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地幔柱构造学说地幔柱构造学说 地幔柱构造学说，是一种地球内部物质运动方式和全球动力学假说，是以支配地幔大部分领域的地幔柱垂直流作为物质主要流动形式的大地构造学地幔柱构造假说被认为是继大陆漂移和板块构造假说之后人类认识地球的第三次浪潮第1页，共44页1963年，提出年，提出热点热点的概念；的概念；1971年，提出年，提出地幔地幔柱柱的概念；的概念；1991年，年，提出提出超地幔柱超地幔柱概念；概念；1992年，年，提出提出冷地幔柱冷地幔柱的问题，并开始对地幔柱与的问题，并开始对地幔柱与板块构造的关系进行初步分析；板块构造的关系进行初步分析；1994年，提出年，提出地地幔柱构造学说幔柱构造学说的概念，以及全球构造概念的的概念，以及全球构造概念的热地热地幔柱上升幔柱上升与板块俯冲的与板块俯冲的冷地幔柱下降冷地幔柱下降的模式，并的模式，并认为地幔柱构造概括了地球表层的岩石圈板块构认为地幔柱构造概括了地球表层的岩石圈板块构造、深部主体的地幔柱构造、地核的生长构造，造、深部主体的地幔柱构造、地核的生长构造，把板块构造和地幔柱构造作为地幔热对流的两个把板块构造和地幔柱构造作为地幔热对流的两个端元第2页，共44页。

第一节第一节 地幔柱构造地幔柱构造 第二节第二节 地幔柱构造学说与板块构造的关系地幔柱构造学说与板块构造的关系 第三节第三节 地史时期的地幔柱地史时期的地幔柱第四节第四节 白垩纪中期的超地幔柱事件白垩纪中期的超地幔柱事件 第3页，共44页第一节第一节 地幔柱构造地幔柱构造 地幔柱构造，是地幔中受几个大的、垂直的地地幔柱构造，是地幔中受几个大的、垂直的地幔柱流控制的动力学区域这几个地幔柱流就是幔柱流控制的动力学区域这几个地幔柱流就是南太平洋南太平洋和和非洲非洲的两个上涌的的两个上涌的热地幔柱热地幔柱和和中亚、中亚、东亚东亚的一个下降的的一个下降的冷地幔柱冷地幔柱，它们占地幔体积的，它们占地幔体积的3/4，在地幔主要部分起支配作用，控制着地幔，在地幔主要部分起支配作用，控制着地幔之上的热作用和构造再造等动力学过程之上的热作用和构造再造等动力学过程第4页，共44页现现代代地地球球中中超超级级地地幔幔柱柱示示意意图图 第5页，共44页南太平洋和非洲地区存在的两个巨大南太平洋和非洲地区存在的两个巨大低波速异低波速异常带常带，对应着两个，对应着两个热地幔柱热地幔柱；在中亚和东亚地区；在中亚和东亚地区下部的外核上面存在的下部的外核上面存在的高波速异常高波速异常，是由大洋板，是由大洋板片聚集、滞留并最终塌落到外核上形成的，对应片聚集、滞留并最终塌落到外核上形成的，对应着一个着一个冷地幔柱冷地幔柱。

热地幔柱、冷地幔柱的对流，是地球内部热传热地幔柱、冷地幔柱的对流，是地球内部热传导的主要形式，并且可能贯穿于地球的整个演化导的主要形式，并且可能贯穿于地球的整个演化过程第6页，共44页热地幔柱热地幔柱的上升，导致岩石圈减薄和超级大陆的上升，导致岩石圈减薄和超级大陆解体，以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构解体，以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构造体制转化，对应着热点、裂解的超级大陆、大造体制转化，对应着热点、裂解的超级大陆、大陆裂谷、大洋扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥陆裂谷、大洋扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥离断层等各种张性离断层等各种张性引张引张伸展伸展离散环境；离散环境；冷地幔柱冷地幔柱的下降，引起超级大陆聚合、大陆裂的下降，引起超级大陆聚合、大陆裂谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山，以及大洋谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山，以及大洋岩石圈向大陆岩石圈构造体制转变，对应着大陆岩石圈向大陆岩石圈构造体制转变，对应着大陆聚合、俯冲、逆冲推覆、碰撞造山等各种汇聚聚合、俯冲、逆冲推覆、碰撞造山等各种汇聚碰撞碰撞挤压环境挤压环境第7页，共44页一一 热地幔柱和冷地幔柱的概念热地幔柱和冷地幔柱的概念 1 热地幔柱热地幔柱 热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱。

