地幔柱构造

热点的特征： 热点的特征： Wilson（1973）曾就热点的特征概括为：上 （ ）曾就热点的特征概括为： 基岩出露于海平面之上；上隆处有火山作用， 隆，基岩出露于海平面之上；上隆处有火山作用，产生碱性 玄武岩和流纹岩以及海底拉斑玄武岩， 玄武岩和流纹岩以及海底拉斑玄武岩，它们有独特的同位素 比值和地球化学特征；重力高；在海洋，有时在大陆上，一 比值和地球化学特征；重力高；在海洋，有时在大陆上， 维有时是二维无震脊，由热点处向外延伸；高热流。 维有时是二维无震脊，由热点处向外延伸；高热流。这5个 个 方面实际上指的是热点的地形、岩石和地球化学、地球物理、 方面实际上指的是热点的地形、岩石和地球化学、地球物理、 地震和地热流特征。 地震和地热流特征。 热点在大洋环境中形成的火山岛链（海山链），被称之 热点在大洋环境中形成的火山岛链（海山链），被称之 ）， 热点行迹，它们比周围洋底高1-2km，形成一条长 为热点行迹，它们比周围洋底高 ，形成一条长1000— 2000km的异常地形高地。海山链中的海山，称之为洋岛， 的异常地形高地。 洋岛， 的异常地形高地 海山链中的海山，称之为洋岛 它主要由拉斑玄武岩组成，又称为洋岛玄武岩 洋岛玄武岩（ 它主要由拉斑玄武岩组成，又称为洋岛玄武岩（OIB）。火 ） 山岛链中的最大或最新大规模喷发的火山洋岛， 山岛链中的最大或最新大规模喷发的火山洋岛，往往直接称 热点。 之为热点 大洋内线状排列的火山岛链， 之为热点。大洋内线状排列的火山岛链，是大洋岩石圈活动 板块在上地幔中的热点（固定热地幔源区） 板块在上地幔中的热点（固定热地幔源区）之上运动所留下 的痕迹。 的痕迹。
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 按起源深度划分 深源： 深源：2900km 核-幔边界 幔边界 按演化阶段划分 初始阶段的地幔柱 上升阶段的地幔柱 作用于地壳的 地幔柱 衰退阶段的地幔柱
产于大洋地壳的 热点
浅源： 浅源：670km 不连续面
（3）热点与地幔柱的分布与数量 ） 在地球上，分布有多少个热点与地幔柱，不同的学者提 在地球上， 分布有多少个热点与地幔柱， 出了不同的看法。 出了不同的看法 。 Wilson（ 1963） 提出了夏威夷岛链及其 （ ） 类似的 岛链 它 6 个 类似的岛 链 ； Morgan （ 1972 ） 最初 列出 了 21 个 ， Wilson（1973）提出了 个；Burke和Dewey（1976）后来 （ ）提出了66个 和 （ ） 增至117个 ； 但 Chase（ 1979） 认为只有 个 ； Crough和 增至 个 （ ） 认为只有24个 和 Jurdy（1980）认为比较可靠的热点为 多个。等等。 多个。 （ ）认为比较可靠的热点为40多个 等等。 Stothers（1993）认为如果地幔柱到达地表后引起大规 （ ） 模溢流玄武岩的巨厚块状堆积，那么，地球上有14个大陆 模溢流玄武岩的巨厚块状堆积，那么，地球上有 个大陆 溢流玄武岩省，形成于250—17Ma，代表着 个热点；而 个热点； 溢流玄武岩省，形成于 ，代表着14个热点 按其所代表的陆地面积（占地球表面积30%）推算，海洋 按其所代表的陆地面积（占地球表面积 ）推算， 中（占地球表面积70%）可能有30多个热点，即全球有约 占地球表面积 ）可能有 多个热点， 多个热点 45个地幔热柱。 个地幔热柱。 个地幔热柱
地球上主要的地幔热柱
地幔热柱名称 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） ） 产出位置及产物 太平洋， 太平洋，夏威夷群岛 大西洋—非洲 非洲、 大西洋 非洲、阿森松岛 非洲， 非洲，埃塞俄比亚 北美洲，哥伦比亚—斯内克河 北美洲，哥伦比亚 斯内克河 北美洲，冰岛—格陵兰脊 北美洲，冰岛 格陵兰脊 南极洲， 南极洲，高斯贝尔格 大西洋， 大西洋，北美东 非洲， 非洲，喀麦隆线 大西洋， 大西洋，费尔南多 大西洋， 大西洋，圣海伦娜 欧亚， 欧亚，西伯利亚 太平洋， 太平洋，翁通爪哇 印度洋，留尼汪—莫里斯 莫里斯—德干 印度洋，留尼汪 莫里斯 德干 峨眉山
第一章
地幔柱构造的基本思想与理论
一、地幔柱构造理论产生的历史背景
1、热点假说提出与地幔柱思想的产生 、 在板块构造理论提出之前， 在板块构造理论提出之前，Wilson（1963，1965）首先 （ ， ） 提出了热点假说，用于解释夏威夷岛链火山岩的成因。但他 提出了热点假说，用于解释夏威夷岛链火山岩的成因。 发表在《加拿大物理学杂志》上的论文在地质界的影响不大。 发表在《加拿大物理学杂志》上的论文在地质界的影响不大。 直到10年后 年后， 直到 年后 ， Morgan（1971，1972）发表了一系列论文 ， （ ， ） 发表了一系列论文， 支持并发展了热点学说 ， 才使得更多的人了解此学说 。 Morgan（1971，1972）认为地幔内存在着一种上升的 、 圆 （ ， ） 认为地幔内存在着一种上升的、 柱状的、局部熔融的物质流即“热柱” 柱状的、局部熔融的物质流即“热柱”（Hot Plume）。热 ） 柱到达于地表之处或地幔热流上升之处， 称之为“ 热点” 柱到达于地表之处或地幔热流上升之处 ， 称之为 “ 热点 ” （Hot Spot）。上升的炽热地幔柱可把上覆岩石圈抬升，使 ） 上升的炽热地幔柱可把上覆岩石圈抬升， 地壳呈现巨大穹隆构造，当地幔柱冲破岩石圈则形成热点。 地壳呈现巨大穹隆构造，当地幔柱冲破岩石圈则形成热点。 因此，热点是地幔热柱在地表的反映，以火山作用、 因此，热点是地幔热柱在地表的反映，以火山作用、高热流 和隆起为标志（ 和隆起为标志（Wilson，1973）。 ， ）
