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。如长达6，000多公里的东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现。
2.板块的移动
随着软流层的运动，各个板块也会发生相应的水平运动，大板块每年可以移动1-6厘米的距离。这个速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化：当两个板块逐渐分离时，在分离处即可出现新的凹地和海洋；大西洋和东非大裂谷就是在两块大板块发生分离时形成的。当两个大板块相互靠拢并发生碰撞时，就会在碰撞合拢的地方挤压
出高大险峻的山脉。位于我国西南边疆的喜马拉雅山，就是三千多万年前由南面的印度板块和北面的亚欧板块发生碰撞挤压而形成的。有时还会出现另一种情况：当两个坚硬的板块发生碰撞时，接触部分的岩层还没来得及发生弯曲变形，其中有一个板块已经深深地插入另一个板块的底部。由于碰撞的力量很大，插入部位很深，以至把原来板块上的老岩层一直带到高温地幔中，最后被熔化了。而在板块向地壳深处插入的部位，即形成了很深的海沟。西太平洋海底的一些大海沟就是这样形成的。
根据板块学说，大洋也有生有灭，它可以从无到有，从小到大；也可以从大到小，从小到无。大洋的发展可分为胚胎期（如东非大裂谷）、幼年期（如红海和亚丁湾）、成年期（如目前的大西洋）、衰退期（如太平洋）与终了期（如地中海）。大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的。在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。到三叠纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代，由于印度以北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，造成宏大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到现在的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到现在的位置。于是海陆的基本轮廓发展成现在的规模。
3.地幔柱的概念
Morgan首次提出了“地幔柱”的明确定义：地幔柱是地球深部来源物质，由于放射性元素的分裂、热能的释放而炽热上升的圆筒状物质流。地幔柱以火山作用、高热流和上隆为标志。主要特征为：①上隆并伴随着火山作用产生碱性玄武岩、流纹岩及深海拉斑玄武岩，它们具独特的地球化学特征；②重力大；③高热；④地幔柱可出露于大洋或大陆，呈一维有时是二维无震脊由热点处向外延伸（Wlison，1973）。
热能在地核的集中是液核热对流和地幔柱活动的原因；旋转动能在地核的集中可通过圈层角动量交换转化为热能，它是地核周期性热膨胀的原因。地核周期性热膨胀使地壳地幔胀裂，形成全球性的大洋和大陆裂解时间，为地幔柱的上涌打开了通道。地幔柱起源于核幔边界的热积累和角动量的交换。
4.地幔柱的起源
地幔柱的起源于地球内部的热界面层，与热界面层间的热扰动有密切关系。地震波研究表明，地球内部有两个热界面层，一个是位于670km处的上下地幔不连续面（ULMB）；另一个是2900km处的核-幔不连续界面（CMB）附近的D层。而许多证据可以证明地幔柱起源于D层。①理论计算表明，地幔柱释放出的热量仅占整个地球放热的10%左右，这个范围与地核释放出的热量比例相吻合。②理论模拟表明，在所许可的上升速度范围内，从上、下地幔之间热界面启动的地幔柱穿过上地幔最多只能形成直径为300km的球形顶冠，而实际上许多地幔柱的球状顶冠直径超过1000~2000km，这只能用起源于核-幔热界面层解释。③地幔柱位置相对固定难以用地幔柱起源于上下地幔界面层解释，但这与地幔柱起源于核-幔界面相吻合。
5.地幔柱的构造
从深部上升的地幔柱可以分为两部分，大而宽的头部及窄而小的尾部，这是因为地幔柱低粘度及低密度的物质流上升时受高粘度的地幔物质阻碍的缘故。地幔柱不仅是热流而且也是化学流，上升使得热传递会使小部分周围地幔温度升高、密度变小，随地幔柱一起上升，地幔柱头部会因不断包裹这种周围地幔物质而增大，若按地幔柱起源于D层计算，到达岩石圈顶部时，地幔柱直径可在1000km；地幔柱尾部在上升时一般近于垂直，其包裹上覆地幔物质的量很小，它的温度及成分均接近于地幔柱源区。
地幔中的水平剪切力可使幔柱变得倾斜，板块运动也可使地幔柱的运动轨迹发生变化，如果地幔柱倾斜程度大于60度，地幔柱将变得不连续，
不过地幔柱中的包裹物可以影响这一过程的进行。垂直的地幔柱具分层结构，向上运动的物质流优先集中于通道内部温度最高和粘度最低的区域，造成地幔柱中温度和粘度的分层；倾斜地幔柱由于内部对流的原因，温度、粘度趋向于均一。
地幔柱头部在到达岩石圈时就变得扁平，由于地幔柱内部的温度超过橄榄岩固相线的温度，会产生大量的玄武岩浆。Morgan认为大陆溢流玄武岩正是地幔柱最初热扰动事件的产物，但它也可能是长期活动地幔柱头部上方大陆裂谷作用的产物。Richard认为大陆溢流玄武岩是地幔柱头部物质部分熔融的产物，大洋岛玄武岩是地幔柱尾部部分熔融的产物。这种论断得到了同位素年代学和地球化学的验证。裂谷作用并不一定伴随大陆溢流玄武岩的喷发，大陆溢流玄武岩也不一定是岩石圈伸张的前奏，它与大洋岛玄武岩均是地幔柱活动的一种变现方式。
6.板块构造与地幔柱构造的关系
近年来，随着地球深部地质和宇宙地质研究的额不断深入，人们逐渐认识到板块构造所能支配的领域的局限性。多数学者认为，板块构造支配的领域仅限于地球便曾的刚性岩石圈，而在板块的下方，绝大部分领域受地幔柱所支配。地幔柱构造和板块构造是地幔内部两种不同形式物质对流的反映，板块构造受地幔内部物质球状对流所支配，而地幔柱构造是受穿过整个地幔柱的四分之三以上范围。因此，与板块构造相比，地幔柱构造在地球形成和演化过程中具有更广泛的支配领域和更重要的地质意义。
