地幔中三種不同類型的熱點(diǎn)

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1、地幔中三種不同類型的熱點(diǎn)摘要：自熱點(diǎn)理論提出以來，對(duì)熱點(diǎn)的來源一直存在爭論，經(jīng)典地幔柱理論認(rèn)為熱點(diǎn)是來自核幔邊界地幔柱在地表的表現(xiàn)形式，而“非地幔柱”學(xué)派卻認(rèn)為熱點(diǎn)是巖石圈拉張破裂的被動(dòng)相應(yīng)。VincentCourtillot將地球上比較著名的49個(gè)熱點(diǎn)分為三類：只有7個(gè)來自下地幔的深部—Morgan熱點(diǎn)，其中3個(gè)位于太平洋半球，另外4個(gè)位于印度洋-大西洋半球；約20個(gè)來自穹窿頂部轉(zhuǎn)換帶底部；剩下的約20個(gè)熱點(diǎn)是巖石圈破裂的被動(dòng)響應(yīng)—Anderson熱點(diǎn)。很多學(xué)者的研究表明Morgan熱點(diǎn)在各自的半

2、球是一個(gè)相對(duì)固定的參照系，而位于不同半球的Morgan熱點(diǎn)間存在緩慢的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第二類熱點(diǎn)火山軌跡較短、缺乏溢流玄武巖，是次級(jí)地幔柱所形成的熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞：Morgan熱點(diǎn)Anderson熱點(diǎn)原始地幔柱次級(jí)地幔柱引言：板塊構(gòu)造理論的提出，成功地解釋了發(fā)生在板塊邊界附近的火山活動(dòng)。然而它并不能解釋位于板塊內(nèi)部和板塊深部的火山活動(dòng)，首先使板塊構(gòu)造理論受到挑戰(zhàn)的兩個(gè)突出地質(zhì)現(xiàn)象是大洋熱點(diǎn)火山鏈和大陸溢流玄武巖。Wilson(1963)根據(jù)夏威夷海島及其西北部海山逐漸變老的現(xiàn)象，提出了熱點(diǎn)假說[1]。他認(rèn)為這

3、些熱點(diǎn)相對(duì)靜止,并將熱點(diǎn)作為板塊運(yùn)動(dòng)的參照物。之后，Morgan(1971)正式提出了地幔柱假說，認(rèn)為Wilson的熱點(diǎn)是起源于地球核-幔邊界的地幔柱在地表的表現(xiàn)形式[2]。自地幔柱（熱點(diǎn)）理論提出之后，關(guān)于熱點(diǎn)的來源一直存在爭議，而這一爭議可能是近20年來眾多學(xué)者反對(duì)地幔柱構(gòu)造理論的根本原因。關(guān)于熱點(diǎn)的來源主要有幾下幾種觀點(diǎn)：因地球巖石圈應(yīng)力釋放而形成的熱點(diǎn)[3]；來自下地幔深部的原始熱點(diǎn)[2]；由于次級(jí)地幔柱形成的次級(jí)熱點(diǎn)[4]；Anderson熱點(diǎn).Anderson認(rèn)為淺部的與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)的壓

4、力可以使巖石圈破裂，從而導(dǎo)致巖漿沿著這些裂縫上涌產(chǎn)生火山活動(dòng)。他認(rèn)為所有發(fā)生在板塊內(nèi)部的火山活動(dòng)都可以通過這一機(jī)制來解釋[5]。VincentCourtillot（2003）總結(jié)前人的研究成果，提出了判別源于下地幔深部原始地幔柱熱點(diǎn)的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)熱點(diǎn)形成的原因?qū)⒌厍虮砻嬷牡?9個(gè)熱點(diǎn)分為3類：1.原始地幔柱熱點(diǎn)（Morgan熱點(diǎn)）；2.次級(jí)地幔柱形成的次級(jí)熱點(diǎn)；3.Anderson熱點(diǎn)[6]。一判別Morgan熱點(diǎn)火山的的標(biāo)準(zhǔn)深部地幔柱作用產(chǎn)生的的熱點(diǎn)火山活動(dòng)可能具有以下5個(gè)典型特征[6]：1

5、.火山島鏈的存在；2.火山運(yùn)動(dòng)軌跡源區(qū)溢流玄武巖的存在；3.巨大的浮力；4.持續(xù)的高3He/4He值；5.下地幔處低剪切波波速。1.1火山島鏈和溢流玄武巖根據(jù)經(jīng)典的地幔柱理論，地幔柱是起源于核—幔邊界的不連續(xù)層(D″層，2900km)，其具有高溫、低密度的性質(zhì)。因?yàn)槊芏群驼扯缺戎車蒯５投仙?，?dāng)其上升到巖石圈時(shí)，由于受到巖石圈的阻擋，其頭部向四周擴(kuò)散，同時(shí)也由于深部物質(zhì)的不斷上升以及捕獲了巖石圈地幔物質(zhì)使得其頭部逐漸增大，這樣就形成了頭部大、尾部細(xì)長的蘑菇形地幔柱。熱點(diǎn)軌跡正是由于地幔柱撞擊巖石圈

6、而在地球表面留下的痕跡[2,7]。因此，Morgan熱點(diǎn)的第一和第二個(gè)特征是長的火山軌跡以及軌跡源區(qū)大面積的溢流玄武巖。1.2巨大的浮力浮力控制著流體從地幔向地表的流動(dòng)，可能使得地殼隆起并產(chǎn)生熱點(diǎn)。具體的數(shù)值研究表明，地幔柱從地幔底部向上運(yùn)動(dòng)穿過老的巖石圈所要求的浮力至少是1000kg/s，而且微弱的地幔柱在到達(dá)巖石圈前可能會(huì)被地幔對(duì)流剪切消損。因此，地幔柱熱點(diǎn)的第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是浮力至少是1000kg/s[4]。計(jì)算浮力要求地形異常的存在，而地形隆起正是Wilson熱點(diǎn)的典型特征。1.3高的He值或N

7、e值早期研究表明，與大洋中脊玄武巖(MORB)相比，大洋島玄武巖（OIB）具有更高的3He/4He比值。但是，F(xiàn)arley和Neroda的研究顯示，很多OIB的3He/4He比值有的高于MORB有的低于MORB。21Ne/22Ne的比值也是如此。高的3He/4He、21Ne/22Ne比值一般認(rèn)為與長期孤立的、古老的源區(qū)有關(guān)，而古老的源區(qū)一般認(rèn)為是位于地幔深部，甚至是下地幔之下，而不是上地幔底部的轉(zhuǎn)換帶[8]。因此，將高的He值或是Ne值作為深部成因熱點(diǎn)的第四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。1.4低速的剪切波根據(jù)熱點(diǎn)的定義，

8、熱點(diǎn)之下是高溫的地幔物質(zhì)，高溫意味著低密度、低粘度，因此，在熱點(diǎn)之下的地幔物質(zhì)中會(huì)出現(xiàn)低速的剪切波帶。所以，地幔柱成因熱點(diǎn)的第五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是低速的剪切波[6]。二地幔中不同類型的熱點(diǎn)2.1原始地幔柱熱點(diǎn)的選擇VincentCourtillot（2003）選擇了49個(gè)比較有名的熱點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分類。只有9個(gè)熱點(diǎn)滿足地幔柱成因熱點(diǎn)的3個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)（表1）[6]。在這9個(gè)熱點(diǎn)中，薩摩亞群島Samoa具有短的、清晰的火山島鏈軌跡，但是在軌跡的源區(qū)并沒有溢流玄武巖或洋底高原，因此不能將