地质学家们常用的概念，诸如漂移着的岩石圈板块、洋底扩张与俯冲、地幔对流以及现代地球动力学的其他一些问题，完全是根据地球物理研究，即地震、重力和磁力研究得出的。
但是，当涉及我们这颗行星的地质历史时期板块的特性问题，亦即在解决古地球动力学问题时，地球物理学便退居次要地位，而最受欢迎的倒是地质的标志，即与这种或那种地球动力环境相对应的岩石组合。如果要对这种古地球动力学再造方法作出应有的评价，似应指出，地质标志并不是到处可行的，它的代表性几乎总是不很充分。只有有限的岩石圈部分可供观察，对于岩石圈是怎样发生发展的，人们仍只能推测。而唯有地球物理学才能够为作出这种“推测”提供依据。
目前，地球物理研究在古地球动力学中的应用显然不能令人满意。许多专家之所以不信任地球物理方法，其理由为苏联著名地质学家B. B. 别洛乌索夫说得最为明确，他指出：“…地球物理方法通常不适宜于研究过程的历史：这种方法所揭示的是地球的现代构造以及地球内部所发生的现代过程。地球物理方法的这种瞬时性质在板块构造的基本原理中也有相应的反映。因此，‘板块构造学’是与地质学上的历史主义不相干的。”对地球物理资料在解决地史问题中所起的作用估计不足，看来已经给古地球动力学造成严重的危害，至今仍然在阻碍它的发展。本文的目的就是要指出，地球物理资料是可以用来认识地质历史的。
威尔逊旋回
1966年，加拿大地质学家J. T. 威尔逊曾提出关于大地构造过程旋回性的假说，以后成为古地球动力学基本理论之一。岩石圈的演化被表达成一系列相互联系相互制约的地球动力环境的闭合的序列，它们从一种环境转化为另一种环境，人们把这一序列命名为威尔逊旋回。
旋回始于大陆岩石圈的分裂，继而形成年轻的洋盆轻洋盆进一步扩展，然后沿开阔大洋（成年大洋）的周缘开始俯冲，岩石圈潜入地幔之中，因此出现岛弧和活动大陆边缘（即所谓汇聚构造体系）。在这里，大洋岩石圈的熔融产物转化成为大陆岩石圈。汇聚构造体系的产生说明大洋面积开始收缩。起初是洋盆部分地闭合，然后是洋盆的完全闭合（消失），岛弧和大陆边缘相互靠拢尔后碰撞，造山带一一年轻的褶皱山系形成并加宽。在某些情况下，碰撞过程中可能伴有大陆板块碰撞边缘的破裂，导致裂谷环境的再生，从而老的威尔逊旋回旋结束，新的旋回开始。
威尔逊旋回有两个分支，大陆岩石圈的拉张可以在其完全裂开之前便终止它的发展，在这种情况下，其构造演化为古裂谷。假如拉张作用停止于较晚的年轻大洋阶段，则形成局限的古扩张轴。古裂谷和局限的古扩张轴都是合乎规律的且分布广泛的岩石圈单元。威尔逊旋回的每一阶段不仅有自身固有的岩石组合，即古地球动力学习惯使用的地质标志，而且具有各自严谨独特的一系列地球物理特性。有时候甚至一种地球物理异常就可以无疑义地表征其构造环境。例如，如果热流场强度100个热流单位（注：热流单位-10-6Cal/cm2· s=41.868 mW/m2），那么，很清楚，这是在大洋裂谷带测得的，在那里发生与海底扩张有联系的强烈火山作用。任何其他环境都未能观测到这么高的热流值。如果重力异常值达到数百毫伽，这就记录了俯冲过程，也记录了与俯冲有关的岩石圈均衡状况的破坏。但是，如此清晰的地球物理标志毕竟很少。通常只有根据信息含义不一的各种地球物理资料的综合，才能成功地判别地球动力环境。在解决古地球动力学问题时，自然要考虑到大部分地球物理特性会随着时间而改变，但是它们之中最稳定保守的那些特征，仍然以隐蔽的形式带有过去时代的信息。
磁场和海底扩张的局部不稳定性
洋底磁异常是地球物理场带有地质历史信息的最出色例证之一。还是在1963年，英国地球物理学家瓦因和马修斯就提出了洋底磁异常解释的以下一般准则。