然而，丸山茂德等等一些日本学者根据P波层析成像技术所得到全地幔内部结构和对板块下插历史追踪的研究结果，认为地幔柱与板块并非相互独立，二者构成一个统一的构造体系----全球构造体系。在它们的全球构造体系中，地幔柱的上升、板块的水平运动和板块下插运动并不是各自独立的，而是在一个构造体系中做相互约束的运动。P波层成像显示，下插板块一直可沉降至670km深处并
在那里发生转变。由于670km处的相转变反应具有负的梯度，下插板块将滞留在这个界面上。但由于相转变的生成物粘性显著减小，滞留板块被软化，流动变得不能再保持刚性状态，于是当板块的滞留量超过某一限度时，就会发生塌落。当滞留板块下落到地幔时，为了补偿其下落部分，必然会从下部地幔产生向上运动的热的地幔柱。因此，从全局上看，滞留板块的下落和地幔柱的上升必然是成对现象。下落的滞留板块成为“冷幔柱”,上升的地幔物质称为“热幔柱”。地幔全局性物质对流主要是有这种向下运动的冷幔柱和向上的热幔柱所支配。
结论：
（1）板块构造学说和地幔柱假说作为解释地球运动的两大构造动力学模式，有各自的理论依据，解决了众多的地学问题，但也存在不足和局限性。
（2）地幔柱还没有明确的概念，一些原被认为是典型地幔柱成因的地学现象，已有其他成因的解释模式。
（3）板块构造学说和地幔柱并非相互矛盾，在许多方面可以互为补充、共存，不能因为其存在缺陷而全面否定，应该不断地完善和发展。
参考文献：
[1]汉水、《海陆的变迁》、《万象奥秘》、2008.12、62—64
[2]上田诚也、《大陆漂移、海底扩张和板块/地幔柱构造》、《世界地震译丛》、2006、第6期、54—73
[3]王少怀、《地幔柱假说及地质意义》、《地质找矿论丛》、2005、第20卷、1—6
[4]赵国春、吴福元、《地幔柱来源于何处》、《地球物理学进展》、1995、第10卷、第1期、125—128
[5]高明、陈亮、孙勇、《论地幔柱构造与板块构造的矛盾性和相容性》、《西北大学学报》、2000、第30卷、第6期、514—517
[6]张丽芬、张树明、Brewer·T·S、《地球运动的动力学模式：从板块构造到地幔柱》、《大地构造与成矿学》、2005、第29卷、第4期、551—553
[7]Park J、Levin V、《Seismic anisotropy: tracing plate dynamics in the mantle》、《Science》、2002
[8]Manga M、Shaken、《Not stirred》、《Nature》、2001、410:1041—1043
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。高温可能是造成地幔柱中低速物质的主要原因。
第25卷 2009年 第4期7月铀 矿 地 质 Uranium Geology Vol.25J ul 1 No.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] 。总的看来,作 为幔柱构造理论的提出和建立还是近十几年的事情,它在地学界引起了高度重视,发展很快,涉及太古宙到新生代各地质历史时期的浅部表层地壳、深部地幔,甚至地核的整个地球的水平和垂向物质运动的动力学体系(侯增谦,2002)。“它是板块构造理论的进一步发展与延 伸,把浅部岩石圈板块运动和深部地幔的垂直运动综合为一个全球动力学体系……”(李红阳等,2002)。上述众多地学者的一致性认可和评论,预示着幔柱构造理论的生命力和划时代意义。地幔柱构造理论的动力学机制亦为拆离构造动力学机制的构想“地球膨缩、热能聚散、重力分异、地幔蠕动、多因聚焦、涌动交替的
板块构造学说和地幔柱假说之漫谈 摘要：板块构造学说和地幔柱假说是当今解释地球构造的两大理论。本文介绍两大学说的产生、主要内容、成功与不足，并对二者进行比较。二者在许多方面可以互为补充、共存，共同构成了全球构造体系。 关键词：板块构造；地幔柱；全球构造体系。 1.板块构造学说 1915年魏格纳在《大陆与大洋的起源》一书中提出了大陆漂移的概念；20世纪六十年代初，美国地震地质学家迪茨提出了"海底扩张" 的概念；1968年，在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上，法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出板块构造学说。 图1 世界板块分布图 勒皮雄等人认为大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的，并将全球地壳分为六大板块，太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极洲板块（图1）。六大板块中除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。到三迭纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，形成巨大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到的位置。于是海陆的基本轮廓形成。 板块构造学说成功解释了许多地理现象，使它成为近代最盛行的全球构造理论。如红海面积的变化（亚欧板块与非洲板块张裂，红海面积扩大）；喜马拉雅山的形成（亚欧板块与印度板块相撞，喜马拉雅山脉高高隆起）；日本群岛的形成（太平洋板块与亚欧板块相撞）；
