下载文档原格式
第12卷第1期2005年3月地学前缘(中国地质大学,北京;北京大学)Eart h Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing ;Peking University )Vol.12No.1Mar.2005收稿日期:20050201;修回日期:20050218基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX32SW 2125);中国科学院“百人计划”项目作者简介:胡瑞忠(1958— ),男,研究员,博士生导师,矿床地球化学专业。
E 2mail :huruizhong @ 地幔柱成矿系统:以峨眉山地幔柱为例胡瑞忠, 陶 琰, 钟 宏, 黄智龙, 张正伟中国科学院地球化学研究所矿床地球化学重点实验室,贵州贵阳550002HU Rui 2zhong , TAO Yan , ZHON G Hong , HUAN G Zhi 2long , ZHAN G Zheng 2weiKey L aboratory of Ore Deposit Geochemist ry ,I nstit ute of Geochemist ry ,Chinese A cadem y of S ciences ,Gui y ang 550002,ChinaHU Rui 2zhong ,TAO Yan ,ZH ONG H ong ,et al 1Mineralization systems of a m antle plume :A case study from the Emeishan ig 2neous province ,southw est China 1Ea rt h Science Frontiers ,2005,12(1):0422054Abstract :The theory of mantle plumes casts a new light on explaining intraplate magmatism and mineralization in the dynamics of the Earth 1Several important ore deposit types have strong links with the Emeishan igneous province which is thought to be related to a mantle plume 1Using the Emeishan as a case study ,we discuss the metallogeny of various deposit types and the relationship between the mineralization and magmatism of a man 2tle plume 1Magmatic Cu 2Ni 2P GE deposits are important ones in the mineralization system of the Emeishan mantle plume 1Studies on the geochemistry and mineralization of typical Cu 2Ni 2P GE deposits ,indicate that the ore 2bearing intrusions have genetic link with the Emeishan Continental Flood Basalt (ECFB )1The parental magma of ore 2bearing intrusion is a high 2Mg basalt originated from high degree partial melting in center of the mantle plume 1The Cu 2Ni 2P GE deposits are originate within the inner zone of the mantle plume ,f rom which low 2Ti basalts are