地幔柱构造研究概述
地幔柱2
地幔热柱-热点-大陆裂谷-大洋扩张演化系列
地 幔 柱 成 因 是 三 联 点 隆 起 裂 谷 的 形 成 和 演 化 简 图
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3、热点与板块活动的参照关系 在板块构造研究盛行的年代，热点和地幔柱曾经被作为板 块运动和方向的参照系而受到特别重视。 以热点为参照系是测量真极移TPW(true polar wander)的重 要方法之一，其前提就是假定热点是固定不动的，因而可以作 为独立的参照系。 对南海无震脊和洋岛的几何学与地质年代研究表明 (Duncan，1981)，热点在相当长的一段时间内保持固定位置的 说法可以得到很好的证实。以印度板块为例，印度板块处于大 西洋扩张脊和印度洋扩张脊之间，并发育一系列热点，其中相 当一部分还是“活动”的热点，它们记录了南大西洋打开的整 个历史过程。现在已经确认了板块在热点之上移动的5条轨迹， 它们均是NE向延伸，相互平行而且近于等距离排列，位于各个 轨迹之上的火山岩自南西向北东方向逐渐变老。
4、地幔柱与板块的相互作用 虽然在实验室模拟出来的地幔柱有一个对称的球状顶冠，但 实际情况可能不那么简单，比如，板块的漂移可能使地幔柱顶 冠偏向于板块漂移的方向而不在对称(图2-6)。
地幔柱与停滞板块(左)或漂移板块(右)相互作用的关系 (据Wilson，1997)
另外 ，洋中脊处的地幔 柱也具有不对称发育的特 点，典型例子是冰岛。在 那里，扩张的洋中脊为地 幔柱物质的喷发提供了有 利条件，但冰岛北部洋中 脊断裂带的存在以及 MORB 源区本身岩浆的向 南流动，使得冰岛北部的 冰岛地幔柱的不对称模式(据Mertz等，1991) 地幔柱的形态不同于南部 ( 图 3-6) 。冰岛的情况还说 明，在给定的位势温度条 件下，薄的洋壳板块易于 产生更大的熔融体和更多 的熔融体，而厚的大陆板 块则产生相对小的熔融体 和少得多的熔融体 ( 图 2-7) 。
深部地球的窗口——地幔柱
深部地球的窗口——地幔柱在北美大陆腹地，有一个世界闻名的公园——美国黄石国家公园。
黄石公园是世界上最大的火山口之一，公园中遍布间歇泉、温泉、蒸气池、热水潭、泥地和喷气孔，导致园内多数地方存在着奇观的同时，更散发着“恶臭”的硫化氢气体。
走在黄石公园“薄薄的”地壳上，似乎有着天然的危险，好像稍一用力就会踩破“蛋壳”，落入火山口的岩浆之下。
黄石公园就是地幔柱（mantleplume）在地表对应点最直观的表达。
2019年《自然—地球科学》（Nature Geoscience）杂志发表的一项研究中，科学家通过“地球透镜计划”（Earth Scope）发现黄石公园的火山活动可能受地幔柱驱动的。
这一计划本质类似于人类给地球做“CT”，通过建立数量较大的基站接收信息，还原地球深部的三维成像，基站越密集，分辨率越高，对地球深部的成像就越清晰直观。
1971年，威廉·杰森·摩根发表了地幔热柱理论。
理论显示，地幔柱是地球等行星地幔热对流的一种方式。
较热的岩石由地幔底部一路上升至地幔顶部，此时岩石顶部会部分熔融，岩浆进而喷出地表，这可能是地表“热点”或大陆溢流玄武岩的产生机制。
规模恢弘的大陆溢流玄武岩地幔柱本质上是地球的散热通道之一。
地球在形成之后，内部由于含有的放射性元素发生衰变，产生了大量的热，这些内部热能将内部原本固化的岩石融化，产生岩浆。
这些岩浆从内部上升到地表这个过程携带着大量的热能，喷发出地表过程以完成散热。
地球自形成到30亿年前，由于热能充足，岩浆可以直接从地球深部上涌到地球浅部，这种由深部到浅部形成的柱状的岩浆通道就是地幔柱，它的起始位置被认为在地核和地幔的边界（~2900km），这一过程代表垂向的岩浆作用或者说是散热机制。