名词解释： 右列：垂直节理走向观察时远处节理向右侧错列，或在右端重叠 地质构造：是指组成地壳的岩层或岩体在内外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱节理断层劈理以及其他各种面状和线状构造等 构造尺度：对地质构造的观察研究可以按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度，一般把构造尺度划分为巨型大型中型小型微型以及超微型等级别原生构造：沉积岩在沉积和成岩作用过程中没有产生构造变动的构造特点 岩层：由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体 沉积岩层：由沉积作用形成的岩层 岩层产状：指在产出地点的岩层面在三维空间的方位其主要包括岩层的走向倾向和倾角 断层：是岩层或岩体顺破裂面发生明显唯一的构造 断层线：是指断层面与断层线的交线 整合接触：上下底层与沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，他们是连续沉积形成的， 不整合接触:上下地层间的层序有了间断，先后沉积的地层间缺失了一部分地层。 平行不整合：一下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层间缺失了一些时代的地层的不整合接触。 角度不整合；上下两套地层之间既缺失部分地层，且产状不同的接解关系。 应力：在应力均匀分布的情况下作用于单位面积上的内力。变形：物体受到力的作用后其内部各点间相互位置发生改变称力变形。主要有拉申，挤压，弯曲，扭转 均匀变形：岩石的各个部分的变形性质方向和大小都相同的变形。 非均匀变形：岩石的各点变形方大小和性质都变化的变形 构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的瞬时的应力状态剪裂角：最大主应力轴方向与剪工破裂面之间的夹角共轭剪切破裂角：当岩石发生 剪切破裂时，包含最大主应力 轴象限的共轭剪切破裂面之间 的夹角 褶皱：地壳中岩石岩体在受内 动力地质作用后发生弯曲变形 而成的一种构造 同沉积褶皱：一些在岩层沉积 同时而逐渐形成的褶皱 纵弯褶皱作用：岩层受到顺层 挤压的作用而发生的褶皱 横弯褶皱作用:岩层爱到与层 面垂直的外力作用而发生的褶 皱. 节理：有明显破裂面而无位移 的断层。 断层：有明显破裂面，岩体发 生明显位移的断层。 节理组：指在一次构造作用的 统一应力场中形成的，产状基 本一致和力学性质相同的一群 节理。 节理系：在一次构造作用的统 一构造应力场的作用下形成的 两个或两个以上节理组。 节理分期：就是将一定地区不 同时期形成的节理加以区分， 将同期节理组合在一起。 节理的配套：是将一定构造期 的统一应力场中形成的各组节 理组合成一定系列。 正断层：断层以的上盘沿断层 面相对下滑，下盘则相对上滑 而成的断层。 逆断层：上盘沿断层面相对上 滑，而下盘则相对下滑而成的 断层。 平移断层：平移断层两盘顺断 层面走向相对移动 水平岩层：岩层层面保持水平 状态即同一层面上各点海拔高 度基本相同的岩层 倾斜岩层：由于地壳运动，使 原始水平产状的岩层发生构造 变动而形成的倾斜岩层。 走向：岩层面与水平相交线的 线。 倾向：层面上与走向线垂直， 并沿斜面向下所引的直线。 倾角：岩层的倾斜线及其在水 平面上的投影线之间的夹角。 岩层厚度：岩层两平行界面间 的垂直距离。 弹性变形：岩石在外力作用下 发生变形，当外力解除后又完 全恢复到变形前的状态。 塑性变形：随外力增加，变形 增强，当应力超过岩石的弹性 极限后，即使再将应力解除， 变形的岩石孔雀能完全恢复其 原来的变形。 标志层：指层位稳定，分布广 泛，在岩石成分和结构或所含 化石方面具有明显的特征，且 厚度不太大的而稳定的岩层。 层理：是沉积岩中最常见的一 种原生构造，是通过岩石成分， 结构，和颜色在剖面上的突变 或渐变所显现出来的一种成层 构造，按其形态分为平行，波 状，斜层理。 倾伏角：指在直立面上量得该 构造与它的水平投影线间的夹 角。 侧伏角：在线状构造所在的构 造面上量得的该构造与构造面 的走向线之间的锐夹角。 底辟构造：地下高韧性岩体如 岩盐，石膏，粘土或煤层等， 在构造力作用下，或者由于岩 石物质间密度的差异所引起的 浮力作用下，向上运动并挤入 上覆岩层之中而形成的一种构 造。 盐丘：由于盐岩和石膏向上流 动并挤入围岩，使上覆岩层发 生拱曲隆起而形成的一种构 造。 窟窿：岩层自褶皱的脊向四周 作放射状倾斜的背斜。 构造盆地：岩层从四周中向中 心的槽部倾斜的向斜。 复背斜和复向斜：由许多级褶 皱所组成的巨大背斜和巨大向 斜，各次级褶皱与总体88褶皱 有一定几何关系，典型复背斜 和复向斜的次级褶皱轴面常向 该复背斜和复向斜的核部收 敛。 压扁作用：岩层在顺层挤压作 用下，总要引起平行于主压应 力方向的缩短和垂直于主压应 力方向的伸长。 隔档式褶皱：由一系列平行的 向斜或背斜组成，背斜为窄而 紧闭，形态完整清楚，呈线状 延伸；而两背斜间的向斜邮电 业开阔平缓。（反之则为隔槽式 褶皱） 弯滑作用：一系列岩层通过层 间滑动而弯曲成褶皱作用。 弯流作用：纵弯褶皱作用使岩 层弯曲变形时，不仅发生层间 滑动，而且某些岩层内部还出 现物质流动现象。 主节理：规模明显大于该地区 节理平均规模的节理。 断层面：一个将岩块或或岩层 断开成两部分，断开岩块或岩 层，顺着它滑动的破裂面。 滑距：指断层两盘实际位移距 离，是根据错动前一点，错动 后分成两对应点间实际距离。 走向滑距：总滑距在断层面上 走向线上分量。 水平滑距：总滑距在水平面上 的投影长度。 断距：被错断岩层在两盘上的 对应层之间的相对距离。 地层断距：断层两盘上对应层 间垂直距离。 铅直断距：断层以两盘上对应 层之间的铅直距离。 水平地层断距：断层两盘上对 应层之间的水平距离。 擦痕：擦痕是两盘岩石以及被 磨碎的岩屑和岩粉在断层面上 刻划的结果，也可以出现在两 盘错动时定向生长的纤维状矿 物中。 