板块运动地球动力学机制探究

方　曙

1　内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院，赤峰市王府大街东段，024005



板块运动地球动力学机制探究

方曙1

1内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院，赤峰市王府大街东段，024005

对前人提出的多种地球动力学机制特别是地幔对流说进行剖析，提出板块运动地球动力来源于地转离极作用和旋转半径变化造成的地转不同步作用，并受到刚性岩石圈板块应力平衡作用、惯性作用和弹性作用等内在规律的制约，另外规律性的固体潮作用和偶然性的陨石撞击作用是影响板块运动的附加应力因素。

板块运动；动力学机制；岩石圈；旋转半径；离极同步说

板块运动机制是板块构造学说的研究重点。以往的各种地球动力假说(包括地质研究早期的地球收缩说、地球膨胀说、地球脉动说；从1895年开始占据近一个世纪统治地位的槽台学说；近代伴随着大陆漂移说、海底扩张说和板块构造学说产生的地幔对流说、地幔柱说、涌流构造说；我国地质学家提出的地质力学说、多旋回构造说、地洼说、断块说和波浪状镶嵌构造说等)从某一个或某几个方面的地质现象来分析，都有其合理性，但结合不同的地质现象进行分析时就会矛盾重重。因此，建立一个完善、科学的板块运动地球动力学机制学说显得尤为重要。

1　前人提出的地球动力学机制

1.1地幔对流说

地幔对流是“地幔物质由于热量的增加，密度减小，形成热流上升，达到地壳下部再向不同方向分别流动，随着温度的下降，又转向地球内部运动的过程”[1]。20世纪60年代以来，地幔对流的思想成为解释海底扩张和板块运动大地构造学说的重要理论之一[2-3]。但也有很多学者对地幔对流说提出质疑[4-5]。

1)地幔对流说在现实板块构造以及板块运动地质历史演化过程中找不到实例。根据板块构造现实及板块运动历史分析，在同一个大洋中找不到俯冲和拉张同时发生、发育一个完整的理论对流环的实例。如现今的太平洋板块，其东北部的洋中脊已经俯冲到北美大陆之下，且洋中脊与俯冲带交叉，该岩石圈之下无法推测所谓的地幔对流环；再如自白垩纪以来断续拉开的大西洋本身并不存在板块俯冲，用地幔对流(环)作为动力解释似乎无能为力。

2)地幔对流说是驱动板块运动动力的观点违反物理学基本原理。地幔对流为板块运动动力源包括推、运、拉3种动力模式。

首先为推的模式。其认为“大洋中脊顶部乃是地幔物质上升的涌出口，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地扩张。随着热地幔物质源源不断地上升并形成新的洋底，先成的老洋底不停地向大洋两缘扩张推移”。但岩浆上涌的应力是朝上的，喷发又是开放环境，如何把岩浆向上的力转化为向两侧的挤压应力？在远端大陆板块之间碰撞褶皱造山的同时，为何洋中脊以及近端相对较薄的大洋板块却没有被挤压褶皱而显示拉张特征？

其次为运的模式。假定地球内部存在地幔对流运动，并假设地幔对流运转过程中是靠巨大的齿轮带动地球表面固体岩石圈移动，而且岩石圈底部也有与地幔对流圈咬合的巨大齿轮。根据物理传动理论可知，带动基本上闭合在一起的岩石圈向前运移需要足够大的动力，且齿轮要坚固地附着在岩石圈和地幔循环外圈上。但实际上，地表向下几km岩石刚性就开始变弱，再向下逐渐变为韧性或半塑性状态，而且岩石圈板块与地幔上部之间不但没有咬合的齿轮或者高度黏合在一起，反而两者之间存在着液态的、完全起润滑作用的高温岩浆软流圈。因此，即使地幔对流真地存在，也不可能带动漂浮在软流圈之上、基本闭合的刚性岩石圈前行。

最后为拉的模式。其认为“俯冲带处冷的洋壳下沉”，“洋壳下沉拽动后面的洋壳运动”。这种观点存在一个误区，即把热与轻、冷与重等同起来。因为对流的原理是液-气态物质因温差或浓度差引起密度差造成的，并非存在热物质与冷物质就能进行对流。冷的洋壳比重(平均密度3.0 g/cm3)小于热的地幔比重(上地幔3.4 g/cm3、下地幔4.7 g/cm3)，由于液体中物质的沉浮与温度无关而与比重有关，在没有外力作用的情况下，小比重的洋壳不会自动下沉到大比重的地幔之中，当然也就不会拉动后面的洋壳运动。同理，由于上面相对轻的岩石或者岩浆不会自动下沉，下面相对重的地幔物质也不会自动上涌，因此，在无外力作用的情况下，所谓的地幔对流也就无从谈起。