热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱P波层析成像显示，地幔柱有波层析成像显示，地幔柱有D”层和层和400 km深度深度的上地幔两个来源来源于的上地幔两个来源来源于D”层的地幔柱又有层的地幔柱又有两种类型，一种是直径约为两种类型，一种是直径约为5000 km超地幔柱，超地幔柱，另一种是底面直径小于另一种是底面直径小于500 km小地幔柱小地幔柱起源于起源于D”层、直径达层、直径达5000 km的热地幔柱，目的热地幔柱，目前全球有两个，分别位于南太平洋和非洲下面前全球有两个，分别位于南太平洋和非洲下面第8页，共44页太平洋形成位置太平洋形成位置 一般认为，太平一般认为，太平洋是罗迪尼亚超级洋是罗迪尼亚超级大陆在大陆在600 700Ma前由西伯利亚、北前由西伯利亚、北美和澳大利亚之间美和澳大利亚之间通过的通过的RRR型板块型板块三联点扩张而成三联点扩张而成这个这个RRR型板块三型板块三联点当时的古纬度联点当时的古纬度为为2030S，与目，与目前南太平洋热地幔前南太平洋热地幔柱的纬度类似柱的纬度类似第9页，共44页南太平洋热地幔柱，呈蘑菇状坐落在下地幔的南太平洋热地幔柱，呈蘑菇状坐落在下地幔的D”层上；在层上；在2000 km深度处呈圆柱状，最小横直深度处呈圆柱状，最小横直径约为径约为1500 km；到；到670 km的深度变为的深度变为SN向延向延伸的椭圆形伞面状，并在上地幔中分成几个二伸的椭圆形伞面状，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南极洲埃里伯斯海山的热点相连第10页，共44页中央泛大陆热地幔柱链中央泛大陆热地幔柱链 非洲热地幔柱是非洲热地幔柱是导致导致200Ma前非前非洲大陆从冈瓦纳洲大陆从冈瓦纳大陆裂解出来的大陆裂解出来的热地幔柱，它与热地幔柱，它与其它几个也源于其它几个也源于核核幔边界的热幔边界的热地幔柱共同组成地幔柱共同组成中央泛大陆热地中央泛大陆热地幔柱链大西洋幔柱链大西洋的形成和这个热的形成和这个热地幔柱链有关，地幔柱链有关，大西洋中脊可能大西洋中脊可能由其中的某个热由其中的某个热地幔柱产生地幔柱产生第11页，共44页在地球的早期演化历史中，热地幔柱的活动在地球的早期演化历史中，热地幔柱的活动起着主导作用随着地球演化，热地幔柱活动起着主导作用随着地球演化，热地幔柱活动有所减缓热地幔柱经过地幔上升到冷的岩石有所减缓热地幔柱经过地幔上升到冷的岩石圈底部时，呈蘑菇状或伞状向外拆离，形成巨圈底部时，呈蘑菇状或伞状向外拆离，形成巨大的球形顶冠，其直径可从几百大的球形顶冠，其直径可从几百km至几千至几千km，可引起地壳的上隆、减薄、伸展、大陆解体、可引起地壳的上隆、减薄、伸展、大陆解体、洋壳增生等，甚至大规模的溢流玄武岩喷发。