阶步：在断层滑动面上常有与 擦痕呈直交的微细陡坎，这种 微细陡坎称为阶步 构造窗：当逆冲断层和推覆构 造发育地区遭受强烈侵蚀切割 将部分外来岩块肃掉而露出下 伏原地岩声时，表现为在一片 外来岩块中片出一小片岩块 时，表现为在一片外来岩块中 片出一小片由断层圈闭的较年 青地层 飞来峰：如果剥蚀强烈，外来 岩块被大片剥蚀，只在大片剥 露出来的原地岩块上残留小片 孤零零的外来岩块。 叠瓦式逆冲：是逆冲断层中是 主要最常见的组合形式一系列 产状相近的逆冲断层，其上盘 层次向上逆冲剖面上呈叠瓦式 对冲式断层：由两条相反倾斜， 相对逆冲的逆冲断层组成 背冲式逆冲：由两条或两组相 倾斜的逆冲断层组成表现为一 个中心分别向两个方向逆冲， 一般自背斜顶部向外撒开逆冲 楔冲式逆冲：一般与基底大断 裂有关是在基度断裂活动中基 底老岩系被推挤上冲造成的 韧性断层：它是岩石在塑性状 态下剪切作用形成的强烈变形 带 地斩：有两条走向基本一致的 相向倾斜的正断层构成，两条 正断层之间有一个共同的下降
文章编号:100922722(2004)0820016204 地幔柱研究述评 周连成1,白伟明1,2,赵俐红3,陆 凯1 (1青岛海洋地质研究所,青岛266071;2中国海洋大学,青岛266003;3国家海洋局第二海洋研究所,杭州310012) 摘 要:地幔柱与热点既可见于板块内部,也可见于洋中脊和造山带等板块边界,既可见于现代更可见于古代,因而它可能影响到地表各处的成矿作用。简单介绍了地幔柱特征、类型及其在富钴结壳成矿作用中的地位。 关键词:地幔柱;热点;成矿作用 中图分类号:P736.14 文献标识码:A 1 地幔柱构造理论的提出 J W Wilson于1963年第1个大胆地提出,海洋岩石圈在一个能产生大量岩浆的较热的固定不动的地幔区域上的水平运动可能形成诸如夏威夷—皇帝岛链的猜想,而且根据岛链形状和相应的化石年龄资料,得到了一套用以说明由岛链表现出来的值得注意的迁移形式的机制[1]。现在看来,他提出的这套机制与板块构造模式是一致的。他认为,形成火山的岩浆来自上地幔中相对固定的岩浆源———热点。由于岩浆源处于地壳板块之下,而板块在不停地作横向运动,致使已形成的活火山最终离开热点,并且活动停止。这一过程最终便形成了一个沿着海底扩张方向离开热点的死火山链,因而火山链的年龄也逐渐变老。这一热点概念的提出基本与板块构造理论的提出同期。20世纪70年代初,Wilson(1973)又提出热点是从地幔上升的地幔热柱在地表的反映,它主要以火山作用、高热流和上隆为标志[2]。 1972年Morgan把Wilson的这套模式扩大到了包括太平洋其他走向的岛链,认为海山物质的部分熔融需要大量岩石,并提出熔融点 收稿日期:2004204213 作者简介:周连成(1975—),男,研究实习员,从事海洋地球物探研究工作。既提供了母岩物质,也提供了热。他提出热点火山活动所需的岩浆物质来自地球深部,是由于放射性元素分裂、释放热能,从重力高处的火山底下上升出来的,明确提出了地幔柱的概念[3]。 但在板块学说一统天下的年代里,人们对于地幔柱的认识非常有限,热点只是作为研究板块运动速度与方向的一个参考点而已,而地球的表层构造因相对易于研究使得板块构造理论得以迅速发展。随着研究程度的不断深入和新资料的积累,人们认识到板块构造理论虽能有效的解释为什么地震与火山大部分集中在非常狭窄的地带,也能说明为什么有些地震较浅而有些地震较深,并能很好地解释那些位于板块边界的大部分火山的形成和分布,但是对于板块内部的动力过程则显得无能为力,也没法解释大量位于板块内部和大洋中脊处的海山,诸如海洋火山(热点)和大陆大片玄武岩的成因等等[4]。 20世纪80年代末,Griffiths(1986,1990)等[5,6]从组分差异驱动的地幔柱模拟实验的结果中发现,这套实验大大限制了地幔柱在地球动力学中的应用,因而提出了热浮力驱动实验,该模拟实验基本上模拟了地幔柱的本质特征(热驱动和大黏度对比),由此提出的动态地幔柱模式理论将地幔柱的研究推向了一个新的台阶[7]。从早期侧重于寻找和识别地幔柱的研 ISSN100922722 Marine G eology Letters 海洋地质动态 2004,20(8)∶16—19
本文由国家重点基础发展规划973项目(编号:G1999043203课题)、国土资源部百名优秀青年科技人才计划项目、地质调查项目(工作内容 编号200310200002)和国家科技攻关项目资助。改回日期:200422220;责任编辑:宫月萱。 第一作者:王登红,男,1967年生,研究员,博士,主要从事成矿学、地幔柱及相关研究。 地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义 王登红 李建康 刘 峰 陈振宇 中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037 摘 要 本文在简要回顾地幔柱研究历史的基础上,针对近年来研究中提出的一些科学问题进行初步的探讨,提出了识别古老地幔柱的地质2环境2地球化学综合判别原则,提出了存在地幔柱的第3种类型,而埃达克岩很可能是第3类地幔柱的典型产物之一,指出了地幔柱对于成矿作用影响的双重性,也指出了地幔柱研究将对成矿学研究产生深刻的影响及其对于地质找矿的意义。中国西南部地区以二叠纪峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔柱最终喷发于海陆过渡相环境,具有与俄罗斯西伯利亚地幔柱类似的成矿条件和含矿性,有着良好的找矿前景。