海底扩张是在地球磁场不断倒转（极性更替）的背景上进行的。沿大洋裂谷带喷出的玄武岩具有很强的剩余磁性，其方向与地磁场方向一致。玄武岩的磁性随着时间的推移，亦即随着退离裂谷带很少发生变化，这就造成洋底强磁性层及与其有关的磁异常呈现条带状结构。
地磁场倒转的年代，可根据独立的资料加以确定，比如通过对高加索或阿尔卑斯山相应年龄岩石连续剖面的研究；与洋底相比，这些地方更便于观察。因而，通过对洋底磁异常的解释，可以间接地估计洋底的年龄以及扩张速率。
关于世界大洋磁场的基本特性，在瓦因 - 马修斯的观点提出以后几乎立即作出了解释。下面要提及的是，通过解释洋底磁异常，还可以查明洋底扩张的一些精细的局部的特征。
1988年，苏联科学院海洋研究所的科学调查船《M. 克尔德什院士》号曾对北纬26°附近的大西洋中脊作过考察，这次考察，研究了不久前在这个地区发现的活动的热液源地——“黑烟囱”。人们在此进行了广泛的综合地质地球物理研究，其中也包括磁场的研究。
条带状磁异常标出了最近三个古地磁期形成的洋底最年轻部分。地磁研究者对这些古地磁期通常用杰出的物理学家或数学家的名字来命名。最近的布容期待续约73万年，其前的松山期（反向极性）为2.48~0.73百万年前，而更早的正极性高斯期为3.4~2.48百万年前。
在发现“黑烟囱”的研究区中心地带，轴部磁异常仿佛被分成两部分，在两个正的峰值之间出现负异常区。这在磁场图上清晰可见。这种异常构造是怎样引起的？对磁源层的模拟提供了答案。
按照经典的瓦因 - 马修斯假设，轴部的磁异常应与连续的正向磁化地块相对应。但是，在上述情况下，连部磁异常的源层被分成三个正向磁化地块，在它们之间“塞进了”带有反极性磁化的狭窄地块，从而在轴部异常的中心构成“陷坑”。
这一成果并综合其他资料，可以对近73万年来该区大西洋中脊的发展过程作出重建。它的扩张轴并不是处于稳定的位置，而是在裂谷范围作跳跃式迁移。这一现象叫做跃迁。
第一次跃迁发生在大约25万年前，扩张轴向西移动大约12公里。约5万年前又发生了一次跳跃，其结果，扩张轴向东移动了425公里，并在裂谷边坡的麓部附近占据了其现在的位置，《和平》号载人深潜器中的观测者正是在这里见到了最新的玄武岩熔岩露头和正在活动的“黑烟囱”。
这个从地磁异常汲取详细地史信息的实例，除了能提供知识外，还具有实用意义，地质学家知道，“黑烟囱”仅产生于紧靠岩浆房处，在那里，岩浆熔融，生成大洋地壳。因而，根据地磁资料查明了现代和古代扩张轴的位置，就可以同时对现代和古代的热液活动区作出预测，这就意味着，也可以对硫化物矿床的富集区作出预测。
重力场和地台基底中的古大洋岩石圈
重力异常可用来判断岩石圈的密度不均一性。后者又取决于两个因素，即岩石圈的组成和结构特征，尤其是在地台区，重力异常反映了埋藏于沉积物之下的基底，即结晶岩石的起伏形态，与上覆的沉积层相比，结晶岩几乎总是具有过剩的密度。同时，基底本身在成分和密度上的不均一，也引起重力异常。地台区总的重力场，乃是源于各种地质体的若干个场叠加的结果。
正是重力场为区分岩石圈的两种基本类型——大陆岩石圈和大洋岩石圈提供了明显的证据，前者含有较轻的“花岗岩”层；后者则完全由较重的基性岩类组成。如果考虑到构造上的因素（大陆和海洋处于不同的高程上），那么海洋上的重力要比大陆上的高。这与组成岩石圈不同的成分有关。
前已述及，在大洋闭合，原先分离的大陆和岛弧地块相互接近并发生碰撞处，形成褶皱山系。乌拉尔山就是这样产生的。这发生在大约2.5亿年前的二叠纪。各大陆联合成巨大的超级大陆——联合古陆。西伯利亚、哈萨克斯坦和欧洲相互碰撞，在接合处形成了宏伟的构造缝合线，乌拉尔山系就是这些缝合线中的一段。事实上，在乌拉尔早已发现古大洋地壳的残余——蛇绿岩，也发现了洋壳在俯冲带耗失的证据——安山岩火山带。
