岩石圈板块,简称板块;2)板块是刚性的和相对稳定的,并按球面运动规律不断改变着彼此之间的相对位置;3)板块边界为大陆裂谷、洋中脊、岛弧海沟系和转换断层等构造活动带,因而具有强烈的活动性,全球的地震、火山主要沿板块边界分布;4)板块在离散边界处扩张增生,而在汇聚边界处俯冲消减,二者相互补偿,地球体积保持不变;5)地幔中的热对流是板块运动的驱动力。4.板块边界类型及各自的特点和典型实例 根据板块边界的性质、特征和板块间相对运动方式,可将板块边界划分为三种类型:1.离散型板块边界也称生长边界。特点是两板块做背离运动,向两侧分离、散开,由于它的应力状态是拉张的,故又称拉张型板块边界。正因为应力拉
8、张,所以边界线常呈锯齿状。离散型边界发生于大陆岩石圈之间者称大陆裂谷带,如东非裂谷带,是索马里板块与非洲板块的离散边界。2.汇聚型板块边界也称消亡边界,相当于海沟和活动造山带,所伴随的是洋壳消亡和大陆碰撞。由于汇聚应力是挤压的,故又称挤压型边界。汇聚型边界可进一步划分为俯冲边界和碰撞边界。俯冲边界:相当于海沟;相邻板块相互碰撞,厚度小、密度大、位置低的大洋板块俯冲于厚度大、密度小、位置高的大陆板块之下。俯冲边界又包括:岛弧海沟系(日本岛日本海沟;欧亚板块太平洋板块),岛弧远离大陆,发育于洋壳之上,沿着岛弧,一大洋板块俯冲于另一大洋板块之下。山弧-海沟系(安第斯型大陆边缘),大洋板块沿陆缘俯冲于
9、大陆之下。碰撞边界:陆-陆碰撞也称地缝合线,是大洋板块俯冲殆尽,两侧大陆相遇汇合开始碰撞时的边界,表现为活动造山带。两陆块碰撞导致地壳压缩增厚,地面大幅度抬升,形成宏伟的褶皱山系,喜马拉雅山便是始新世以来板块碰撞边界的典型实例。3.转换型板块边界也称平移型边界或剪切型边界,是相互剪切、滑动的两个板块之间的边界,其边界线即转换断层线。沿这种边界通常既没有板块的生长,也没有板块的消减,但伴有频繁的浅震活动。转换型板块边界的代表是加利福尼亚的圣安德烈斯断层,它是北美板块和太平洋板块的一段边界。5.转换断层与平移断层的区别 平移断层随着时间的推移,断层两侧两段中脊之间的距离会越来越远;平移断层,错动是
10、沿整条断裂线发生的 转换断层,虽然中脊轴两侧海底不断扩张,断层两侧的两段中脊之间的距离却未必增大。转换断层,相互错动仅发生在这两段中脊轴之间的 BC 段,在该段以外的断裂带上,断层两侧海底的扩张移动方向相同,其间没有相互错动。转换断层中 BC 段的错动方向,恰好与平移断层中把中脊错开的方向相反。6.贝尼奥夫带 大洋板块俯冲带及其伴生的地震震源面都是从洋向陆倾斜,并逐渐加深.7.板块构造的驱动力 8.与岛弧体系相关的火山岩分布规律 9.典型的弧盆体系组成单元 第三章 大陆边缘及地质构造 1.大陆边缘的类型,特征及典型实例 一、根据大陆边缘地壳活动性的强弱,可分为:稳定大陆边缘:又称被动大陆边缘,
11、大西洋型大陆边缘,离散型大陆边缘,和拖曳大陆边缘:具有宽阔、平坦的大陆架,外接坡折明显的大陆坡和平缓的大陆裾,整个大陆边缘没有火山和地震,是一个较为稳定的海域。活动大陆边缘:又称主动大陆边缘,太平洋型大陆边缘,收敛大陆边缘:大陆架+大陆坡+“岛弧海沟体系”,其边缘环绕以火山岛弧,岛弧边坡陡峭,外侧边坡直落至深邃的海沟底部,岛弧和海沟地形高差悬殊,有频繁的火山和地震活动以及较强烈的构造运动。活动型大陆边缘的构造带具有明显的单向特征:1.太平洋构造带通常分为内外两带:外带位于大陆侧,主要是中生代构造带;内带位于洋侧,主要是新生代构造带。其构造活动性具有自陆向海向洋迁移的趋势,西太平洋边缘尤其突出。