erupted 1The paper provides a summary study of geology and geochemistry of the four giant V 2Ti magnetite deposits in the Pan 2Xi area ,and concludes that the parental magma of the deposits originated f rom the Emeishan mantle plume.The magmas experienced crustal contamination 1Furthermore ,multiple pul 2ses of magma ,magma mixing ,double diff usion at the crystallization f rontier led to the formation of the rhyth 2mic ores 1We also discuss the large 2scale native copper mineralization in the border areas between Yunnan and Guizhou Provinces 1Geochronological and geochemical evidence indicates that this copper mineralization is asso 2ciated with magma fractionation during the terminal stage of lava eruptions and the inception of hydrothermal activation 1Taking the Huize Pb 2Zn deposit as an example ,we have studied the genetic relationship between Emeishan basalt and Pb 2Zn deposits in terms of ore 2forming age ,ore 2forming material source ,ore 2forming flu 2id source and metallogeno 2thermal dynamics 1The results show that the metallogeny of the Pb 2Zn deposits in the district has a close relationship with the emplacement of the ECFB 1K ey w ords :Emeishan mantle plume ;mineralization system ;magmatic Cu 2Ni 2P GE deposit ;V 2Ti 2magnetite de 2posit ;native copper deposit ;Pb 2Zn deposit摘 要:地幔柱沟通了地核、地幔、地壳各个圈层之间的物质与能量交换,提供了板内构造岩浆活动及成矿作用的一种重要的动力学机制。
1996年矿 床 地 质M IN ERA L DEPO SIT S 第15卷 第4期地幔热柱的多级演化及其成矿作用——以冀北地区为例牛树银 李红阳 孙爱群(河北地质学院,石家庄) 罗殿文 叶东虎 王金锁(河北地勘局,石家庄)提 要:冀北地区金、银多金属成矿作用研究表明,金、银等成矿元素除部分萃取自含矿围岩外,主要来自深源。
幔枝构造是重要的热源释放体系,控制着深源含矿流体的迁移、聚集和成矿,从而构成了以幔枝构造为中心,内带为金、外带为银多金属的构造-岩浆成矿系列,并据此归纳出幔枝构造成矿模式。
主题词:地幔热柱 成矿作用 成矿模式 冀北地幔热柱是指地球深部核幔边界附近产生的呈柱状上升的高温低粘度热物质流,其顶部呈喇叭形张开,形成具有半球状顶冠和细颈尾柱的蘑菇状构造,并可出现多级演化[1～3,18～21]。
它不仅可以引起地壳深熔、大规模岩浆活动、区域变质作用以及地壳伸展、变质核杂岩隆升,也是金、银多金属成矿物质运移的重要载体和成矿控矿构造 。