西西伯利亚低地，这个巨大的沼泽平原，自乌拉尔以外延伸至叶尼塞河。有充分的根据推测它的基底是与乌拉尔同时形成的。
究竟为什么这两个区域有如此强烈的构造上的差异？为什么今天乌拉尔是高达2000米的山链，而西西伯利亚在沉积层之下却是深达15000米的碗状盆地？
从力学的观点看，这个问题的答案只有一个。轻的大陆岩石圈不可能无缘无故地沉入较大的深处。若干千米厚的沉积层的重量也不是原因，它对于沉降只有强化的作用，而不能引发岩石圈的拗陷。这样，只有假定后来成为西西伯利亚基底的褶皱山系一开始就受到某种特殊组分的“重负”。
考虑构成联合古陆北支的几个古大陆的相互关系，可以推测，这种特殊组分不是别的，正是未完全消失于俯冲带中的古大洋岩石圈的残余，这一古大洋曾一度把欧洲、西伯利亚和哈萨克斯坦分隔开来。这样就产生了西西伯利亚地台非均质基底中含有古大洋岩石圈的假说。
应当说明，这一假说的产生不是没有根据的。苏联地球物理学家在60年代中期就已经注意到西西伯利亚基底结构和地球物理特征上的异常，但他们的工作被不公正地遗忘了，在这里给予应得的赞扬是必要的，同时，在哈因的分类中把这里所指的“非花岗岩”地块归入残余的古洋壳中。
然而，还必须开辟沟通定性假说与定量评价间的途径。重力资料数学处理的结果，业已成功地对基底的密度作出定量的评价。原来，西西伯利亚地台大约三分之一的地区（几乎全部位于其经向的内带），其基底具有异常高的，可与基性岩类相比的密度值。由此可见，在这里基底具有“非花岗岩”成分，其岩石圈接近于大洋型。
西西伯利亚地台基底不同深度洼地所隐藏的古大洋岩石圈，其成因各不相同。最古老的大洋岩石圈见于残留盆地中，它们是在晚古生代欧洲、西伯利亚和哈萨克斯坦聚合阶段，由于这些汇聚陆块的边缘不相匹配而保存下来的。
西西伯利亚构造特殊性的首要原因似可归结于，这里的威尔逊旋回并未完成，汇聚并未以碰撞作为结束，犹如发生在乌拉尔和外乌拉尔那样。西西伯利亚的基底至今仍不稳定，其中保存有大洋岩石圈块体这种“加重”区域，结果无疑控制了它的进一步发展和现今构造的所有特点。
可以举例对这种未完成的威尔逊旋回作出恰当的说明。我们设想，现代阿尔卑斯 - 喜马拉雅山带的西段，由于某种原因目前突然停止压缩，那会出现怎样的景象？非洲和欧洲之间的广大区域开始快速沉降，经2亿年后被沉积层覆盖，将成为年轻地台的基底。在这假设的基底中，阿尔卑斯褶皱带（例如，咯尔巴阡山或高加索中）与现代地中海、黑海和黑海海盆中残留的古大洋岩石圈接壤。这就是说，出现了今天在西西伯利亚地台数千米沉积盖层之下所“见到”的同样的景象。
此外，“残留”于西西伯利亚基底中的也有“新生”的大洋岩石圈，它们见于鄂毕古洋盆和叶尼塞 - 哈坦加拗陷中。“非花岗岩”岩石圈也发育于西西伯利亚最大裂谷系的轴部。所有这些构造的形成已处于新的早中生氏威尔逊旋回的初始阶段，该旋回是以附属的演化系列作为结束，即裂谷转化为古裂谷，年轻海洋转化为局限的古扩张轴。
残留洋盆、古裂谷和局限的古扩张轴，所有这些可看作是嵌入西西伯利亚地台基底中的古大洋（或准大洋）岩石圈的块体。
再次强调一下上述研究的实际意义是恰当的，根据最新资料，正是“非花岗岩”地壳区，是生成碳氧化合物的源地。西西伯利亚举世无双的含油气性，是其独特构造和地球动力学的直接产物，我们提出了定量评价地球动力过程的可能性，这就对无论是西西伯利亚，还是地球动力学上与之相似地区的油气预测与普查工作，提供了新的推动力。