12、2.重力场的变化规律一般是海沟带的自由空间重力异常为负,岛弧继弧后盆地的自由空间异常为正。3.地热流的分布具有明显的分带性。沿海沟低热流量带,过海沟轴(陆侧)达到最低,向岛弧过渡到高热流带,在弧后盆地再次出现高热流带。低热流带与冷的大洋岩石圈俯冲活动大陆边缘是最强的火山活动带。4.从洋到陆依次出现拉斑玄武岩系列、钙碱系列、碱性系列。两种亚型:岛弧亚型缺失大陆隆,以发育海沟-岛弧-边缘海盆地为特点。(西太平洋岛弧)安第斯亚型中美-南美陆缘大陆架和大陆坡狭窄,大陆隆被海沟取代(秘鲁-智利、安第斯山)二、据板块构造机理分为三类:1、发散型大陆边缘发散型大陆边缘是大西洋、印度洋周边普遍存在的类型。由宽
13、阔的大陆架、平缓的大陆坡(13 度)和分布广泛的大陆裾三个单元组成。它是海底扩张过程中形成的。2、聚敛型大陆边缘又称为太平洋型大陆边缘,他由大陆架、陡峭的大陆坡(2-3 度)和深海沟三个单元构成。太平洋型大陆边缘又可以分出岛弧亚型和安第斯亚型两种。3、转换断层型大陆边缘转换型大陆边缘是由转换断层所圈定的大陆边缘,它是由板块之间的水平剪切作用而不是岩石圈裂开的裂谷作用形成的。其特点是裂陷作用和火山活动均比较微弱,甚至缺失,常伴有浅震活动,也不像非火山型边缘那样出现宽阔的地壳变薄作用。从而陆坡较陡峭,陆隆发育较差。如北美太平洋侧加利福利亚湾的大陆边缘,由圣安德烈斯平移断层和阿拉斯加湾东南的费尔韦瑟
14、平移断层参与塑造。加利福利亚半岛以裂离半岛形成出现,兼蓄发散与平移性质;阿拉斯加湾外有阿留申岛弧与海沟存在,兼蓄发散与平移性质 2.边缘海(弧后盆地)的定义,特征及形成机制(1)边缘海盆地是西太平洋型大陆边缘沟-弧-盆地的组成部分,故又称为弧后盆地,主要分布在西太平洋边缘,而在印度洋、大西洋仅出现于局部边缘。(2)边缘海盆地的基本特征 大多数边缘盆地的地壳结构与标准洋壳结构相同或相近。边缘盆地的年龄相当轻,大多数比被岛弧分隔的相邻洋盆小得多。DSDP和ODP的成果也证明,边缘盆地的海底(残留型边缘海盆地除外)都是新生代以来形成的。再大部分边缘盆地都发现有与大洋底类似的磁异常条带,但磁异常强度偏
15、低。边缘盆地的热流值一般较高,活动的或较年轻的边缘海盆平均热流值可高于洋中脊。边缘盆地的布格重力异常比两侧的大陆和岛弧高,大都在 200mGal 以上,是地壳减薄、地幔抬升的表现;有些正活动的海盆,自由空间重力异常为3080mGal。(3)边缘海盆地的形成机制、主动扩张机制认为边缘海盆的扩张是由上涌的地幔物质引起的,强调地幔物质上涌的主动性,大致有热底辟和次生对流两种模式。热底辟模式、次生对流模式。、被动扩张机制认为地幔物质上涌是被动的,受板块之间运动方式的控制。如果上覆板块与岛弧海沟体系之间为分离运动,这就是为弧后扩张提供了空间。可以促使地幔物质上涌,从而引起边缘海盆的扩张。如果有俯冲带与大
16、陆板块相向运动,大陆板块推掩于俯冲带之上,则形成安第斯陆缘而不会形成边缘海盆。3.沟-弧-盆体系形成机制 4.(1)地槽理论对沟-弧-盆体系形成机制的认识:地槽概念中,海沟时沉降带,岛弧是拱起的地背斜,边缘海盆则是山间坳陷。地槽在其发展过程中。还够、海盆不断接收陆源碎屑物质堆积,最终引起地槽回返,以造山运动的形式借宿地槽生命,形成稳定的褶皱带,并拼贴于相邻大陆上,使大陆增生,沟-弧-盆又在新的条件下,开始新的发展旋回。(2)板块构造理论对沟-弧-盆体系形成机制的认识:卡格里模式由于大洋板块向大陆板块下面俯冲,两板块摩擦生热,地幔(软流圈)物质以底辟形式上涌,导致地幔对流,形成岛弧(火山岛),又
17、由于对流的拉张作用,形成弧后边缘海盆。后补充:俯冲的大洋板块可把一部分低黏度的软流圈物质拖下去,直接发生对流,同样可以因对流产生拉张作用形成海沟和弧后盆地。5.双变质带 大洋板块向大陆板块俯冲,在接触地带因温度和压力条件不同而产生高压低温和高温低压两种变质带。6.蛇绿岩套的定义及主要岩石组合 蛇绿岩套 ophioliticsuite 又称奥菲奥岩套或蛇绿岩系,代表一套以超基性、基性岩石为主体的复杂的岩石组合,它代表上地幔物质。常把蛇绿岩套的出现认为是古代岩石圈板块消亡的位置。1972 年美国地质协会确立了蛇绿岩的完整层序(自上而下):基性火山岩(通常具有枕状构造)、基性席状岩墙群、奥长花岗岩、