地球内部的“散热”70年代早期，模拟地幔热柱的流体力学模型显示，地幔柱呈长细柱状，由两个部分组成：底端连至地幔底部，顶端则成球状并随上升而膨胀，整体就像细长柄蘑菇。
《地幔柱构造学说》课件
地Hale Waihona Puke 柱与地 震活动的关 系地幔柱与矿 产资源的关 系
地幔柱与地 球深部结构 的关系
地幔柱构造学说的发展前景
地幔柱构造学说的提出，为地球科学提供了新的研究视角 地幔柱构造学说的发展，有助于揭示地球内部的动力学过程 地幔柱构造学说的应用，有助于预测地震、火山等地质灾害的发生 地幔柱构造学说的研究，有助于推动地球科学领域的创新和发展
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地幔柱：地球内部热对流形成的柱 状结构
应用：地幔柱构造学说可以帮助地 质学家预测矿产资源的分布和储量， 提高勘探效率和准确性。
Part Five
地幔柱构造学说的 未来展望
地幔柱构造学说的研究方向
地幔柱的形 成机制
地幔柱与板 块运动的关 系
地幔柱与火 山活动的关 系
Part Three
地幔柱构造学说的 研究历程
早期的地幔柱研究
1960年代：首次提出地幔柱概念 1970年代：通过地震波研究地幔柱 1980年代：通过地磁研究地幔柱 1990年代：通过地球化学研究地幔柱
现代地幔柱研究的发展
20世纪60年代， 地幔柱构造学
说首次提出
20世纪70年代， 地幔柱构造学 说得到广泛认
部
地幔柱的形态： 一些科学家认 为地幔柱是圆 柱形的，而另 一些科学家认 为地幔柱是扁
平形的
地幔柱的规模： 一些科学家认 为地幔柱的规 模较小，而另 一些科学家认 为地幔柱的规
模较大
Part Four
地幔柱构造学说的 应用
地幔柱构造学说在板块构造理论中的应用
地幔柱构造学说是板块构造理论的重要补充和发展 地幔柱构造学说解释了板块运动和地壳形变的原因 地幔柱构造学说提供了板块运动和地壳形变的动力来源 地幔柱构造学说在预测地震、火山等地质灾害方面具有重要作用
地幔柱研究及进展
Olson等（1988）用计算机进行二维对流模 拟实验也产生了类似形态。
Campbell和Griffiths（1990）建立了地幔热 柱动力模型，岩浆熔体形成于地幔热柱的高 温轴部的尾柱区，其压力条件比冠状柱头稍 高。地幔热柱尾柱高温物质部分熔融，可形 成不受地幔影响的苦橄质岩浆或苦橄玄岩浆 或科马提岩。冠状柱头物质上涌释压减薄或 下部尾柱岩浆的加热，发生熔融产生岩浆。 由于冠状柱头具有化学分带和物质混合特征， 产生的岩浆也表现出两源混合地球化学特征。 尾柱的大量熔融和熔浆的凝聚上升，为地幔 热柱的头部区提供地幔岩熔融所需要热源和 降低岩浆熔融温度的挥发组分。因此，尾柱 的熔融使冠状柱头具备形成熔浆的热异常和 含水条件。 日本学者丸山茂德等（1991）通过地震层析 成像技术推测地幔柱的形态。
地幔柱基本特征的研究与发展
1，形态特征
Whitehead -Luther（1975）用染色水从高粘度和高密度的葡萄糖浆 底部注入。结果产生大头细尾形态。他们认为从地球深部高温低粘度 D”层产生的热幔柱的形态应与此相似。他们实验还证明，热幔柱顶冠 大小与尾柱直径粗细的比例关系主要取决于热幔柱和周围物质的粘度 差，粘度差愈大，尾柱愈细。
地幔动力学模式 Mantle dynamics
2．地幔柱的化学成分特征 构成热点的大洋岛玄武岩的化学成分能较好地反映地幔柱的化学成 分特征（地幔探针）与大洋中脊玄武岩相比，大洋岛玄武岩富含大离 子不相容元素，并且有较高的 8 7 Sr/ 8 6 Sr 和较高 1 4 3 Nd/ 1 4 4 Nd 。据此 Compbell —Griffths（1992）认为热幔柱的化学成分特征反映元素源 于富集型地幔（相当于下地幔）。