本文以地幔热柱多级演化与区域构造相结合的方法,探讨冀北地区金、银多金属成矿集中区的大地构造演化、成矿背景及主要控矿因素。
在解剖典型矿床的基础上,划分了金、银多金属成矿类型,分析了矿床的时、空分布规律及其共生组合关系,建立了构造-岩浆成矿系列,归纳了总体成矿模式。
1 区域成矿控制因素探讨冀北地区的大地构造演化可以燕山运动为标志划分为两个阶段,前燕山期古亚洲构造域演化阶段和中新生代滨太平洋构造域演化阶段。
古亚洲域阶段最重要的地质事件是太古代东西向岛链状古陆的形成,大规模的火山喷溢以及裹挟于其间的幔源侵入体将深部成矿物质带到地表,构成金、银矿的早期富集及背景值较高的初始矿源层。
尔后,华北地台北缘一直作为活动陆缘及板内活动带,直到中生代早期,这种陆缘(间)活动带才告结束,并让位于巨大的滨太平洋陆缘活动带[4](图1)。
太平洋板块向欧亚板块之下的俯冲以及印度板块向北推挤,使冀北地区成为受三大板块运动制约的强烈活动带。
与地幔柱有关的成矿作用及其主控因素徐义刚;王焰;位荀;何斌【期刊名称】《岩石学报》【年(卷),期】2013(029)010【摘要】地幔柱是地球动力系统中重要的组成部分,不仅形成规模巨大的大火成岩省,也形成了众多具有重要经济价值的矿床类型.由地幔柱形成不同的岩浆系列显示了特有的成矿专属性,如镁铁-超镁铁质层状岩体与钒钛磁铁矿矿床和钢镍硫化物矿床,科马提岩与铜镍硫化物矿床,斜长岩与钒钛磁铁矿矿床,过碱性花岗岩系列与铌-钽-锆-稀土矿床,金伯利岩与金刚石矿等.在分析与地幔柱相关矿床的基础上,我们认为地幔柱结构、岩浆源区特征、结晶分异过程、硫化物饱和、地壳混染和岩浆侵位过程等是地幔柱成矿的关键控制因素.本文还对矿床成因研究中的存在问题以及几种潜在的地球化学找矿/评价指标(如橄榄石的Ni含量、单斜辉石和磁铁矿中的Cr 含量,层状岩体的PGE含量和Re-Os同位素联合示踪等)进行了评述.【总页数】16页(P3307-3322)【作者】徐义刚;王焰;位荀;何斌【作者单位】中国科学院广州地球化学研究所,同位素地球化学国家重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所,中国科学院矿物学和成矿学重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所,同位素地球化学国家重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所,同位素地球化学国家重点实验室,广州510640【正文语种】中文【中图分类】P542.5;P611【相关文献】1.康滇地区元古宙构造运动Ⅰ：昆阳陆内裂谷、地幔柱及其成矿作用 [J], 王生伟;蒋小芳;杨波;孙晓明;廖震文;周清;郭阳;王子正;杨斌2.地幔柱及其成矿作用综述 [J], 毕金龙3.海南岛地幔柱及成矿作用初探 [J], 戈金明4.晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆成矿作用 [J], 汤庆艳;张铭杰;余明;王启立;尚慧5.二叠纪峨眉山地幔柱岩浆成矿作用的多样性 [J], 王焰;王坤;邢长明;魏博;董欢;曹永华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地幔柱名词解释
地幔柱（Mantle plume）是一个地质学术语，指的是地球内部热量上升并形成的热柱状物质运动。
这种物质运动的来源是地幔深处的热量，其中包含了较高温度和较低密度的物质。
地幔柱的形成是由于地幔上升的热量和物质集中在一个热点上，并向地球表面传播。
地幔柱已经被认为是一种造山作用的主要机制之一。
当地幔柱穿过地球的岩石地壳时，它们会通过热量传递和物质运动形成火山和岩浆洪流。
这些火山和岩浆洪流可以形成山脉和岛屿。
地幔柱也是地球上现存火山喷发和地震的原因之一。
地幔柱的研究对于理解地球内部的物质运动和地球演化历程非常重要。
科学家们使用多种技术手段来探测地幔柱，例如地震波传播速度的测量和地球磁场的变化等。
近年来，随着科技的不断发展，人们对地幔柱的认识不断深入，这有助于我们了解地球内部结构和地球演化历程的全貌。
