（3）洋底地殼的新認識本世紀50年代，在世界各大洋進行了廣泛的地震勘探，確定了洋底地殼的3層結構。地震資料表明，洋殼第一層，即沉積層非常之薄，平均不過0.5km。即使以每千年沉積1mm的最低沉積速度計算，隻要大洋存在過10億年，就應當有1km厚的沉積物。所以，洋底沉積物的年齡應當是比較新的。通過在大洋裂穀及斷裂帶的基岩崖壁處施挖采樣，至60年代開展深海鑽探以前，在洋底尚未發現比白堊紀更老的岩石。如果大陸和海洋的位置是固定不變的，洋底的年齡就應當與大陸一樣老，在洋底也應當存在大量古老的沉積岩或褶皺山係，但事實卻完全相反。所有這一切，都說明洋底地殼形成較新。但從古生物演化史以及大陸褶皺山係中的大量古老海洋沉積岩來看，地表的海水或海洋無疑在很古的時期已經出現。由此推測，洋殼是發生著新舊更替的，古老的洋殼已經消失，現在的洋殼是後來形成的。
海底地質新成果與新資料的積累，加之大陸漂移說的重新興起，終於迎來了地球科學理論上的一場重大革新。60年代初，美國地質學家赫斯（Hess，1962）和迪茨（Dietz，1961）首先提出了海底擴張（seafloorspreading）說。這一學說認為，大洋中脊頂部乃是地幔物質上升的湧出口，上升的地幔物質就冷凝形成新的洋殼，並推動先形成的洋底逐漸向兩側對稱的擴張。隨著熱地幔物質源源不斷地上升並形成新的洋底，先成的老洋底不停地向大洋兩緣擴張推移，洋底移動擴展的速度大約是每年幾個厘米（圖9.7）。
在不同的海區，海底擴張可以有兩種情況。一種是擴張著的洋底同時把鄰接的大陸向兩側推開，大陸仿佛凍結在相鄰的洋底上，與洋底一起向同一方向移動。這樣，隨著新洋底不斷地生成和向兩側擴展，新生的大洋不斷張開，兩側大陸逐漸漂移。像大西洋這樣寬的大洋，在速度為每年數厘米的海底擴張作用下，大約一二億年便可形成。另一種情況是當洋底擴展移動至大洋邊緣的海溝處時，沿貝尼奧夫地震帶向下俯衝潛沒，重新返回到地幔中去。這時，洋底並不推動相鄰大陸向兩側漂開，相反，大陸逆掩於洋殼俯衝帶上。太平洋就是這樣的情況，它本是一個古老的大洋，其洋底不斷地在洋脊處新生，同時不斷地在海溝處潛沒消亡，好似一條運動不息的傳送帶，大約2億年左右洋底就可以更新一次。
由於洋底一直在生長和更新著，所以，不管是新生的大西洋和印度洋，還是古老的太平洋，它們的洋底地殼都相當年青，不老於中生代，從而接受的海洋沉積層就比較薄。大洋中脊頂部因為是熱的地幔物質湧出的地方，故出現高熱流值；而海溝因為是冷的、輕的地殼物質俯衝潛沒的地方，故出現低熱流值和重力負異常。
二、海底擴張說的驗證
以新的地質研究成果為依據的海底擴張說，對於海底地質現象的解釋如此引人入勝，從而高度激發了人們進一步探討的欲望。在海底擴張說提出後的短短幾年時間裏，新的研究成果又紛紛湧現，進一步證實了海底擴張說。其中最有意義的是海底磁異常條帶研究、深海鑽探成果及轉換斷層的發現，它們被稱為驗證海底擴張說的3大論據。
（一）海底磁異常條帶研究
1.大陸上岩石古地磁的極性反轉現象
