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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。
滞留板片下落到下地幔时,为了补偿其下落部分,必 然会从下地幔向上地幔产生上升的地幔柱。即从全局 来看,冷的滞留板片的下落和热地幔柱的上升必然是 成对的现象。这样,两个超上涌流和一个超下降流就 构成了现代地球中主要物质和热对流的方式。
冷地幔柱数量变化、超冷地幔柱的诞生
二 地幔柱构造体系
地幔柱构造体系是指地幔柱构造地质作用过程 及其地质产物所构成的地质整体,包括热地幔柱 和冷地幔柱两个构造体系,分别构成引张构造体 系和挤压构造体系。
第一节 地幔柱构造 第二节 地幔柱构造学说与板块构造的关系 第三节 地史时期的地幔柱 第四节 白垩纪中期的超地幔柱事件
第一节 地幔柱构造
地幔柱构造,是地幔中受几个大的、垂直的地 幔柱流控制的动力学区域。这几个地幔柱流就是 南太平洋和非洲的两个上涌的热地幔柱和中亚、 东亚的一个下降的冷地幔柱,它们占地幔体积的 3/4,在地幔主要部分起支配作用,控制着地幔 之上的热作用和构造再造等动力学过程。
非洲热地幔柱是 导致200Ma前非 洲大陆从冈瓦纳 大陆裂解出来的 热地幔柱,它与 其它几个也源于 核—幔边界的热 地幔柱共同组成 中央泛大陆热地 幔柱链。大西洋 的形成和这个热 地幔柱链有关, 大西洋中脊可能 由其中的某个热 地幔柱产生。
中央泛大陆热地幔柱链
在地球的早期演化历史中,热地幔柱的活动 起着主导作用。随着地球演化,热地幔柱活动 有所减缓。热地幔柱经过地幔上升到冷的岩石 圈底部时,呈蘑菇状或伞状向外拆离,形成巨 大的球形顶冠,其直径可从几百km至几千km, 可引起地壳的上隆、减薄、伸展、大陆解体、 洋壳增生等,甚至大规模的溢流玄武岩喷发。 同时,还可能伴有区域变质、地壳重熔、构造 变形等,甚至引起全球气候变化、大地水准面 升降和生物灭绝等。
现 代 地 球 中 超 级 地 幔 柱 示 意 图
南太平洋和非洲地区存在的两个巨大低波速异 常带,对应着两个热地幔柱;在中亚和东亚地区 下部的外核上面存在的高波速异常,是由大洋板 片聚集、滞留并最终塌落到外核上形成的,对应 着一个冷地幔柱。
热地幔柱、冷地幔柱的对流,是地球内部热传 导的主要形式,并且可能贯穿于地球的整个演化 过程。
1963年,提出热点的概念; 1971年,提出地幔 柱的概念; 1991年, 提出超地幔柱概念; 1992 年, 提出冷地幔柱的问பைடு நூலகம்,并开始对地幔柱与 板块构造的关系进行初步分析;1994年,提出地 幔柱构造学说的概念,以及全球构造概念的热地 幔柱上升与板块俯冲的冷地幔柱下降的模式,并 认为地幔柱构造概括了地球表层的岩石圈板块构 造、深部主体的地幔柱构造、地核的生长构造, 把板块构造和地幔柱构造作为地幔热对流的两个 端元。
热地幔柱的上升,导致岩石圈减薄和超级大陆 解体,以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构 造体制转化,对应着热点、裂解的超级大陆、大 陆裂谷、大洋扩张、伸展盆地、变质核杂岩、剥 离断层等各种张性—引张—伸展—离散环境;
冷地幔柱的下降,引起超级大陆聚合、大陆裂 谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山,以及大洋 岩石圈向大陆岩石圈构造体制转变,对应着大陆 聚合、俯冲、逆冲推覆、碰撞造山等各种汇聚— 碰撞—挤压环境。
二 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,是以巨石状下落的物 质移动。
板块在大洋中脊产生,在海沟处插入地幔深 部。俯冲板块插到670 km的深度时,由于受到 下地幔粘度增加和相变吸热等因素的影响会产 生强大的阻力,使板块近似水平地暂时滞留在 670km深的不连续面上。滞留的板块随时间生 长,并在其超过临界体积时开始塌陷,最终塌 落在地核表面上,形成冷地幔柱。
一 热地幔柱和冷地幔柱的概念
1 热地幔柱 热地幔柱是由地幔热物质构成的上升地幔柱。
P波层析成像显示,地幔柱有D”层和400 km深度 的上地幔两个来源。来源于D”层的地幔柱又有 两种类型,一种是直径约为5000 km超地幔柱, 另一种是底面直径小于500 km小地幔柱。
起源于D”层、直径达5000 km的热地幔柱,目 前全球有两个,分别位于南太平洋和非洲下面。
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