1.豎直位移
垂直位移是指垂直於地球表面的巖石圈內的位移，即沿地球半徑方向的位移。常表現為大面積的上升、下降或交替運動，改變地表地形的高度，引起海陸變化等環境變化。唐代顏真卿(709 ~ 785)註意到了這種變化，留下了“高巖中仍有螺螄蚌，或滄海變了。”(福州程楠馬谷山仙壇故事)描述有來自高山的螺螄殼，過去認為可能是海。
圖10-5意大利那不勒斯塞拉比斯古廟中的三根大理石柱。
現代的垂直位移和地面高度的變化，可以通過多年的反復平整地形得知。但是，要找出古代和地質歷史中的垂直位移要困難得多，但畢竟找到了壹種方法。
人類了解古代巖石圈垂直位移的壹個典型例子是意大利那不勒斯灣海岸附近的古代塞拉比斯神廟遺跡(圖10-5)。1749年，考古學家從火山灰中挖掘出古廟遺址，發現古廟三根高度為12m的大理石柱都保留了壹件有趣的遺物。從石柱基礎看，其上方3.6米處的圓柱體光滑，明顯被火山灰掩埋過；3.6-6.3m有多處海洋動物鉆孔的痕跡，說明被海水淹沒過。從6.3m到柱頂，表面不平整，風化明顯，說明沒有被海水淹沒。基於此，結合考古資料，確定公元前105年古羅馬建造的三根大理石柱曾經在海平面以上，之後逐漸沈入海平面以下。公元1500年海水淹沒至6.3m，使未被火山灰掩埋的3.6~6.3m段被海洋動物鉆穿。公元1600年開始興起。到挖掘的時候，三根石柱都已經升出了海面。1826年，石柱被淹0.3m，1878被淹0.65m，1913被淹1.53m，1945被淹2.5m，這期間全球海平面沒有相應變化，石柱上反映的海平面變化也不是海水量變化引起的。顯然，自古廟建成以來，該地區在垂直速度上經歷了三次不同的過程，在公元1500年前平均每年下降3.9mm公元1600年後成為上升，年均上升4.2mm19世紀又開始下降，年均下降17.2 mm，其中，公元1500年之前的下降率，由於缺乏更多的證據，可視為1605之間漲跌後的凈下降率。這是用考古學方法研究巖石圈垂直位移的壹個很好的例子。
巖石圈的垂直位移往往能在山區造成河流階地和夷平面。巖石圈相對穩定時期，河流主要受到側向侵蝕，使河谷越來越寬，地形趨於平坦。但在巖石圈相對隆升時期，河流向下的侵蝕作用加強，使河床變低，原有的河漫灘相對變高，形成頂部平坦的階梯狀地形，分布在谷坡上，洪水淹沒不了，稱為谷階地。如果巖石圈穩定和隆升在該區多次交替出現，則在河谷中可形成多級階地(圖10-6)。
圖10-6河流階地形成過程示意圖
當巖石圈處於相對穩定期時，流水等剝蝕作用會長期改造陸面，總的趨勢是“削高填低”，即將地表高差較大的山頂削去，同時將被破壞的物質輸送到地表低窪處堆積，使地形高差越來越小，整個地區的地形變得相當平坦。當然，此時通常會有零星的高度較小的剝蝕土堆。這種接近平原的地形被稱為準平原。地表地形演化到準平原階段後，如果地殼再次擡升，準平原就會被擡升，再次被剝蝕，變成壹座山。此時山頂可留下原準平原的遺跡，即可形成相當平坦的山頂，其上可見準平原期的沈積物或風化貝殼，代表原準平面的破壞面，這種地形面稱為夷平面。根據夷平面上的沈積物或風化殼可以確定其形成時代，根據夷平面現在和過去的高度之差可以推算出該區巖石圈在準平原形成後的上升幅度。例如，近年來的研究成果表明，被稱為“世界屋脊”的青藏高原在始新世(約4000萬年前)相對穩定，形成了起伏不大的準平原。根據植物化石和孢粉特征推測準平原海拔約500m，上新世晚期(約350萬年前)高達3000m，第四紀(最後250萬年)以來青藏高原進壹步隆升，原準平原解體，遭受侵蝕，被切割成不同的夷平面。彩圖ⅷ 2是青藏高原西北邊緣的夷平面，俯瞰阿爾金山夷平面。山頂平均海拔4000m，低地為索爾庫裏谷，與山頂高差約500m。根據萬小橋(1998)，這些夷平面的高度壹般在4000～5000米左右..由此可以推斷，在4000萬年至350萬年前(始新世至上新世)期間，青藏高原的平均隆升速度為0.07毫米/年，第四紀以來上升速度更快。
圖10-7地層柱狀圖和巖石圈運動分析
利用沈積物的厚度及其反映的環境來研究古巖石圈垂直運動的特征，是近百年來地質學中最常用的方法之壹。比如用沈積巖來反映沈積環境(圖10-7)，從某壹地區巖層的性質可以發現它們依次形成於淺海、河流、海岸和淺海，可以推斷該地區巖石圈經歷了早期隆升(第二層沈積時)和逐漸沈降的歷史(圖3、4)。在巖石圈穩定的條件下，壹定沈積環境下形成的沈積物厚度是有限的，例如在淺海地區，沈積物的最大厚度壹般不超過200m·m，河流湖泊的最大厚度壹般是幾十米。這是因為當沈積凹槽被填充時，沈積停止。但在很多地區發現，沈積物(巖石)所反映的沈積環境是不變的，只是其厚度大大超過了相應沈積環境的最大值。如中國北京天津薊縣壹帶，中元古代淺海沈積巖系厚度可達數萬米。這只能用這壹時期本區巖石圈的持續下降來解釋，這樣雖然有持續的沈積，但仍能維持淺海沈積環境(圖10-8)。這裏沈降幅度壹般等於沈積厚度，沈積厚度可以大致反映巖石圈下降的幅度。