50年代以來大陸上岩石古地磁的研究成果表明，在所研究的岩石中有將近一半是正向磁化（即磁化方向與現代地磁場方向相同），而另一半則是反向磁化（即磁化方向與現代地磁場方向正好相反）。這說明在漫長的地質曆史中，地磁場南、北極的極性並不是固定的，而是發生著周期性的反轉，有的時期地磁南、北極方向與現在一致，有的時期則正好相反。所以，極性反轉現象是地磁場演化的一個基本特征，通常把保持一定的地磁極性的大階段（大約相隔100萬年以上）稱為極性期，把每個極性期內的短期轉向時間稱為極性事件。如果根據不同時期岩石磁化的方向排列出地磁場轉向的先後順序，並利用岩石同位素年齡測定方法測出各個極性期和極性事件的延續時間，就可以建立古地磁場轉向年代表。如圖9.8是根據世界各地大量層狀熔岩的古地磁資料建立的最近4.5Ma的地磁場轉向年代表。
2.海底磁異常條帶及其成因
海底磁異常條帶是50年代後半期發現的，其特點是大致平行於洋中脊軸線延伸，正負異常相間排列並對稱地分布於大洋中脊兩側，單個磁異常條帶寬約數公裏到數十公裏，縱向上延伸數百公裏以上而不受地形影響，在遇到洋底斷裂帶時被整體錯開（圖9.9）。對於這種磁異常條帶的成因，曾一度使人們困惑不解，有人認為這是洋底岩石磁性強弱不同所引起的，但這種觀點不能解釋磁條帶分布的規律性，也與當時所獲得的海底地質資料不吻合。1963年，英國學者瓦因和馬修斯結合海底擴張假說與地磁場倒轉現象，對海底磁異常條帶作了極為成功的解釋。他們認為海底磁異常條帶不是由海底岩石磁性強弱不同所致，而是在地球磁場不斷倒轉的背景下海底不斷新生和擴張的結果（圖9.10）。高溫的地幔物質不斷沿大洋中脊軸部上湧冷凝形成新的海底，當它冷卻經過居裏溫度時，新生的海底玄武岩層便會沿當時地磁場方向磁化。隨著海底擴張，先形成的海底向兩側推移，在中脊頂繼續不斷地形成新的海底，如果某個時候地磁場發生轉向，則這時形成的海底玄武岩層便在相反的方向上被磁化。這樣，隻要地磁在反複地轉向，海底又不斷地新生和擴張，那就必然會形成一條條正向和反向磁化相間排列、平行洋脊對稱分布的磁化條帶。擴張的海底就像錄音磁帶那樣記錄了地磁場轉向的曆史。正向磁化的海底條帶由於加強了地磁場強度而形成正異常，反向磁化的海底條帶由於抵消了一部分地磁場強度而形成負異常。
上述推斷不僅合理地解釋了海底磁異常條帶的成因，而且也與大陸岩石和深海沉積的古地磁研究成果相吻合。60年代中期，一些學者通過將洋脊兩側的海底正、負磁異常條帶與大陸岩石古地磁研究獲得的地磁場轉向年代表進行對比發現，海底正、負磁異常的排列，與地磁場轉向年代表中的正向段和反向段完全可以一一對比，而且磁條帶的寬度也與地磁場轉向年代表中極向的時間長短成正比關係。與此同時，對取自海底的沉積物岩心的弱剩餘磁性研究也取得了重要成果。在沉積岩心中交替地出現正向和反向磁化段，正向、反向磁化段的厚度可以與地磁場轉向年代表中正極性期和反極性期的時間長短一一對比，也可以與海底正、負磁異常條帶相對比（見圖9.10）。這3種相互獨立的磁性測量資料服從於統一的變化規律，充分證實了它們是在地磁場頻繁倒轉的統一背景下形成的（有人稱為：“三位一體”）。這不僅說明了上述海底磁條帶成因的正確性，同時也為海底擴張說取得了決定性的證據。
（二）深海鑽探成果