关键词 地幔柱 判别原则 埃达克岩 成矿作用 峨眉地幔柱 Some Problems R elated to Mantle Plume and Their Signif icance in Ore Prospecting WAN G Denghong L I Jiankang L IU Feng CHEN Zhenyu Instit ute of Mi neral Resources ,CA GS ,Beiji ng ,100037 Abstract Following a review on the history of mantle plume research and a discussion on some problems related to mantle plume ,this paper puts forward a comprehensive geological 2environmental 2geochemical principle for discrimination ofancient mantle plume.It is also pointed out that geological evidence is more important than geochemical evidence ,especially for the plumes located in a com 2plexsetting of slab subduction.The plumes located beneath the subduction area of aplate can have other features besides those of the plumes located beneath the continental crust or ocean crust.They are characterized by some special geological records like adakites ,because they have been affected by different materialand energy sources from both continental and oceanic crusts.Mantle plume can play an important role in large 2scale mineralization ,but can also destroy ancientdeposits formed before the eruption of flood basalts.The Emei mantle plume ,which erupted in a transitional environment with marine in the west and continentin theeast ,has features similar to those of the Siberian plume ,suggesting a good potential in search for mineral deposits.K ey w ords mantle plume discrimination principle adakite mineralization Emei plume 近年来国内外对于地幔柱的研究日新月异,新 的资料不断积累,新的看法不断提出,新的问题也不断涌现。比如,在板块构造研究过程中总结出来的类似于Pearce 图解这些被广泛采用的地球化学图解是否适用于对地幔柱的研究?地幔柱产出于什么样的环境,如何去识别?峨眉山玄武岩分布区是否可以找到诺里尔斯克这样的铜镍铂族元素矿床?本文将通过对这些相关问题的探讨,提出一些初步看法。 1 历史的回顾 自从1963年Wilson 对夏威夷群岛的成因进行 探索以来,关于热点和地幔柱的研究已经积累了众 多的资料,国内在邓晋福(1992)之前尚未见到专门的论文,但在李春昱(1986)主编的《板块构造基本问题》和王润民(1988)主编的《内生成矿作用———成矿区及矿床系列》等文献中进行过详细的介绍,如王润民教授提出热点深熔作用可以产生两类矿床系列,即大陆边缘海系列(岩浆、伟晶岩和热液矿床)和大陆2大陆裂谷矿床系列(金刚石、碳酸岩、富碱基性杂岩Cr 2Ni 2P GE 及层状2脉状Cu 2Pb 2Zn 等)。 在地幔柱的研究历史中,20世纪60～70年代是地幔柱的萌芽时期,70～80年代是板块构造的全盛时期(对于地幔柱本身的关注不多),热点只是作 2004年10月 25卷5期:4892494 地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TICA SIN ICA Oct.2004 25(5) :4892494
地球科学大辞典板块构造学说板块构造学说 总论 【全球板块构造】global plate tectonics现代板块边界主要是根据全球地震活动带和各种地质、地球物理资料划分的，因为构造地震意味着两侧地质体发生相互错移。沿全球洋中脊分布的张性浅源地震带反映了两侧板块在背向运动；沿大陆边缘分布的倾斜地震带(贝尼奥夫带)代表两侧板块相向汇聚。由此得出全球板块分布(如图)。新洋壳现在正沿大西洋等大洋中 脊产生。红海就是印度洋中脊伸入非洲板块、使后者裂离而出现的新生洋盆。阿尔卑斯 喜 马拉雅山系是欧亚板块和非洲、印澳板块碰撞汇聚的地方。可以看出多数情况下洋、陆边缘与板块界线并不一致。 全球板块构造 (据D.P.McKenzie and F.Richter,1976) 箭头和数字示相邻板块运动的方向和速度，单位cm/a Ⅰ.阿拉伯板块；Ⅱ.欧亚板块；Ⅲ.可可斯板块；Ⅳ.北美板块；Ⅴ.加勒比板块；Ⅵ.南美板块；Ⅶ.纳兹卡板块；Ⅷ.南极洲板块；Ⅸ.太平洋板块；Ⅹ. 菲律宾海板块；Ⅺ.澳大利亚 印度板块；Ⅻ.非洲板块【岩石圈板块】lithosphere plate地 球岩石圈被一些构造活动带(如洋中脊、岛弧海沟系、转换断层)分割成若干个不连续的板状块体。每个板块的厚度50～150千米不等，面积大小也各不相同，故可按其直径大小划分为大、中、小板块。也有人以巨板块、板块、亚板块和微板块等区分之。