学术|海底扩张的“三大支柱”真的存在？探索全球构造动力机制
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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
梁光河
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海底扩张的“三大支柱”能支得住吗？
20世纪60年代为海底大发现时代，相继出现了海底扩张假说和板块构造假说，并一直统治地球科学领域至今。其中条带状海底磁异常、深海钻探及转换断层被称为海底扩张说的三大支柱。
随着科技的进步，关于海底我们有了更新更可靠的资料，现在我们回头看看这三大支柱是否存在问题，是否真的存在？
支柱1：条带状海底磁异常
为了解释大陆漂移的动力来源，赫斯1961年基于太平洋东北角和大西洋北部局部的磁异常带与洋中脊平行提出了海底扩张学说。事实真的如此吗？全球所有的磁异常条带都与洋中脊平行吗？2007年法国地质局编绘了全球目前唯一的世界磁异常图，遗憾的是该图否定了条带状磁异常与洋中脊平行的“普世规律”。
众所周知，红海是一个新生代才裂开的新海洋，按照海底扩张假说，磁异常条带必定和洋中脊呈现条带状平行分布，但实际上并不是这样（图1），在红海西部，磁异常条带几乎与洋中脊垂直，而在红海东部磁异常也并不呈条带状，而是呈现团块状与洋中脊呈似平行状。
也许有人说，红海是一个还没有被完全扩张开的海洋，所以磁异常条带与洋中脊不平行。那好，我们看看印度洋，那是一个成熟的大洋，那里的洋中脊与磁异常条带也没有平行关系（图1）。事实上在太平洋和大西洋等全球区域，大多数地区磁异常条带并不平行洋中脊。因此支柱1并不存在。
▲图1红海和印度洋地区磁异常与洋中脊分布图
支柱2：深海钻探
海底扩张假说认为，由于洋中脊不断喷发的玄武岩造成了海底扩张，像传送带一样拖动大陆板块发生漂移。基于泛大陆的裂解，其结论是现代海洋中的洋壳板块都是中生代以后的。事实上是这样的吗？
著名地学院士任纪舜等人(2015)在地质论评上发表了一篇论文“寻找消失的大陆”，他们通过大量全球ODP（深海钻探）、海洋地质和地球物理调查表明全球大洋中存在大量古大陆残片。按照海底扩张假说，洋中脊上岩石年龄应该接近于0，而事实上却并不是这样的，图2给出了赤道大西洋洋中脊附近古老的大陆岩石分布，在该地区钻探发现大量的古生代和前寒武纪岩石。这些岩石年龄少则300Ma-330Ma，多则1600Ma-1850Ma。这与传统的海底扩张假说完全不符。大洋中的古大陆残片否定了根据Vine-Matthews(1963)建立的海底扩张模型（Cox,et al,1967) ，也就是说支柱2也不存在。
支柱3：转换断层
大洋中脊被一系列横向大断裂错断，这些大断裂从20世纪50年代被发现直到60年代中期一直被认为是平移断层。直到1965年Wilson从动力学的角度提出这类断层是由于海底扩张引起的“转换断层”。其依据是根据当时刚刚完成的局部海底地貌形态进行的推断（图3）。这种推断未免武断，就像现在我们看到一幅山脉地形图，如果不进行地质解剖是不能够直接判定那是“转换断层”一样。
▲图3大西洋洋中脊多波束合成图象及转换断层解释（据百度文库）
事实上，Wilson提出的这个所谓“转换断层”不符合物理学基本原理，在物理上是不可实现的。全球至今还没有确认一个这类断层，它们应该就是平移断层。也许有人说美国人在圣安地列斯断裂进行了深入研究，认为那就是转换断层。
而从美国人恢复的自150Ma年以来的全球大陆漂移动态图来看，那是一个长条形的大陆板块从南美洲西部向北漂移到北美洲形成的板块拼合。圣安地列斯断裂应该是两个陆块拼合带，现代GPS测量结果也证明了这个拼合到北美的大陆板块仍然在向北美板块挤压漂移，指向北东方向。也就是说支柱3也并不存在。
▲图4 150百万年以来地球表层的海陆变迁及大陆漂移过程（据Columbia university）
我们再较真一次，美国NOAA做出的海底地貌图是否真的全部准确？
我们知道，卫星可以直接测量大陆地形地貌，但对海洋深处地形地貌并不具备直接穿透测量能力，对海洋深处地形地貌的观测目前最佳方法是利用船只携带声纳扫描仪器进行测量。美国NOAA并没有对全球进行细致测量，只依据有限的资料便在海底扩张假说的指导下进行了大胆推断。比如著名的2014年马航370失事地区海底地形图，根据美国NOAA提供的同一地区的地形地貌图和后期声纳扫描给出的准确结果对比图可以看出，差异巨大（图5）。图5中左图是准确的，该图只能用大陆板块漂移解释其形成机制，海底扩张无法给出合理解释。
▲图5 2014年马航370失事地区海底地形图对比。
左图是声纳扫描结果，右图是美国NOAA给出的该区地形地貌图。