间接的信息
即使地球物理场在演变过程中改变至无法认识的程度，从中仍可以获取间接的古地球动力学信息。例如地热场，提取信息的手段是考虑到时间因素进行模拟。
假设某地质构造开始是大陆裂谷，随着时间的推移发展成为年轻的海洋。这类构造演化的初始阶段，例如可类比于东非裂谷系，而其后继阶段则类似于亚丁湾和红海。
模拟这两个相继的威尔逊旋回阶段所得出的模型，其热流异常在形态上是相似的，但其幅度有所不同。在大陆裂谷的轴带之上，热流强度达数个热流单位，而在年轻大洋扩张带上方则有几十，有时是几百个热流单位。
上面已指出，这样高的热流值仅见于大洋裂谷带上，并且证明在其范围内正在进行着伴有强烈对流热传递的扩张活动。
深部的热以两种方式传输到地表，一是依靠岩石圈的分子热传导性能（传导性热流），二是在热载体运动的过程中，例如通过岩浆熔融体或气 - 液态流体的运动发生热传递（对流性热流）。传导性热流的大小与岩石圈的厚度成反比，与岩石圈的导热率成正比。
在海洋中，尤其是其裂谷带附近，岩石圈的厚度不大。此外，这里有活火山和热液活动，从而决定了这里有旺盛的对流性热流。这些正好说明在大洋裂谷带之上有突出而强烈的热异常。
大陆岩石圈的厚度相当大，但是其中存在导热性能优于由基性和超基性岩石组成的大洋岩石圈的“花岗岩”层。加之，花岗岩层本身依赖于其中所含放射性元素的蜕变还能产热。因而在大洋的边缘，热流背景值甚至低于大陆。
现在我们设想，年轻大洋的扩张作用由于某种原因而停止。结果是，一段“非花岗岩”岩石圈被嵌入大陆地台并被沉积岩层所覆盖。威尔逊旋回一个附属的演化分支，是在裂谷，然后是年轻海洋的位置上，形成局限的古扩张轴。西西伯利亚的鄂毕古海洋曾完整地经历过这一演化过程；许多在早期阶段停止扩张的小型古海洋则部分地经历了这一演化过程，如拉布拉多海、塔斯曼海、比斯开湾等。
在局限的古扩张轴地带，其他热流场一点也没有像大陆裂谷和大洋裂谷那样明显的正热流异常。相反，这种构造的热流场水平比大陆更低，并且这种特征随着时间而逐渐加强。这里没有对流性热传递，而深部地幔热又被厚而导热性能不佳的“非花岗岩”古大洋岩石圈和沉积层所屏蔽。
因此，若是在古裂谷带寻找活动裂谷和海洋的热异常标志则是徒劳的。
在这种情况下，什么样的热流场特征可以作为古裂谷环境的间接标志？首先是区域性的热流减少地带；第二，在大洋衰亡并转化为局限古扩张轴的阶段，在大陆与古大洋的边界出现阶梯状热流异常。这可以用导热性不同的岩石圈接触处的边缘效应来解释：即大陆的“花岗岩”层较之古大洋岩石圈导热性好。
因此，古地球动力过程的地球物理分析是多方面的。在具体区域进行综合的和定性的地球物理研究条件下，总是有可能建立它的地球动力模式，亦即有可能理解其岩石圈是以何种途径，经过多久，究竟是在哪一时期发育起来的。
地球物理场可以看作是古地球动力环境的重要标志之一，带有地球物理场根源的岩石圈就是在这些环境中形成的。对于多少可信的古地球动力学再造来说，地质资料显得严重不足的广大地区，这种研究手段是可以而且应当予以实施的。
地球物理学，诞生于两门学科的接合点，这两门学科的方法学水平难以相比，物理学具有比地质学高明得多的方法学水平。因此，在地质过程的记述和解释中，应当最大限度地利用物理学的思维方式。在这方面，把地球物理场在地质时期中的变化看作地球物理场所引起的岩石圈的年龄和状态的函数，是有益的，正是这种处理方式完满地显示出地球物理学在古地球动力学中的作用。它的发展促使地球物理资料区域性解释的所有问题达到全新的水平，成为认识地球内部结构和地球发展的新的推动力。
（Прцроòα1990年第5期）