最初由勒皮雄(Le Pichon，1968)将全球岩石圈划分出欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块等六个大板块。以后，这些全球性的板块又被进一步划分出许多次一级板块。例如美洲板块又被划分成南、北美洲两个板块等。从垂向剖面上看，岩石圈板块具有双层结构，下部由上地幔上部物质组成，其成分相当于橄榄岩；上部即为莫霍面以上的地壳。在空间上，板块的成分和厚度变化都很大。板块的形状与全球海陆分布的地理面貌之间通常并不一致，只有少数例外，如太平洋板块主要全由洋壳组成，没有陆壳分布。 【新全球构造】new global tectonics以前人们把大陆漂移说称为全球构造学说，因为它的研究对象涉及整个地球。后来出现的板块构造学说，其研究领域也遍及全球，但它的研究深度大大超过了前者，为了有所区别，人们将后者命名为新全球构造。 【板块运动】plate movement地壳沿大洋中脊产生，向海沟方向消减，它的运动可按欧拉定 理(Euler s theorem)：任一块体沿球面的运动可用绕一通过球心的轴的旋转来描绘。板块 沿地球表面的运动 (据Press, 1982)图中板块B正相对板块A向东移动，由箭头矢量指示的板块运动方向和错移洋中脊的转换断层方向一致,并代表旋转纬线。垂直这些纬线的法线的交点就是转动极的位置。从而一个板块的运动可以根据绕特定极的转动(角速度)确定。板块运动的线速度在转动极为零，90°处达最大值。按照20世纪70年代后期的测定,全球板块运动速度从2.0厘米/年(红海)到18.3厘米/年(南太平洋)不等。 【板块构造学说】plate tectonics hypothesi s见94页“板块构造学说”。 【地幔对流说】mantle convection hypothesis即对流说，指地球内部物质循环运动的一种方 式，是板块运动动力机制的一种假说。由霍姆斯(A Holmes，1928)和格里格斯(D Griggs,1939)提出。现认为它是导致板块运移的主要机制。岩石的不良热传导性和放射热积
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。 内生内成(如铜镍硫化物矿床、钒钛、磁铁矿床等典型岩浆矿床)、内生外成(如火山成因 块状硫化物铜矿、黑矿)、外生内成(如沉积变质矿床,斑岩铜矿可能也属此类)、外生外成(如典型沉积矿床)等丰富多彩的成矿现象 幔枝构造理论与找矿实践（牛树根） 陈光远等（1989）像玲珑金矿这样的产于花岗岩破碎带中的石英脉型金矿, 深源成矿物质和老地层成矿物质均有重要贡献 徐永昌等(1994)研究发现, 胜利油田天然气中氦同位素的3He/4He 比值29 个样平均为1 .58 ×10-6 , 表明有相当一部分氦来自于地幔。 众所周知，要形成大规模成矿作用的条件与形成超大型矿床类似，必需满足三个必要条件：较短时间内有足够多的成矿物质来源、高效率成矿流体和庞大的聚矿场。首先，地幔柱活动与矿源关系表现为：随着地幔热柱的上升，早期来自软流圈的高热物质导致下地壳形成大规模花岗岩岩浆，可能同时形成了大量与花岗岩有关的大型铜钼矿床，中后期地幔柱活动使得地幔成矿物质直接提供成矿物质来源。此外，地幔柱的巨大热量还可以活化古老的沉积基底中成矿元素。这三个方面的作用，对某个具体的矿床而言，表现程度不一样，抑或某一方面，抑或某两个方面，抑或三个方面。一般来说，形成一个大型矿床至少都具有两个方面。 来源证据：最近对地震转换波、层析成像等的研究也证实了有些地幔柱的确是从核幔边界上
收稿日期:20000509;修订日期:20000630 作者简介:郝芳(1964— ),男,教授,博士生导师,石油地质专业。 基金项目:973资助项目“中国典型叠合盆地油气形成富集与分布预测”09课题(GI999043309) 油气成藏动力学及其研究进展 郝 芳,邹华耀,姜建群 (中国地质大学,武汉430074) 摘 要:成藏动力学是综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术,在盆地演化 历史中和输导格架下,通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析, 研究沉积盆地油气形成、演化和运移过程和聚集规律的综合性学科。成藏动力学研究的基础是 盆地演化历史和流体输导格架,研究的核心是能量场(包括温度场、压力场、应力场)演化及其控 制的化学动力学和流体动力学过程。20世纪90年代以来,成藏动力学研究的进展表现在:(1) 流体输导系统预测能力的提高;(2)能量场演化机制及其控制的化学动力学过程和流体流动样 式研究的深入;(3)油气成藏机理研究的深化;(4)计算机模拟技术的改进。在进一步认识与油 气成藏密切相关的化学动力学和流体动力学过程和机理的基础上,实现盆地温度场、压力场、应 力场的耦合和流体流动、能量传递和物质搬运的三维模拟,是成藏动力学的重要发展方向。 关键词:成藏动力学;输导系统;能量场;动力学过程;流体运移 中图分类号:P618.130.1 文献标识码:A 文章编号:10052321( 2000)03001111成藏动力学目前在国内外均没有明确、统一的定义。我们认为,成藏动力学是综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术,在盆地演化历史中和输导格架下,通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析,研究沉积盆地油气形成、演化和运移过程和聚集规律的综合性学科。成藏动力学研究的基础是盆地演化历史和流体输导格架,研究的核心是能量场(包括温度场、压力场、应力场)演化及其控制的化学动力学和流体动力学过程。近年来,由于油气勘探的深入和多学科联合研究的开展,成藏动力学在流体输导系统、盆地能量场演化与流体流动样式、油气成藏机理与充注历史分析等各个方面都取得了重要进展。 1 流体输导系统 在含油气盆地中,砂岩和某些碳酸盐岩、不整合面、断裂构成流体输导系统。在不同尺度上有效地预测各种输导体的流体行为和输导能力是成藏动力学研究的基础。输导系统研究的进展主要表现在砂体分布及输导能力预测和断裂流体行为的深入研究两个方面。由于沉积学、高分辨率层序地层学、地震岩性预测和地层模拟技术的发展和综合应用,砂岩型输导层分布的预测能力已明显提高。同时,水岩反应过程和成岩作用机理及控制因素的研究第7卷第3期 2000年9月地学前缘(中国地质大学,北京)Earth S cience Frontiers (C hina University of Geosciences ,Beijing )Vol .7No .3Sept .2000
