地幔柱经典讲座ppt课件.ppt

地幔柱构造Mantle Plume Tectonics地幔柱构造Mantle Plume Tectonics         第一章  地幔柱构造的根本思想与实际    第二章  与地幔柱有关的几个问题    第三章  地幔柱构造的主要标志与特征    第四章  地幔柱构造的岩浆作用    第五章   地幔柱构造的成矿作用    第六章  我国与地幔柱/热点有关的            重要成矿区带第一章第一章 地幔柱构造的根本思想与地幔柱构造的根本思想与实际  一、地幔柱构造一、地幔柱构造实际产生的生的历史背景史背景 1 1、、热点假点假说提出与地幔柱思想的提出与地幔柱思想的产生生  在板在板块构造构造实际提出之前，提出之前，WilsonWilson〔〔19631963，，19651965〕首先提出了〕首先提出了热点点假假说，用于解，用于解释夏威夷夏威夷岛链火山岩的成火山岩的成因但他发表在表在< <加拿大物理学加拿大物理学杂志志> >上上的的论文在地文在地质界的影响不大直到界的影响不大直到1010年年后，后，MorganMorgan〔〔19711971，，19721972〕〕发表了一系表了一系列列论文，支持并开展了文，支持并开展了热点学点学说，才使，才使得更多的人了解此学得更多的人了解此学说。

MorganMorgan〔〔19711971，，19721972〕以〕以为地幔内存在着一种上升的、地幔内存在着一种上升的、圆柱状的、部分熔融的物柱状的、部分熔融的物质流即流即““热柱柱〞〔〞〔Hot PlumeHot Plume〕热柱到达于地表之柱到达于地表之处或地幔或地幔热流上升之流上升之处，称之，称之为““热点点〞〔〞〔Hot SpotHot Spot〕上升的〕上升的炽热地幔柱可地幔柱可把上覆岩石圈抬升，使地壳呈把上覆岩石圈抬升，使地壳呈现宏大穹宏大穹隆构造，当地幔柱冲破岩石圈那么构成隆构造，当地幔柱冲破岩石圈那么构成热点因此，点因此，热点是地幔点是地幔热柱在地表的柱在地表的反映，以火山作用、高反映，以火山作用、高热流和隆起流和隆起为标志〔志〔WilsonWilson，，19731973〕   热点点的的特特征征：： Wilson〔〔1973〕〕曾曾就就热点点的的特特征征概概括括为：：上上隆隆，，基基岩岩出出露露于于海海平平面面之之上上；；上上隆隆处有有火火山山作作用用，，产生生碱碱性性玄玄武武岩岩和和流流纹岩岩以以及及海海底底拉拉斑斑玄玄武武岩岩，，它它们有有独独特特的的同同位位素素比比值和和地地球球化化学学特特征征；；重重力力高高；；在在海海洋洋，，有有时在在大大陆上上，，一一维有有时是是二二维无无震震脊脊，，由由热点点处向向外外延延伸伸；；高高热流流。

这5个个方方面面实践践上上指指的的是是热点点的的地地形形、、岩岩石石和和地地球球化化学学、、地地球球物物理理、、地震和地地震和地热流特征      热点点在在大大洋洋环境境中中构构成成的的火火山山岛链〔〔海海山山链〕〕，，被被称称之之为热点点行行迹迹，，它它们比比周周围洋洋底底高高1-2km，，构构成成一一条条长1000—2000km的的异异常常地地形形高高地地海海山山链中中的的海海山山，，称称之之为洋洋岛，，它它主主要要由由拉拉斑斑玄玄武武岩岩组成成，，又又称称为洋洋岛玄玄武武岩岩〔〔OIB〕〕火火山山岛链中中的的最最大大或或最最新新大大规模模喷发的的火火山山洋洋岛，，往往往往直直接接称称之之为热点点大大洋洋内内线状状陈列列的的火火山山岛链，，是是大大洋洋岩岩石石圈圈活活动板板块在在上上地地幔幔中中的的热点点〔〔固固定定热地地幔幔源源区区〕〕之之上上运运动所所留留下下的痕迹 地幔柱作用于活动板块留下热点轨迹表示图地幔柱作用于活动板块留下热点轨迹表示图    Morgan〔〔1971，，1972〕〕进一一步步提提出出太太平平洋洋中中的的热点点是是一一系系列列狭狭窄窄的的热隆隆起起，，并并将将其其称称之之为幔幔柱柱〔〔Plume〕〕。

热点点被被以以为是是由由称称之之为“地地幔幔柱柱〞〞的的地地幔幔物物质上上涌涌构构成成的的Morgan以以为地地幔幔柱柱能能够来来源源于于接接近近地地核核的的地地幔幔深深处，，由由于于热不不稳定定而而上上升升，，直直径径约150km，，挪挪动速速度度相相对较小小，，为火火山山作作用用提提供供热和和火火山山物物质，，是是板板块挪挪动的的驱动力力Morgan〔〔1972〕〕又又指指出出，，热点点是是地地幔幔隆隆升升在在地地壳壳中中的的一一种种表表现，，是是地地幔幔柱柱上上升升的的地地点点，，以以为Wilson〔〔1963〕〕所所指指的的固固定定热地地幔幔源源区区，，实践践上上是是一一个个产于于地地幔幔底底部部热边境境附附近近的的热幔幔柱柱，，把把炽热的的圆筒筒状状岩岩石石类物物质流流，，称称之之为地地幔幔柱柱〔〔Mantle Plume，，或或译为地地柱柱、、热点点、、地地幔幔羽羽、、热缕、、热柱柱、、热幔幔柱柱、、幔幔羽羽、、幔幔柱柱、、地地幔幔热柱柱、、地地幔幔热流流柱柱、、地幔柱构造等〕地幔柱构造等〕    显然，地幔柱思想的然，地幔柱思想的产生，最初来源于生，最初来源于热点假点假说。

