3.5-3.6板块俯冲地质学和地幔对流.ppt

4）热幔柱化学成分特征: 构成热点的大洋岛玄武岩（OIB）的化学成分能够更好地反映热幔柱的化学成分特征，富含大离大不相容元素，并有较高的87Sr/86Sr和较高的143Nd/144Nd比值。 头部在上升过程中会不断地加热周围地幔物质，使其粘度降低浮力加大，并与热幔柱头部融合一起上升。因而，热幔柱头部化学成分是不断变化的，具有源区化学成分和捕获的地幔成分的混合特征。 热幔柱狭窄的尾柱在上升过程中保持近于直立，基本不捕获周围地幔物质，因而其化学成分变化较小，主要反映源区化学成分。 5）热幔柱的运动学特征: ①热幔柱的启动和上升速度 当岩石圈板块在“热点”之上漂移时，从深部地幔上升的热岩石-流体柱体形成地幔柱，在夏威夷和社会群岛产出的线性大洋火山链正是这些地幔柱出露地表的证据。这种火山作用是当地幔柱到达近地表时由于减压融熔而引发的，然而这些地幔柱到底起源有多深的问题尚未解决。 浅对流和深对流 热幔柱的启动需要一个热边界层。这个热边界层在地幔中，或是上/下地幔之间的密度界面，或是核幔边界（CMB）的D”层。热幔柱的启动条件是地核能够提供足够的热，以至使热幔柱能够穿过整个地幔上升至地表。 愈来愈多的证据表明整个地幔在对流，而并非是分层对流，因此，上/下地幔之间的热边界层产生热幔柱的可能性很小（但不排除产生小规模的热幔柱的可能性）。 下面几点也支持了热幔柱启动于核幔边界的D”层。 ①理论分析表明，要产生直径为1000 Km的热幔柱扁球状头部，形成大规模的大陆溢流玄武岩和大洋高原玄武岩，热幔柱只能启动于下地幔底部才能完成。 ②如果热地幔柱起源于上地幔底部，这很难解释热点之间相互位置固定这一特征，至少在最近50 myr 内或更长时间内是彼此位置固定的（Steinberger and O’Connell 1998）。 ③热幔柱的化学成分特征表明它主要来源于富集型地幔。一般认为下地幔底部具有原始富集型地幔特征，而上地幔常呈亏损特征。 总之，热幔柱起源于核幔边界（CＭB）附近的D”层的观点得到多数学者的承认。 ②热幔柱的脉冲运动特征 热幔柱以单一波形式向上脉冲式运动特征的发现，是近年来有关热幔柱研究所取得的重要进展之一。 Scott等（1986）实验研究表明，热幔柱的单波具有流线特征并以波速向上运移物质。 Larson（1991）认为，热幔柱的单波脉冲运动特征是导致地磁极周期反转、气候和海平面周期变化一个重要原因。 ③地幔对流对热幔柱运动的影响 一些学者认为地幔水平对流会改变热幔柱的直立形态，使其尾部发生弯曲倾斜，但近年来许多研究证据表明，地幔并非是分层对流，而是整体对流，对流速度很慢，尤其下地幔基本上是无应力条件下对流。 因此，多数学者认为地幔对流对热幔柱不会有明显的影响。 不论地幔柱一热点假说的有效性如何，它至少明确了这样一些事实： 板块内部发生着重要的地质现象—热点火山作用和构造活动，地幔深层同样也是活动的，深地幔（乃至地核）对地表板块构造的发展过程有重要影响； 地球本身是一个物质实体，该体系的各组成部分是密切相关的，将其中任何一部分孤立出来研究都是片面的。 因此，地幔柱一热点假说对于板块构造学说应该是重要的补充和发展。 5 冷幔柱 20世纪80年代，人们开始关注大量的洋壳板块俯冲之后的去向、归宿和状态，对板片行踪的讨论兴盛起来，也存在三种不同意见： 一种认为板片不能潜入到下地幔，第二种认为可以俯冲到下地幔，另一种观点介于其间，认为不同的岛弧同时潜入和未潜入下地幔的情况都有。洋壳板块俯冲后的滞留板片一般具有P波高速异常特征，表现为冷的块体因而称为冷幔柱。 1) 形态特征: P波层析成像表明，俯冲滞留的板片在地幔中有四种类型。 A）东北日本型：板片从地表连续并以板状形态滞留在670 Km深度面上，部分地由于厚度增加而穿入到670 Km层的下面。 B）巽他型：板片从地表连续，而且穿过670 Km深度达到1200 Km深度。 C）特提斯型：板片与上面不连续，与消失了的古海沟大致平行，且正在潜入1000~1200 Km深处。 D）南极型：现在南极周边为被动陆缘，没有板片下沉，因此，滞留在670 Km以下深处的板片为古老的。 A）、B）是滞留的板片与板块相连着，而C）、D）则不相连。 四种俯冲滞留的板片类型 2) 670 Km为冷幔柱的板块墓地: a）相变，P波层析成像技术显示，下潜板块可俯冲至670 km深处，并在那里发生相变。由于670 km处的相转变反应具有负的梯度，下潜板块将滞留在这个界面上。 b）塑性变形，但由于相变生成物的粘性显著变小，滞留板块被软化以至不能再保持刚性状态。 c）板片滞留因素，取决于板片俯冲速度及滞留量。于是，当板块的滞留量超过某一限度时