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]。
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。
热点-地幔柱说的主要内容1. 什么是地幔柱？地幔柱，这个名字听起来很高大上，但其实它就是个简单的概念。
你可以想象一下，一个强壮的小火山，底下有个“柱子”，直直地从地球的深处升上来，像是打破了地壳的封印。
这个“柱子”其实是热的岩石，它从地球内部升腾，带着能量和热量，结果在地表形成了火山。
而这种地幔柱的存在，能让我们更好地理解地球的结构和它的“脾气”。
说白了，地幔柱就是地球的一种“发热现象”，它能告诉我们，地球可不是一块冰冷的石头，而是一个充满活动的大家伙。
2. 地幔柱的形成原因2.1 地球内部的热流地球内部的热流可不简单，想象一下，就像锅里的水在加热，总有水蒸气冒出来。
地幔柱的形成，正是因为地球内部的温度差异，热量在地壳和地幔之间游走。
有些地方热得要命，有些地方却凉凉的。
这种温度差就像是一个巨大的“热气球”，想要往上升，自然就形成了地幔柱。
2.2 板块运动的影响咱们地球上的岩石板块可不是安分守己，它们时不时就会“挤压”或者“碰撞”，就像在打麻将时的“碰”。
这种运动会影响地幔柱的位置和强度，有时候一个地方的地幔柱活跃了，周围的火山也会跟着“热闹”起来。
要是一个地方有多个地幔柱，简直就是“火山大会”，地球就像一个喜剧舞台，时不时给我们来点“表演”。
3. 地幔柱的影响3.1 火山活动地幔柱的存在，直接影响着火山的活动。
火山可不只是简单的喷发，它们的形成、爆发，都和底下的地幔柱有着千丝万缕的关系。
比如，夏威夷的火山就是因为底下有一个强大的地幔柱，源源不断地将熔岩送上地面，形成了那迷人的群岛。
就好比一位调皮的孩子，时不时在家里捣蛋，给大家带来惊喜和惊吓。
3.2 地球的演化此外，地幔柱也对地球的演化起着重要作用。
地球的表面不断变化，山脉、平原、海洋，都是在这些地幔柱的推动下形成的。
就像是一位伟大的雕塑家，雕刻出大自然的美丽作品。
没有这些地幔柱，地球就会显得单调无趣，连风景都少了很多层次感。
4. 小结总之，地幔柱虽然看似简单，但它的作用可大了。
地幔柱的概念、分类、演化与大规模成矿———对中国西南部的探讨王登红(中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037)摘 要:自核幔边界上升的物质,当其汇聚成圆柱状的结合体,并因其相对于周围地幔环境来说具有温度更高、活动性更强、粘度更低等特点而能够上升到壳幔边界时,一般可以演化成为具有宽厚的冠状构造和细长的尾部构造的地幔柱。
地幔柱进一步与地壳发生作用,可以在地表记录下一系列的热点或形成巨大的火成岩省。
根据地幔柱最后出露的位置,可以将其分为洋壳和陆壳环境下产出的两种基本类型,也可以根据其演化历史分出不同的阶段,如初始阶段、上升阶段、成熟阶段和衰退阶段。
中国西南部地区可能经历了两次以上的地幔柱冲击,二叠纪的峨眉山玄武岩是一个古生代晚期演化比较彻底的地幔柱留下的记录,而新生代以来的地幔柱活动可能正在发育,深部物质的大规模上隆可能是青藏高原隆升的一个原因,大量的散布的幔源岩浆活动和流体作用可能是中国西南部大规模成矿作用的重要原因。
关键词:地幔柱;热点;地幔柱分类;地幔柱演化;大规模成矿作用;中国西南中图分类号:P51;P611 文献标识码:A 文章编号:10052321(2001)03006706收稿日期:20010105;修订日期:20010625基金项目:国家重点基础研究规划973资助项目(G 1999043203)作者简介:王登红(1967— ),男,博士,研究员,主要从事矿床及地幔柱方面的研究。
1 一些基本概念与认识地幔柱的概念目前在国际上还没有一个统一的定义,一般趋向于认为自核幔边界上升、在地幔中演化、到近地表与地壳发生壳幔相互作用的圆柱状地质体。
这一地质体在物质、能量和物理化学性质等方面与其成生的环境(主要是正常地幔)之间具有一定的明显或比较明显的差别,因而可以被人类用不同的方法———目前来说主要是地球物理的方法识别出来。