 2、地幔柱与、地幔柱与热点的研点的研讨与与进展展     与与20—30年年前前Wilson〔〔1963〕〕和和Morgan〔〔1971，，1972〕〕的的热点点假假说以以及及初初期期的的地地幔幔柱柱实际相相比比，，如如今今的的地地幔幔柱柱实际又又获得得了了许多新的多新的进展和新的展和新的认识，主要有：，主要有：〔〔1〕〕热点点对地球外表的影响地球外表的影响    热点点对地地球球外外表表的的影影响响，，本本质上上是是热点点在在浅浅部部地地壳壳的的地地质作作用的表用的表现主要表达在地形、地貌和岩主要表达在地形、地貌和岩浆活活动等方面    例例如如，，Wilson〔〔1973〕〕提提出出热点点活活动地地域域具具有有鲜明明的的高高地地形形隆起，而且可以隆起，而且可以坚持很持很长时间，，这是是热点的一个重要特征点的一个重要特征   Burke和和Dewey〔〔1973〕〕指指出出，，大大陆裂裂谷谷发育育于于热点点之之上上的的热穹穹隆隆上上当当热点点和和上上覆覆陆壳壳相相对运运动极极不不明明显或或者者规模模很很小小时，，地地幔幔热点点对上上覆覆陆壳壳的的作作用用将将更更加加明明显与与剧烈烈，，地地幔幔柱柱中中构构成成的的岩岩浆可可以以穿穿透透陆壳壳，，在在一一定定条条件件下下构构成成包包括括玄玄武武岩岩、、过碱碱性性镁铁质岩岩和和碳碳酸酸岩岩、、过碱碱过铝性性的的长英英质岩岩石石等等在在内内的的各各种种火火成岩。

成岩      当地幔柱之上当地幔柱之上为古老的地壳脆弱古老的地壳脆弱带时，往往，往往发育育热点的岩点的岩浆作用；当地幔柱之上作用；当地幔柱之上为稳定的克拉通定的克拉通时，通常，通常仅仅产生穹生穹隆，构成高点；而在隆，构成高点；而在热点或高点之点或高点之间，普通是，普通是较大的盆地，大的盆地，对应着深部的地幔下沉着深部的地幔下沉带     当大当大陆岩石圈从一个岩石圈从一个强大的大的热点之上漂点之上漂过时，就会构成一，就会构成一串反映岩石圈运串反映岩石圈运动轨迹的玄武岩火山大洋中迹的玄武岩火山大洋中线状状陈列的火列的火山山岛屿或海山，是大洋岩石圈在上地幔中的或海山，是大洋岩石圈在上地幔中的热点之上运点之上运动所所构成的构成的轨迹；而迹；而扩张脊和大洋盆地等，那么是地幔脊和大洋盆地等，那么是地幔热点之上点之上大大陆裂谷裂谷—大洋裂谷的开展与演化的大洋裂谷的开展与演化的结果〔〔2〕〕热点与地幔柱的分点与地幔柱的分类   Wilson〔〔1973〕曾将〕曾将热点分点分为5类：：①①位于南大西洋中脊和位于南大西洋中脊和东太平洋隆起或其附近的太平洋隆起或其附近的热点；点；②②洋中脊其它部位的洋中脊其它部位的热点；点；③③与裂谷与裂谷带有关的年有关的年轻热点；点；④④能能够固定于海底的年固定于海底的年轻热点；点；⑤⑤已被掩盖的老已被掩盖的老热点。

点   这5个个类型型根根本本概概括括了了产于于大大陆和和大大洋洋两两个个不不同同地地壳壳环境境中中的的热点      从从 来来 源源 的的 角角 度度 ，，Maruyama等等〔〔1994〕〕[丸丸山山德德茂茂]和和Fukao等等〔〔1994〕〕以以核核-幔幔界界面面〔〔2900km〕〕、、上上地地幔幔底底界界〔〔670km〕〕、、岩岩石石圈圈底底界界〔〔100km〕〕深深度度为界界，，将将地地幔幔热柱柱划划分分为一一、、二二、、三三次次柱柱，，这种种分分类表表达达了了地地幔幔柱柱的的多多级演演化特征   从从演演化化的的角角度度，，地地幔幔柱柱又又可可分分为4类：：①①初初始始阶段段的的地地幔幔柱柱；；②②上上升升阶段段的的地地幔幔柱柱；；③③作作用用于于地地壳壳的的地地幔幔柱柱；；④④衰衰退退阶段的地幔柱段的地幔柱 地球的超级地幔柱表示图地球的超级地幔柱表示图〔据〔据Maruyama，，1994〕〕按产出环境划分按产出环境划分 按起源深度划分按起源深度划分 按演化阶段划分按演化阶段划分 产于大陆地壳的产于大陆地壳的热点热点 深源：深源：2900km核核-幔边界幔边界 初始阶段的地幔柱初始阶段的地幔柱 上升阶段的地幔柱上升阶段的地幔柱 产于大洋地壳的产于大洋地壳的热点热点 浅源：浅源：670km不连续面不连续面 作用于地壳的作用于地壳的地幔柱地幔柱 衰退阶段的地幔柱衰退阶段的地幔柱 热点与地幔柱的分类热点与地幔柱的分类〔〔3〕〕热点与地幔柱的分布与数量点与地幔柱的分布与数量     在在地地球球上上，，分分布布有有多多少少个个热点点与与地地幔幔柱柱，，不不同同的的学学者者提提出出了了不不同同的的看看法法。

