东非和阿拉伯地区的地幔柱--由s波三维波速结构图分析该区域的地幔柱.pdf

海洋地质、矿产资源与环境”学术研讨会( 2 0 1 5 年)东非和阿拉伯地区的地幔柱一由S 波三维波速结构图分析该区域的地幔柱雒毅，李淑英，方秋芸中国地质图书馆，北京，1 0 0 0 8 3作为继板块构造理论后的又一极具挑战性的大地构造学说，地幔柱理论在地球科学领域影响极大自W i l s o n 在1 9 6 3 年提出“地幔柱”一词后，历经近5 0 年的发展，地幔柱理论成功解释了巨大玄武岩区、陆壳和洋壳垂向运动、地磁倒转等的成因，它己成为当今地质学研究的前沿方向关于地幔柱的起源，主要有两种观点，一种认为是6 7 0 k m 处的上下地幔不连续热界面，另一种则认为是2 9 0 0 k m 处的核幔边界“D ”层，目前普遍认可的是后者另外，有学者提出地幔底层中发生了部分熔融，导致地球物理观测中出现的地震波低速异常区可能是热柱的源区本文参阅大量文献，基于u n g ．J o o nC h a n g 等综合运用地球物理方法，得到东非和阿拉伯之下的地球内部S 波速三维分布图，以分析该地区的地幔柱长久以来，埃塞俄比亚的巨大玄武岩流，阿拉伯西部广泛的新生代火山以及不规则的地形隆起均归于地幔柱的作用。

但在地幔柱数目、东非和阿拉伯下的有关地幔流问题上，却莫衷一是绝大多数地球物理学家认为存在一个巨大的地幔柱，其流动形成诸多热点，并且这种流动沿较薄的地壳，具有方向性而一些地球化学家却认为东非存在两条不同的地幔柱另外，上涌的热物质是否以较薄地壳为天然通道，阿费尔地幔柱形成的通道是否导致了约旦和土耳其的火山活动，对于这些问题的回答，双方各执一词于是，S u n g - J o o nC h a n g 等用S 和S K S 波到时差、区域S 波和瑞利波的匹配、基频瑞利波的群速度、独立的莫霍面边界限制等反演得到波速随深度的分布，从而为以上问题提供了一种可行的解决方法图1 即是得到的波速结构图以上是东非裂谷、埃塞俄比亚裂谷、阿费尔和阿拉伯西部的广阔地区之下的波速结构图从图中可知上地幔和转换带主要是低速异常区一般认为低速异常影区代表地幔柱A ．a 线下两条较窄的低速异常带分别位于肯尼亚和红海南部，代表从下地幔到地表的隆起B ．b 线也是两个低速异常区，延伸至阿拉伯北部和南部的下地幔，研究显示正是代表地幔柱前者亦即C ．c 中的单独地幔柱S u n g - J o o nC h a n g 等首次使用地震波断层X 光摄影，为东非和阿拉伯地区地幔柱数目的争论提出新的论据。

通过联合反演，得到东非下两条近于垂向的低速异常，它们起源于下地幔不同位置一种可能的解释是两部分异常都代表地幔柱，分别位于肯尼亚和阿费尔下，阿费尔地幔柱明显地同肯尼亚地幔柱区分开来阿费尔地幔柱起源于阿拉伯西南的下地幔，而非洲超级本文为整装勘查区地学文献服务产品开发项目( 编号1 2 1 2 0 1 1 3 0 2 7 0 0 0 ) 的成果．作者简介：雒毅，男，1 9 8 5 年生，博士，助理研究员，构造地质学专业，E m a i l ：1 1 1 9 8 5 1 2 5 @ 1 6 3 ．c o r n ．“海洋地质、矿产资源与环境”学术研讨会( 2 0 1 5 年)地幔柱可能对肯尼亚地幔柱贡献较大此外，在约旦和阿拉伯北部发现另一个近乎垂直的低速异常，延伸至下地幔，可能和约旦、阿拉伯北部和土耳其南部的火山运动有关联合反演得到的地幔柱位置和剪切波分裂( 注：剪切波分裂就是由于地球介质的各向异性，导致S 波在传播的过程中，S H 和S V 波分离开来) 的快轴相比较，发现水平地幔流呈放射状从阿费尔散开模型中的低速通道显示出埃塞俄比亚下向西南方向的流体和亚丁湾下向东的流体，但整个红海下并未发现向西北方向流动的地幔流。

相反，阿费尔的北向地幔流在阿拉伯半岛改道流向阿拉伯通过远震S 和S K S 波到时差、区域S 和R a y l e i g h 波形匹配、基频R a y l e i g h 波组的速度、由接收函数给出的独立的莫霍面限制条件、反射和折射图形、以及重力测量的联合反演得出阿拉伯半岛和东非地区下延伸至1 4 0 0 k m 深度的地球内部三维波速模型，从而分析了该区域的地幔柱和岩石圈下的有关流体，这是一种综合性的有效方法虽然在阿费尔和肯尼亚北部发现的两个低速异常区，很可能代表地幔柱，但是仍不能解决肯尼亚地幔柱向南延伸的原因约旦和阿拉伯北部地区发现的近于垂直的低速异常区，可能代表一个独立的地幔柱这个异常区延伸至下地幔，这与地球化学证据指出的约旦的新第三纪火山构造有很深的地幔源这一说法相吻合它与阿费尔地幔柱一起致使阿拉伯西部广阔分布的火山和隆起的形成地幔柱与地球的热演化及构造演化，全球动力学机制等关系密切，对它的探讨和研究对地球科学的发展影响深远，对它的认识又可借助地学其他领域乃至化学的方法和手段．：I‘1 I、＼! ：i ～／_ ■墨= = = = = = = = = j —●●图1A —a ，B —b ，c —c 依次表示包括俄塞俄比亚和阿拉伯东部，横穿阿拉伯半岛，以及从西奈半岛到伊朗的波速随深度分布图9 7b S。