 Geographical Science Research 地理科学研究, 2013, 2, 30-37 http://dx.doi.org/10.12677/gser.2013.22004 Published Online May 2013 (http://www.hanspub.org/journal/gser.html) Study on the Relationship between the Origin of Broken Plates in Northern Canada and Continental Drift Guanghe Liang1,2 1Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 2Key Laboratory of Mineral Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing Email: lgh@mail.iggcas.ac.cn Received: Mar. 27th, 2013; revised: Apr. 20th, 2013; accepted: Apr. 28th, 2013 Copyright © 2013 Guanghe Liang. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Broken plates in northern Canada are unique on Earth, how they are formed? The current explana- tion about it is that it was formed by seafloor spreading and plate tectonics model, but this model cannot be explained in many cases and even has contradictory. Combined with the model “source power for continental drifting-plate self-driven mode” by the author, a new genetic model was given in this paper, that is the North America-force model which explains the causes of broken plates in northern Canada. The genetic model pro- vides us a new way to rethink the origin model of the North America geographical environment. Keywords: Continental Drift; Causes; Canada; Broken Plates 加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 梁光河 1,2 1中国科学院地质与地球物理研究所，北京 2中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京 Email: lgh@mail.iggcas.ac.cn 收稿日期：2013 年3月27 日；修回日期：2013 年4月20 日；录用日期：2013 年4月28 日 摘 要：加拿大北部的“破碎山河”是地球上独一无二的，它们是如何形成的？目前关于其成因的模 式一直是沿用传统的海底扩张和板块构造的模式解释的，但这种模式在其他地区存在自相矛盾的地 方。本文结合作者提出的大陆漂移的源动力——板块自驱动模式，给出了一个北美洲受力模型，说明了 加拿大北部破碎山河的成因。该成因模型为我们重新认识北美洲地理环境成因提供了一个新的思路。 关键词：大陆漂移；成因；加拿大；破碎山河 1. 引言 加拿大(Canada)是世界上领土面积第二大的国家 (图1)，位于北美洲北部，东濒大西洋，西临太平洋， 西北部邻美国阿拉斯加州，东北与格陵兰(丹)隔戴维 斯海峡遥遥相望，南接美国本土，北靠北冰洋领土主 张直达北极圈，加拿大是一个具有现代化工业科技水 平且能源与资源充足的国家，经济体制主要依靠自然 资源。加拿大是经济合作与发展组织成员，同时也是 也是 G8、G20、北约、联合国、英联邦、世界贸易组 织等重要国际组织成员，亦是世界十大贸易国之一。 加拿大是世界上最大的经济体之一，国民拥有很高的 生活质量，是全球最富裕、经济最发达的国家之一[1]。 加拿大地域辽阔，森林和矿产资源丰富。矿产有 60 余种，镍、锌、铂、石棉、油砂的产量居世界首位， Copyright © 2013 Hanspub 30  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 铀、金、镉、铋、石膏居世界第二位。铜、铁、铅、 钾、硫磺、钴、铬、钼及鱼类等产量相当丰富。已探 明的原油储量为 80 亿桶。森林覆盖面积达 440 万平 方公里，产材林面积 286 万平方公里，分别占全国领 土面积的 44%和29%；木材总蓄积量为172.3 亿立方 米。加领土面积中有89 万平方公里为淡水覆盖，淡 水资源占世界的9%。 从加拿大地形图(图2)上可以很清楚地看出一个 非常奇特的现象，那就是加拿大北部的破碎地块，作 者将它们称之为“破碎山河”，也算名副其实，不仅 从直观上看，北部存在众多的类似岛屿的破碎地块， 就连加拿大中部内陆地区(包括美国)也存在众多湖泊 沼泽，也是一种地块破碎现象。这种规模的破碎现象 Figure 1. Map of Canada (Baidu, 2013) 图1. 加拿大地图(据百度百科，2013) Figure 2. Canadian topographic maps (from NOAA, 2013) 图2. 加拿大地形图(据NOAA，2013) 是地球上独一无二的，是什么力量有如此威力将一个 大家熟知的古老克拉通板块揉碎？传统概念中古拉 克拉通板块是属于板块中最坚硬不易破碎的板块。