Wilson〔〔1963〕〕提提出出了了夏夏威威夷夷岛链及及其其它它6个个类似似的的岛链；；Morgan〔〔1972〕〕最最初初列列出出了了21个个，，Wilson〔〔1973〕〕提提出出了了66个个；；Burke和和Dewey〔〔1976〕〕后后来来增增至至117个个；；但但Chase〔〔1979〕〕以以为只只需需24个个；；Crough和和Jurdy〔〔1980〕以〕以为比比较可靠的可靠的热点点为40多个      Stothers〔〔1993〕〕以以为假假设地地幔幔柱柱到到达达地地表表后后引引起起大大规模模溢溢流流玄玄武武岩岩的的巨巨厚厚块状状堆堆积，，那那么么，，地地球球上上有有14个个大大陆溢溢流流玄玄武武岩岩省省，，构构成成于于250—17Ma，，代代表表着着14个个热点点；；而而按按其其所所代代表表的的陆地地面面积〔〔占占地地球球外外表表积30%〕〕推推算算，，海海洋洋中中〔〔占占地地球球外外表表积70%〕〕能能够有有30多多个个热点点，，即即全全球球有有约45个地幔个地幔热柱 地幔热柱名称地幔热柱名称 产出位置及产物产出位置及产物 夏威夷（夏威夷（Hawaii））阿森松（阿森松（Ascension））阿法尔（阿法尔（Afar））黄石（黄石（Yellow Stone））冰岛（冰岛（Iceland））克尔格伦（克尔格伦（Kerguelen））亚速尔（亚速尔（Azores））喀麦隆山（喀麦隆山（Mount Cameroom））费尔南多（费尔南多（Fernado））圣海伦娜（圣海伦娜（St. Helena））詹玛因（詹玛因（Jan Mayen））路易斯维尔（路易斯维尔（Louisville））留尼汪（留尼汪（Reunion））峨眉（峨眉（Emei）） 太平洋，夏威夷群岛太平洋，夏威夷群岛大西洋大西洋—非洲、阿森松岛非洲、阿森松岛非洲，埃塞俄比亚非洲，埃塞俄比亚北美洲，哥伦比亚北美洲，哥伦比亚—斯内克河斯内克河北美洲，冰岛北美洲，冰岛—格陵兰脊格陵兰脊南极洲，高斯贝尔格南极洲，高斯贝尔格大西洋，北美东大西洋，北美东非洲，喀麦隆线非洲，喀麦隆线大西洋，费尔南多大西洋，费尔南多大西洋，圣海伦娜大西洋，圣海伦娜欧亚，西伯利亚欧亚，西伯利亚太平洋，翁通爪哇太平洋，翁通爪哇印度洋，留尼汪印度洋，留尼汪—莫里斯莫里斯—德干德干峨眉山峨眉山 地球上主要的地幔热柱地球上主要的地幔热柱  〔4〕热点与地幔柱的热动力学特征    Wilson〔1973〕以为，热点是彼此相对固定的，可作为板块漂移方向与速度的参照物。

然而，Molnar和Atwater〔1973，1975〕以为，对热点体系在21Ma和38Ma以前的位置做了恢复，发现有的热点以每年1—2cm的速度相对运动因此，热点也是在运动的，仅仅是相对板块的位移显得更小、更慢这一点反映了软流圈内物质演化与深部地幔对流速度快与慢的差别    热点与地幔热柱，通常对应着热异常区当然，当热点和地幔柱中，含有异常丰富的挥发组分时〔如Cl、F、Br以及轻稀土元素〕，流体将起重要作用，富水的地幔将降低地幔柱的温度，显著地降低熔点，构成不很热的“湿热点〞湿热点〞能够是地幔柱的前锋，具有化学成分的特殊性，热异常能够并不非常突出富挥发组分的流体，能够主要与地幔射气有关    因因此此，，Anderson〔〔1975〕〕强调地地幔幔柱柱的的化化学学成成分分与与周周围地地幔幔之之间存存在在显著著的的差差别，，以以为热点点与与其其说是是“热柱柱〞〞，，还不不如如说是是“化化学学柱柱〞〞Olson和和Yuen〔〔1982〕〕指指出出，，地地幔幔柱柱既既是是“热柱〞，又是柱〞，又是“化学柱〞，故称之化学柱〞，故称之为“地幔地幔热化学柱〞化学柱〞〔〔5〕〕热点与地幔柱的源区特征点与地幔柱的源区特征    板板块构构造造研研讨的的主主要要是是地地球球的的表表皮皮构构造造，，而而地地幔幔柱柱所所涉涉及及的的深深度度和和范范围显然然要要大大得得多多。