Yuen和Schubert（1976）建立了可变粘度流体二维地幔柱的理想化 模式。 Li和Guan（1983）对恒定粘度的流体进行了轴对称热地幔柱研究， 建立了可变粘度流体的二维地幔柱。 Loper和Stacey（1983）提出了可变粘度流体中一个稳态轴对称地幔 柱的热结构和动力学结构，强调地幔热柱热流仅具有从地核向地表输 送热量的作用。
地幔柱研究述评
文章编号:100922722(2004)0820016204地幔柱研究述评周连成1,白伟明1,2,赵俐红3,陆 凯1(1青岛海洋地质研究所,青岛266071;2中国海洋大学,青岛266003;3国家海洋局第二海洋研究所,杭州310012)摘 要:地幔柱与热点既可见于板块内部,也可见于洋中脊和造山带等板块边界,既可见于现代更可见于古代,因而它可能影响到地表各处的成矿作用。
简单介绍了地幔柱特征、类型及其在富钴结壳成矿作用中的地位。
关键词:地幔柱;热点;成矿作用中图分类号:P736.14 文献标识码:A1 地幔柱构造理论的提出J W Wilson于1963年第1个大胆地提出,海洋岩石圈在一个能产生大量岩浆的较热的固定不动的地幔区域上的水平运动可能形成诸如夏威夷—皇帝岛链的猜想,而且根据岛链形状和相应的化石年龄资料,得到了一套用以说明由岛链表现出来的值得注意的迁移形式的机制[1]。
现在看来,他提出的这套机制与板块构造模式是一致的。
他认为,形成火山的岩浆来自上地幔中相对固定的岩浆源———热点。
由于岩浆源处于地壳板块之下,而板块在不停地作横向运动,致使已形成的活火山最终离开热点,并且活动停止。
这一过程最终便形成了一个沿着海底扩张方向离开热点的死火山链,因而火山链的年龄也逐渐变老。
这一热点概念的提出基本与板块构造理论的提出同期。
20世纪70年代初,Wilson(1973)又提出热点是从地幔上升的地幔热柱在地表的反映,它主要以火山作用、高热流和上隆为标志[2]。
1972年Morgan把Wilson的这套模式扩大到了包括太平洋其他走向的岛链,认为海山物质的部分熔融需要大量岩石,并提出熔融点收稿日期:2004204213作者简介:周连成(1975—),男,研究实习员,从事海洋地球物探研究工作。
既提供了母岩物质,也提供了热。
他提出热点火山活动所需的岩浆物质来自地球深部,是由于放射性元素分裂、释放热能,从重力高处的火山底下上升出来的,明确提出了地幔柱的概念[3]。
地幔柱构造学说45页
1 热地幔柱构造体系
热地幔柱构造体系，包括热点、大陆裂谷、大 洋扩张三个构造系统。三者既可呈现出早、中、 晚三阶段演化关系，又可相互独立自成体系。 如，热点、大陆裂谷各自独立发育于地球演化的 各阶段，大洋扩张构造系统可能主要发育于显生 宙。
⑴热点构造系统
是指热点构造作用过程及其产物所构成的有机 整体，发育于地球演化各地质时期。
俯冲板块从地 表连续至670 km间断面， 并因厚度增加 部分板块已插 入到670 km间 断面的下面
板块与上面不 连续，一个大 的块体正在下 沉至1000～ 1500km深度
板块从地表连 续插入下地幔， 达到1200 km 深度
现代无活动的俯 冲板块，在670 km处滞留的板 块是l00 Ma前板 块俯冲造成的
热地幔柱和冷地幔柱直接制约和决定了地球演 化各阶段引张和挤压两大构造动力体制，从而制 约和影响着地球浅部的各个圈层。
热地幔柱和冷地幔柱之间的相互制约与转化， 又决定了引张和挤压两大构造动力体制的相互制 约与转化，呈现出热点、大陆裂谷、大洋扩张等 引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演化 和复合叠加。
太平洋形成位置
一般认为，太
平洋是罗迪尼亚 超级大陆在600 ～ 700Ma前由西伯 利亚、北美和澳 大利亚之间通过 的RRR型板块三 联点扩张而成。 这个RRR型板块 三联点当时的古 纬度为20°～ 30°S，与目前南 太平洋热地幔柱 的纬度类似。
