第四章 地幔柱构造
地幔柱构造学说(精选)PPT文档46页
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
地幔柱构造学说（精选） 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
《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。
地幔柱构造研究概述
第25卷2009年 第4期7月铀 矿 地 质Uranium GeologyVol.25J ul 1No.42009地幔柱构造研究概述童航寿(核工业北京地质研究院,北京 100029)[摘要]地幔柱构造理论是近年来构造地质学研究的新热点,是当今地球科学———地质学、构造学、矿床学、地球物理学、生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域。
它的形成和演化及动力学观点被称为继大陆漂移和板块构造后的第3次地学浪潮,引起了中外地学者的高度重视。
本文对地幔柱构造研究现状作了概略介绍,以期在铀矿地质领域内引起关注,起到传递信息和抛砖引玉的作用。
[关键词]地幔柱;幔枝构造;热点活动理论[文章编号]100020658(2009)0420193209 [中图分类号]P541 [文献标识码]A[收稿日期]2008209217 [回稿日期]2008211214[作者简介]童航寿(1931-),男,高级工程师(研究员级),1960年毕业于莫斯科有色金属及黄金学院,长期从事铀矿地质科研工作。
1 地幔柱构造研究概况幔柱(地柱)思想起源于Wilson (1963、1965)的热点假说,后在20世纪70年代初,W 1J 摩根将其作为一种板块移动机制的学说而提出。
到了20世纪90年代Maruyama 和K omazwa (1994)、Fuka et al (1999)提出地幔结构的多级演化模式,Carson (1991)提出超级地幔柱概念,我国学者牛树银等(1996,2002)提出幔枝构造理论体系,李红阳、侯增谦(1998)提出幔柱构造理论,并紧密结合成矿作用,进一步发展了地幔柱构造理论的实践性,有新的发现与创新[1,2]。
2002年,翟裕生院士指出“幔枝构造”作为一种新的学术观点,为进一步研究地幔柱与成矿关系打下了良好基础。
早在1991年,著名大地构造学家哈因院士指出“地幔柱构造和热点活动理论已成为当今地质学、地球物理学、矿床学及至生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域,它的形成和演化及动力学观点被称为是继大陆漂移和板块构造以后的第3次地学浪潮”[3]。
地幔柱构造理论及其地质意义
地幔柱构造理论 地幔柱研究发展及地质意义唐赟菁 17820092200827摘要本文通过对地幔柱研究的起源和发展进行整理，对于地幔柱特征进行了介绍，并在给予其在地质研究上的意义。
并延伸到由日本学者提出的全球构造理论中的核心部分——地幔柱构造体系，为地球发展提出了一个系统完整的解释。
【引言】——课程感想作为班里仅有几个文科专业的学生，对于地球系统的知识并不是很熟悉，但是这并不能说明我对于地球的发展史没有任何兴趣。
选这门课的初衷，除了天时地利等多方面因素外，最重要的一点是，这是一个我极不熟悉的领域，但却会在我即将面临的各种出国考试中频繁相遇。
我曾经踏遍过全球各地，领略过不同文化所带来的不同的风景，我一直欣赏建筑与艺术，因为那是人类历史的沉淀和记录，是宗教信仰萌生之地。
但是这一个学期的学习后，从老师您自身的出海经历、您所讲授的知识到纪录片，让我不经感慨，即使当人类还没有出现之前，甚至生物还没有脱离海洋走上陆地，我们脚下的每一片泥土都已经把这一切记录下来。
我一直相信地球、生物是循环发展的，现在历史中所见证的辉煌，在曾经的地质时代中也许也同样出现过，只是我们还没有发掘。
这门课的学习确实给了我不少的帮助，我在准备考试的过程中，有多次做到和老师您上课讲到的知识有关的内容，Wagner的板块漂移学说、地震形成的理论、全球变暖等等，当然也包括了本文的选题。
起初我仅了解到夏威夷火山岛链现象的存在，这一神奇的自然现象让我有了想一探究竟的想法。
在搜索了众多资料和文献后发现，这不仅是一个特殊的现象，这背后蕴藏着的是一个完整的板块构造体系，是一个能为地球众多神奇之处做出解释的完整理论。