关关于于热点点与与地地幔幔柱柱的的源源区区，，主主要要有有两两种种观念念：：热点点来来源源于于上上地地幔幔底底部部或或下下地地幔幔底底部部的的热边境境层〔〔Parmentier，，1975；；Bonatti，，1990〕〕；；核核-幔幔边境境或或地地幔幔底底部部的的D″层〔〔具具有有较高高的的温温度度和和较低低的的粘粘度度〕〕是是地地幔幔柱柱的的最最终源区〔源区〔Anderson，，1975；；Loper和和Stacey，，1983〕二、根本概念与二、根本概念与实际                   早早在在1963年年，，Wilson提提出出象象夏夏威威夷夷这样的的岛链，，可可以以看看成成是是板板块之之下下的的固固定定源源区区在在活活动板板块上上留留下下的的痕痕迹迹〔〔图1-2〕〕后后来来，，他他进一一步步明明确确提提出出：：热点点是是从从地地幔幔中中上上升升的的地地幔幔热柱柱在在地地表表的的反反映映，，并并以以火火山山作作用用、、高高热流流和和隆隆起起〔〔uplift〕〕为标志〔志〔Wilson，，1973〕       Morgan〔〔1971〕〕进一一步步开开展展了了这一一概概念念，，以以为固固定定的的源源区区实践践上上就就是是来来源源于于地地幔幔之之下下一一个个热边境境层的的热柱柱。

按按照照Morgan的的提提法法，，地地球球深深部部来来源源的的物物质是是由由于于放放射射性性元元素素分分裂裂、、释放放热能能，，从从重重力力高高的的地地点点的的火火山山底底下下上上来来的的炽热上上升升的的圆筒筒状状岩岩石石类物物质流流就就称称为地地幔幔柱柱〔〔mantle plume〕地幔柱作用于活动板块留下热点轨迹表示图地幔柱作用于活动板块留下热点轨迹表示图  Wilson和和Morgan的的上上述述看看法法成成为现今今各各种种方方式式的的实际根底，包括：根底，包括：①①地地幔幔柱柱的的根根主主要要在在深深部部地地幔幔或或核核-幔幔边境境〔〔有有一一种种意意见以以为来源于部延来源于部延续界面〕；界面〕；②②当当垂垂直直运运动的的地地幔幔柱柱到到达达岩岩石石圈圈底底部部时，，地地幔幔物物质的的流流动变为程程度度方方向向并并各各向向分分散散，，构构成成具具有有火火山山活活动的的热点并能点并能够使岩石圈凸起；使岩石圈凸起；③③与与地地幔幔柱柱内内集集中中的的上上升升流流相相平平衡衡的的回回流流，，地地幔幔物物质其其他他部部分分非非常常缓慢慢的的向向下下运运动来来完完成成，，日日本本学学者者称称之之为“冷幔柱〞；冷幔柱〞； ④④放放射射状状流流体体施施加加给岩岩石石圈圈板板块的的合合力力以以及及各各板板块沿沿边境相互制境相互制约产生的力，确定了板生的力，确定了板块运运动的方向。

的方向 1、地幔柱的生成条件、地幔柱的生成条件   大大多多数数热点点的的寿寿命命至至少少在在100Ma，，其其相相对挪挪动速速度度普普通通远低低于于1cm/a在在这种种“稳定定〞〞条条件件下下，，热点点可可以以缓慢慢地地、、延延续地地激激发“原原始始〞〞物物质，，也也就就是是说这些些物物质从从未未进入入浅浅部部的的地地球球化化学学层圈圈中中参参与与循循环〔〔DePaolo，，1996〕〕他他们可可以以出出如如今今大大洋洋，，也也可可以以出出如如今今大大陆海海洋洋中中的的热点点普普通通小小于于500km，，大大陆上上的的热点点那那么么要要大大得得多多但但它它们在在地地幔幔中中的的通通道道尚尚未未被被地地震震资料料很很好好地地提提示示过，，因因此此推推测它它们是是由由粘粘度度低低于于周周围地地幔幔几几个个数数量量级的的物物质组成成的的，，这一一点点可可以以从从某某些些热点点于于附附近近洋洋中中脊脊之之间存存在在相相联络的的通通道道得得到到证明明〔〔Morgan，，1978；；Schilling，，1985〕〕一一切切这些些特特点点阐明明热点点来来源源于于地地球球深深部部的的热边境境层，，并并且且在在一一个非常狭窄的通道内已很快的速度穿个非常狭窄的通道内已很快的速度穿过地幔而上升到地表。

地幔而上升到地表         地地幔幔柱柱物物质与与其其周周围地地幔幔物物质之之间的的粘粘度度差差别，，对地地幔幔柱柱的的生生成成和和迁迁移移至至关关重重要要Yuen和和Schubert〔〔1976〕〕以以为有有赖于于温温度度的的粘粘度度对于于解解释地地幔幔柱柱的的原原因因具具有有关关键意意义近近年年来来在在Peter Olson实验室室进展展的的高高温温高高压腔腔实验，，很很好好地地显示示了了地地幔幔柱柱的的一一些些特特征征，，它它表表现为宏宏大大的的球球状状顶冠冠和和狭狭窄窄的的尾尾部部构构造造，，在在狭狭窄窄的的尾尾巴巴状状通通道道中中流流体体快快速速上上升升最最近近，，Sleep等等〔〔1988〕〕强调地地幔幔柱柱的的构构成成只只需需在在地地幔幔柱柱物物质的的粘粘度度低低于于周周围物物质至至少少2个个数数量量级的条件下才有能的条件下才有能够        假假设地地幔幔柱柱存存在在于于地地幔幔中中，，必必然然在在深深部部有有一一个个浮浮柱柱状状的的低低粘粘度度物物质源源区区，，而而在在近近地地表表出出现下下陷陷源源区区应该可可以以提提供供粘粘度度低低于于周周围地地幔幔几几个个数数量量级的的物物质。