南太平洋热地幔柱，呈蘑菇状坐落在下地幔的 D”层上；在2000 km深度处呈圆柱状，最小横直 径约为1500 km；到670 km的深度变为SN向延 伸的椭圆形伞面状，并在上地幔中分成几个二 级地幔柱；这些二级地幔柱在刚性板块中分成 几个三级地幔柱，把玄武岩熔体搬运至地表。其 中一个三级地幔柱向北延伸，并与夏威夷热点 相连；向南延伸的分支通过路易斯维尔海岭与 南极洲埃里伯斯海山的热点相连。
第四章地幔柱构造学与地幔动力学
速异常可能是这些板片的半同化的
残余物。
•超地幔柱的形态很复杂，丸山茂德
经过大胆的想象，将其简化。地幔柱 从D”层上升并变细，到达地幔的中
部后逐渐向670km深度扩展。在670km
深度处，地幔柱分成若干较小的二级 地幔柱。它们在板块底部后再次扩展， 并沿着板块的断裂或薄弱地区上升， 地幔柱再次变细为三级地幔柱。现在 地球上的大约50个热点，可用这些三 级地幔柱来解释。但是，目前对分支 地幔柱的形态还不很清楚，推测的部 分居多。
（2）线状供给
一种沿条带供给板片的方式，主要指冷板片沿俯冲板块边界连续不断的供给。线
状供给可诱发一条带状排列的冷地幔柱链。特提斯和环太平洋地区的板块消亡地 就是实例。当一冷地幔柱接近核-幔边界层时，边界层上的低密度物质被挤出其 位置，在此位置附近，热地幔柱被诱发生长并持续。冷地幔柱挤压核-幔边界层 的方式也有两种。
板块构造和地幔柱构造之间的关系 •板块构造和地幔柱构造的作用区域明显不同。板块作为一刚性固体块体起作用 的区域，沿消减板块边界，浅于670km；沿发散板块边界．浅于150km。地幔柱构 造则在岩石圈下面的软流圈和中圈内起控制作用，地幔柱构造作用还涉及地核。 地幔柱构造和板块构造是地球内部物质的两种不同对流形式的反映。
2、冷地幔柱
• 冷地幔柱是由滞留在上、下地幔界面附近的板片构成的下降地幔柱。是不保 持刚性板块形状而以巨石状下落的物质移动。
•丸山茂德（1994）认为，据Fakao （1994）的P波层析成像结果，在南太 平洋和非洲地区存在两大低波速异常 带，它们与地幔的两个超大上涌流对 应；在中亚和东亚地区下部的外核上 面，存在高波速异常，它是由大洋板 片聚集、滞留并最终塌落到外核上形 成的，与地幔的超下降）的P 波层析成像结果： ①东北日本型：俯冲板片从地表 连续至670km间断面，并且，由于 厚度增加部分板片已插入到670km 间断面的下面；②巽他型：板片 从地表连续插入下地幔，达到 1200km深度；③特提斯型：板片 与上面不连续，一个大的块体正 在下沉至1000-1500km深度，它大 致与从阿尔卑斯经中东至喜马拉 雅地区的板块边界平行；④南极 型：现代无活动的俯冲板块，在 670km处滞留的板片是lOOMa前板 块俯冲造成的。
地幔柱构造
地球的超级地幔柱示意图 （据Maruyama，1994）
热点与地幔柱的分类
按产出环境划分
产于大陆地壳的 热点
产于大洋地壳的 热点
按起源深度划分
深源：2900km 核-幔边界
（2）热点与地幔柱的分类 Wilson（1973）曾将热点分为5类：
①位于南大西洋中脊和东太平洋隆起或其附近的热 点； ②洋中脊其它部位的热点； ③与裂谷带有关的年轻热点； ④可能固定于海底的年轻热点； ⑤已被掩盖的老热点。
这5个类型基本概括了产于大陆和大洋两个不同地 壳环境中的热点。
从起源的角度， Maruyama 等 （ 1994 ） [ 丸 山 德 茂 ] 和 Fukao 等 （ 1994 ） 以 核 - 幔 界 面 （2900km）、上地幔底 界 （ 670km ） 、 岩 石 圈 底 界 （ 100km ） 深 度为 界，将地幔热柱划分为 一、二、三次柱，这种 分类体现了地幔柱的多 级演化特征。
例如，Wilson（1973）提出热点活动地区具有鲜明的高地形 隆起，而且可以保持很长时间，这是热点的一个重要特征。