地幔柱作用于活动板块留下热点轨迹示意图
Morgan（ 1971， 1972） 进一步提出太平洋中的热点是一系 （ ， ） 列狭窄的热隆起，并将其称之为幔柱 幔柱（ 列狭窄的热隆起 ，并将其称之为幔柱（ Plume）。 热点被认为 ） 热点被认为 是由称之为“地幔柱” 的地幔物质上涌形成的。 是由称之为 “ 地幔柱 ” 的地幔物质上涌形成的 。 Morgan认为 认为 地幔柱可能起源于接近地核的地幔深处，由于热不稳定而上升， 地幔柱可能起源于接近地核的地幔深处，由于热不稳定而上升， 直径约150km，移动速度相对较小，为火山作用提供热和火山 直径约 ，移动速度相对较小， 物质， 是板块移动的驱动力。 物质 ， 是板块移动的驱动力 。 Morgan（ 1972）又指出 ， 热点 （ ） 又指出， 是地幔隆升在地壳中的一种表现，是地幔柱上升的地点， 是地幔隆升在地壳中的一种表现，是地幔柱上升的地点，认为 Wilson（1963）所指的固定热地幔源区，实际上是一个产于地 （ ）所指的固定热地幔源区， 幔底部热边界附近的热幔柱，把炽热的圆筒状岩石类物质流， 幔底部热边界附近的热幔柱，把炽热的圆筒状岩石类物质流， 称之为地幔柱 地幔柱（ 称之为地幔柱（Mantle Plume，或译为地柱、热点、地幔羽、 ，或译为地柱、热点、地幔羽、 热缕、热柱、热幔柱、幔羽、幔柱、地幔热柱、地幔热流柱、 热缕、热柱、热幔柱、幔羽、幔柱、地幔热柱、地幔热流柱、 地幔柱构造等） 地幔柱构造等）。 显然，地幔柱思想的产生，最初起源于热点假说。 显然，地幔柱思想的产生，最初起源于热点假说。
（2）热点与地幔柱的分类 ）
Wilson（1973）曾将热点分为 类： （ ）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； 洋中脊其它部位的热点； ③与裂谷带有关的年轻热点； 与裂谷带有关的年轻热点； ④可能固定于海底的年轻热点； 可能固定于海底的年轻热点； ⑤已被掩盖的老热点。 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 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。 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 度为 底 界 （ 100km ） 深 度 为 界 ， 将地幔热柱划分为 三次柱， 一 、 二 、 三次柱 ， 这种 分类体现了地幔柱的多 级演化特征。 级演化特征。 从演化的角度，地幔 柱又可分为4类 柱又可分为 类：①初始 阶段的地幔柱； 阶段的地幔柱 ； ② 上升 阶段的地幔柱； 阶段的地幔柱 ； ③ 作用 于地壳的地幔柱； 于地壳的地幔柱 ； ④ 衰 退阶段的地幔柱。 退阶段的地幔柱。 地球的超级地幔柱示意图 （据Maruyama，1994） ， ）
2、地幔柱与热点的研究与进展 、 年前Wilson（1963）和Morgan（1971，1972）的热 与20—30年前 年前 （ ） （ ， ） 点假说以及初期的地幔柱理论相比，现在的地幔柱理论又取得 点假说以及初期的地幔柱理论相比， 了许多新的进展和新的认识，主要有： 了许多新的进展和新的认识，主要有： （1）热点对地球表面的影响 ） 热点对地球表面的影响， 热点对地球表面的影响，实质上是热点在浅部地壳的地质作 用的表现。主要体现在地形 地貌和岩浆活动等方面 地形、 等方面。 用的表现。主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。 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 和 （ ）指出， 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， 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、 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、 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。 成岩。