作 者在互联网上试图用多种检索方式和检索关键词寻 找答案，一直没有找到对此的一个合理解释。 因此作者有理由认为，目前关于加拿大和北美洲 的构造格局的成因是用传统的海底扩张和板块构造 的模式解释的，因为这是当前大家认为的“真理”， 但这种模式在其他地区存在很多自相矛盾的地方，作 者已经在“大陆漂移与全球山脉高原的成因关系的研 究”一文中对此进行了详细描述。多方证据说明当前 的模式可能是错误的。本文将结合大陆漂移模式[3]给 出一个全新的北美洲受力模型，说明了加拿大北部破 碎山河的成因。该成因模型为我们重新认识北美洲地 理环境成因提供了一个新的思路。 图3是北美洲地形鸟瞰图，该图更清楚地显示了 不仅加拿大北部，甚至包括美国和加拿大边界的几个 大型湖泊等都属于破碎板块现象。 2. 北美洲受力模型和破碎地块成因 从图 3我们可以看出，整个北美洲两端细小，中 间膨大，很形象地比喻，就好像中间是一个宽大板子， 两头各安装了一个细把子。 因此作者把北美洲板块简化成图 4中右上角(A) 的图形，其中间的板子代表北美洲主体，两端的把子 代表北美洲南端和北端变细的部分。中间的钉子代表 加拿大克拉通地体，因为古老的克拉通是由高密度的 Figure 3. An aerial view of the topographic map of North America (from NOAA, 2013) 图3. 北美洲地形图鸟瞰(据NOAA，2013) Copyright © 2013 Hanspub 31  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 Figure 4. (A) Is the initial state before the deformation of the model by force, (B) Is deformed state of the model e in North America. 图4. (A) 北美洲模型受力变形前的初始状态，(B) 北美洲模型受力 变形后的状态。 物质组成的，其比重大，相对于比较新的板块在软流 圈上会沉的更深，因此以一个钉子代表。 当两端受力(图中的红色箭头)时，板子将会发生 形变，其中特别注意，该模型中西北部不是简单的接 受一个方向直线受力，而是接受一种左旋的旋转力， 该旋转力可以分解为向西北和西南两个方向的力。模 型受力后的结果应该是图中(B)的状态。其东北部分将 被掰开甚至掰碎，首先形成类似棋盘式的格局，另一 方面由于存在一个向北西方向的力，这些被掰碎以后 的地块将会发生位移。形成目前的加拿大“破碎山 河”。 本模式是否正确？如果正确，必须要经得起几个 方面的检验： 1) 要证明北美洲受力方向的确如图 4(A)所示。 2) 要证明加拿大的确存在类似钉子的古老克拉 通。 3) 要证明北美洲存在受力后板块运动产生的前 端火山爆发和温泉及地震带。 3. 实际例证 3.1. 北美洲受力方向证据 图5给出了北美洲板块从 Google-earth上的截图， Figure 5. Schematic diagram of the force of the North Am er ic an (revised from Google-earth) 图5. 北美洲板块受力模式图(据Google-earth 修编) 从该图可以清楚地看出，北美洲板块中间是一个较大 的块体，两端变得细小。和图 4模型中的比喻基本雷 同。该图上也用箭头标示出了板块的受力方向，北部 受到左旋的力量驱动，而南部受到向西南的力驱动。 这个受力模式是否正确？现代 GPS 测量已经给 出了答案，图 6是美国地质调查局给出的北美洲大陆 板块现代漂移速率。图中带红点的黑箭头是实际测量 结果，黑色箭头长度代表运动速率大小，黄色箭头是 作者根据这些测量结果加上去的宏观解释。很明显北 美板块北部总体上受到左旋的力量驱动，表现为左旋 (黄色半圆形箭头)，而南部受到向西南的力驱动，表 现为向西南漂移。特别注意北部漂移速度快，而南部 漂移速度慢，说明北部受到的驱动力相对较大，而南 部受到的驱动力相对较小。 这说明图 4(A)模型给出的北美板块受力方向和 大小的比喻是正确的。 其实从细节上看也可以得到类似结论。图 7是北 美洲南部地区的地形地貌图的放大图。利用作者提出 的板块运动的尾迹分析也可以很清楚地知道北美洲 板块南部受到西南方向的力的驱动，同时也存在向北 的驱动力(图中红色箭头所示)。 3.2. 加拿大存在古老克拉通的证据 加拿大存在古老克拉通在地学界是众所周知的， Copyright © 2013 Hanspub 32  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 Figure 6. GPS measurements of the North American Plate (revised from NOAA) 图5. 北美洲板块 GPS 测量结果(据NOAA 修编) Figure 7. Topographic map of the Southern North American Plate, 8是美洲地区不同时代的克拉通分布图]。图中可 3.3. 北美洲火山带、温泉带及地震带与模型相符 北美洲是否存在板块运动后应该有的火山带、温 泉带 and the direction of the force (revised from NOAA) 图7. 北美洲板块南部地形图与受力方向图(据NOAA，013 修编) [2 图 以很清楚地看到，位于北美洲中部(主体在加拿大)的 太古宇克拉通区域(紫色部分)，这些克拉通形成于18 亿年以前，是地球上最古老的克拉通之一。这些克拉 通块体基本上都是由非常古老的变质岩组成，块体整 体密度大，根基深，可以形象地类比为模型4(A)中的 钉子。从本图还可以清楚地看出，这种板块的驱动力 的强大，将古老而坚硬的克拉通(加拿大地盾)都掰碎 了。这从另一个方面为本文的模型提供了一个佐证。 和地震带？答案是肯定的。 Figure 8. Americas ancient cartons maps 图8. 13) 图9给出了北美洲地区地震带的分布图。