从一个小点却激发出了整个体系的建设，正如佛教所言，一花一叶一世界，以点到面的过程，这不仅仅只是地质学者探索地球发展的轨迹，更是为人处事之道， 这也是我这一学期没有缺席一次课所真正领悟的东西。
目录1.地幔柱构造理论的研究历史发展 12.地幔柱基本特征 1 2.1地幔柱形态特征及化学成分 22.2地幔柱全球分布 33.地幔柱研究的地质意义 4 3.1大陆溢流玄武岩成因 4 3.2太古宙科马提岩成因 5 3.3地磁极性变化 5 3.4生物群体绝灭原因 63.5全球气候变化和海平面上升 64.地幔柱构造理论——全球构造 6 4.1热地幔柱和冷地幔柱 6 4.2地幔柱构造体系 81.地幔柱构造理论的研究历史发展1963年, 加拿大地质学家Wilson首次注意到太平洋夏威夷一海皇火山岛链玄武岩喷出年龄变化与太平洋板块运动方向之间对应关系。
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
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
以夏威夷火山为代表的众多火山存在于板块中部，可以用地幔柱来解释。
特征：相对固定，高Ti、高Nb含量是现代地幔柱的常见特征(王登红,1998)。
20世纪70年代初，科学家提出了地幔柱的概念。
借助地震波来描述地球内部的景象。
一股炙热、粘性的岩石流，向上延伸到岩石圈底部，并在那里散开，形成约100km厚的饼状结构，然后继续向上延伸，为火山提供物质和能量。
疑问，地幔柱来自哪里？他们是直线上升还是螺旋上身？什么是火山热点？夏威夷地幔柱富含榴辉岩的矿物质可能存在地幔柱：夏威夷、加拉帕戈斯群岛、冰岛以及东非的阿法尔地区。
地震图像是研究的关键目的：①地幔柱对于地球大地构造演化有着重要的影响，它控制大陆裂解聚合过程，导致板块内火山地震等现象$地幔柱理论可以解释许多板块学说不能解释的问题，很有可能成为一种更为完善的理论体系。
②洋脊分段主要受地幔岩浆周期性脉动上涌控制,即受岩浆供应方式制约。
事实上造成洋脊分段的动力学岩浆是由地幔柱提供的,而地幔柱提供岩浆的方式对洋脊分段有重要影响发展过程：①20世纪60年代，加拿大地质学家Wilson在研究夏威夷—皇帝火山岛链的起源时，②普林斯顿大学的Morgan在Maruyama的理论中，热幔柱引起超大陆裂解，大洋形成; 冷幔柱导致超大陆聚合等。
日本学者丸山茂德( Maruyama) 认为“板块构造理论只能解释地球表层200km内的现象，而只有地幔柱构造才能说明星球各个层次的演化历史。
”矿床相关对全球主要赋含钒钛磁铁矿床的层状岩体和铜镍硫化物矿床的镁铁—超镁铁质岩体的统计表明，地幔柱成因的大火成岩省是形成岩浆铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿床的主要场所！卡林型金矿矿集区、与基性超基性岩有关Cu-Ni-PGE硫化物矿床(以Naldrett为首的研究组在31届国际地质大会上对近年来取得重大突破的Voisey'Bay Ni-Cu-Co-PGE矿床与地幔柱的关系进行了系统介绍)、条带状铁建造等方面取得了显著进展1998年以来,开始对地幔柱的成矿问题进行新的研究。
2025年高考地理一轮复习24第四章第二节塑造地表形态的力量
3.判断三大类岩石和岩浆，大致可以用进出箭头的多少来区分
(1)岩浆：三进一出。
(2)岩浆岩：一进三出。
(3)变质岩和沉积岩：二进二出。
注：沉积物指向的一定是沉积岩，沉积岩一般含有化石并具有层理构造。
课时质量评价(十七)
一、选择题
岩层和地质构造是地壳运动的证据。如果两组岩层之间出现沉积间断或地层缺失，则称为地层不连续。读某山地的地质剖面示意图(页岩颗粒小于砾岩)，完成1～2题。
1.该地一定经历了()
A.一次断层活动B.多次地壳升降
C.海侵海退现象D.明显变质作用
2.从页岩到砾岩的物质积累期，自然环境变迁情况最可能是()
如图所示的我国祁连山西段某山间盆地边缘，山坡、冲积扇和冲积平原的植被均为草原，其中冲积平原草原茂盛。山坡表面多覆盖有沙和粉沙物质。附近气象站(海拔3 367米)监测的年平均气温为－2.6℃，年降水量约291毫米，集中在夏季，冬春季多风。
(1)说明冲积扇和山坡堆积物中砾石的差异及其原因。
(2)分析分布在山坡表面的沙和粉沙的空间迁移过程。
第二节 塑造地表形态的力量
一、内力作用
1.能量来源：主要是来自地球内部的热能。
2.表现形式
表现形式
对地表形态的影响
地壳运动
大陆漂移、地面抬升和沉降、地震等