但是,地球物理方法只能识别现代的正在形成或演化之中的地幔柱,对于古代已经消亡的地幔柱则只有通过研究其在地表留下的地质记录(包括物质的岩石学记录、构造的形态学记录和能量的热演化记录等)来推断地幔柱的存在。
要用地球物理的方法去寻找古代地幔柱,如峨眉地幔柱的“柱子”在哪里,在目前看来难度很大,但并不能因为找不到而否定其曾经存在。
无疑,对于年代越古老的地幔柱,越难研究[1,2]。
目前人们比较熟悉的也就是250Ma 以来的地幔柱,但研究古代地幔柱是极为重要的,如Isley 等人(1999)编制了38～16亿年间地幔柱活动的时间表[3];R 1A 1Sproule (2000)研究了太古宙绿岩带中的地幔柱成因岩浆岩[4];加拿大地质调查局还将35亿年以来全球200多个属于地幔柱头部产物的大型火成岩省按地质年代进行了排队,并在2000年巴西31届国际地质大会上进行了展示。
关于地幔柱及热点概念的形成与发展,笔者已在不同的文献中作过介绍[5,6],此不赘述。
古代的地幔柱当它停留在岩石圈下部,没有完全通过火山喷发等形式上升到地表的话,可以称为“固化地幔柱”,Lee 和Halliday 等(1994)提出固化的地幔柱头部的概念来解释喀麦隆线状分布的火山[7];地幔柱喷发到地表的部分当其面积很大时一般称为大型火成岩省(L IP ),面积较小并且是在海洋中喷发的话则一般称为洋岛玄武岩(O IB )。
实际上,O IB 只是地幔柱留下的部分记录,当地幔柱刚到达洋壳的底部,地幔柱自身的能量也可以导致地壳第8卷第3期2001年9月地学前缘(中国地质大学,北京)Earth Science Frontiers (China University of G eosciences ,Beijing )Vol.8No.3Sep.2001特别是古老陆壳(如因为裂谷化而沉入海底的古老陆壳)发生重熔形成酸性岩浆。
另外,地幔柱中巨量的物质在一定条件下也可能分异出酸性的岩浆来。
因此,地幔柱不但可以产生O IB,同样可能产生中酸性岩浆岩(如Kergulen地幔柱产生的粗面岩,SiO2质量分数平均可达63.46%)[8,9]。
这在大陆环境下产生的L IP中是常见的(如西伯利亚、峨眉、德干),在大洋主要是新生洋壳环境下产生的L IP中也是存在的(如冰岛)。
近现代活动的地幔柱在地表留下的记录通常称为热点,但仅仅有能量上的异常记录还不足以证明存在地幔柱。
因此,往往需要有一定规模的火山岩,尤其是碱性玄武岩(洋壳)或碱性的中、酸性岩浆作用(陆壳)相耦合,才比较容易使人相信是地幔柱在起作用。
反之,也并非所有的地幔柱在温度上一定高于周围的环境地幔,为此,Anderson早在1975年就指出地幔柱与其说是“热”柱不如说是“化学”柱[10],Bonatti(1990)也进一步证实地幔柱不一定真的很“热”[11]。
目前一般用化学地幔柱的概念来指代那些温度不一定明显偏高但在物质成分上与环境地幔明显不同的地幔柱(如拥有大量活动性组分K, L REE,C,高温压状态的水等)。
显然,偏高的温度有助于地幔柱物质的重熔,活动性组分,如水的存在,也可以降低熔点,从而增强地幔柱物质的活动性。
Schilling等人还提出用“湿热点”来指代那些不是很热也不像是起源于核幔边界的热点[12],类似于笔者提出的起源670km深处不连续面、活动范围主要在上地幔和地壳中的一类地幔柱[5]。
一般将海洋环境中由地幔柱形成的高出海底一定高度又具有一定规模的地质体叫做洋岛,但对于大陆壳环境下形成的面积又不大的地幔柱产物(有别于L IP)目前还没有深入研究,但可以肯定,自核幔边界上升的地幔柱,既可以出现在洋壳环境,也可以出现在陆壳环境。
因此,当地幔柱在大陆壳上“小荷才露尖尖角”时一定也会留下记录。
这一部分“记录”对于成矿作用来说可能更为重要,因为一旦发生大规模火山作用,巨大的玄武质岩浆作用和能量作用可能更显著地破坏已经形成的矿床。
对于这部分在大陆环境下发生的、由地幔柱头部物质和能量形成的地质记录,目前既是地幔柱研究的难点,也是“热点”。
说它难,是因为用地球物理的方法难以识别(因为规模小)、用地球化学的办法也难以分辨(因为有地壳物质的混入);说它“热”,是因为它往往对应着强大的成矿作用,特别是一些大型、超大型矿床以及大型矿集区的形成,很可能与地幔柱有着内在的成因联系,因而引起了矿床学家的特别关注,以至于Sillitoe早在1974年就在N at ure上撰文论述热点与锡矿的关系[13]。