洋壳增生等，甚至大规模的溢流玄武岩喷发同时，还可能伴有区域变质、地壳重熔、构造同时，还可能伴有区域变质、地壳重熔、构造变形等，甚至引起全球气候变化、大地水准面变形等，甚至引起全球气候变化、大地水准面升降和生物灭绝等升降和生物灭绝等第12页，共44页二二 冷地幔柱冷地幔柱 冷地幔柱是由滞留在上、下地幔界面附近的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，是以巨石状下落的物板片构成的下降地幔柱，是以巨石状下落的物质移动板块在大洋中脊产生，在海沟处插入地幔深板块在大洋中脊产生，在海沟处插入地幔深部俯冲板块插到部俯冲板块插到670 km的深度时，由于受到的深度时，由于受到下地幔粘度增加和相变吸热等因素的影响会产下地幔粘度增加和相变吸热等因素的影响会产生强大的阻力，使板块近似水平地暂时滞留在生强大的阻力，使板块近似水平地暂时滞留在670km深的不连续面上滞留的板块随时间生深的不连续面上滞留的板块随时间生长，并在其超过临界体积时开始塌陷，最终塌长，并在其超过临界体积时开始塌陷，最终塌落在地核表面上，形成冷地幔柱落在地核表面上，形成冷地幔柱第13页，共44页俯冲板块从地俯冲板块从地表连续至表连续至670 km间断面，间断面，并因厚度增加并因厚度增加部分板块已插部分板块已插入到入到670 km间间断面的下面断面的下面 板块从地表连板块从地表连续插入下地幔，续插入下地幔，达到达到1200 km深度深度 板块与上面不板块与上面不连续，一个大连续，一个大的块体正在下的块体正在下沉至沉至10001500km深度深度现代无活动的俯现代无活动的俯冲板块，在冲板块，在670 km处滞留的板处滞留的板块是块是l00 Ma前板前板块俯冲造成的块俯冲造成的 第14页，共44页。

滞留板片下落到下地幔时，为了补偿其下落部分，必然滞留板片下落到下地幔时，为了补偿其下落部分，必然会从下地幔向上地幔产生上升的地幔柱即从全局来看，会从下地幔向上地幔产生上升的地幔柱即从全局来看，冷的滞留板片的下落和热地幔柱的上升必然是成对的现象冷的滞留板片的下落和热地幔柱的上升必然是成对的现象这样，两个超上涌流和一个超下降流就构成了现代地球中这样，两个超上涌流和一个超下降流就构成了现代地球中主要物质和热对流的方式主要物质和热对流的方式第15页，共44页冷地幔柱数量变化、超冷地幔柱的诞生冷地幔柱数量变化、超冷地幔柱的诞生 第16页，共44页二二 地幔柱构造体系地幔柱构造体系 地幔柱构造体系是指地幔柱构造地质作用过程地幔柱构造体系是指地幔柱构造地质作用过程及其地质产物所构成的地质整体，包括热地幔柱及其地质产物所构成的地质整体，包括热地幔柱和冷地幔柱两个构造体系，分别构成引张构造体和冷地幔柱两个构造体系，分别构成引张构造体系和挤压构造体系系和挤压构造体系第17页，共44页热地幔柱和冷地幔柱直接制约和决定了地球演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。

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，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引张构造与俯冲、碰撞、造山等挤压构造的演化和复合叠加和复合叠加第18页，共44页1 热地幔柱构造体系热地幔柱构造体系 热地幔柱构造体系，包括热地幔柱构造体系，包括热点热点、大陆裂谷大陆裂谷、大大洋扩张洋扩张三个构造系统三者既可呈现出早、中、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各阶段，大洋扩张构造系统可能主要发育于显生宙第19页，共44页热点构造系统热点构造系统 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整体，发育于地球演化各地质时期。

热点构造系统包括大陆内部非造山热点环状或热点构造系统包括大陆内部非造山热点环状或放射状构造岩浆活动区放射状构造岩浆活动区(碱性花岗岩、层状镁铁碱性花岗岩、层状镁铁质杂岩、碳酸岩、碱性岩、超基性岩、斜长岩质杂岩、碳酸岩、碱性岩、超基性岩、斜长岩等等)、大陆内部热点轨迹、大陆内部热点头尾构、大陆内部热点轨迹、大陆内部热点头尾构造物质时空演化等构造系列和大洋洋岛。