岩浆活动
岩浆只有喷出地表才能直接影响地表形态
变质作用
不能直接塑造地表形态
3.结果：内力作用奠定了地表形态的基本格局，总的趋势是使地表变得高低不平。
③
岩浆岩、沉积岩和已生成的变质岩
变质作用(高温高压)
《地幔柱构造学说》PPT课件
2 冷地幔柱构造体系
冷地幔柱构造体系主要包括显生宙硅铝壳— 洋壳造山构造系统和前寒武纪硅铝壳造山构造 系统，前者又包括硅铝壳／洋壳碰撞造山构造 亚系统和洋壳俯冲岛弧构造亚系统。
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三 地幔柱构造的多级演化
在空间上，地幔柱构造可分为三个层次： ①近地表的表皮板块构造； ②中间的地幔喷流柱； ③深部的地核生长构造。
⑵板块构造主要讨论板块的水平运动，而 地幔柱构造假说则主要讨论地幔内部的垂直 运动；
28
⑶板块构造学说对发生在板块边界的现 象能作出很好的解释，对远离板块边界的 现象，如大洋火山链和大陆溢流玄武岩， 则不能很好解释，而地幔柱构造假说则能 对它们作出很好的解释。
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⑷在俯冲带未发育时，板块构造受上升 地幔柱构造控制，如大西洋就是由中央泛 大陆超地幔柱链的上涌而张裂的，大西洋 内的板块驱动力可能是核—幔边界成因的 地幔柱；
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。
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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。
“蘑菇”状顶冠到达地表形成的。大型火 成
岩省的特点是成分上以基性岩为主，体积
巨大，出露面积多数大于1×l06 km2，且主
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）。
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3．地幔柱的运动特征
（3）地幔对流对地幔柱运动的影响
一个新生的热幔柱从D”层启动后,上升至地表 要穿过整个地幔对流层，因而一些学者认为地 幔水平对流会改变热幔柱的直立形态，使其发 生弯曲倾斜，他们认为大洋中许多孤立火山岛 屿是热幔柱受地幔对流作用弯曲变形的结果。 但近年来许多研究证据表明，地幔并非分层对 流而是整体对流，对流速度很慢，尤其是下地 幔基本上是无应力条件下的对流，因此，多数 学者认为地幔对流对热幔柱不会有明显影响， 所以热幔柱这种固定属性使其成为测量全球板 块运动的最佳坐标系。
四、地幔柱构造与板块构造关系
丸山茂德（1994）指出，板块构造与地幔柱 之间的关系如下：联合古陆中部链状地幔喷流的 上涌，使大西洋张开，D”层成因的超级地幔柱在 大西洋中脊之下呈链状排列，说明中脊被下面链 状地幔喷流柱固定住，但多少出现了小范围的水 平位移，如此，大西洋中的板块驱动力可能是核 幔边界形成的地幔柱，即板块构造受到地幔柱构 造的控制。在俯冲带位于北面（爪哇海沟）的印 度洋和两侧都有俯冲带的太平洋，中脊与超级地 幔柱无关。这意味着在俯冲带发育时，板块构造 与地幔柱无关，与这种变化相对应，板块运动发 生了明显变化，印度洋和太平洋中板块运动速度 比大西洋快5倍。
地幔柱的概念
地球深部核幔边界附近的高温低粘度层（D” 层）可以产生柱状上升的热物质体。热物质体 在经过地幔达到冷的岩石圈时，顶部常呈喇叭 形张开，形成一个具有球状顶冠和狭窄尾柱的 热物质体构造—热幔柱构造。热幔柱巨大的球 状顶冠在上升过程中可以引起地壳上隆和大规 模溢流玄武岩火山作用（形成大陆或大洋溢流 玄武岩），并且可以造成区域变质作用，地壳 熔融作用及不同规模地壳伸展。随上覆板块运 动，热幔柱狭窄的尾柱会产生一系列热点火山 链。
第四章 地幔柱构造
一、地幔柱概念的由来 二、地幔柱的基本特征 三、地幔柱研究的地质意义 四、地幔柱构造与板块构造关系 五、冷幔柱和超级地幔柱的研究
三、地幔柱研究的地质意义
1．大陆溢流玄武岩成因 2．太古宙科马提岩成因 3．地磁极性变化 4．生物群体绝灭的原因 5．全球气候变化和海平面上升
1．大陆溢流玄武岩成因
②热幔柱的化学成分特征表明它主要来源于富集型地 幔（即下地幔）；
