第四章 地幔柱构造

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 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。

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。

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。

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）。