3)地幔对流的支持证据之一是地幔柱的存在[6]。地幔柱是“深部地幔的一股上升的圆柱状固态物质的热塑性流”，即从软流圈或下地幔涌起并穿透岩石圈而成的热地幔物质柱状体[1]，在水平面上是点状而非线状上升的热塑性流，应力也是向上的，其与推动地壳运移的动力似乎没有直接关系。即使点状地幔柱真地发育也不能证明其就是强大的板块运动的推动力。

因此本文认为，地幔对流是驱动板块运动动力的观点缺少严密的物理学理论支撑。且地幔对流是否存在还不得而知，但可以推测地幔流动应该存在：1)大陆板块拉张和收缩造成大洋板块的增生和俯冲消亡，必然造成岩石圈之下地幔物质发生补偿性和排挤性运移；2)比重较小的包括含水和含有机物的沉积物(岩)的固态洋壳俯冲进入比重大的地幔之中，在熔融后变成较轻的岩浆，加上高温及化学变化生成的气体和液体就会向上运动，直至侵入或者喷发。由于上升物质分散在毕鸟夫带之上，必然造成毕鸟夫带附近和其上地幔扰动。

1.2其他地球动力学说

16～17世纪欧洲学者提出收缩说和膨胀说以及两者交替的地球脉动说，现在看来其认识过于单纯。19世纪霍尔、丹纳等提出的槽台学说看到了稳定的地台之间存在强烈活动造山的地槽这种表象，却没有认识到岩石圈存在大规模水平运动，未找到槽台演化的真正原因。1912年德国气象学家魏格纳提出的大陆漂移说找到了认识地壳运动的正确入口，发现了中生代以来大陆与大陆之间的分离运动。1915年出版的《海陆的起源》一书中给出的力源是“因地球自转产生的向赤道的离极力，因地球自转受日月引力而产生向西的潮汐摩擦力，重力均衡产生的垂直向上的力”。由于当时的地球物理学家计算，东西向的潮汐力根本不足以推动大陆的漂移，因此这种动力原因很少被后人承认(笔者认为地球自转作为大陆漂移源动力这一大方向无疑是正确的，魏格纳几乎找到了大陆漂移的原因)。20世纪60年代初，美国地质学家赫斯和迪茨提出海底扩张说，在古地磁勘测和大量的大洋钻探探索过程中，逐渐证明了大陆漂移和海底扩张的客观真实性。这一学说使地球动力学研究向前发展了一大步，但其认为海底扩张的动力来源是地幔对流，再次把这一研究引向了一条缺乏可操作性、可能永远无法证实的不归路。板块构造说归纳和发展了大陆漂移说和海底扩张说，是当今最具影响、最能客观反映地壳空间形态、分布特征、构造运动规律的全球大地构造学说，遗憾的是至今未能对动力来源问题作出合理的解释。涌流构造说认为，软流圈涌动是造成板块运动的动力来源，其与地幔对流说相似，也无法解释造成板块大规模移动的动力问题。李四光[7]提出地球构造运动与地球自转相关，虽然并不是针对板块构造，但与魏格纳的力源观点相近，认为地球自转产生了“离极力”和“大陆向西的力”，提出了大陆车阀理论。黄汲清的多旋回说阐述了大地构造演化发展具有多旋回性这一基本规律，与现代板块学说关于造山带的发展规律具有一致性，但没有说明动力学原理。断块说、地洼说和波浪状镶嵌构造说从不同角度认识和研究了地壳的展布规律，但都没能完整地解释地壳的演化发展过程和动力来源。

2　板块运动地球动力学机制分析——离极同步说及其他制约因素

科学合理的地球动力学说要满足以下3个基本条件：1)符合物理学基本原理；2)其产生的能量足以使岩石圈板块产生运动；3)不但能解释现今板块的分布和运动特征，还能对板块运动演化历史进行合理恢复。