Burke和Dewey（1973）指出，大陆裂谷发育于热点之上的热 穹隆上。当热点和上覆陆壳相对运动极不明显或者规模很小时， 地幔热点对上覆陆壳的作用将更加明显与强烈，地幔柱中形成 的岩浆可以穿透陆壳，在一定条件下形成包括玄武岩、过碱性 镁铁质岩和碳酸岩、过碱过铝性的长英质岩石等在内的各种火 成岩。
地幔柱构造
Mantle Plume Tectonics
地幔柱构造
Mantle Plume Tectonics
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第25卷2009年 第4期7月铀 矿 地 质Uranium GeologyVol.25J ul 1No.42009地幔柱构造研究概述童航寿(核工业北京地质研究院,北京 100029)[摘要]地幔柱构造理论是近年来构造地质学研究的新热点,是当今地球科学———地质学、构造学、矿床学、地球物理学、生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域。
它的形成和演化及动力学观点被称为继大陆漂移和板块构造后的第3次地学浪潮,引起了中外地学者的高度重视。
本文对地幔柱构造研究现状作了概略介绍,以期在铀矿地质领域内引起关注,起到传递信息和抛砖引玉的作用。
[关键词]地幔柱;幔枝构造;热点活动理论[文章编号]100020658(2009)0420193209 [中图分类号]P541 [文献标识码]A[收稿日期]2008209217 [回稿日期]2008211214[作者简介]童航寿(1931-),男,高级工程师(研究员级),1960年毕业于莫斯科有色金属及黄金学院,长期从事铀矿地质科研工作。
1 地幔柱构造研究概况幔柱(地柱)思想起源于Wilson (1963、1965)的热点假说,后在20世纪70年代初,W 1J 摩根将其作为一种板块移动机制的学说而提出。
到了20世纪90年代Maruyama 和K omazwa (1994)、Fuka et al (1999)提出地幔结构的多级演化模式,Carson (1991)提出超级地幔柱概念,我国学者牛树银等(1996,2002)提出幔枝构造理论体系,李红阳、侯增谦(1998)提出幔柱构造理论,并紧密结合成矿作用,进一步发展了地幔柱构造理论的实践性,有新的发现与创新[1,2]。
2002年,翟裕生院士指出“幔枝构造”作为一种新的学术观点,为进一步研究地幔柱与成矿关系打下了良好基础。
早在1991年,著名大地构造学家哈因院士指出“地幔柱构造和热点活动理论已成为当今地质学、地球物理学、矿床学及至生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域,它的形成和演化及动力学观点被称为是继大陆漂移和板块构造以后的第3次地学浪潮”[3]。
总的看来,作为幔柱构造理论的提出和建立还是近十几年的事情,它在地学界引起了高度重视,发展很快,涉及太古宙到新生代各地质历史时期的浅部表层地壳、深部地幔,甚至地核的整个地球的水平和垂向物质运动的动力学体系(侯增谦,2002)。
“它是板块构造理论的进一步发展与延伸,把浅部岩石圈板块运动和深部地幔的垂直运动综合为一个全球动力学体系……”(李红阳等,2002)。
上述众多地学者的一致性认可和评论,预示着幔柱构造理论的生命力和划时代意义。
地幔柱构造理论的动力学机制亦为拆离构造动力学机制的构想“地球膨缩、热能聚散、重力分异、地幔蠕动、多因聚焦、涌动交替的・194 ・铀矿地质第25卷多因多源模式”(童航寿,1996、2001)提供了重要的理论依据[4]。
近十多年来,我国地学者出版了不少有关地幔柱构造的专著和论文,诸如《幔柱构造》(李红阳等,2002)、《幔枝构造理论与找矿实践》(牛树银等,2002)。