研究表明，如果D”层受到某种热扰动，其物 质的粘度会降低，流动性增强，在热梯度的驱动 下，所有受扰动作用的高温低粘度物质会向热边 界层最低处汇聚，并在那里形成地幔柱。
近年来研究结果表明，热幔柱上升速率是非 常慢的，认为一个典型的热幔柱从D”层到达地表 （或近地表）大约需要100Ma，其相对移动速度 一般低于1cm/a，大规模的溢流玄武岩是热幔柱经 过长期积累和捕虏周围地幔所形成的巨大球状顶 冠减压熔融喷发产物，在通道打通之前，热幔柱 不可能快速上升，因为上升过程和喷发过程都会 导致热量的大量散失，从而减少地幔柱的活动能 力。
一、地幔柱概念的由来
全球板块构造理论的创始人之一 Morgan （证明地球表面存在绕极旋转运动）于1971年首 次提出热幔柱的概念。他认为Wilson所指的 固定热地幔区实际上是一个产生于地幔底部 附近的热幔柱，热点火山链则是长期活动的 热幔柱熔融物质在上覆运动板块上留下的轨 迹。他根据全球热点分布数量推测地幔中大 约存在20多个热幔柱，现在一般认为（王登 红，1998）全球共有至少45个热点，其中大 陆14个，大洋中30多个（51个？）。
地幔柱强烈活动所引起的全球气候变暖的一个结果 是海平面明显上升，故Larson（1991）认为，K中期海 平面明显上升是同期全球超级热幔柱活动的间接效应。
大陆溢流玄武岩的成因一直是个迷，它无法从板块 理论中获得圆满解释。热幔柱概念的提出者之一 Morgan（1971，1972），一开始就注意到全球范围内 多数大陆溢流玄武岩区附近都有与之对应的热点构造。 eg.印度Deccan（德干）玄武岩与Reunion（留尼旺）热 点Columbia River玄武岩与yellow stone热点。显然这些 大陆玄武岩和热点火山岩链都是热幔柱作用地表的结果。 一般认为，大陆溢流玄武岩是热幔柱巨大球状顶冠上升 地表发生减压熔融的产物，而热点火山链则是热幔柱长 期活动结果。
课堂讨论
讨论题目：地幔柱假说的主要内容及其地质意义 。 主要内容：
1．地幔柱概念的由来与沿革 2．地幔柱的基本特征 3．地幔柱研究的地质意义 4．地幔柱构造与板块构造关系
第四章 地幔柱构造
第四章 地幔柱构造
一、地幔柱概念的由来 二、地幔柱的基本特征 三、地幔柱研究的地质意义 四、地幔柱构造与板块构造关系 五、冷幔柱和超级地幔柱的研究
3、地磁极性变化
Larson（1991）详细地研究了大洋火 山台地，海山链和大陆溢流玄武岩的体积， 产生速率和形成时间与地磁极性变化时间 之间的关系，研究结果表明地磁极性正向 频率与热幔柱活动强度呈正相关。这种关 系在白垩纪最明显，全球许多大陆溢流玄 武岩形成于K，而这一时期（125-80Ma） 正磁极性超期，由于核幔边界热迁移，热 幔柱会扰乱地核的热状态，影响地磁发动 机运转，通过迄今尚不清楚的某种作用使 地磁发动机从反向磁极转为正向磁极。
地球内部的圈层划分
地壳
A层
上
地
B层
地
幔 C层
幔 下地幔 D层
地 外 E层
核 F层 核
内核 G层
40km( 莫霍面) B’ 下界为150 km B” 低速层，下界为250 km B’” 下界为400 km
400km
670km D’ D”
2900km(古登堡面)
为D层底部200 km速度梯度接近0
横波波速为0，液态 4170km
但Loper与Mccartrey（1986，1990）认为，T、K生 物绝灭应从地球内部去考虑原因，认为巨大的外来星体 的撞击最多波击上地幔，而T、K大量溢流玄武岩具有富 集型下地幔地球化学特征，因此，这些大陆玄武岩肯定 为热幔柱成因。Larson（1991）认为白垩纪全球存在着 一个超级热幔柱，超级热幔柱的强烈活动造成玄武岩火 山作用的广泛发育，使全球气候剧变，导致大量生物绝 灭。杨遵义、殷鸿福等对中国P-T界线事件研究，认为火 山活动是造成P-T生物绝灭的重要原因。
一、地幔柱概念的由来
1963年，加拿大Wilson首次注意到太平洋 夏威夷—天皇火山岛链玄武岩喷出年龄的变化 规律，提出了热点假说用来解释其成因，但该 论文被《地球物理研究杂志》拒绝发表，而后 发表在《加拿大物理学杂志》，他认为这些火 山岛链是太平洋板块移过一个产生大量岩浆的 固定热地幔区形成的。他将这个固定热地幔区 称为热点构造。到70年代初，wilson的热点构 造才得到多数地质学家和地球物理学家的承认， 而地幔柱概念正是在Wilson的热点构造研究基 础上提出来的。
微弱横波，为稍具刚性的核内过渡层 5100km(莱曼面)
固态层
@
夏威夷火山链
.