深海鑽探工作開始於1968年，在幾年的時間裏，著名的深海鑽探船“格羅瑪挑戰者”號在世界各大洋進行了廣泛的鑽探和取樣，取得了豐碩的成果。深海鑽探證實，深海沉積物由洋脊向兩側從無到有，從薄到厚，沉積層序由少到多，最底部沉積物的年齡愈來愈老，並且與海底磁異常條帶所預測的年齡十分吻合，深海鑽探所采得的最老沉積物的年齡不老於1.7億年（晚侏羅世）。因此深海鑽探成果令人信服地證實了海底擴張理論。
（三）轉換斷層的發現
洋脊被一係列橫向斷層切割，斷層長度可達數千公裏，斷層兩側洋脊被明顯錯斷，錯距可達數百至千餘公裏。斷裂帶多已成為很深的溝槽，從海底地貌圖上看得十分清楚。這種巨大規模的橫向斷層早在50年代即已發現，曾被認為是一般的平移斷層，並用以證明地殼中存在著巨大規模的水平運動。但是，它的實際意義遠不止於此。1965年，加拿大學者威爾遜（Wilson，1965）指出，這種橫斷中脊的斷裂帶不是一般的平移斷層，而是自中脊軸部向兩側的海底擴張所引起的一種特殊斷層。威爾遜稱之為轉換斷層（transformfault）。
轉換斷層具有不同於一般平移斷層的特征（圖9.11）。其一，如果是平移斷層，則隨著時間的推移，斷層兩側的洋脊將越離越遠；但如果是轉換斷層，雖然中脊軸兩側海底不斷擴張，斷層兩側洋中脊之間的距離並不一定加大。其次，如果是平移斷層，錯動是沿整條斷裂線發生的；至於轉換斷層，相互錯動僅發生在兩側中脊軸之間的段落上（BC段），在該段落以外的斷裂帶上，斷層兩側海底的擴張移動方向相同，其間沒有相互錯動。第三，轉換斷層中相互錯動段的錯動方向，恰好與平移斷層中把洋脊錯開的方向相反，這一點是轉換斷層和平移斷層的最重要區別。
沿洋底的這種轉換斷層記錄到頻繁的地震活動，這顯然是斷層兩側岩塊發生相對錯動引起的。調查表明，地震活動幾乎都集中在被錯開的洋脊之間的斷層段上，而其餘部分一般沒有地震發生。而且對來自洋底斷裂帶上的地震的分析證明，斷層錯動的方向與轉換斷層所要求的方向完全相符。這就證實了轉換斷層是確實存在的。轉換斷層是由洋中脊的海底擴張引起的，轉換斷層的錯動方向也就是海底擴張的方向，所以轉換斷層的發現和驗證，為海底擴張說提供了又一有力的依據。
板塊構造
60年代中期由於海底磁異常等一係列振奮人心的發現，海底擴張說取得了穩固的地位。可是，地質科學的發展並沒有停步不前。作為海底擴張說的自然引伸，1968年前後，地球科學家麥肯齊、摩根、勒皮雄和威爾遜等人又進一步提出了板塊構造（platetectonics）學說。板塊構造歸納了大陸漂移和海底擴張所取得的重要成果，並及時地吸取了當時對地球上部層圈——岩石圈和軟流圈所獲得的新認識，從全球的統一角度，闡明了地球活動和演化的許多重大問題。因此，板塊構造的提出，被譽為是地球科學上的一場革命。板塊構造學說的基本思想是：固體地球上層在垂向上可劃分為物理性質顯著不同的兩個圈層，即上部的剛性岩石圈和下墊的塑性軟流圈；剛性的岩石圈在側向上可劃分為若幹大小不一的板塊，它們漂浮在塑性較強的軟流圈上作大規模的運動；板塊內部是相對穩定的，板塊的邊緣則由於相鄰板塊的相互作用而成為構造活動性強烈的地帶；板塊之間的相互作用從根本上控製著各種地質作用的過程，同時也決定了全球岩石圈運動和演化的基本格局。
一、板塊的邊界類型及板塊的劃分
板塊邊界的存在是劃分板塊的依據。板塊的邊界常常以具有強烈的構造活動性（包括岩漿活動、地震、變質作用及構造變形等）為標誌。隨著海底擴張說的提出和驗證，有關洋脊擴張、海溝俯衝和轉換斷層的概念越來越明確，這實際上已經揭示出了板塊的邊界類型。從板塊之間的相對運動方式來看，可將板塊邊界分為3種基本類型。