但办法总是会有的,对于与热点有关的锡矿,人们可以利用非造山碱性花岗岩来作为热点的一个标志(尽管还存在分歧);对于其它的成矿作用,人们还在努力寻找办法,目前比较“热门”的一个方向是“煌斑岩是否可以作为地幔柱头部在大陆上留下的记录?”。
尽管M1Storey等人(1989)将煌斑岩(130～110Ma)作为Kerguelen地幔柱头部的标志产物之一[14],但由于煌斑岩地球化学特征的复杂性,这一标志似乎还没有被广泛运用。
2 关于分类的探讨虽然Wilson(1973)曾对热点进行过分类,包括(1)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[15]。
显然,这种分类并未揭示地幔柱的源区特征(或深度),也没有揭示地幔柱的演化特点(阶段性)。
笔者(1998)曾提出,在研究的起步阶段,可以根据产出环境的不同将热点分为产于大陆上的热点和产于海洋中的热点两大类,理论上还应分出产于海陆过渡部位的热点;在研究的深化阶段,可以分出起源于核幔边界的深源地幔柱和起源于上地幔与下地幔边界的浅源地幔柱,还可以根据地幔柱本身的演化规律区分出初始阶段的地幔柱、上升阶段的地幔柱、作用于地壳的地幔柱及衰退阶段的地幔柱(表1)。
表1热点与地幔柱的分类Table1A classification of mantle plume and hots pot按起源深度分按演化阶段分按产出环境分深源:2900km核幔边界浅源:670km不连续面初始阶段的地幔柱上升阶段的地幔柱壳幔相互作用阶段的地幔柱衰退阶段的地幔柱产于大陆地壳的地幔柱(热点)产于大洋地壳的地幔柱(热点)产于洋壳与陆壳过渡环境的地幔柱(热点) 据王登红(1998)[5]略修改。
不难想象,自核幔边界2900km深处上升的地幔柱到了只有几十km的近地表环境后,其自身的物质、能量和物理化学状态会发生明显的变化;当它68 王登红/地学前缘(Earth Science Frontiers)2001,8(3)与地壳发生壳幔相互作用并喷发出地表之后,人们所得到的样品在物质组成、化学成分等方面又会发生各种各样的变化。
对于前者,主要涉及到地幔柱自身的演化及其与环境地幔之间物质和能量的交换问题,目前国际上也还只是通过地球物理的途径来观察并利用实验手段和计算机技术来模拟,尚处于不断探索之中;对于后者,更多地涉及到壳幔相互作用的问题,实际上是地幔柱与地壳之间物质与能量的交换问题,目前国际上大量的研究都聚焦于此。
显然,假设物质组成和能量结构相同的地幔柱,只是由于所作用的对象不同,其结果也会明显不同(当然,不同的地幔柱与不同的对象发生作用,其结果会更复杂)。
因此,首先有必要将地幔柱按“出露”的环境不同,分为两大类,即陆壳环境下产出的地幔柱(不妨简称陆柱,即CP)和洋壳环境下产出的地幔柱(不妨简称洋柱,即OP)。
这是为了方便人们研究而划分的,实际上CP和OP在其发源地并无此区别,只是因为最终作用的对象不同而不同,CP产物中或多或少会留下陆壳物质混入的记录,而OP则会留下洋壳物质混入的记录。
洋壳物质主要是硅镁质、陆壳物质主要是硅铝质,因而同样是玄武岩(SiO2质量分数为45%～50%),西伯利亚暗色岩的Al2O3质量分数多大于15%,MgO质量分数多小于8%[16];而夏威夷玄武岩的Al2O3质量分数多小于11%, MgO质量分数多大于16%[17]。
因此,将地幔柱按结果分为两大类是必要的也是可行的。
当然,实际上还存在第三大类,即混合型,主要指板块俯冲环境下产出的地幔柱,因为在这种环境下产出的地幔柱既可能受到俯冲洋壳物质的混入,也可能受到地壳物质的污染。
另外还可能出现更复杂的情况,如地幔柱在上升过程中还没有到达近地表环境就遇到正在下插的或古老的但还没有被地幔“消耗”掉的洋壳板片,抑或地幔柱在穿透大陆壳时遇到的是由古老洋壳褶皱造山形成的偏硅镁质成分的陆壳,等等。
这些情况,在研究新生代以前的地幔柱时会经常遇到,因此在研究过程中要开拓思路,特别是在利用地球化学图解时更应注意。
3 演化地幔柱自核幔边界上升到地表,最终以大规模岩浆作用的形式喷发或侵位,这是一个非常复杂的过程,也是一个演化的过程。
