地壳运动

地壳运动的概述（crustal movement）

由内营力引起地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动叫地壳运动。

地球表层相对于地球本体的运动。通常所说的地壳运动，实际上是指岩石圈相对于软流圈以下的地球内部的运动。岩石圈下面有一层容易发生塑性变形的较软的地层，同硬壳状表层不相同，这就是软流圈。软流圈之上的硬壳状表层包括地壳和上地幔顶部。地壳同上地幔顶部紧密结合形成岩石圈，可以在软流圈之上运动。

在地球的内力和外力作用下地壳经常所处的运动状态。地球表面上存在着各种地壳运动的遗迹，如断层、褶皱、高山、盆地、火山、岛弧、洋脊、海沟等；同时，地壳还在不断的运动中，如大陆漂移、地面上升和沉降以及地震都是这种运动的反映。地壳运动与地球内部物质的运动紧密相联，它们可以导致地球重力场和地磁场的改变，因而研究地壳运动将可提供地球内部组成、结构、状态以及演化历史的种种信息。测量地壳运动的形变速率，对于估计工程建筑的稳定性、探讨地震预测等都是很重要的手段，对于反演地应力场也是一个重要依据。

对缓慢的地壳运动，可根据地质学（地层学、古生物学、构造地质学等）、地貌学和古地磁学的考察，参考古天文学、古气候学的资料，进行综合分析判定。例如，大陆漂移学说是从古生物学、古气候学找到迹象，又通过古磁极的迁移得以确立的。现在根据同位素年龄的测定和岩石磁化反向的分析，可以进一步认识地壳运动的演化。

对于现代地壳运动，一般采用重复大地测量的方法，如用重复水准测量来研究垂直运动；用三角测量或三边测量的复测来研究水平运动；用安放在活动断层上的蠕变计、倾斜仪和伸长仪等做定点连续观测来监视断层的运动。20世纪70年代后期，进而利用空间测量技术（激光测月、人造卫星激光测距和甚长基线干涉测量等）监测不同板块上相距上千公里的两点间的相对位移（精度可达2～3厘米），用以测定板块之间的运动。除此以外，还可以利用海岸线的变迁，验潮站关于海水涨落的记录等，推断现代地面的升降运动。

地壳运动的分类

按运动方向可分为水平运动和垂直运动。水平运动指组成地壳的岩层，沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系，以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。垂直运动，又称升降运动、造陆运动，它使岩层表现为隆起和相邻区的下降，可形成高原、断块山及拗陷、盆地和平原，还可引起海侵和海退，使海陆变迁。地壳运动控制着地球表面的海陆分布，影响各种地质作用的发生和发展，形成各种构造形态，改变岩层的原始状态，所以有人也把地壳运动称构造运动。按运动规律来讲，地壳运动以水平运动为主，有些升降运动是水平运动派生出来的一种现象。

地壳运动按运动的速度可分为两类：①长期缓慢的构造运动。例如大陆和海洋的形成，古大陆的分裂和漂移，形成山脉和盆地的造山运动，以及地球自转速率和地球扁率的长期变化等，它们经历的时间尺度以百万年计。另如冰期消失、地面冰块融化引起的地面升降，也属以万年计的缓慢运动。②较快速的运动。这种运动以年或小时为计算单位，如地极的张德勒摆动，能引起地壳的微小变形；日、月引潮力不但造成海水涨落，也使固体地球部分形成固体潮，一昼夜地面最大可有几十厘米的起伏；较大的地震可引起地球自由振荡，它既有径向的振动，也有切向的扭转振动。

地壳运动的发现历史

地球表层的大规模移动

传统地质学最早发现了地球表层的垂直升降运动，证据是在高山上发现海相的沉积岩，并且有海中特有的贝类化石。这表明某些大陆地区的地壳在过去的地质年代中曾经是海洋。地质学中有所谓海进和海退之说，表明局部地壳是有升降变化的。但是传统地质学否认地球表层曾有过大尺度的水平运动。

20世纪60年代以后总结了一系列的地学研究成果，证明地球表层在地球的历史中曾经有过大规模的水平位移，各大陆的相对位置曾有过显著的变化。最主要的证据是：①全球地震带勾画出6大板块的轮廓，证明地球表层的岩石圈不是完整的一块。②古地磁学的研究表明，由各大陆岩石磁性所得到的古地磁极位置不相重合，而根据各大陆不同地质年代的岩石磁性所绘制的极移曲线，在近代趋向重合于今地磁极位置。③大洋中脊两侧的磁异常条带，表明海底地壳在不断从中脊向两侧扩张，各板块所负载的大陆岩石圈随之发生水平漂移。