1.分離型板塊邊界
相當於大洋中脊軸部。其兩側板塊相背運動，板塊邊界受拉張而分離，軟流圈物質上湧，冷凝成新的洋底岩石圈，並添加到兩側板塊的後緣上。故分離型邊界也稱為增生板塊邊界或建設性板塊邊界。這類邊界主要分布於大西洋中脊、印度洋中脊和東南太平洋中隆（圖9.12）。大陸裂穀係具有與大洋中脊類似的特征，也屬於分離型板塊邊界。
2.彙聚型板塊邊界
相當於海溝及板塊碰撞帶。其兩側板塊相向運動，在板塊邊界造成擠壓、對衝或碰撞。彙聚型邊界是最複雜的板塊邊界，又可進一步劃分為俯衝邊界和碰撞邊界2種亞型：
（1）俯衝邊界相當於海溝或貝尼奧夫帶，相鄰的大洋與大陸板塊發生相互疊覆。由於大洋板塊比大陸板塊密度大、位置低，故一般總是大洋板塊俯衝到大陸板塊之下。俯衝邊界主要分布於太平洋周緣及印度洋東北邊緣，沿這種邊界大洋板塊潛沒消亡於地幔之中，故也稱為消減帶。俯衝邊界又包括兩類：①島弧-海溝型，主要見於西、北太平洋邊緣，指大洋板塊沿海溝俯衝於與大陸以海盆相隔的島弧之下；②安第斯型（或山弧-海溝型），主要見於太平洋東南的南美大陸邊緣，指大洋板塊沿陸緣海溝俯衝於山弧之下。
（2）碰撞邊界又稱地縫合線，是指兩個大陸板塊之間的碰撞帶或焊接線。當大洋板塊向大陸板塊不斷俯衝時，大洋板塊可逐漸消耗完畢，最後位於大洋後麵的大陸與大陸板塊之間發生碰撞並焊接成為一體，從而形成高聳的山脈並伴隨有強烈的構造變形、岩漿活動以及區域變質作用。現代板塊碰撞帶的典型例子是阿爾卑斯-喜馬拉雅山構造帶，其中喜馬拉雅山部分的碰撞邊界沿印度河—雅魯藏布江分布，稱印度河-雅魯藏布江縫合線，它是印度板塊與歐亞板塊的碰撞邊界（見圖9.12）。
3.平錯型（剪切）板塊邊界
相當於轉換斷層，其兩側板塊相互剪切滑動，通常即沒有板塊的生長，也沒有板塊的消亡。它一般分布在大洋中，但也可以在大陸上出現，如美國西部的聖安德烈斯斷層，就是一條有名的從大陸上通過的轉換斷層。
上述幾類板塊邊界在全球的分布及相互連接勾畫出了全球岩石圈板塊的輪廓（圖9.12）。1968年法國地球物理學家勒皮雄（X.LePichon）將全球岩石圈劃分為6大板塊：歐亞板塊、非洲板塊、印度板塊（或稱大洋洲板塊、印度-澳大利亞板塊）、太平洋板塊、美洲板塊和南極洲板塊。此後，在上述6大板塊的基礎上，人們將原來的美洲板塊進一步劃分為南美板塊、北美板塊及兩者之間的加勒比板塊；在原來的太平洋板塊西側劃分出菲律賓板塊；在非洲板塊東北部劃分出阿拉伯板塊；在東太平洋中隆以東與秘魯—智利海溝及中美洲之間（原屬南極洲板塊）劃分出納茲卡板塊和可可板塊。這樣，原來的6大板塊便增至12個板塊。大板塊一般既包括陸地，也包括海洋。如北美板塊和南美板塊除北美洲和南美洲大陸外，還包括大西洋中央裂穀以西的半個大西洋；而大西洋中央裂穀以東的一半則分屬於非洲板塊和歐亞板塊；太平洋板塊基本上是海域，但也包括北美西部聖安德烈斯轉換斷層以西的陸地。因此，海陸的交界，即海岸線對於板塊的劃分沒有任何意義。全球各板塊之間的相對運動和板塊邊界的分離、走滑、俯衝與碰撞等作用構成了地球動力係統的基本格局。