地幔柱构造
运用幔柱构造探究地震起源
根据我国地震局初步统计，每年全球都会发生上百万次地震，其中有数万次地震被人类感知，七级以上地震也会发生数次，其中90%以上地震发生在板块构造边缘和接触带上。
地震给人类带来不可估量的生命和财产损失。
所以探究地震的起源进而预防地震具有重要意义。
笔者通过幔柱构造来探究地震起源为人类预防地震提供帮助。
1 地球组成众所周知，地球由里往外可分为3个圈层，分别为地核、地幔和地壳。
地球内部结构仿佛一个鸡蛋，地核好比蛋黄，地幔好比蛋白，地壳就好比蛋壳。
地球组成和地球内部圈层划分详见图1。
2 地球地幔柱冷热对流运动[1]地幔柱（mantle plume）冷热对流运动：由于地球物质组成的差异性和地球的旋转运动导致地球内部温度的不均一性。
直接导致地幔物质从温度高的地方上升，到达岩石圈底部向两侧运动，最后在温度较低的地方下降到地幔。
地幔柱冷热对流运动见图2，整个过程和我们熟知的大气环流运动相似。
3 板块运动与地震板块指岩石圈板块，由地壳和上地幔顶部组成；板块的运用幔柱构造探究地震起源李 晋（山西省地质调查院，山西 太原 030006）摘要：地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。
全球90%以上地震发生在板块构造边缘和接触带上，称之为构造地震。
笔者认为构造地震起源其实就是幔柱构造引起，幔柱构造就是由于地球内部温度、压力不同导致核幔物质沿着温压高的地方向上运移，到达岩石圈后受阻回返，沿壳幔界面向外围迁移，在温压低的地方向下移动，进而形成冷热对流运动（旋回运动）。
关键词：构造地震；幔柱构造；旋回运动中图分类号：P315 文 献标识码：A 文章编号：2096-7519（2020）06-25-3作者简介：李晋（1984—），男，山西山阴人，工程师，本科，毕业于石家庄经济学院（河北地质大学）资源勘查工程专业，主要从事矿产地质勘查相关工作。
（邮箱）****************025Huabei Natural Resources论文华北自然资源地 壳地 幔地 核图1 地球组成和地球内部圈层划分边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线。
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
《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.ppt
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（Plume）。热点被认为 是由称之为“地幔柱”的地幔物质上涌形成的。Morgan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， 直径约150km，移动速度相对较小，为火山作用提供热和火山 物质，是板块移动的驱动力。Morgan（1972）又指出，热点 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 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（Mantle Plume，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、 地幔柱构造等）。
（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。
地幔柱构造
Mantle Plume Tectonics
地幔柱构造
Mantle Plume Tectonics
第一章 地幔柱构造的基本思想与理论 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
地幔柱3
Hill（1992）将地幔柱之上的热作用和构造再造的全过程 称之为地幔柱构造作用。 White 和 McKenzie （ 1989 ）认为几 乎所有的大陆拉张、打开事件都与地幔柱有关， Campbell 等 （ 1989 ）提出太古代绿岩带及科马提岩的成因可以从地幔柱 构造中得到新的解释，Schilling（1973）认为地球上的许多地 球化学“异常”区与地幔柱有着密切的联系， Wilson （ 1973 ） 指出热点以火山作用、隆起和高热流为标志。 因此，本章重点分析地幔柱构造在岩石圈浅部地质作用的 重要地质、地球化学、地球物理、遥感、地热等标志和特征， 特别是组合标志与特征。此外，地幔热柱活动对大气圈、水 圈、生物圈都有重要影响，也可以造成大规模生物绝灭。