本文在前人观点和理论研究基础上认为，地转离极作用和地转不同步作用及其他制约因素是板块运动的地球动力学原因。离极作用和不同步作用的地球动力学认识简称离极同步说。

2.1地转离极作用

地球自转使漂浮在软流圈之上的岩石圈板块产生从高纬度向低纬度运移的离极应力作用，造成板块南北向俯冲、碰撞和板块拉张成洋。地转离极作用产生的力称为地转离极力，是地球自转向心力在经度线上的水平应力分量。本文认为，地转离极力是板块运动的重要动力，其不但造成了板块的南北向运动，也是造成板块东西向运动的重要起因。

2.1.1地转离极作用理论分析

自转地球表层上作匀速圆周运动的物体会产生垂直地轴的地转向心力(图1)，地转向心力F向=mω2r=mω2R·cosα(m为质量，ω为角速度，R为地球半径，α为纬度，r=R·cosα为旋转半径)。地转向心力在经度线上远离极点的水平应力分量称为地转离极力，地转离极力F离=F向·sinα=mω2R·cosα·sinα。地转向心力在垂直方向的应力分量称为地转垂向力，地转垂向力F垂=F向·cosα=mω2R·cos2α。

图1　地转向心力与地转离极力的关系Fig.1　Relationship between rotation radial force and pole-fleeing force

在跟随地球自转过程中，一定旋转半径的球面上(不同纬度)单位质量的物体产生的地转向心力及其分力(地转离极力和地转垂向力)数值称为地转系数。从表1中的地转系数可以看出，地转离极力在中纬度地区最大，随着纬度降低或升高逐渐变小，极点和赤道处为0；地转垂向力在极点

为0，随着纬度变小而增大，赤道处最大。该力可能是造成地球赤道半径大于两极半径的主要原因。

2.1.2地转离极力计算分析

取地球自转角速度为0.000 072 72 rad/s，地球平均半径6 371 km，岩石圈平均厚度100 km、平均密度3 000 kg/m3(下同)。板块在不同纬度产生的离极力见表1。

岩石圈厚度是不均匀的，大陆岩石圈厚度在110 km以上，最高达160～180 km，大洋岩石圈厚度一般为50 km左右，洋中脊最薄为30～40 km[8]。以45°纬度分别计算不同厚度岩石圈的离极力(表2)。可以看出，大陆岩石圈产生的离极力达到每km2岩石圈板块(505～910)×1010N，是大洋岩石圈的2～6倍。如此大的力差能否使大洋屈服而俯冲，笔者还无法计算得出，但在中新生代的确存在较大规模的板块近南北向俯冲碰撞(新特提斯洋消失)和拉伸大洋(南印度洋、南大西洋和南太平洋)扩张活动(图2、图3)。

2.2地转不同步作用

岩石圈板块因旋转半径发生变化致使漂浮在软流圈之上的不同板块之间以及与地球自转之间产生不同步作用而发生板块运动(不同步作用产生的力相当于地转偏向力)。本文认为，地转不同步作用是板块东西向运动的主导动力。

2.2.1地转不同步作用理论分析

地转不同步作用主要涉及两个物理公式：1)作匀速圆周运动的物体，线速度ν=ωr(ω为角速度，r为旋转半径)；2)动能Ek=1/2mν2，其与线速度和质量相关。

假设旋转线速度保持不变，板块旋转半径增大则角速度变小，致使板块落后于地球自转而相对向西运动；板块旋转半径减小则角速度变大，致使板块超前于地球自转而相对向东运动。

表1　不同纬度岩石圈离极力

表2　不同厚度岩石圈在中纬度的离极力

1 更新世-上新世；2 中新世；3 渐新世；4 始新世；5 古新世；6 白垩纪；7 侏罗纪。蓝色双断线为消失的古大洋所在位置或板块缝合带图2　现代洋壳年龄及部分古大洋闭合位置图Fig.2　The age of the modern oceanic crust and the closed position of paleo ocean

1 现代洋中脊和转换断层；2 单向俯冲带或缝合带；3 双向俯冲缝合带；4 现代板块运动趋势；5 新特提斯洋收缩碰撞前的板块运动方向； ①古亚洲洋缝合带；②古太平洋缝合带；③新特提斯洋缝合带；④西(北)太平洋俯冲带；⑤东太平洋俯冲带图3　板块构造及板块运动示意图Fig.3　Plate tectonics and plate movement