可以很 清楚地看 者 给出 出美国西部不仅 存在 种块 体的 形成机制 是什 (revised from Tang et al. 2013) 美洲古老克拉通地分布图(据Tang et al. 20 出这种地震带大多沿着太平洋沿岸分布，这 与板块漂移所应该产生的地震带分布特征一致。 图10 给出了北美洲地区温泉分布图，图中作 了用红色线框圈出的温泉带。 从图 9和图 10 的细节上可以看 落基山山脉的地震带和温泉带，同时在其东南部 还存在一条著名的呈北东向展布的阿巴拉契亚山脉 的地震带和温泉带。作者推测，美国东南部的阿巴拉 契亚山脉应该是一个地块拼合体，是后期一个不规则 的地块拼合到美国大陆上的。从图11 的美国地质简 图上能够很清楚地看出这个拼合块体的边界。 从Google-earth 图上也可以很清楚地看出这 拼合(图12)，图中显示其运动的后面(南面)存在 板块运动的一个重要特征，那就是鼓包。 北美洲东侧的向北西方向的切向力的 么呢？作者试图从大西洋的裂解给出一个合理 Copyright © 2013 Hanspub 33  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 Copyright © 2013 Hanspub 34 Figure 9. Tsunami and geological hazard map in North America (r evised from NOAA/NGDC) 图9. 北美洲地区海啸与地质灾害分布图(据NOAA/NGDC 修编) Figure 10. Spa maps of North America (revised from NOAA/NGDC) 图10. 北美洲地区温泉分布图(据NOAA/NGDC 修编)  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 火山岩 火 山 岩 Figure 11. US geological map (www.lib.utexas.edu, 2013) 图11 . 美国地质图(据www.lib.utexas.edu, 2013) Figure 12. Plates connection pattern in southeastern United States (revised from Google-earth) 解 裂 这种现象在地质构造中是一种常见现象。图 13是作 图12. 美国东南部地区地块拼接图(据Google-earth 修编) 的 释。大西洋的裂解从宏观上讲就是一个巨型断 的形成过程，在其北部完全有可能产生断裂的分支， Figure 13. Topography map and fracture distribution diagram in Atlantic region (revised from NOAA, 2013) 图13. 大西洋地区地形地貌图和断裂分布示意图 (据NOAA，2013 修编) 者基于大西洋地区地形地貌图基础上给出的断裂分 布示意 主断 就是大西洋的洋中脊 能产生向北西方 区。形成了一个对图 4(B)模型中棋盘状地块的复杂化 图，图中红色线条表示断裂，该断裂带的 ，在其北部可裂 向的分支(次级断裂)，该次级断裂直切加拿大北部地 Copyright © 2013 Hanspub 35  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 改造过程，因此才形成了如今加拿大北部破碎山河的 复杂地形地貌特征。 如果上面的推论正确，应该可以找到地球物理学 的证据，那就是通过地震分布特征找到证据，因为断 裂经过的地方往往是地震易发的地方。图 14给出了 该地区推测次级断裂区域的地震特征，仔细放大显示 发现 地块的成 板块运动中受力不平衡产生的一种自然现 北美洲北部受力方向是一种左旋力，而且力量大 于南 迹判 的火山爆发和温泉 及地 地质和地理现象。 5. 致谢 在加拿大的祁凤茹老师的不断鼓励 特此对她表示真诚的感谢！感谢蔡新平教 在该次级断裂上的确存在 2个明显的地震分布区 (见图中上部的两个黄色方框的放大图)。 4. 结论 1) 通过一个简化的北美洲板块受力模型解释了 加拿大北部(包括美国东部及东北部)破碎 因。应该是 象。 部。北美洲南部受力是一种指向西南方向的力， 力量小于北部。因此造成了一种板块被掰碎的现象。 这种力量巨大，是任何其他力量都难以企及的。这很 自然地解释了北美洲的总体地理格局和地质特征。 2) 通过现代 GPS 测量结果证实这种受力模式是 正确的，同时也给出了作者提出的利用板块运动的尾 断板块运动方向的证据，这二者是完全吻合的。 3) 通过他人的研究成果证实了加拿大的确存在 类似钉子的古老克拉通地质体。 4) 本文也证明了北美洲的确存在板块运动产生 的一些必然现象，那就是板块前端 震带。 5) 本文给出的模型应该具有普遍意义，可以解释 其他地区很多 本文是在远 下写成的， Figure 14. The seismic distribution in eastern North American Plate (from UGSG 1900-2007 global seismic map) 图14. 北美洲板块东部地震分布(据UGSG1900~2007 年全球地震图修编) Copyright © 2013 Hanspub 36  加拿大北部“破碎山河”的成因与大陆漂移 授给予的多方指导！感谢我的妻子华芳女士一直默默 无闻的支持和奉献！感谢中国知网、美国 google 公司、 中国百度网络公司提供的快速优质服务。 参考文献 (References) [1] 关大掌柜. 加拿大[URL], 2013. http://baike.baidu.com/view/3647.htm [2] Tang, et al. Widespread refertilization of cratonic and circum- cratonic lithospheric mantle. Earth-Science Reviews, 2013, 118: 45-68. [3] 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. Copyright © 2013 Hanspub 37 |