事实上，我们教科书上给出的北大西洋洋中脊海底地形图也并不都是真实的，那是根据海底扩张假说给出的模型图。Meyerhoff通过各种关系，获得了海军水文处的北大西洋海图。这些海图是供美国海军潜艇驾驶员使用的，图件应该最大限度反映真实的海底地形（图6）。该图与流行的板块构造“版本”的海图完全不同。两幅海图的差别是一目了然的。左图明显具有为迎合板块理论而人为修饰的成分。
▲图6 大西洋北部地形地貌图对比。
左侧黑方框内是教科书上的图像
红色方框内是美国潜水艇使用的准确图。
（据池顺良2010，）
总之，海底扩张的三大支柱并不存在，是支不住这个假说的。我们不仅要问，海底扩张假说的三大支柱都存在致命缺陷，也就是说海底扩张假说不存在，那么板块构造假说还能存在吗？
新大陆漂移模型-全球构造动力机制探索
大陆板块存在大规模水平漂移是地球上的普遍现象，但其漂移的源动力是什么？传统的解释是海底扩张假说，但深海钻探和地球物理观测发现很多证据与此相悖。有必要对旧的假说进行改新。
1、新大陆漂移模型原理
超深钻和地热学推测大陆40Km之下温度可达1200℃，大洋地温梯度远高于大陆。本文根据地球深部地温的推测结果结合热力学原理给出了一个新大陆漂移模型，即大陆板块可以在热力驱动下发生漂移，动力机制是大陆板块运移划开洋壳引起岩浆不断上涌，在陆块后面冒泡，巨大的岩浆热动力推着板块往前跑。逻辑很简单：大陆板块运动中其前面处于挤压环境，地下深处的岩浆无法外泄，其后面处于开放环境，地下深处的岩浆上涌，推动大陆板块向前运动。推测洋中脊是大陆板块相互旋转带动洋壳产生的裂缝，同时出现大量羽状排列的切割深达洋壳的平移断层。
大陆漂移过程中因深部处于部分软塑状态，在剪切力作用下，大陆板块下部可能产生低角度拆离断层，从而造成大陆板块下地壳层的拆沉，在大洋中形成缓慢下沉的古板块，与其它板块碰撞造成深源地震。
大陆板块的密度从浅到深是变化的，大陆板块平均密度3.0g/cm3，上地壳密度约为2.7g/cm3，中地壳密度约为3.0g/cm3，下地壳密度约3.3g/cm3，上地幔密度约3.3g/cm3，因此一旦大陆板块下地壳发生拆沉，因其密度与上地幔相当，在高温高压作用下会发生相变，密度逐渐增大，造成该大陆残片的缓慢下沉。研究表明日本到我国东北部的深源地震就是一个叫Izanagi的呈三角形的拆沉古大陆残片与欧亚板块深部物质碰撞的结果。推测南美洲东部也存在一个拆沉的长条形古大陆残片，其与南美洲大陆板块碰撞造成该地区的深源地震。
该模型说明大陆板块在漂移过程中前端类似一个推土机，会造成大陆板块的增生，同时部分大陆板块在热力不平衡条件下，可能会出现下地壳的拆沉，使得大陆板块在漂移过程中出现消减。也就是说大陆板块在漂移中既会增生也会消减。
我们可以形象地把大陆漂移比喻成“平底热锅里的黄油会自己跑”。这个运动过程是基于大陆板块首先发生裂解，产生了一个裂缝和岩浆上涌，在初始阶段，大陆漂移与海底扩张一致，但洋中脊喷出的岩浆很快会被海水熄灭，因此海底扩张不能持续，但大陆板块漂移后在其后面持续不断地涌出岩浆并不断被海水熄灭，这个热力推动过程才能持续推动大陆板块向前漂移。
图1 新大陆漂移模型
A是大陆板块漂移前的状态
B是大陆板块漂移后的状态
C是大陆板块发生拆沉后的状态
2、模型基本特征
该模型有如下特征：
（1）大陆板块的最前方因受到挤压高温产生地壳流（图1中灰白色部分），洋壳隆起（类似挤牙膏）形成浅海环境；
（2）大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带；同时由于地壳流的上涌会在大陆板块前部的部分地区出现伸展构造；在大陆板块后部产生巨厚沉积和正断层；
（3）大陆板块尾部会有拖尾隆起，可能留下火山岛链、大陆碎片遗撒物。
3、实际例证
这些特征在当前地球的板块上都能得到体现，如印度板块目前正在向北漂移，这个漂移过程与新大陆漂移完全吻合（图2，3），该模型也合理地解释了马尔代夫岛链的成因机制以及附近的大陆板块残片。同时该模型也能合理解释新西兰、冰岛、日本、台湾陆块的成因及西北太平洋岛弧成因。
新大陆漂移模型能合理解释大洋中存在的诸多地形地貌特征，也能合理解释太平洋中那些线状火山岛的成因机制。推测它们曾经是大陆板块漂移后留下的轨迹和薄弱地带，在泛大陆裂解后，因欧亚大陆向东北漂移，美洲板块向西漂移，同时澳大利亚板块向北漂移，因此太平洋洋壳深部总体呈现一种受压环境，这些板块前端的高压地壳流（或岩浆）在那些薄弱地带被挤出，形成一系列线性火山岛。
▲图2 新大陆漂移模型与印度板块漂移状态吻合
▲图3 孟加拉湾高分辨率人工地震勘探揭示的深部结构与新大陆漂移模型吻合
总之，该新大陆漂移模型是一个全新的地球动力学假说，它能对全球的构造特征及其空间分布规律和构造演化过程作出解释；其所依赖的动力因子既有足够的能量，又能合理说明构造变形场的特征；该模型也符合物理学的基本原理和地球内部物质的物理-化学性质。
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