第31卷第1期2012年1月 岩石矿物学杂志 ACTA PETROLOGICA ET M INERALOGICA Vol.31,No.1:113~118 Jan.,2012 #学术争鸣# 地幔柱动力学机制的新思考 李晖,朱貌贤 (湖南省地质矿产勘查开发局四一六队,湖南株洲412007) 摘要:M organ提出的地幔柱假说极大地推动了地球科学的发展,但长期以来地幔柱假说一直存在争议。本文对目前有关地幔柱争论的焦点问题做了简单的讨论,说明了火山轨迹年龄递变规律异常和/热点0位置不固定的可能原因,同时提出了地幔柱产生及持续的一种新的可能的动力学模型:地外星体做功模型。 关键词:地幔柱;地外星体;热点;板块运动 中图分类号:P541文献标识码:A文章编号:1000-6524(2012)01-0113-06 New thinking about dynamic mechanism of the mantle plume LI H ui and ZH U M ao-x ian (No.416Geolog ical P ar ty,Hunan Bureau of Geology and M ineral Ex ploration and Development,Zhuzhou412007,China) Abstract:The mantle plume hypothesis proposed by Morgan has been in controversy all the time in spite of the fact that it has g reatly propelled the developm ent of earth sciences.This paper makes a tentative discussion on the focus problems,probes into the possible causes for the deviation of the volcanic tracks from the present-day locus of the active volcanism and the unfixing of the hot spots,and proposes a new possible dynamic model for the g eneration and continual development of the mantle plume:the result of long-term action by extraterrestrial objects. Key words:mantle plume;extraterrestrial objects;hot spots;plate movement 自从Morgan提出地幔柱假说以来(M org an, 1971,1972),地幔柱是否存在一直存在着争论。地幔柱假说提出后的起初20年里,并没有引起广泛的关注(Anderson and Natland,2005),直到Campbell 和Griffiths在1990年进行了著名的地幔柱模拟实验后(Campbell and Griffiths,1990),地幔柱假说才逐渐引起大家的注意,并开始广为流行(图1)。地幔柱假说的提出具有很重要的意义,它能较好地回答很多其他构造学说难以解释的地质事实和自然现象,如地幔柱活动和大火成岩省事件、大陆裂解、全球气候变迁、生物灭绝事件、磁极倒转和一些大型矿产资源的形成均有密切的联系(徐义刚,2002),还可用来解释大陆溢流玄武岩及火山岛链的成因、板块边缘地质作用、古陆再造、地壳活化区域变质作用、海底大滑坡、行星对比研究等。然而自诞生之日起,反对地幔柱的声音就从未间断过,特别是遭到了以Andeson为首的/非地幔柱0学派的质疑(Anderson, 2003)。Morgan提出的地幔柱学说主要有3个假设:1起源于地球核幔边界缓慢上升的细长柱状热物质流;o热点下具有异常高温地幔;?地幔柱是相对静止的,因此当板块在地幔柱上方移动时,形成年龄沿板块运动方向逐渐变小的火山链。然而这3个方面均受到了/非地幔柱0学派的质疑,但/反对0的声音大多被淹没在地幔柱研究的热潮中。2000 收稿日期:2011-04-22;修订日期:2011-07-27 作者简介:李晖(1985-),男,硕士研究生,助理工程师,构造地质学专业,E-mail:lihui107@https://www.doczj.com/doc/c316434382.html,;通讯作者:朱貌贤(1963-),高级工程师,长期从事地质勘查工作,E-mail:zmx720@https://www.doczj.com/doc/c316434382.html,。
项目名称：二叠纪地幔柱构造与地表系统演变 首席科学家：徐义刚中国科学院广州地球化学研究 所 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：中国科学院