3、裂谷和裂谷式断陷盆地标志与特征
裂谷、裂谷式断陷盆地和地堑，也是热穹隆构造的进 一步发展与演化，属于地幔柱构造体系中地幔热柱-大陆裂 谷构造系统的浅部地壳标志与特征。 一般来说，“威尔逊旋回”在一个大陆内部开始，相 对固定的地幔热柱使上覆岩石圈温度升高，形成“热点”， 产生地壳穹隆。当地壳在热点之上进一步呈穹隆状上升， 发育放射状的三条或多条裂谷所组成的“三叉”裂谷系统。 理论上的“三叉”裂谷，三支裂谷形成互成120°对称排列。 裂谷支与相邻的裂谷最终连接起来，形成一个连续的裂谷 系统（图2-2、2-3）。 Burke和Dewey（1973）系统研究了地幔热柱与裂谷 的成因联系，认为地幔热柱成因的“三叉”裂谷系统是在 洋底扩张的初期形成的。
Morgan（ 1972 ）认为热点是地幔表面隆升在地壳中的一 种表现。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Whiteman（1973）提出广泛的穹状上隆是与地幔热 柱活动有关的裂谷作用的先兆。Burke和Dewey（1973）认为 裂谷发育在位于热点之上的热穹隆上。 Thiessen （ 1979 ）提 出非洲大陆上盆地和隆起是地幔物质上下对流造成的，地幔 物质向上移动，常以地表火成活动为标志。Kazmin（1980） 指出东非穹隆的发展与板块运动稳定时期地幔柱的活动有关。
综述地幔柱构造
综述地幔柱构造1地幔柱构造理论的形成与提出板块构造理论在解释地球上岩浆活动的分布规律时取得了空前的成功。
例如，洋中脊玄武岩是在板块离散边界软流圈被动上升过程中经减压熔融而成，而在会聚板块边界，大洋岩石圈的俯冲作用导致上地幔的交代和熔融，形成特征的火山弧岩浆作用。
板块边界概念可以解释地球上绝大部分的岩浆产出，但在解释板内岩浆的成因时往往显得力不从心，尽管这些岩浆的体积只占地球岩浆总量的2%。
热点和热柱的观点正是在解释板内岩浆作用，特别是呈链状分布的火山作用时提出的。
Wilson（1963）对夏威夷-皇帝洋岛火山链经过研究后，他提出洋岛火山链是由大量岩浆组成的固定的热地幔区在活动的地球表层上形成的；后来经Morgan（1972）正式提出地幔柱这一概念，他指出Wilson所谓的固定的热地幔区是产生于核/幔边界的一个地幔柱，在地表表现为热点（hotspot）.Morgan进一步推测地幔柱是由地幔对流体系中的上升流构成。
这些认识构成了地幔柱学说的雏形。
同板块构造理论诞生的曲折历史相比，地幔柱概念一经提出就得到了地学界的广泛认同，发展至今已成为地球科学研究中一个重要的概念模型这在很大程度上是由于动态地球以及浅表现象是深部过程的反映等概念的深入人心。
虽然地幔柱并不是直接观察到的，但有关其存在的间接证据很多。
其中包括：（1）局部高热流值和相关的火山活动（热点）出现在远离板块边界的地方；（2）热点不随板块漂移而迁移，几乎静止不动，暗示起源于活动岩石圈之下的深部地幔；（3）热点火山玄武岩的地球化学性质不同于位于离散板块边界、起源于浅部地幔的玄武岩（如MORB），说明其源区为比软流圈更深的地幔库；（4）位于热点之上的大洋岛屿通常具有规模较大的地形隆起，这需要有额外的幔源热能以使岩石圈膨胀；（5）最令人信服的证据来自最近的地震学研究。
例如地震层析揭示冰岛地幔存在一低速柱状物质，至少延伸至400 km以下，地幔热柱的直径为300km。
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约
地幔柱构造是指在大洋地壳中，地幔物质不断向上涌升形成的一种构造形态。
通俗地说，地幔柱就像是地壳的水管，将地球内部的热能和物质输送到地表，从而对地表地貌和构造产生了重要影响。
在松辽盆地及渤海湾盆地形成过程中，地幔柱构造发挥了重要的制约作用。
首先，地幔柱构造对于盆地形成和沉积物填积具有重要影响。
地幔柱处于地球内部深处，其涌升过程中会对地壳造成牵引作用，使地壳出现裂隙、断裂和变形，从而形成盆地。
在盆地内部，由于地幔柱对地壳形成的影响，沉积物的填积受到制约，因此，地幔柱构造在盆地形成和沉积史的研究中具有重要地位。