假设旋转角速度保持不变，如果板块旋转半径增大则线速度需要变大，线速度变大则需要增加动能，致使板块产生向西的滞后能量。此时，质量大的大陆岩石圈板块比质量相对小的大洋岩石圈板块需要增加的动能要大，大陆岩石圈与大洋岩石圈产生动能差，致使大陆板块向西侧大洋板块挤压，大洋板块发生俯冲运动。

因此，旋转半径的变化是造成地转不同步的原因。在地球自转过程中，造成旋转半径变化的原因主要有两种情况：板块离极运动纬度发生变化；海拔高程发生变化。

1)纬度变化造成旋转半径变化。纬度代表着旋转轨迹，地转离极作用使板块从高纬度向低纬度移动，致使板块旋转半径增加。如图4，在离极力的作用下，质点从A1逐渐运动到A2，旋转半径从r1逐渐变到r2，在线速度ν不变的情况下，角速度就必须从ω1=ν/r1=ν/Rcosα1降为ω2=ν/r2=ν/Rcosα2，角速度变小致使板块向西运动而与地球自转不同步。

R为地球平均半径；r1为A1点旋转半径； r2为A2点旋转半径；α1为A1点纬度； α2为A2点纬度；O为地球中心；O1为A1点旋转中心； O2为A2点旋转中心图4　 纬度与旋转半径关系图Fig.4　Relationship between latitude and radius of rotation

2)高程变化造成旋转半径变化。在板块演化过程中，大陆板块仰冲、板块碰撞造山、陆内地壳差异性抬升等都会造成板块的海拔增高；而大洋板块俯冲、大陆裂谷、弧后盆地、大洋扩张沉降、地壳差异性下降、风化剥蚀等都会造成板块的海拔降低。海拔高程的变化虽然不及纬度变化造成的影响大，但也不容忽视。

与离极作用造成的旋转半径单一变大、只有向西的不同步作用不同，高程变化有升高和降低两种：海拔升高旋转半径变大，需要的动能变大，不同步作用产生向西的滞后应力；海拔降低旋转半径变小，多余的动能变大，不同步作用产生向东的前冲应力。

2.2.2地转不同步产生的动能计算分析

1) 纬度变化造成的动能变化计算。板块在不同纬度具有的旋转动能不同，极点处为0，从极点向赤道逐渐增大(表3)。根据计算，赤道处1 km2岩石圈板块的旋转动能为3 220×1016J。岩石圈板块从高纬度向低纬度移动过程中，旋转半径和线速度不断变大，向东支撑板块的动能也需要不断变大(表4)。从极点向赤道每移动10°需要增加的旋转动能不同，以中纬度最大，质点从50°移动到40°每km2岩石圈板块旋转动能增加559 ×1016J。根据能量守恒定律，需要增加的旋转能量无法得到满足，使板块慢于地球自转，相对向西运动。

表3　不同纬度大陆岩石圈的旋转动能

表4　从高纬度向低纬度移动的板块需要的旋转动能

以中纬度(50°和40°)厚度为180 km、150 km和100 km的大陆板块和厚度为50 km和30 km的大洋板块为例，分别计算不同厚度岩石圈所具有的旋转动能(表5)。可以看出，大陆岩石圈在50°和40°具有的旋转动能达到每km2(1 330～3 401)×1016J，是大洋岩石圈的2～6倍。大陆岩石圈从50°移动到40°需要增加的旋转动能也是大洋岩石圈的2～6倍(表6)。大陆与大洋岩石圈具有如此大的旋转动能差，造成大陆向西挤压大洋，发生东西向的板块俯冲和拉张运动。

2)海拔高程变化造成的旋转动能变化计算。以纬度45°为例，取大陆岩石圈厚度100 km，大洋岩石圈厚度40 km。岩石圈在不同海拔高程的旋转动能见表7。

表5　在中纬度不同厚度岩石圈的旋转动能

海拔高程的变化直接造成板块线速度和旋转动能的变化(表8)。大陆从海拔1 000 m升高到2 000 m，每km2岩石圈板块需要增加旋转动能0.51×1016J；大洋扩张过程中，从海拔-3 000 m的洋中脊下降到-5 000 m的大洋盆地，每km2岩石圈板块多余出旋转动能0.4×1016J。尽管这与离极作用所造成的旋转半径增加产生的动能量级相差较大(相差几百至几千倍)，但是这一数量级产生的滞后应力或者前冲应力，推测足以影响板块运动的进展和变化程度，甚至起到关键性作用。