板 块 运动
热 点 固定10
@
@
第四章 地幔柱构造
一、地幔柱概念的由来 二、地幔柱的基本特征 三、地幔柱研究的地质意义 四、地幔柱构造与板块构造关系 五、冷幔柱和超级地幔柱的研究
二、地幔柱的基本特征
1. 形态特征： 2．化学成分特征： 3．运动特征：
4、生物群体绝灭原因
大量生物在T、K突然绝灭的原因一直是地学界和生 物学界争论的重要问题。目前最流行的解释是外来星体 撞 击 结 果 ， 最 近 Rampino 与 Stother （ 1988 ） 统 计 了 250Ma以来大陆溢流玄武岩火山作用与群体生物绝灭之 间的关系，结果发现二者有着惊人的对应关系。这样， 外来星体撞击学说者认为，是外来星体撞击导致地幔大 量熔融和火山作用发生，使全球干化和生物灭绝。
如果确实是这样，在每一大陆溢流玄武岩—热点构 造组合中，大陆溢流玄武岩喷发时间应该早于对应的热 点火山岩，被K-Ar 和 40Ar/39Ar 年龄测定结果证实。
地幔柱
2．太古宙科马提岩成因
产在太古宙绿岩带的科马提岩长期以来一直认为是与 之伴生产出的拉斑玄武岩的早期堆积产物。一些学者根 据绿岩带中产出的高Mg科马提岩推测的太古宙地幔温度 至少高出当今地幔温度200-3000C 。但近年来的研究表明， 太古宙地幔温度与当今地幔并无大的差异，科马提岩也 不可能是玄武岩浆早期堆积物。因为：
二、地幔柱的基本特征
1. 形态特征 2．化学成分特征地幔柱的脉冲运动特征 （3）地幔对流对地幔柱运动的影响
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 87Sr/86Sr 和 较 高 143Nd/144Nd。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）。
有人认为在上升过程中，热幔柱头部化学成 分是不断变化的，是有源区成分和捕获的地幔成 分复合的特征，而热幔柱狭窄尾部在上升过程中 近于基本上不捕获周围地幔物质，因而其化学成 分变化主要反映源区化学成分。
二、地幔柱的基本特征
1. 形态特征： 2．化学成分特征： 3．运动特征：
（1）地幔柱的启动和上升 （2）地幔柱的脉冲运动特征 （3）地幔对流对地幔柱运动的影响
3．地幔柱的运动特征
（2）热幔柱的脉冲运动特征
Scott（1986）用一个细管将稀溶液从盛 满蜂蜜容器的底部注入，在液柱中产生了单 波，当注射速度加快时，液柱中单波由线形 变为非线性，据此Scott等（1986）认为热幔 柱是以单波脉冲形式向上运动，这种认识被 后 期 许 多 研 究 者 所 证 实 、 承 认 。 Larson （1991）认为热幔柱的单波脉冲运动特征是 导致地磁极周期反转，气候和海平面周期变 化的一个重要原因。
（1）所有的科马提岩 MgO>18%，而太古宙玄武岩 MgO<14%，两者存在间断；