670km处的的不不延延续层能能够是是地地幔幔柱柱的的一一个个源源区区，，但但在在这一一深深度度没没有有地地震震资料料阐明明存存在在低低粘粘度度区区核核幔幔边境境的的D″层是是最最能能够的的物物质源源区区地地核核能能够正正在在冷冷却却〔〔Stacey 和和Loper，，1984〕〕，，其其丧失失的的热量量加加热了了地地幔幔底底部部的的一一层物物质由由热引引起起的的这一一层构构造造在在动力力学学上上类似似于于地地幔幔柱柱，，由由于于它它具具有有较低的粘度，可以成低的粘度，可以成为流体流流体流动的通道        热的的低低粘粘度度物物质经过地地幔幔柱柱通通道道流流动，，当当它它遇遇到到冷冷的的岩岩石石圈圈时就就分分叉叉，，从从而而在在地地表表构构成成热点点〔〔Crough，，1978；；Olson 和和 Nam，，1986〕〕地地幔幔柱柱物物质中中只只需需很很小小一一部部分分到到达达地地表表并并呈呈热点点火火山山作作用用表表现出出来来，，其其他他部部分分提提供供应了了岩岩石石圈圈之之下下的的低低粘粘度度软流流圈圈〔〔White和和McKenzie，，1989〕〕D″层、、地地幔幔柱柱以以及及软流流圈就象圈就象给较冷的地幔裹了一冷的地幔裹了一层低粘度的毯子一低粘度的毯子一样。

    按按照照这种种方方式式推推测，，岩岩石石圈圈板板块可可以以在在低低粘粘度度软流流圈圈之之上上相相对自在地滑自在地滑动 地球内部构造于地震波速的变化图地球内部构造于地震波速的变化图2、地幔柱的启、地幔柱的启动       80年年代代后后期期，，地地幔幔柱柱的的研研讨由由稳态方方式式向向时间变量量方方式式开开展展虽然然Loper 和和Stacey〔〔1983〕〕证明明可可以以出出现稳态地地幔幔柱柱，，但但这种种情情况况在在地地球球上上部部能能够存存在在由由于于，，由由稳态地地幔幔柱柱引引发热晕所所需需求求的的时间超超越越了了地地球球的的年年龄这就就需需求求进一一步步研研讨地地幔幔柱柱的的启启动机机制制和和脉脉动性性，，而而研研讨地地幔幔柱柱的的启启动机机制制由由需需求求研研讨地地幔幔柱柱源源区区D″层的的动力力学学特特征征地地幔幔柱柱的的脉脉动是是最最近近经过察看先存地幔柱通道中的孤立波而察看先存地幔柱通道中的孤立波而发现的      Whitehead和和Luther〔〔1975〕〕最最先先研研讨了了地地幔幔柱柱的的启启动机机制制，，结果果阐明明低低粘粘度度浮浮柱柱物物质的的初初速速程程度度层由由于于动力力学学失失稳而而导致致地地幔幔柱柱构构成成。

浮浮柱柱流流体体的的球球状状隆隆起起引引发了了上上覆覆粘粘滞滞流流体体中中地地幔幔柱柱的的产生生〔〔类似似穿穿刺刺构构造造〕〕，，并并经过尾尾部部管管道道中中浮浮柱柱物物质的的不不断断供供应而而使使地地幔幔柱柱扩展展假假设浮浮柱柱流流体体得得到到充充分分的的补给，，当当穹穹隆隆到到达达流流体体层的的外外表表时，，管管道道就就可可以以演演化化为成成熟熟的的地地幔幔柱柱但但Maruyama等等〔〔1994〕〕[丸丸山山德德茂茂]和和Larson等等〔〔1996〕偏重于爬升板〕偏重于爬升板块的沉降作用引的沉降作用引发地幔柱      Yuen和和Peltier〔〔1980〕〕研研讨成成果果也也以以为在在地地幔幔条条件件下下，，热D″层很很不不稳定定，，可可以以演演化化为快快速速上上升升的的柱柱状状构构造造，，并并在在宏宏大大的的浮浮力力过剩剩和和粘粘度度亏损条条件件下下绝热上上升升到到地地表表但但是是，，Ribe〔〔1988〕〕和和Griffiths〔〔1990〕〕研研讨以以为除除非非经过一一个个热的的通通道道或或者者热物物质的的不不断断补充充，，上上升升的的热流流体体球球能能够迅迅速速失失热，，而而且且，，地幔柱的上升将地幔柱的上升将导致致D″层热物物质源区的源区的亏损，引起幕式流，引起幕式流动。

3、地幔柱与地幔、地幔柱与地幔对流系流系统的相互作用的相互作用        地地幔幔柱柱的的显著著特特点点之之一一就就是是其其固固定定性性，，即即相相互互之之间的的相相对挪挪动速速度度很很小小，，仅为板板块之之间相相对挪挪动速速度度的的1/5〔〔Duncan，，1981；；Morgan，，1982，，1983；；Molnar 和和Stock，，1987〕    第第二二个个显著著特特点点是是地地幔幔柱柱玄玄武武岩岩不不同同于于洋洋中中脊脊玄玄武武岩岩的的独独特特的的地地球球化化学学性性质这些些特特点点对地地幔幔柱柱玄玄武武岩岩来来源源、、定定位位及及其其地地幔幔对流流系系统之之间的的相相互互作作用用都都有有一一定定的的控控制制意意义地地幔幔柱柱最最能能够的来源深度是的来源深度是D″层，，虽然然Anderson〔〔1981〕以〕以为能能够更浅         正正如如Morgan和和Deffeys〔〔1972〕〕最最初初想想象象的的，，深深地地幔幔柱柱是是下下地地幔幔中中对对流流上上拱拱的的一一种种表表现现，，即即地地幔幔柱柱起起了了将将下下地地幔幔中中的的热热带带到到地地表表的的作作用用。