圖10-8沈積厚度與沈降幅度關系示意圖
在連續沈積和地殼緩慢下降的條件下，上、下沈積地層的接觸關系稱為整合接觸(圖10-9A)。然而，有兩種地層接觸關系可以反映巖石圈的隆升，即假整合接觸和不整合接觸。假整合又稱準整合，其特征是上下兩套沈積地層的產狀基本平行，但兩套地層的形成時代不連續，存在反映沈積不連續和風化剝蝕的古剝蝕面(圖10-9B)。假整合反映出該區巖石圈有明顯的升降。不整合以兩套地層之間存在剝蝕面為特征，代表長期風化剝蝕和沈積間斷。上下兩套地層產狀不壹致，下伏地層與剝蝕面呈明顯角度相交，上覆地層與剝蝕面大致平行，產狀基本壹致(圖10-9C)。因此，角度不整合不僅反映了該區巖石圈的垂向起伏和位移，還表明下伏地層經歷了構造變形。
利用假整合或不整合，可以大致確定構造事件的時代。構造事件必須發生在不整合面下最年輕的巖石(沈積巖、巖漿巖或變質巖)形成之後，但在不整合面上最古老的地層形成之前。這是確定構造事件年齡的基本方法。構造時代發生在不整合形成時期。然而，事實上，準確確定構造事件的年代是相當困難的。不整合面上的上下年齡間隔越短，所確定的構造事件年齡的準確性越高。
2.水平位移
與確定巖石圈的垂直位移相比，水平位移尤其是大的水平位移更難被人們所認識。有趣的是，最早發現並主張巖石圈存在大規模水平位移的不是壹位地質學家，而是壹位德國古氣象學家魏格納(1880 ~ 1930)。他在1912年首次發表了大陸漂移假說。起初，魏格納的靈感來自大西洋兩岸彎曲海岸線的相似性，尤其是南美洲和非洲之間的相似性(圖10-10)。後來，他進壹步發現，美洲、歐洲和非洲在地層學、古生物學和地質構造上有驚人的相似之處。比如北美的阿巴拉契亞紐芬蘭的褶皺山系，可以橫跨大西洋與北歐、蘇格蘭、斯堪的納維亞的褶皺山系遙相呼應，都形成於早古生代末期(約400Ma)。西非的古巖石區可以和南美洲巴西的古巖石區連接起來。後來證明，它們都形成於20億年前，巖石結構和特征相當壹致。他還利用古生物化石的研究成果指出，在寒冷潮濕氣候下發展起來的石炭紀二疊紀舌齒類，分散在澳大利亞、印度、南美、非洲等南方大陸，現在都遠離海洋。壹些古生物學家曾認為這些大陸之間存在“陸橋”，以此來解釋被海洋隔開的大陸上存在幾乎相同的植物。魏格納認為“陸橋”假說難以成立。不如說這些散落在南半球的大陸曾經是直接相鄰的。在魏格納的大陸漂移學說中，古氣候證據也很有說服力。其中，尤其是晚古生代冰川的分布最有說服力。南美洲、非洲、澳大利亞、印度和南極洲(這些大陸統稱為岡瓦納大陸)廣泛發育冰川。從冰川遺跡分布的規模和特征來看，當時的冰川中心區應該是在南極洲附近發育的，其性質屬於大陸冰川。而且南美、印度、澳大利亞的古冰川遺跡主要殘留在這些陸塊的邊緣，冰川運動的方向是從海岸到內陸，說明古冰川並非起源於當地。按照大陸位置固定的觀點來解釋上述冰川遺跡是非常困難的。然而，從大陸漂移的角度來看，這些遺跡成為了有力的證據。如果假設晚古生代大陸相連，冰川中心在非洲南部古陸，古大陸冰川從中心向外圍呈放射狀流動(圖10-11)，就合理地解釋了古冰川的流向和分布。
圖10-9地層接觸關系示意圖。
魏格納也從重力、地磁、地震波和大地測量提供的材料中獲得了壹些證據，但由於當時的科研條件，這些材料不夠充分和精確。如引用的格陵蘭島向西漂移速度高達36m/yr，遠大於後來的實測值。為什麽設想的固體大陸可以在固體地幔上漂移，其動力機制是什麽，這是壹個大問題。因此，在1928年壹次專門為大陸漂移學說召開的學術研討會上，遭到了地質、古生物、地球物理等學術權威的壹致反對。這個聳人聽聞的新假設消失了。事實上，魏格納本人早已註意到:“過去和現在，大陸漂移的動力學問題壹直處於搖擺不定的狀態，不可能得到符合所有細節的完整答案。”(A.F.Wegner，《大陸和海洋的起源》，中譯本，商務印書館，1964，170頁)。
圖10-10南美和非洲根據巖石和構造特征拼接(根據W.K .漢布林，1975)。
圖10-11古冰川和大陸漂移
20世紀中葉隨著科學的發展，由於海洋古地磁研究的成功，海洋調查和全球地震臺網的建立，以及古生物、古氣候、古地理研究的進展，證明了大陸巖石圈的水平位移確實可以發生幾百萬米，大陸漂移學說重新受到重視，板塊構造學說在此基礎上誕生。