表6　不同厚度岩石圈在从纬度50°移动到40°需要增加的旋转动能

表7　中纬度不同海拔高程岩石圈旋转动能

表8　海拔高程变化岩石圈板块需要的旋转动能

2.3板块运动的其他制约因素

2.3.1板块应力平衡作用

板块应力平衡作用是指在地球自转过程中，板块通过相对移动或变形使相互不平衡的应力达到平衡的自然要求，主要通过大陆拉分裂谷成洋、大洋转换断层、洋壳俯冲、板块碰撞褶皱造山、陆内断裂岩浆活动等方式体现出来，是一种不断变化的动态平衡。

2.3.2板块运动惯性作用

板块运动惯性作用是指保持板块运动状态不变的自然要求，质量越大惯性越大。

2.3.3刚性岩石圈的弹性作用

1)刚性的岩石圈具有弹性限度，并基本满足广义胡克定律[9]。当板块俯冲碰撞后，超出弹性限度的岩石褶皱、断裂破碎或断裂走滑，而主体岩石圈板块大多处于弹性限度内，有挤压收缩就有反弹拉伸，造成板块运动中普遍存在的岛弧(或陆缘弧)岩浆侵入喷发活动、碰撞后伸展、后造山等现象，继续发展可能生成新的裂谷、弧后盆地或大洋。

2)当大洋板块遭受挤压，由量变到质变而突发断裂俯冲，或者大洋板块俯冲末期与大陆板块发生碰撞，由于刚性岩石圈板块具有弹塑性，在应力传递方式上是弹性波动传播，必然造成球面上板块之间及板块内部质点持续的、逐渐减弱的、波动性的压-张应力转换，从而显示出板块运动具有的波动性特征。由于地球的整体性，应力的波动传递会绕地球一周而产生叠加应力，从而产生复杂的应力转换过程。

2.3.4日月引力造成的岩石圈固体潮作用

太阳与地球和月球与地球之间变化着的引力作用会造成地球表面流体周期性的潮汐。由于岩石圈板块漂浮并封闭在软流圈之上，还会造成地球表面固体(岩石圈)的周期性形变——固体潮[10]，为地壳不平衡的构造应力场添加了不均匀的、周期性的应力改变。

2.3.5星体撞击作用

陨石或星体的偶然撞击作用可能会对地球自转和板块运动产生影响，影响程度与星体质量、速度、方向和撞击位置等相关。

2.4地转离极作用和地转不同步作用及其他制约因素耦合关系

地转离极作用和地转不同步作用是板块运动的动力根源。其中地转离极作用产生的应力不仅是板块南北向运动的主导动力，还是诱发板块东西向运动的初始动力；地转不同步作用产生的能量是板块东西向运动的主导动力，两者应力矢量叠加，构成了岩石圈板块运动的动态应力源。

板块应力平衡作用、惯性作用和弹性作用是具有弹塑性固体岩石圈应力作用、应力传递和应力转换的物理作用，是板块运动遵循的内在规律。

固体潮作用和陨石撞击作用是影响板块运动的附加应力因素，前者具有规律性叠加，后者具有偶然性叠加。

2.5实现地转离极作用和地转不同步作用的充要条件

地球的自转以及地球独有的液态大洋、洋陆相间相伴、洋陆岩石圈厚度差异、岩石圈之下发育液态软流圈等特征为地转离极作用和地转不同步作用造成板块运动提供了充要条件：1)地球自转提供了板块运动初始动能；2)液态大洋(水)的存在使岩浆冷凝，可以生成相对较薄的洋壳；3)大陆板块与大洋板块构成一对相辅相成的矛盾体——大陆拉张生成大洋，洋壳俯冲大陆碰撞增生；4)大陆与大洋板块的厚薄差异形成离极力差和不同步能量差，造成大洋板块屈服，发生俯冲运动；5)地表刚性岩石圈之下发育液态软流圈，既为岩石圈运动消减了摩擦力，又为洋壳俯冲提供容纳场所。