这些是有关地幔柱构造理论与找矿实践的跨世纪代表作,它大大深化了上世纪中叶由Wilson、Morgan 等提出的地幔柱构造理论的内涵,进一步加以系统化、理论化并扩展到指导成矿规律研究和成矿预测。
在上世纪90年代,还出版有《中国大陆根2柱构造———大陆动力学的钥匙》(邓晋福等,1996)、《华南大陆地壳生长过程与地幔柱构造》(谢窦克等,1996)等[5,6]。
此外,我国地学者还从不同侧面介绍了国外地幔柱构造的研究进展,如高坪仙(1985)、罗永国(1993,1994)等,并翻译了大量有关地幔柱的文献。
李子颖等(1999)首次将地幔柱构造理论引进核地质系统,提出了热点铀成矿作用理论,并将地幔柱、热点理论应用于华南地区铀矿的成矿规律研究和成矿预测,发表了一批论文[7～10]。
2 地幔柱构造理论基本要点地幔柱(mantle plume)由于翻译的视角不同而有不同的名称,从侧面上看因其呈柱状或筒状而译作幔柱(或热柱);从地表上观之呈点状,译作热点(广义的点状)。
在有的文献上译称地幔羽或热缨、地幔热源柱。
对其形成机制,通常理解为:它是深部物质中的放射性元素裂变、释放热能,在重力高的地点(火山底下)由地球深部物质上升而来。
在地壳以下延伸2900km的整个地幔,以每年数厘米的速度蠕动着。
物质的移动,在海底扩张带是向上的,到达地壳之下改为水平移动,然后又向下进入地幔。
根据卫星遥感资料估计,每个地幔柱直径约160km左右,其数量全球有60多个。
许多地幔柱位于两个板块的边界上或其附近,推动板块彼此分离,每个地幔柱都固定在一个位置上长期活动(地质辞典,1983)。
目前对于地幔柱概念的理解不完全一致,有的学者强调地幔柱的化学成分与周围地幔间的差异。
提出“化学柱”概念(Andersun,1975);有的学者将“热柱”与“化学柱”合称为“地幔热化学柱”(Olso n和Yuen,1982;Hawkeswoht h et al, 1993),李子颖(2006)认为热点是在地幔柱直接作用下或在其影响下较长时间、多期次改造深部壳幔物质于地表的综合地质作用,它可起源于地壳或地幔的不同深度而分为大洋型和大陆型。
大洋型热点活动产生于洋壳,由于上升的炽热地幔柱把上覆岩石圈抬升,使地壳呈现巨大穹窿构造,地幔柱冲破岩石圈作用于地表,并多以大规模的基性火山岩浆喷出作用为特点;大陆型热点活动作用于大陆,其特点是由于较厚的陆壳硅铝层,当地幔柱在深部作用于壳幔时,一般产生熔融和混熔,并在热动力作用下出露地表,多产生构造伸展、多期次成分复杂的岩浆活动和火山作用、流体活动和热泉等。
由于热点活动是地幔柱构造在地表的表现形式,不仅控制着地质构造作用,也与成矿作用有着密切的关系[10]。
关于热点与地幔柱的源区存在着不同的观点,如:(1)Parmentier(1975)和Bonatti(1990)认为,热点起源于上地幔底部或下地幔底部的热边界层。
(2)Anderson(1975)、Loper和Stacey(1983)认为,核幔边界的“D”层是地幔柱的最终源区。
(3)Camp bell J1H (1998)根据地幔源区的地球化学特征,作出核幔边界地幔源区演化的报道(图1)。
(4)从大火成岩省与各种地幔柱的关系,推导地幔柱源区(White R1S et al,1989;Camp bell J1H,1998;Arnat N,2000)(图2)。
图2中(A)扩张模型的地幔柱起源于上、下地幔边界;(B)热柱头模型地幔柱起源于核幔边界;(C)多级地幔柱模型,是兼顾(A)、(B)两模型的第3种模型,可理解为多源区模型,认为起源于核幔边界的地幔柱上升并滞留在上下地幔边界,然后形成多个次级柱上升到岩石圈底部[11]。