但但也也有有资资料料阐阐明明，，地地幔幔柱柱向向上上保保送送的的热热能能可可深深达达地地核核，，而而导导致致下下地地幔幔冷冷却却的的对对流流方方式式跟跟地地幔幔柱柱并并无无直直接接关关系系〔〔Loper，，1985；；Davies，，1988〕〕地地幔幔柱柱可可以以产产生生一一个个向向上上挪挪动动的的热热晕晕，，虽虽然然挪挪动动速速度度由由于于粘粘度度随随温温度度变变化化而而变变得得很很小小热热晕晕中中的的挪挪动动速速度度比比地地幔幔柱柱本本身身小小得得多多，，但但粘粘度度更大、涉及面更广，因此能够起到更大的牵引作用更大、涉及面更广，因此能够起到更大的牵引作用    地地幔幔对对流流也也可可以以已已以以多多种种方方式式对对地地幔幔柱柱产产生生影影响响其其中中之之一一就就是是经经过过地地幔幔中中程程度度运运动动的的垂垂向向剪剪切切使使地地幔幔柱柱向向上上翘翘起起或或倾倾斜斜另另一一方方面面，，软软流流圈圈具具有有明明显显的的剪剪切切作作用用，，从从而而使使地地幔幔柱柱分分散散开开来来构构成成孤孤立立的的洋洋岛岛〔〔Whitehead，，1982；；Richards等等，，1988；；Griffiths等，等，1989〕。

〕 三、全球构造新概念三、全球构造新概念            近近年年来来，，一一些些日日本本学学者者〔〔如如Maruyama等等〔〔1994〕〕[丸丸山山德德茂茂]；；Kumazawa；；Fukao〔〔1994〕〕〕〕提提出出了了全全球球构构造造的的实际框框架架〔〔图1-3王王或或图1-5李李〕〕，，即即全全球球构构造造〔〔whole Earth tectonics〕〕，，包包括括生生长构构造造〔〔growth tectonics〕〕、、地地幔幔柱柱构构造造 〔〔 plume  tectonics〕〕 、、 板板 块 构构 造造 〔〔 plate tectonics〕〕、、收收缩构构造造〔〔contraction tectonics〕〕和和末末端端构构造造〔〔terminal tectonics〕〕他他们的的提提法法虽然然与与欧欧美美学学者者不不完完全全一一致致，，但但这一一全全球球构构造造的的实际中中心心也也是是地地幔幔柱柱构构造造他他们经过P波波在在地地幔幔中中传播播的的层析析方方法法，，模模拟了了阿阿尔卑卑斯斯、、地地中中海海中中部部、、沙沙特特阿阿拉拉伯伯、、特特提提斯斯和和南南极极大大陆几几种种不不同同的的地地幔幔构构造造，，以以为海海洋洋板板块可可以以爬爬升升到到670km深深处，，岩岩石石圈圈物物质在在那那里里滞滞留留下下沉沉，，不不断断到到地地幔幔底底部部，，动摇核核幔幔边境境的的稳定定性性并并激激发地地幔柱向上运幔柱向上运动。

 全球构造体系表示图〔据全球构造体系表示图〔据Kumazawa和和Maruyama，，1994〕〕 日本学者经过地震层析成像技术推测的地幔柱构造如〔图日本学者经过地震层析成像技术推测的地幔柱构造如〔图1-41-4〕所示，它主要表现为地幔柱在上升过程中的演化他们还〕所示，它主要表现为地幔柱在上升过程中的演化他们还指出在太平洋及非洲大陆下面为宏大的上升流，而亚洲大陆之指出在太平洋及非洲大陆下面为宏大的上升流，而亚洲大陆之下为宏大的下降流〔图下为宏大的下降流〔图1-51-5〕，分别称为超级热幔柱和超级冷幔〕，分别称为超级热幔柱和超级冷幔柱，它反映了地幔内存在宏大规模的对流据此，柱，它反映了地幔内存在宏大规模的对流据此，MaruyamaMaruyama等等〔〔19941994〕进一步提出了地幔柱上升与板块爬升的构造方式〔图〕进一步提出了地幔柱上升与板块爬升的构造方式〔图1-61-6〕，将板块构造的产生、消亡与地幔柱作用联络起来解释，〕，将板块构造的产生、消亡与地幔柱作用联络起来解释，为全球构造新概念的建立奠定了根底为全球构造新概念的建立奠定了根底 地幔柱构造的多级演化构造图〔据地幔柱构造的多级演化构造图〔据Maruyama，，1994〕〕地球的超级地幔柱表示图地球的超级地幔柱表示图〔据〔据Maruyama，，1994〕〕超级地幔柱的成生方式图超级地幔柱的成生方式图〔据〔据Maruyama，，1994〕〕 板板块构造主要构造主要为670km670km深深处的地幔的地幔转变带提供冷岩片的物提供冷岩片的物质供供应，在那里冷岩片自，在那里冷岩片自100—400Ma100—400Ma以来以来处于停滞形状，直到于停滞形状，直到相相变过程中由于吸程中由于吸热作用引作用引发灾灾祸性重力失衡性重力失衡尔重新活重新活动。