二、预期目标 本项目的总体目标： 通过对二叠纪大规模岩浆作用、环境记录和生物演化的研究，揭示地球深部过程、重大地质事件与地表环境和生命演变之间的内在联系，提出地幔柱和地表系统之间相互作用的理论体系,为地球系统科学研究的提供范例。 五年预期目标: 1、通过扬子地块西缘和塔里木地块及其周边火山喷发前后地层和岩相古地理对比，石炭- 二叠纪重大地质事件的年代学、几何学和运动学研究，为该区大规模岩浆作用的地质-构造背景提供制约； 2、揭示二叠纪大规模岩浆作用的时空分布特征和深部动力学，对塔里木二叠纪玄武岩是否 是我国另一个大火山岩省给予明确的答案； 3、通过扬子地块西缘被动源远震观测及层析成象分析工作，查明研究区的深部结构和地幔 柱活动遗迹，揭示深部结构与溢流玄武岩空间展布之间的关系； 4、完成攀西裂谷带人工源地震观测，获得横穿地幔柱活动区的地壳精细结构，计算岩浆产 出量； 5、分析侵入岩与喷出岩之间的时空和成因关系，研究地幔柱岩浆上升过程中壳幔相互作用 及对岩浆分异演化和成矿作用的影响； 6、研究地幔柱与岩石圈的动力相互作用，阐明其对大火成岩省多样性的控制； 7、揭示二叠纪环境变化的生命和地质记录，阐明地表环境变化与大规模火山作用之间的耦 合和相互作用机理； 8、综合对比全球二叠纪三个火成岩省（峨眉山、塔里木和西伯利亚），揭示三者之间的时 空联系并建立晚二叠纪全球地幔柱活动模式； 9、阐明地幔柱影响地表系统的主要方式和作用机理，初步建立二叠纪地幔柱活动和地表系 统演变之间相互作用的理论框架。 以上预计的研究成果将以70~80篇论文发表在SCI刊物上，同时造就一批活跃于国际地学舞台的中青年学术带头人和若干创新研究群体，培养研究生和博士后20~30人。
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。如长达6，000多公里的东非大裂谷，就是地幔物质对流促使非洲大陆开始张裂的表现。 2.板块的移动 随着软流层的运动，各个板块也会发生相应的水平运动，大板块每年可以移动1-6厘米的距离。这个速度虽然很小，但经过亿万年后，地球的海陆面貌就会发生巨大的变化：当两个板块逐渐分离时，在分离处即可出现新的凹地和海洋；大西洋和东非大裂谷就是在两块大板块发生分离时形成的。当两个大板块相互靠拢并发生碰撞时，就会在碰撞合拢的地方挤压
2005年3月,第11卷第1期1-8页高 校 地 质 学 报 March 2005,V ol.11,N o.1,p1-8G eological Journal of China Universities 大火成岩省研究新进展 王德滋,周金城 (南京大学地球科学系,南京210093) 摘要:大火成岩省的含义是指连续的、体积庞大的火成岩(包括镁铁质和长英质火成岩)所构成的巨型岩浆岩建造。镁铁质大火成岩省可分为:大陆溢流玄武岩、火山被动陆缘、大洋高原玄武岩、大岩墙群和大层状侵入体。镁铁质大火成岩省是地幔柱岩浆活动的直接产物,一般与聚敛板块边界无关。长英质大火成岩省主要由酸性、中酸性熔结凝灰岩及与之有成因联系的花岗岩构成,与岩石圈伸展构造和玄武岩浆底侵作用有不可分割的联系。今后研究方向包括大火成岩省的形成与地幔动力学的联系以及它与大陆增生、大陆裂解和生物绝灭的关系。此外还包括大火成岩省与成矿作用研究。 关键词:大陆裂解与增生;生物绝灭;地幔动力学;大火成岩省 中图分类号:P588.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7493(2005)01-0001-08 收搞日期:2004-12-01;改回日期:2004-12-09基金项目:国家自然科学基金项目(40272036;40132010) 作者简介:王德滋,男,1927年生,教授,中国科学院院士,主要从事岩石学研究。 大火成岩省(Large igneous province ,缩写为LIPs )的含义是指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造,包括大陆溢流玄武岩、火山被动陆缘、大洋高原、海岭、海山群和洋盆溢流玄武岩,覆盖面积在105km 2以上(C offin ,1994)。如此庞大的镁铁质火成岩省用板块构造理 论已难以解释其成因,它们在很大程度上与来自深部的地幔柱活动有关,是地幔柱岩浆活动的直接产物。地幔柱构造和板块构造是地幔内部两种不同形 式物质对流的反映,板块构造受地幔(主要是上地幔)内部物质球状对流所支配,而地幔柱构造是受穿越整个地幔的柱状物质对流所支配,二者基本上呈独立活动(Hill ,1991)。Stein 和H ofmann (1994)提出一种宏观的地幔翻转模型(Major overturn m odel )以区别于板块构造模型(图1)。图1(a )为板块构造模型,示大洋开合(威尔逊旋回)与上地幔对流的关系,上、下地幔对流分层进行;图1(b )为地幔翻转模型,示冷的地幔物质因板块俯冲不断下沉堆积,至一定程度即自660km (上、下地幔界限)处下降进入下地幔,导致地幔热柱由核幔边界处升起至地球表面形 成大火成岩省。除了镁铁质大火成岩省外,近期文献中还出现有关长英质大火成岩省的报道,后者由酸性、中酸性熔结凝灰岩及与之有成因联系的花岗岩构成,其体积可与镁铁质大火成岩省比拟。这类熔结凝灰岩省分布于环太平洋中、新生代火山岩带的后缘位置,与岩石圈伸展构造和玄武岩浆的底侵作用有不可分割的联系。玄武岩浆作为热源促使中、下地壳广泛熔融形成长英质岩浆,并不同程度地发生两个端元岩浆之间的岩浆混合作用。因此,有关大火成岩省的含义可以扩充如下:所谓大火成岩省,顾名思义,是指由连续的、体积庞大的火成岩(包括镁铁质和长英质)所构成的巨型岩浆岩建造。 1 镁铁质大火成岩省 镁铁质大火成岩省一般认为属于地幔柱成因,其基性岩浆活动的规模十分巨大,它们的形成可以 消耗掉来自地幔的5%～10%的热和岩浆(C ondie ,2001)。图2标绘了250Ma 以来世界上主要的镁铁 质大火成岩省,主要包括大陆溢流玄武岩、被动陆缘火山岩和大洋高原玄武岩,此外还有大岩墙群和大