其次，地幔柱构造对地震活动和地热活动也具有显著影响。
地幔柱的涌升会导致地震活动的发生。
例如，中国北方发生的地震大多与地幔柱有关。
此外，地幔柱在涌升过程中，会释放热量，从而对地表地热活动形成影响。
中国北方许多地区的温泉和地热资源就与地幔柱涌升有关。
最后，地幔柱构造对于构造演化和岩浆活动也存在制约作用。
地幔柱是埋藏在地球深处的物质，其涌升可以使地壳形成漂移、扩张或卷曲等构造变形，同时可以导致地下岩浆活动的发生。
因此，地幔柱对于构造演化和岩浆活动的形成和发展具有一定的制约作用。
综上所述，地幔柱构造在松辽盆地及渤海湾盆地的形成过程中，对盆地形成、地震活动、地热活动、构造演化和岩浆活动等方
面的影响不可忽视。
在未来的研究中，应该加强对于地幔柱涌升的物理过程和对地表地貌的影响机制的解析，以更好地认识它对地表地貌和构造的制约作用。
地幔柱5
(一)地幔柱构造对地球演化各阶段成矿作用的控制
地幔柱构造对成矿的控制涉及到前寨武纪 -显生宙的地球演 化各个阶段。早在20世纪70年代中期，Sawkins(1976)即已明确 指出前寒武纪和显生宙大陆内环境中形成的重要矿床均与地幔 热点活动有时空联系，并提出三个分布广泛的伴随有超大陆解 体和重要矿床产出的热点活动时期 ( 表 4—1) 。在 90年代初期， Barley等(1992)和Kerrich(1992)进一步讨论了前寒武纪金属成矿 巨旋回与超大陆旋回的内在成因联系，提出成矿作用集中发生 在超大陆的解体和聚合期。Maruyama(1994)则提出了地幔柱构 造导致了地球演化不同阶段超大陆的解体与聚合。到90年代末， 我国学者侯增谦、李红阳等 (1998) 先后提出了地幔柱构造成矿 系统，强调了地幔柱构造体系与地史上超大陆旋回与金属成矿 巨旋回的内在统一性，进一步探讨了地幔柱构造对地球演化不 同阶段不同成矿作用的控制特点。
(1)与大陆内部非造山地幔热柱-热点活动有关的岩浆岩与成矿
该阶段岩浆岩主要为碱性花岗岩、层状镁铁质杂岩、碳酸盐岩、 碱性岩、超基性岩、斜长岩、大陆溢流玄武岩、流纹岩和花岗岩 等。其中，碱性岩和碳酸盐岩等主要为地幔热柱-热点头部岩浆活 动产物，伴随有稀土、稀有等矿床；超基性岩或层状镁铁质-超镁 铁质杂岩主要为地幔热柱-热点尾部岩浆活动产物，相关的矿床主 要为铂、钯、镍、铜和钒钛磁铁矿矿床；大陆溢流玄武岩往往是 地幔热柱-热点岩浆活动直接喷出地表的产物，相关的矿床主要为 铜矿床；碱性花岗岩、花岗岩和流纹岩为地幔热柱-热点构造作用 引发花岗岩化形成花岗质岩浆上侵的产物，相关的矿床以锡矿为 代表，可包括与非造山花岗岩有关的所有矿床。在成矿物质来源 上，与地幔热柱-热点头部、尾部岩浆产物及直接喷出地表的碱性 玄武岩有关的矿床，往往具有典型的幔源特征，或以幔源为主， 混有少量壳源物质；与花岗岩有关的矿床多表现为典型的壳-幔混 合成矿特点。
地幔柱4
地幔热柱 - 大陆裂谷岩浆作用，是地幔热柱 - 热点岩浆作 用进一步发展的产物，也是地幔柱构造岩浆作用过程中岩浆 活动广泛发育的演化阶段。它广泛发育于地球演化各地质历 史时期，与超大陆旋回的大陆解体岩浆作用相对应。地幔热 柱-大陆裂谷岩浆作用又包括地幔热柱 -大陆裂谷(三联点、夭 折裂谷、拗拉谷等各种大陆裂谷)构造系统岩浆作用和地幔热 柱-亲弧裂谷系统岩浆作用。 地幔热柱-大洋扩张岩浆作用又是地幔热柱 -大陆裂谷-大 洋裂谷岩浆作用的进一步发展，主要发育于显生宙。冷幔柱 的岩浆作用可划分为冷幔柱-前寒武纪硅铝壳造山岩浆作用和 冷幔柱-显生宙硅铝壳或洋壳造山岩浆作用。
克尔格伦 (Kerguelen) 海台：与翁通爪洼海台相比，克尔格伦海 台的地壳厚度要小得多，约为 15～ 20km。大洋钻探资料表明其 喷发环境为陆相(Schlich等，1989)。缺少充分的年代学资料，但 如果台地的增生是伴随着南印度洋的打开的话，那么岩浆活动可 能持续了 40Ma(Saunders 等， 1994) 。 Mattielli ， N ．等人 (1996) 通过对橄榄岩 (Iα 型：方辉橄榄岩、贫单斜辉石的二辉橄榄岩； Iβ型：纯橄岩)、含二辉尖晶石超基性和基性包体(IIα型：富单斜 辉石的二辉橄榄岩、异剥橄榄岩、二辉岩、变辉长岩和斜长岩 ) 及钛铁矿变辉长岩 (IIc 型 ) 的研究，发现亏损型 MORB( 富含 II 型 包体)与克尔格伦幔柱 (富含I型包体)之间存在不同程度的相互作 用。 I 型橄榄岩是克尔格伦幔柱部分熔融的残余； II 型包体则是 拉斑玄武岩浆的深部结晶堆积岩。同位素地球化学研究还强调了 克尔格伦幔柱的演化历史中，幔柱与扩张脊之间相互作用的重要 性。II型包体的同位素和岩石地球化学特征证实了克尔格伦海台 的北部类似于冰岛型构造背景的想法 (地球物理资料表明北克尔 格伦的地壳结构类似于现代的冰岛，Recq等，1990；1995)，而I 型包体(类似于瓦胡岛上发现的包体)的研究结果则表明克尔格伦 岛与夏威夷型板内火山构造环境相似。