由由此引起的冷幔柱向下〔外核〕运此引起的冷幔柱向下〔外核〕运动可激可激发Fe-NiFe-Ni物物质新的向内核新的向内核流流动在冷行星空在冷行星空间环境，冷幔柱的作用是主要的，而超大境，冷幔柱的作用是主要的，而超大规模模热幔柱是被幔柱是被动的热幔柱的上升引起大幔柱的上升引起大陆的翻开以致于裂解，的翻开以致于裂解，并且可以并且可以锚固其上的固其上的扩张轴直到新的爬升直到新的爬升带构成爬升构成爬升带一旦一旦构成，板构成，板块构造叫独立于地幔柱构造，而洋中脊那么构造叫独立于地幔柱构造，而洋中脊那么变成一个成一个通向地幔的通向地幔的““窗口〞超大窗口〞超大规模地幔的上升流可以模地幔的上升流可以经过带状状挤压〔〔belt-squeezingbelt-squeezing〕而构成，如中〕而构成，如中PangeanPangean地幔柱地幔柱链；也可以；也可以经过围限式限式挤压〔〔surrounded-squeezingsurrounded-squeezing〕而构成，如太平洋超〕而构成，如太平洋超级地幔柱〔地幔柱〔图1-61-6〕二者均来源于核幔〕二者均来源于核幔边境，停滞的岩片一旦境，停滞的岩片一旦发生冷崩塌，将干生冷崩塌，将干扰核幔核幔边境的境的稳定性。

定性 地球的超级地幔柱表示图地球的超级地幔柱表示图〔据〔据Maruyama，，1994〕〕超级地幔柱的成生方式图超级地幔柱的成生方式图〔据〔据Maruyama，，1994〕〕 一系列超一系列超级地幔柱的活地幔柱的活动将将导致超大致超大陆的裂解，裂解下来的裂解，裂解下来的碎的碎块那么逐那么逐渐漂移、分布到收漂移、分布到收缩的超的超级洋中在大洋中在大陆裂解的裂解的早期早期阶段，段，热地幔柱随机地幔柱随机产生于下地幔；同生于下地幔；同时，一个宏大的冷，一个宏大的冷幔柱能幔柱能够构成于新生成的复合大构成于新生成的复合大陆之下如200Ma200Ma经过广泛的广泛的陆- -陆碰撞及威碰撞及威尔逊旋回后期的拼旋回后期的拼协作用而构成的作用而构成的劳亚古古陆〔〔LaurasiaLaurasia〕〔〕〔图1-71-7〕下地幔中的〕下地幔中的这种冷幔柱一旦构成，将种冷幔柱一旦构成，将明明显地控制上地幔的地控制上地幔的对流方式，以致于一切大流方式，以致于一切大陆都都趋于被吸于被吸纳到到这一超一超级冷幔柱中，直到一切大冷幔柱中，直到一切大陆结合成超大合成超大陆在这一拼一拼合起来的复合大合起来的复合大陆的中部将的中部将产生一个宏大的克拉通堆生一个宏大的克拉通堆积盆地，盆地，它是冷幔柱在地表的一种表它是冷幔柱在地表的一种表现方式。

方式300Ma300Ma以来南太平洋中的以来南太平洋中的高地形隆起以及如今的非洲大高地形隆起以及如今的非洲大陆那么是那么是热幔柱在地表的幔柱在地表的显示在威在威尔逊旋回中，旋回中，对停滞岩片的冲洗非常重要，可以控制海平停滞岩片的冲洗非常重要，可以控制海平面的面的变化、板化、板块的的诞生、大生、大陆的裂解并促使地球旋的裂解并促使地球旋转因此，板板块构造只是一个非常外表的景象，占地球直径的不到构造只是一个非常外表的景象，占地球直径的不到1/101/10，，而地幔柱构造那么起主而地幔柱构造那么起主导作用这些日本学者以些日本学者以为，，对地幔地幔热——物物质对流、超构造圈流、超构造圈层的翻开及外地核的的翻开及外地核的对流起控制造用的流起控制造用的是冷幔柱，而不是是冷幔柱，而不是热幔柱 冷幔柱与热幔柱的关系〔据冷幔柱与热幔柱的关系〔据Maruyama等，等，1994〕〕四四、、地地幔幔柱柱的的构构造造特特征征与与实验模模拟 1、地幔柱的构造特征、地幔柱的构造特征   地地幔幔热柱柱具具有有宏宏大大的的球球状状顶冠冠和和狭狭窄窄的的尾尾部部构构造造，，在在狭狭窄窄的的尾尾巴巴状状通通道道中中 流流体体快快速速上上 升升〔〔Campbell和和 Griffiths，，1990〕〕〔〔图1-3〕〕。

宏宏大大的的冠冠形形柱柱头是是由由于于源源自自深深部部的的热浮浮物物质难以以快快速速上上升升和和大大规模模运运移移而而大大量量堆堆积，，狭狭长的的尾尾柱柱是是由由于于高高温温、、低低粘粘度度地地幔幔物物质沿沿已已有有通通道道可可以以快快速速上上升升在在热浮浮力力驱动下下，，伴伴随随深深源源热物物质的的继续供供应，，地地幔幔热柱柱仍仍保保管管宏宏大大头冠冠、、狭狭长尾柱形状构造而上升尾柱形状构造而上升 地幔热柱的实验形状构造地幔热柱的实验形状构造实验显示的地幔柱构造〔据实验显示的地幔柱构造〔据Campbell等，等，1989〕〕Campbell和和Griffiths〔〔1990〕建立〕建立了地幔热柱动力模型，岩浆熔体构了地幔热柱动力模型，岩浆熔体构成于地幔热柱的高温轴部的尾柱区，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，可构热柱尾柱高温物质部分熔融，可构成不受地幔影响的苦橄质岩浆或苦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求热源和部区提供地幔岩熔融所需求热源和降低岩浆熔融温度的挥发组分因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构此，尾柱的熔融使冠状柱头具备构成熔浆的热异常和含水条件成熔浆的热异常和含水条件 地幔热柱的实验形状构造地幔热柱的实验形状构造Olson和和Yuen〔〔1982〕〕把把地地幔幔热柱柱称称为热化化学学地地幔幔柱柱，，以以为地地幔中的化学分幔中的化学分层阻止不了阻止不了热化学幔柱从化学幔柱从D″层上升到地表上升到地表Yuen和和Schubert〔〔1976〕〕建建立立了了可可变粘粘度度流流体体二二维地地幔幔柱柱的的理理想化方式想化方式Li和和Guan〔〔1983〕〕对恒恒定定粘粘度度的的流流体体进展展了了轴对称称热地地幔幔柱柱研研讨，建立了可，建立了可变粘度流体的二粘度流体的二维地幔柱。

