夏威夷群岛火山形成原因与其地质地貌状况综述

题目(中)夏威夷群岛火山形成原因与其地质地貌状况综述

(英)Reviews of the Formation of Hawaii Islands’ Volcanoes and Geological Landform Conditions

姓名与学号平帆 52

指导教师章凤奇

年级与专业 2012级农业资源与环境

所在学院环境与资源学院

夏威夷群岛火山形成原因与其地质地貌状

况综述

平帆

（浙江大学环境与资源学院，杭州）

摘要：本文根据现有资料，对夏威夷群岛即火山岛成因的诸多假设进行探讨，简述夏威夷主要火山岛上的地质地貌状况，并对现今Kilauea夏威夷型喷发和海底火山滑坡等火山构造带来的自然灾害性地质活动进行探讨。

关键词:夏威夷群岛；火山；地质地貌；地幔柱。

Reviews of the Formation of Hawaii Islands’ Volcanoes and Geological Landform Conditions

PING Fan

(Zhejiang University, College of Environmental and Resource Sciences, Hangzhou)

Abstract:According to the data, several hypotheses about the formation of the Hawaiian Islands’ volcanic chain will be mentioned. This paper briefly describes main volcanic geology conditions on the island. Then it explores geological disaster happening on the Hawaii and Kilauea in Hawaii, whose eruption and submarine volcano landslide cause grave consequences on the local and the world.

Key words: Hawaii Islands; Volcano; Geologic Feature; Mantle Plume

1引言

夏威夷群岛地处于太平洋中部，是由由自北西至南东延伸2400千米的19座较大岛屿和其他小岛组成的群岛。其本身是北太平洋中长约6000千米海底火山链的一部分。[1]此火山链东起夏威夷岛，北至勘察加的明治海山东侧，熔岩总体积在100万立方千米左右。东段夏威夷海岭呈北西走向，西段则在中途岛转折后呈南北走向。[2]

夏威夷群岛中面积较大的有夏威夷岛（Hawaii）、考爱岛（Kauai）、毛伊岛（Maui）等，其中夏威夷岛最大。夏威夷岛上拥有世界上最活跃的火山之一——基拉韦厄火山（Kilauea），至今仍处于第二阶段运动状态。

2火山形成原因与假设

2.1地幔柱假说

太平洋板块上的夏威夷群岛的年龄由西北方向东南方向递减。西部最北端年龄为7500-8000万年；转折处的中途岛则降至4310万年，到了西段的Niihau岛，其年龄只有600万年，到最东端夏威夷岛的火山目前仍在喷发。如果单单是用经典的板块构造理论是无法解释的，原因是该理论只能解释板块交接处的作用，而不能解释太平洋板块内部岩浆活动。1963年，Wilson提出了热点假说来试图解释夏威夷-天皇海山岛链的形成原因[3]，即运动的太平洋漂过固定的热点后形成连续的、阶梯状的火山。随后，Morgan发展了热点学说，并提出了地幔柱假说。

（图1：地幔柱假说解释夏威夷火山岛链形成过程）

地质热力作用是盆地发育演化和改造的主要因素，随着研究深入，大陆垂向热力作用及其热力构造陆续被发现，其中地幔热柱型是热力构造中非常重要的类型[4]。Morgan认为，热点是下地幔圆柱状地幔柱在地表的表现，这个热点在8000万年中一直处于活动之中。热点

涌出地幔柱，熔融了软流层上部的岩石圈，形成了一个窗口，岩浆由此喷出冷却、堆积，最终形成了火山岛。[5]

随后太平洋板块移动，但是热点固定不动，窗口与地幔柱脱离后便重新闭合，这样一来其上的火山也无岩浆喷出而熄灭，而新移动到热点上方的太平洋板块又被熔融，形成新的火山岛。最终这些火山岛组合起来，就形成了现在的夏威夷群岛。这也就解释了为何夏威夷-天皇海山岛链的火山年龄呈阶梯型分布。

热点-地幔柱假说不仅很好的解释了夏威夷岛链火山的成因，同时也使岛链印证了太平洋板块的运动轨迹，说明板块是向着北方移动的。

2.2热岩区假说

对于上述观点，发表在Science上一篇论文提出了质疑：相关证据表明，夏威夷岛链的海床下方存在一个巨大的热岩区，夏威夷火山的热源正是来源于该热岩区而非地幔柱[6]。

地质学家表示，经过对20年地震数据的分析，他们在夏威夷地区正下方发现了一个800英里宽的热岩区。麻省理工学院地质学家. van der Hils表示，虽然最新的地质发现，并不能排除夏威夷岛链其他一些火山下方有地幔柱，但可以确定的是地幔柱的主要源头并不是在夏威夷岛链的正下方 [6]。

地震X线断层摄影术利用地震波穿行时发出的声音和回声探测地幔柱或者热区，但夏威夷下方的地幔测绘难度极大，因为这一地区距离大型地震传感器网路太远。相比之下，研究对于历年来地震数据的分析反倒有更为惊人的结果。

这些信号显示，在地下大约410英里的巨大不规则区域：一个盘状岩石区，温度比周围地区高出300至400摄氏度，距离大岛西部370英里至1000英里之间。研究小组认为这个地幔柱在上下地幔的交界处汇集，而后曲折地伸向群岛下方的地壳，最后涌出岩浆供给夏威夷的诸多火山岛。这种假设有待进一步的证实。

3 地质地貌状况与特征

正是复杂的形成过程，才使夏威夷岛拥有如此复杂的地质地貌状况。

火山地质演化

夏威夷群岛上大多火山在岩浆演化上是有规律的。一般经历四个阶段:

（1）碱性盾前阶段：这期间以下水碱性玄岩、碧玄岩喷发为主；

（2）拉斑玄武岩岩盾阶段：该阶段以大规模拉斑玄武岩喷发为主，形成露出棉絮状的火山盾地。之前学术界普遍认为夏威夷群岛中Kauai岛是单层盾形火山，但事实上，Kauai 火山岛结构是十分复杂的，夏威夷群岛下地壳中岩墙多而复杂、成排的拉斑玄武岩火山通道从中部高原呈多方向放射状分布。声纳资料显示，Kauai岛以北、以东、以南2万多平方米的海底被几千立方千米的来自该岛的火山岩屑崩塌物所覆盖。其他同位素探测资料也阐明Kauai岛至少由两层盾形火山组成，不同层位的火山具有不同的岩浆供应系统[7]。

（3）碱性盾后阶段：以碱性玄武岩和碱性粗安山岩喷发为主，喷发规模减小，火山运