板块构造与地幔柱构造浅析
板块构造与地幔柱构造浅析胡亮 011082-08 20081001216内容提要：板块构造学说引发了地球科学的革命，成为最盛行的地学理论之一。
但是一些新观点和新假说，如地幔柱构造假说的等，使地质构造研究潮流移向多元化。
本文对板块构造学说与地幔柱构造假说各自的特征和动力学模式，以及两者之间的内在关系进行了简单地阐释和论证。
关键词：板块构造；板块运动；地幔柱；地幔柱构造。
1.板块构造学说及板块运动的动力板块构造学说(Plate tectonics)是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上提出的。
该学说成功解释了许多地理现象，如大西洋两岸的轮廓问题；非洲与南美洲发现相同的古生物化石及现代生物的亲缘问题；南极洲、非洲、澳大利亚发现相同的冰碛物；南极洲发现温暖条件下形成的煤层等等。
大洋中脊是地幔对流上升的地方，地幔物质不断从这里涌出，冷却固结成新的大洋地壳，以后涌出的热流又把先前形成的大洋壳向外推移，自中脊向两旁每年以0.5～5厘米的速度扩展，不断为大洋壳增添新的条带。
因此，洋底岩石的年龄是离中脊愈远而愈古老。
当移动的大洋壳遇到大陆壳时，就俯冲钻入地幔之中，在俯冲地带，由于拖曳作用形成深海沟。
大洋壳被挤压弯曲超过一定限度就会发生一次断裂，产生一次地震，最后大洋壳被挤到700公里以下，为处于高温溶融状态的地幔物质所吸收同化。
向上仰冲的大陆壳边缘，被挤压隆起成岛弧或山脉，它们一般与海沟伴生。
现在太平洋周围分布的岛屿、海沟、大陆边缘山脉和火山、地震就是这样形成的。
所以，海洋地壳是由大洋中脊处诞生，到海沟岛弧带消失，这样不断更新，大约2～3亿年就全部更新一次。
因此，海底岩石都很年轻，一般不超过二亿年，平均厚约5～6公里，主要由玄武岩一类物质组成。
而大陆壳已发现有37亿年以前的岩石，平均厚约35公里，最厚可达70公里以上。
除沉积岩外，主要由花岗岩类物质组成。
地幔物质的对流上升也在大陆深处进行着，在上升流涌出的地方，大陆壳将发生破裂。
地幔柱构造
地幔柱构造发布时间：2021-06-17T06:03:12.329Z 来源：《防护工程》2021年5期作者：王一烽[导读] 地幔柱是源于核幔边界或上下地幔边界的热异常物质，其隐含的巨大能量导致地幔的大规模熔融和大火成岩省的形成。
本文简要概括地幔柱的起源、演化、地幔柱和地幔柱活动模式。
王一烽长安大学地球科学与资源学院陕西西安 710054摘要：地幔柱是源于核幔边界或上下地幔边界的热异常物质，其隐含的巨大能量导致地幔的大规模熔融和大火成岩省的形成。
本文简要概括地幔柱的起源、演化、地幔柱和地幔柱活动模式。
关键词：地幔柱；起源；演化；大火成岩省0 引言20世纪是大地构造理论研究的黄金时期，经历了从经典的槽台学说到板块学说的转变。
板块构造理论，又称为全球大地构造理论，其突破了经典槽台学说的固定模式，认为包括地壳和软流圈上部的岩石圈板块，无论是大陆地壳还是大洋地壳，都曾经发生过并持续发生了大规模的水平运动。
但对于板块内部的一些岩浆活动等地质现象，板块构造理论模型却无法很好的解释，随后的热点假说以及地幔柱理论很好的补充了板块构造在这方面的缺失。
1 地幔柱概念的提出远离板块边缘的板块内部的地质作用使得板块理论遭受了挑战，尤其是对于大洋热点火山链和大陆溢流玄武岩的分布特点、分布规模、化学成分和形成温度等方面均无法得到考证（赵国春，吴福元，1994）。
Morgan（1971）首次提出地幔柱的含义，他指出：地幔柱是来源于地球深部的物质地幔内存在着一种上升的、圆柱状的、局部熔融的物质流，即“热柱”。
热柱到达于地表之处或地幔热流上升之处，称之为“热点”。
上升的炽热地幔柱可把上覆岩石圈抬升，使地壳呈现巨大穹隆构造，当地幔柱冲破岩石圈则形成热点。