2.6板块运动陆洋转换模式——威尔逊旋回基本过程

当占地球表面积相对较小的陆壳聚集在一起(泛大陆)，其余地壳主要为洋壳时，地转离极力使大陆板块向赤道移动造成大洋南北向俯冲，相应造成了大陆板块旋转半径变大，在地转不同步作用下，大陆板块产生向西的滞后应力，泛大陆的西缘处于挤压状态，造成应力集中(图5(a))。当挤压应力达到屈服极限，其西侧洋壳发生断裂、俯冲消减，从而大陆板块缺少了支撑，挤压应力得到释放，角速度变小，逐渐落后于地球自转角速度而向西运动。由于球面岩石圈的整体性特征，大洋板块的俯冲造成岩石圈应力释放，中低纬度东西向上整体处于拉张状态，致使泛大陆被拉伸分解，被肢解的大陆块体之间生成裂谷(图5(b))。随着裂谷进一步裂开，地表海水进入，同时地下岩浆伴随着地壳的开裂在压力失去平衡的情况下向上涌出，冷凝形成洋壳。随着拉开的继续，洋壳逐渐增生，在洋中脊两侧发育成大洋板块(图5(c))。然而向西运动的大陆板块在未遭受阻挡的情况下往往不会停下，在惯性作用下直至陆缘前方出现岛屿或岛弧或大陆发生碰撞，板块运动才会不同程度地暂停或停止(图5(d))。后面尾随前进的大洋板块在前方大陆板块停止的情况下，由于惯性作用而屈服断裂，大洋板块继续俯冲(图5(e))，直至大洋俯冲消失，大洋两侧大陆板块碰撞造山(图5(f))。

(a) 地转不同步作用造成泛大陆板块西缘向西挤压；(b) 大洋板块屈服，断裂俯冲，应力释放，泛大陆解体，发育裂谷；(c) 俯冲继续，裂谷发展成大洋；(d) 俯冲大洋板块消失，大陆碰撞造山，运动相对停止，在惯性作用下，新的大陆板块东侧遭受挤压；(e) 后面大洋板块屈服断裂俯冲；(f) 大洋俯冲消失，大陆板块再次碰撞造山，形成新的泛大陆和泛大洋，进入新一轮威尔逊旋回图5　板块运动威尔逊旋回示意图Fig.5　The Wilson cycle sketch map of plate movement

这一过程中，洋壳被俯冲进入软流圈及地幔之中并逐渐消亡，陆缘碰撞褶皱造山、陆壳增生，两个大陆板块合并成新的大陆板块——新泛大陆，同时相应拉开，生长出新的大洋板块——新泛大洋。伴随着新的地转离极作用、地转不同步作用和挤压后板块弹性发挥作用而应力失衡，洋壳还会被迫发生俯冲，陆壳又将被拉张，从而岩石圈进入了新一轮的应力调整周期(或威尔逊旋回)。

值得注意的是，地转离极力造成大陆板块向赤道聚集而发生板块南北向运动，由于岩石圈板块球面一体性特征，同样会造成板块南北向大陆分解、拉张成洋运动。由于是向低纬度聚集运动，其造成板块的南北向运动距离一般不会超过1/4周，如南美洲、非洲、印度、澳大利亚远离南极洲向北漂移逐渐终结于特提斯洋的关闭而与欧亚大陆碰撞(图2、图3)。在地转离极力与地转不同步能量共同作用下，板块运动在方向上会呈现规律性运动，直到总体应力达到平衡。同时，在板块运动过程中，由于岩石圈板块具有惯性、弹性和固体潮等特征，板块运动压张变化会出现波动反复，即在整体拉伸的大环境下会多次挤压，在整体挤压的大环境下也会多次拉伸，造成板块运动的波动和多级旋回性特征。

2.7地转离极作用和地转不同步作用在板块构造中的实例

1)地转离极作用造成板块南北向运动，如东北亚-阿拉斯加一带向南挤压造成北太平洋相对向北俯冲形成阿留申岛弧(图3)。

2)地转离极作用造成南美洲、非洲、印度、澳大利亚在中新生代相继向北运动，形成了发育近东西向洋中脊的南大西洋、南印度洋和南太平洋；地转不同步作用致使北移的这些板块普遍向西运动并相互分离——南美洲与非洲之间东西向分离形成了大西洋，非洲与印度以及澳大利亚之间东西向分离形成了印度洋(图2、图3)。