地幔柱Loper和和Stacey〔〔1983〕〕提提出出了了可可变粘粘度度流流体体中中一一个个稳态轴对称称地地幔幔柱柱的的热构构造造和和动力力学学构构造造，，强调地地幔幔热柱柱热流流仅具具有有从从地地核向地表保送核向地表保送热量的作用量的作用因因此此，，大大量量实际研研讨和和模模拟实验阐明明，，地地幔幔热柱柱具具有有宏宏大大球球状状顶冠、狭冠、狭长尾柱的形状构造和独特的尾柱的形状构造和独特的热—化学及速度构造化学及速度构造 2、地幔柱的、地幔柱的实验模模拟  主主要要是是定定量量化化的的计算算机机模模拟和和实验模模拟，，这是是地地幔幔柱柱构构造造实际研研讨的的重重要要手手段段之之一一，，对讨论地地幔幔柱柱构构造造的的动力力学学机机制制起起着着不不可可替替代的重要作用代的重要作用  Ribe〔〔1988〕〕提提出出了了地地幔幔柱柱的的岩岩浆作作用用动力力学学定定量量模模型型以以为地地幔幔柱柱实践践上上是是一一接接近近于于岩岩石石圈圈并并处于于部部分分熔熔融融形形状状的的滞滞留留流流体体，，提提出出地地幔幔柱柱与与岩岩石石圈圈相相互互反反响响的的定定量量模模型型，，确确定定地地幔幔柱柱熔熔体体向向岩岩石石圈圈底底部部“增增生生〞〞的的速速率和岩石圈率和岩石圈产生熔体的数量。

生熔体的数量    其其他他学学者者也也有有类似似的的认识，，以以为来来自自于于核核幔幔边境境的的物物质，，在在热力力和和浮浮力力驱动下下上上升升到到地地球球的的表表层而而构构成成地地幔幔柱柱〔〔图1-3〕〕地地幔幔柱柱于于岩岩石石圈圈相相互互作作用用，，使使壳壳-幔幔物物质不不同同程程度地混合，度地混合，产生不同生不同类型的岩型的岩浆〔以下〔以下图〕 地幔热柱的实验形状构造地幔热柱的实验形状构造地幔柱演化的数字模拟构造〔据地幔柱演化的数字模拟构造〔据Larson等，等，1996〕〕Lavelle〔〔1997〕〕的的模模拟拟结结果果阐阐明明，，地地幔幔柱柱的的多多级级演演化化也也遭遭到到很很多要素的制约多要素的制约  实实验验室室模模拟拟可可以以很很笼笼统统地地反反映映出出地地幔幔柱柱产产生生的的动动力力学学机机制制80年年代代以以来来的的几几个个著著名名的的实实验验，，较较好好地地模模拟拟了了地地幔幔柱柱的的形形状状和和成成生生、、演演化化过过程程比比如如在在Peter Olson实实验验室室进进展展的的高高温温高高压压腔腔实实验验，，很很好好地地显显示示了了地地幔幔柱柱的的一一些些特特征征。

它它表表现现为为宏宏大大的的球球状状顶顶冠冠和和狭狭窄窄的的尾尾部部构构造造，，在在狭狭窄窄的的尾尾巴巴通通道道中中流流体体快快速速上上升升〔〔图图1-10〕 实验显示的地幔柱构造〔据实验显示的地幔柱构造〔据Campbell等，等，1989〕〕      地地幔幔热柱柱的的实验模模拟，，着着重重于于地地幔幔热柱柱物物质上上升升的的浮浮力力驱动，，经过密密度度较小小的的物物质在在密密度度较大大的的另另一一种种物物质中中上上升升来来实现普普通通来来说，，实验的的两两种种组分分有有较大大的的密密度度差差和和粘粘度度比比值，，且且根根本本上上不不发生生混混合合密密度度差差产生生浮浮力力，，低低粘粘度度轻物物质在在上上升升过程程中中构构成成一一个个近近乎乎球球形形头部部和和细长管管状状尾尾柱柱的的热柱柱体体根根据据实验推算地幔柱推算地幔柱顶冠直径可达冠直径可达300km      Griffiths〔〔1990〕〕实验阐明明，，热浮浮力力驱动热物物质呈呈球球状状上上升升，，并并以以下下部部圆冠冠形形尾尾柱柱与与热物物质源源区区相相通通在在地地幔幔热柱柱从从核核-幔幔边境境上上升升到到岩岩石石圈圈底底部部时，，地地幔幔热柱柱顶冠冠能能够构构成成约30—60km厚厚的的部部分分熔熔融融层，，引引发剧烈烈的的岩岩浆活活动。

岩岩浆热又又使使硅硅铝壳壳发生生部分熔融，引部分熔融，引发中酸性岩中酸性岩浆活活动，构成构造，构成构造—岩岩浆活活动带。