2 地幔柱的特点20世纪90年代初，Griffiths和Campbell成功地解决了热驱动和大粘滞度对比这两大模拟热柱的基本问题，据此建立了动态热柱结构模型。
根据其实验结果和数值模拟，认为热柱由两部分组成：大的蘑菇状柱头和细长的热柱尾（Griffiths, Campbell，1990）。
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约地幔柱构造对松辽盆地和渤海湾盆地形成具有重要的制约作用。
地幔柱构造是指在大陆板块内部，地幔物质经过变质作用，形成上升流，通过地壳的裂隙，向地表上升的柱状体。
这些柱状体可以带来大量的热量和物质，同时也会对地壳的运动和演化产生影响。
首先，地幔柱构造对松辽盆地的形成起到了重要的制约作用。
松辽盆地位于中国东北，是一个新生代古隆起盆地。
地幔柱构造在古生代和中生代时期，对于这个盆地的形成起到了关键作用。
地幔柱上升的过程中，会对地壳造成拉拔和剪切作用，从而导致地壳的裂隙和伸展。
由于松辽盆地地形高差极大，地幔柱构造对其形成的制约作用就非常明显。
因此，地幔柱构造成为了维持松辽盆地高差巨大的一种重要力量，为其后来的地质过程和构造演化提供了基础。
其次，地幔柱构造对于渤海湾盆地的形成也有着重要的影响。
渤海湾盆地是我国北方的最大陆缘古隆起盆地，受到单向的伸展作用，较为平坦，同时由于板块的活动而形成了大量的断裂。
地幔柱构造也对其形成过程有着明显的影响。
由于地幔柱的上升，渤海湾盆地和其周边区域受到强烈的拉拔和剪切作用，导致了大量的断裂和裂缝的形成，从而促进了该地区的伸展和塑造。
因此，地幔柱构造是对于渤海湾盆地伸展构造的土壤，它的存在和发展，促进了该地区成为中国北方伸展构造的重要范围。
总之，地幔柱构造是对于我国北方地区地质演化和构造形成的重要因素之一。
它的存在和发展，无论是对松辽盆地、还是渤海湾盆地，都产生了重要的制约和促进作用。
随着对其研究的不断深入和了解的加深，相信对于我国北方地区的学科发展和地质资源的开发，具有着深远的影响和重大的意义。
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约
地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约
地幔柱是一种地质构造，是地球内部物质上升和下沉的通道，它们在地幔深处形成，源自地幔中热对流的运动。
地幔柱可以影响板块运动和地壳形态，对于盆地形成的制约可以从以下两个方面来看。
一、松辽盆地
松辽盆地位于华北地台的东北边缘，是一个大型沉积盆地，形成于中生代，主要受地幔柱的影响。
在松辽盆地西侧，巨型的庙岭拉长地幔柱形成，该地幔柱介入了古太平洋板块向北俯冲的过程中，从而促进了区域性隆升和裂谷走向。
庙岭地幔柱的存在导致地幔热量释放增强，下地壳岩石融化，形成了大量地幔源性岩浆，决定了松辽盆地的形成和富含资源特点。
二、渤海湾盆地
渤海湾盆地是中国北方大陆架上的一个沉积盆地，形成于第三纪晚期至现代。
渤海湾盆地周围分布着多条地幔柱，它们是北极-太平洋地幔柱分支的一部分，是盆地形成的重要原因之一，它们的上升和下沉引起了岩石地幔对流，产生了热量和能量，促进了北极板块和太平洋板块沿逆时针运动，使下地壳岩石融化形成了一系列的火山岩和伸展构造。
渤海湾盆地的形成不仅受到地幔柱的影响，还与盆地周边的褶皱、断裂等构造过程有关。
因此，地幔柱是一个重要的构造形态，在区域地质构造演化中
起着重要的制约作用。
在华北、东北等地方盆地的形成中，地幔柱的存在推动了地壳的运动和热力学条件，因此能够从地幔柱的研究中更好地了解地质构造的演化规律。
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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
第一章 地幔柱构造的基本思想与理论 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