(5)Laper(1997)提出了地幔柱脉冲新概念,并认为地幔柱成因第4期童航寿:地幔柱构造研究概述・195 ・图1 各时代科马提岩和苦橄岩的稀土元素地球化学性质和核幔边界的地幔柱源区演化示意图(据徐义刚,2002)Fig11 REE geochemical characteristics of komatiites and picrites and schematic illustration for t he source of mantleplumes originated from t he core2mantle boundary和根部(即源区)将取决于热或水的扩散率,在地幔内部存在地幔柱的条件是在深部必须具有浮力的低粘性物源,源区一定要能供给粘滞系数比周围小几个数量级的物质,认为650km处的间断面是地幔柱的可能源区。
马宗晋(1995)认为,在此深度未能找到低粘性区的地震证据,因而最可能的地幔柱物质源区在地幔底部的“D”层[12]。
傅容珊(1993)研究地幔热动力系统(图3),提出地幔中存在5种形式的对流,核幔边界的“D”层属中小尺度对流,是地幔柱源区形成地幔柱和热点的热动力源。
(6)侯渭、谢鸿寿、周文戈(2005)提出地幔底层热柱和超级热柱的源区也是俯冲板块的最终归宿,是地幔对流的起点,又是地幔对流的终点。
侯渭等(2005)认为在核幔界面上的下地幔一侧地震波速分布极不均匀,在界面50～300km厚度范围内变化的一层物质称为地幔底层,它是由具有高地震波速和高密度的“D”区和超低速带(UL V Z)组成(图4)[13]。
地幔底层在横向上由“D”区和ULV Z相间组成。
地震层析发现,环太平洋的板块俯冲带之下正好与地幔底层中的“D”区相对应;而中心太平洋热点群之下正好与下地幔超级热柱及地幔底层UL VZ相对应。
在热柱的分类中(Cour2 tillot等,1999)除过渡带型热柱外,还・196 ・铀矿地质第25卷图2 解释大火成岩省的各种地幔柱模型(据徐义刚,2002)Fig 12 Different mantle plume models in explainingt he generation of large igneous provinces (A )———扩张模型;(B )———热柱头模型;(C )———多级地幔柱模型。
有深成热柱和上地幔热柱,推测深成热柱直接来源于地幔底部,而上地幔热柱可能来源于岩石圈下覆的软流层。
地幔底层中发生为部分熔融作用形成的超低速带(UL VZ )可能是热柱和超级热柱的源区。
(7)无根热点起源与陨石撞击有关(万天丰,2004)[14]。
一般认为,超级地幔柱区发生于核幔边界(Larson ,1991;povoui ,1997)(图3,4)。
起源于核幔边界“D ”层、直径大于5000km 者称超级地幔柱,其影响区域横向距离也许有6000km 之巨,可谓巨型地幔柱(Lar 2son ,1991);直径小于500km 者称亚地幔柱。
邓晋福(1992)提出中国东北及邻区可分出7个这样的亚地幔柱。
图3 地幔热动力系统(据傅容珊,1993)Fig 13 The t hermodynamic system of t he Eart h πs mantle地幔柱理论认为:地幔热柱往往发育于核幔边界,在上升过程中逐渐扩大,当上升到岩石圈底部时,地幔流变向外拆离扩散,形成具火山活动的热区,可使岩石圈上隆;当地幔热柱内集中的上升流相平衡回流时,由地幔其余部分非常缓慢地往下运动来完成;地幔热柱上升点呈放射状流体所施加给岩石圈板块的合力以及板块沿边界相互制约所产生的力,确定了板块运动的方向(牛树银等,2002)。
上述壳幔运动的动力学分析与陈国达(1996)提出的地幔蠕动热能聚散交替的壳体构造运动的力源机制和笔者应用此理论分析拆离构造动力学机制有许多共同点[15,16],如“当地幔蠕动上升流到达地壳底面时,将会转为沿底面平向蠕动流,在此地质环境下最易发生不同尺度的缓倾角的多种拆离构造。