3)海拔高程的增加造成旋转半径增大，其需要增加的旋转动能会造成板块向西挤压，如第四纪板块俯冲造成的青藏高原和美洲科迪勒拉山脉的不断增高加剧了仰冲力度。

4)大洋板块向东俯冲，随着俯冲洋壳深入，俯冲体旋转半径逐渐变小，在俯冲体线速度增大或基本不变的情况下，半径变小，角速度变大(ω=ν/r)，洋壳向东向下俯冲，加上变大的旋转角速度增加了前冲的幅度，体现在俯冲带的倾角上就会很缓，如东太平洋板块的俯冲带多为缓倾角[11]。反之，大洋板块向西俯冲，随着洋壳向西向下俯冲，旋转半径变小，角速度逐渐增大，形成向东的反作用力减缓了向西俯冲的幅度，体现在俯冲带的倾角上就会越向下越陡，如西太平洋板块俯冲带倾角多较陡，且越向下越陡以至直立[11]。

3　结　语

1)提出地球自转产生的离极作用和不同步作用是板块运动的根本原因。地转离极作用指地球自转使漂浮在软流圈之上的岩石圈板块产生从高纬度向低纬度运移的离极力，造成板块南北向俯冲和板块拉张成洋。地转不同步作用指岩石圈板块因纬度或高程变化引起旋转半径变化，致使漂浮在软流圈之上的不同板块与地球自转不同步而发生板块东西向俯冲和板块拉张成洋。

2)板块运动其他制约因素还包括：①自转地球表层岩石圈板块应力平衡作用；②板块运动物理惯性作用；③刚性岩石圈的弹性作用；④日月引力造成的岩石圈规律性固体潮作用、陨石或星体的偶然撞击作用。

3)地转离极作用和地转不同步作用及其他制约因素等地球动力学认识，可以说从理论上发展和完善魏格纳 “大陆漂移”说(地球自转“离极力”和“向西的力”)。该认识对困扰地学界一个世纪以来的大陆漂移说、海底扩张说和板块构造说的动力源问题提供了新的思路，论证了威尔逊旋回的合理性，可以解释板块运动出现的大陆板块主动性与大洋板块被动性特征。

4)本文对单位面积岩石圈板块的离极力和不同步能量进行了简化定量计算，但缺少按岩石圈板块实际发育状况和历史演变进行精确的定量化计算。未来可以根据现代各个板块的实际分布、高程、质量以及地质历史等，进行多学科、多理论的计算机模拟计算，以测算不同地点的构造应力场，对研究板块运动历史、现代板块运动趋势以及地震预测具有现实意义。

致谢：该文的中心认识已经有10多年了[12]，但一直没有系统总结，感谢葛梦春老师在2014年初夏鼓励我把该认识写成论文。感谢肖庆辉、潘桂堂、邓晋福、陆松年和李锦轶等老师近年来在大地构造研究上的指导。感谢同事张忠、徐学员和张瑞彪等在论文编写过程中的帮助。感谢赵胜金的审阅意见以及在英语翻译方面的帮助。最后在《海陆的起源》著作出版100周年之际，向该书作者——为追求真理而献身的伟大的地球科学先驱、大陆漂移说创始人魏格纳表达最崇高的敬意。

[1]地球科学大辞典编委会. 地球科学大辞典(基础科学卷)[Z]. 北京:地质出版社，2006(Editorial Board of Dictionary of Earth Sciences. Dictionary of Earth Sciences(Basic Sciences Volume)[Z]. Beijing: Geological Publishing House, 2006)

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About the author:FANG Shu, professor, majors in regional geology, tectonic geology, tectonic stress field and geotectonics, E-mail：nmcffs@163.com.

Exploration of Geodynamic Mechanism of Plate Movement

FANGShu1

1Inner Mongolia Autonomous Region Tenth Institute of Geological and Mineral Exploration and Development,East-Wangfu Street, Chifeng 024005, China

According to the distribution of lithospheric plates and their known evolution, the author analyzes the basic characteristics of plate motion as well as a variety of geodynamic mechanisms proposed by predecessors, specifically mantle convection. The author proposes that the earth dynamics of crustal movement comes from "unsynchronized action" caused by the "pole-fleeing" of the earth’s rotation and the change of the radius of gyration, and that the earth dynamics are also affected by the inherent laws of the rigid lithospheric plate, such as stress balance, inertia and elasticity. In addition, the role of regular tidal and the occasional meteorites are additional stress factors on plate movement.

plate movement; dynamic mechanism; lithosphere; rotation radius; the theory of pole-fleeing synchronous

2015-09-18

方曙，正研级高级工程师，主要从事区域地质、构造地质、构造应力场和大地构造等方面的研究，E-mail：nmcffs@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.09.006

1671-5942(2016)09-0775-09

P313

A