地球表层的垂直运动

由于6大板块和其他小板块的互相镶嵌式拼合，板块的水平向移动必然在板块边界和板块内部产生次生的竖直向运动：①板块消减带上海洋板块向地幔中以一定倾角下沉；②相邻的大陆板块边缘受消减运动的影响有牵连地下沉，地震时产生回跳；③大陆内部由于横向的推挤压力产生地壳的抬升或岩石圈的加厚，地质上产生岩层的褶皱，形成山脉和河谷。

另外，由于地幔物质的上涌在某些地区的岩石圈中可能产生拉伸的张应力，形成张性的裂谷或断陷盆地。从地壳均衡的方面说，地球表层的竖直向运动从根本上还受着地球重力的制约。

地壳运动的形成

地壳运动使岩层发生弯曲，产生裂缝、断裂，并留下永久形迹，这样就形成了地质构造。所谓地质构造就是地壳运动引起的岩层变形和变位的形迹（结果）。地壳运动是形成地质构造的原因，地质构造则是地壳运动的结果。

地壳运动的证明

自地球诞生以来，地壳就在不停运动，既有水平运动，也有垂直运动。地壳运动造就了地表千变万化的地貌形态，主宰着海陆的变迁。人们可用大地测量的方法证明地壳运动。例如，人们测出格林尼治和华盛顿两地距离每年缩短0.7米，像这样发展下去，1亿年之后，大西洋就会消失，欧亚大陆就会和美洲大陆相遇。化石也是地壳运动的证据。在喜马拉雅山的岩层里，找到了许多古海洋生物化石，如三叶虫、笔石、珊瑚等，说明这里曾经是汪洋大海。文化遗迹也是很好的证据。意大利波舍里城一座古庙的大理石柱离地面4～7米处，有海生贝壳动物蛀蚀的痕迹，可见该庙自建成以后曾一度下沉被海水淹没，以后又随陆地上升露出了水面。另外，火山、地震、地貌及古地磁研究等都能提供大量的地壳运动的证据。地壳运动引起的地壳变形变位，常常被保留在地壳岩层中，成为地壳运动的证据。在山区，我们经常可以看到裸露地表的岩层，它们有的是倾斜弯曲的，有的是断裂错开的，这些都是地壳运动的"足迹"，称为地质构造。形成的地貌，称为构造地貌。

(一)褶皱

当岩层受到地壳运动产生的强大挤压作用时，便会发生弯曲变形，这叫做褶皱。地壳发生褶皱隆起，常常形成山脉。世界许多高大的山脉，如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山等，都是褶皱山脉。它们是由地壳板块相互碰撞、挤压，在板块交界处发生大规模褶皱隆起而形成的。

褶皱有背斜和向斜两种基本形态。背斜岩层一般向上拱起，向斜岩层一般向下弯曲。在地貌上，背斜常成为山岭，向斜常成为谷地或盆地。但是，不少褶皱构造的背斜顶部因受张力，容易被侵蚀成谷地，而向斜槽部受到挤压，岩性坚硬不易被侵蚀，反而成为山岭。

(二)断层

地壳运动产生的强大压力或张力，超过了岩石所能承受的程度，岩体就会破裂。岩体发生破裂，并且沿断裂面两侧岩块有明显的错动、位移，这叫做断层。

在地貌上，大的断层常常形成裂谷或陡崖，如著名的东非大裂谷、我国华山北坡大断崖等。断层一侧上升的岩块，常成为块状山地或高地，如我国的华山、庐山、泰山；另一侧相对下沉的岩块，则常形成谷地或低地，如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造地带，由于岩石破碎，易受风化侵蚀，常常发育成沟谷、河流。

了解地质构造规律，对于找矿、找水、工程建设等有很大帮助。例如，含石油、天然气的岩层，背斜是良好的储油构造；向斜构造盆地，利于储存地下水，常形成自流盆地。在工程建设方面，如隧道工程通过断层时必须采取相应的工程加固措施，以免发生崩塌；水库等大型工程选址，应避开断层带，以免诱发断层活动，产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。

地壳运动的学说

（一）收缩说

核心思想：地球最初是熔融体，逐渐冷却。冷却是从外表开始的。地壳最先冷却形成，而后地球内部逐渐冷却收缩后，体积变小，这时地壳就显得过大而发生褶皱。（如同干苹果一样，外皮皱）。存在问题：按这种理论，地壳上的褶皱分布应是随机的，但事实上褶皱的分布有一定的规律。尤其是放射性元素的发现，说明地球并非由热变冷却。否定了收缩论的观点。

（二）膨胀说

核心思想：地球曾有很高温的时期，同时在地壳下部有一个膨胀层，由于膨胀层受热膨胀，使地壳裂开，解释了一些深大断裂、洋脊、裂谷的成因。存在问题：无法解释大规模挤压褶皱，逆掩断层的形成。而且膨胀性应具有宇宙性，其它星球尚无发现。