18、辉长岩、橄榄辉长岩、辉长岩、橄榄岩、斜方辉石橄榄岩 以上完整的蛇绿岩套层序并不多见,一般地区通常缺乏部分层序。或答:由代表洋壳组分的超基性基性岩(辉长岩、橄榄岩、蛇纹岩),枕状玄武岩和远洋沉积(放射虫硅质岩,软泥)组成的“三位一体”共生综合体。对于它的成因:一般认为是上地幔物质上涌或上侵到地表表面,或是大洋地壳或上地幔推覆体构造侵位的结果。现代板块构造学说认为蛇绿岩套沿俯冲的大洋板块一侧分布,由一条超镁铁质岩、镁铁质岩和深海沉积物组成的一套复杂岩体。现代完整的蛇绿岩套由橄榄岩、辉长岩、席状岩墙杂岩和枕状熔岩组成,其上被含放射虫、有孔虫等深海沉积物覆盖,与俯冲带伴生。7.混杂堆积 第四章 大洋构
19、造 1.大洋地壳的分层和特征 第一层,沉积层,地震纵波速度s。具有间断分布的性质。在近大陆坡麓处厚度最大,可达 1;在洋中脊斜坡上较薄,约 200m;在中脊顶部 100200km宽的地带,沉积层极薄或缺失。第二层,火山岩层(基底层),火山岩以玄武岩为主,夹有固结的沉积岩混合成。Vp 为s,地震反射探测显示这层表面极其不平坦,厚度变化大,平均。岩性为大洋拉斑玄武岩。第三层,大洋层,是大洋地壳的主体层。在大西洋,这层速度值的 80落在s 之间,其平均厚度为 5km左右。岩性可能是辉长岩或角闪岩及蛇纹岩化橄榄岩等。第四层,上地幔层,莫氏面一下的层位,非大洋地壳的组成。Vp 为平均s。2.大洋地壳与大
20、陆地壳的差异 人们通常把较薄的大陆地壳叫做次大陆地壳,把较厚的大洋地壳叫做次大洋型地壳,二者也统称过渡型地壳。大洋型地壳区别于大陆型地壳的要点,在于薄而重,同时缺失大陆型地壳所特有的“花岗岩层-硅铝层”。大陆型地壳不仅具有“花岗岩层”,而且“玄武岩层”也比大洋型地壳大大增厚。这样一般大陆地壳就比大洋地壳厚达 46 倍。3.洋盆的演化阶段及威尔逊旋回 威尔逊旋回:从板块构造观点综合归纳出的主要阐述大洋从开裂到闭合碰撞造山演化过程的发展模式。第五章 河口及三角洲 1.影响三角洲发育的因素 1.河流的泥沙来源 2.海洋的侵蚀搬运能力的大小 3.口外海滨区的水深及地势 4.沉积环境是否稳定(河流流量、
21、沉积物的供应量、近岸的破浪和潮汐、受水盆地地形及构造、气候和人类活动等)2.一个完整的三角洲沉积体系分为哪几个部分,其特征是什么 三角洲体系的组成(河控三角洲为例)分为三个亚相:(一)三角洲平原 三角洲的陆上部分,相当于顶积层的水上部分。其界限在向陆一侧从河流大量分叉处开始,与河流下游的冲积平原相接,向海一侧以水边线与三角洲前缘相接。三角洲平原相的沉积物包括河流,湖泊,沼泽和泻湖等多做类型,以粗粒物质为主,含油少量海陆过度相生物。(二)三角洲前缘 三角洲的水下部分,相当于顶积层的水下部分和前积层的上部。海平面与浪基面之间。呈环带分布于三角洲平原向海一侧边缘。这里是河水与海水混合,泥沙大量堆积的
22、地带。河流物质经海洋作用改造和再分配,形成分选性好,成分纯净的砂质沉积物集中带。沉积物颗粒较粗,泥质与有机质极少,微体生物具有海陆过渡相的特征。在三角洲前缘,总的趋势是粗砂沉积在分流河口,而较细的沉积物则被搬运到更远的盆地,沉积在滨外的深水环境中。沉积作用构成了一个缓缓向海倾斜的剖面,其倾角一般小于 2,沉积物向盆地方向逐渐变细。由于沉积物不断供应,三角洲前缘逐渐向滨外推进,结果原先为滨外的地方最后被滨线沉积所覆盖。因此,与三角洲前缘向海变细相应的是,在剖面上形成一个较大型的向上变粗的层序,它反映了河口海水盆地的充填作用。(三)前三角洲 位于三角洲前缘外侧的向海地带,相当于前积层下部与底积层。
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