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（Plume）。热点被认为 是由称之为“地幔柱”的地幔物质上涌形成的。Morgan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， 直径约150km，移动速度相对较小，为火山作用提供热和火山 物质，是板块移动的驱动力。Morgan（1972）又指出，热点 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 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（Mantle Plume，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、 地幔柱构造等）。
浅源：670km 不连续面
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
（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 出了不同的看法。Wilson（1963）提出了夏威夷岛链及其 它6个类似的岛链； Morgan（1972）最初列出了 21个， Wilson（1973）提出了66个；Burke和Dewey（1976）后来 增 至 117 个 ； 但 Chase （ 1979 ） 认 为 只 有 24 个 ； Crough 和 Jurdy（1980）认为比较可靠的热点为40多个。等等。
热点在大洋环境中形成的火山岛链（海山链），被称之 为热点行迹，它们比周围洋底高1-2km，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， 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，往往直接称 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）之上运动所留下 的痕迹。
显然，地幔柱思想的产生，最初起源于热点假说。
2、地幔柱与热点的研究与进展
与20—3972）的热 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 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，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。
当地幔柱之上为古老的地壳软弱带时，往往发育 热点的岩浆作用；当地幔柱之上为稳定的克拉通时， 通常仅仅产生穹隆，形成高点；而在热点或高点之 间，一般是较大的盆地，对应着深部的地幔下沉带。
当大陆岩石圈从一个强大的热点之上漂过时，就 会形成一串反映岩石圈运动轨迹的玄武岩火山。大 洋中线状排列的火山岛屿或海山，是大洋岩石圈在 上地幔中的热点之上运动所形成的轨迹；而扩张脊 和大洋盆地等，则是地幔热点之上大陆裂谷—大洋 裂谷的发展与演化的结果。
热点的特征： Wilson（1973）曾就热点的特征概括为：上 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，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 维有时是二维无震脊，由热点处向外延伸；高热流。这5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、 地震和地热流特征。
重要成矿区带
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，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 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，Morgan（1971，1972）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 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” （Hot Spot）。上升的炽热地幔柱可把上覆岩石圈抬升，使 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、高热流 和隆起为标志（Wilson，1973）。