（三）脉动说

核心思想：由于地球内部冷热交替，导致地壳周期性的振荡运动（脉动）受热隆起，冷却地区坳陷。存在问题：忽视了水平运动。同时没有冷、热交替的证据。

（四）地球自转速度变化说

李四光提出：地球自转速度的变化是导致地壳运动的重要原因。核心思想：地质构造可分为走向东西向的纬向构造带。走向南北向的经向构造带。当地球自转加快时，由于离心力作用，地壳物质向赤道集中，相当于受到南北向的挤压，形成纬（东西向）构造带。相反地球自转减慢时，地壳物质从赤道向两极扩散，形成经向（南北向）构造带。

（五）地幔对流说

板块构造理论所畅导的，最早由英国的霍尔姆斯提出。核心思想：地幔物质热对流，带动驮在其上的岩石圈水平运动。存在问题：地幔物质能否热对流？对流的范围和规模有多大？

简而言之，这些观点只分析到了部分情况并没能分析到全部。以上这些观点长期共存正说明了一个问题，那就是人类没有找到真正的造山运动和海底扩张的原因。如果找到了，就不可能有多个相互矛盾的理论共存。

不同地壳运动的产物

地壳无时不在运动，但一般而言地壳运动速度缓慢，不易为人感觉。特别情况下，地壳运动可表现快速而激烈，那就是地震活动，并常常引发山崩、地陷、海啸。地壳运动按运动方向可分为升降(垂直)运动和水平运动。

升降运动是相邻地块或同一地块不同部分作差异性上升或下降，使得某些地区成为高地或山岭，另一些地区成为盆地或凹陷。我国喜马拉雅山上埋藏着大量新生代早期的海洋生物化石，表明在几千万年前这里还是一片汪洋大海。深海钻探发现，印度洋底有白垩纪的煤层，说明1亿多年前这里还是大陆边缘上的沼泽。世界上许多地区近期都表现为升降运动。例如，大不列颠群岛、原苏联的北冰洋地带、南美西部沿海地区，以及北美东部哈得逊湾的拉布拉多半岛等地区均为上升区。地中海、英吉列海峡、墨西哥湾等为下降地区。我国的青藏高原、云贵高原以上升为主。华北平原、松辽平原等地则以下降为主。

水平运动是指地壳块体在水平方向上移动，相邻地块或相互分离拉开，或相向靠拢挤压，或呈剪切错动。在剪切错动中相邻地块既不拉开，也不靠拢。现代水平运动最典型的例子就是美国加里福尼亚的圣安德列斯断层带。几年前，美国使用轨道卫星和激光束新技术来测定断层两盘的位移，数据表明，该断层自中新世以后，水平运动距离已达260千米。

由于地壳运动，使岩石原有的空间位置和形态发生改变(沉积岩、火山岩等岩层在其形成之初，基本上是水平产出的，而且在一定范围内是连续的)。岩层由水平变为倾斜或弯曲，连续的岩层被断开或错动，完整的岩体被破碎等，这种原生的形态和位置的改变，称为构造变形，变形的产物称为地质构造。最常见的地质构造为褶皱和断层。

岩层的弯曲称为褶皱，褶皱的基本类型是背斜与向斜。背斜在形态上是向上拱的弯曲，中心部分为老地层，两翼岩层依次渐新。向斜是中部向下弯曲，中心部分为新地层，两翼岩层依次渐老。褶皱中，背斜与向斜常常是并存相依的。当然，背斜的上拱，向斜的下凹，并不一定与地形的高低一致，背斜可以形成山，也可以是低地；向斜可以是低地，但也可以构成山岭。

岩石在受力作用后，当应力超过岩石的强度极限时，岩石就要发生破裂，沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造称为断层。断层的规模大小不等，大者沿走向延伸可达上千千米，向下可切穿地壳，常由许多断层组成，称为断裂带。小者位移仅几厘米。被错开的两部分岩石沿之滑动的破裂面叫做断层面，断层面可成水平的、倾斜的或直立的，以倾斜的最多。断层面两侧相对移动的岩块称为断盘。断层面是倾斜面时，断层面以上的断块叫上盘，断层面以下的断块叫下盘。断盘沿断裂面相对错开的距离叫断距。上盘相对下降，下盘相对上升的断层为正断层；上盘相对而言上升，下盘相对而言下降的断层为逆断层；两盘沿断层面走向相对水平移动的断层为平移断层。

地壳的形成

地壳的形成分成了四步：

一、铀等放射性元素使地球内部温度升高（据说地球开始时温度仅为1000摄氏度），易熔部分化解。

二、铁镍等重元素下沉，轻元素开始形成岩浆（即后来的地壳）。

三、开始形成地核与地壳。

四、地核形成后，地球出现分层结构，地幔上边变成软流层，地壳冷却形成。

如果没有这一阶段，就没有了地壳运动。