赵先林 浅述地幔柱构造 毕业论文

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1、学士学位论文题目浅述地幔柱构造学生指导教师年级专业资源勘查工程系别学院地理科学学院哈尔滨师范大学2013年5月浅述地幔柱构造摘要：地幔柱是从地球深部由外地核向地幔及软流圈流动的一种圆柱状、温度高、活动性强、粘度低的流体。它由地球内部热点源源不断提供能量。地幔柱的形成直接影响了板块的构造运动，也是海底扩张的主要动力来源。地幔柱学说的提出也补充了大陆漂移说证据的不足之处，使之更具有说服力。同时地幔柱作为一种热流也是一种新型能源，对科技生产有重要作用。关键词：地幔柱；板块构造；热点地幔柱是指起源于核幔边界在地幔中上升的热物质流，其地表表现为热点[1]。在地幔柱提

2、出之前，板块构造学说的提出使地球科学发生了一场空前的革命，并且已经成为一些地学分支学科的理论基础。然而，作为岩石圈运动学的定量描述，它只能用于讨论发生在板块边缘区域的过程，对板块内部的动力过程则显得无能为力，因此，本文所讨论的问题——地幔柱构造，正是板块构造动力的来源。一地幔柱的概念地幔柱是指深部地幔热对流运动中的一股上升的圆柱状固态物质的热塑性流，即从软流圈或下地幔涌起并穿透岩石圈而成的热地幔物质柱状体。它在地表或洋底出露时就表现为热点。热点上的地热流值大大高于周围广大地区，甚至会形成孤立的火山。地幔柱(mantleplume)构造最早源于1963年Wi

3、lson提出的热点(hotspots)理论[2]。这些热点起源于地幔呈柱状产出并被Morgan(1971)用来解释象夏威夷群岛这样的火山的成因[3]。我们知道，地幔柱是深部物质在高温高压的作用下向上涌出的一股热流。在这一过程中，会发生结晶分异作用，不同的物质在不同的温度压力下会结晶出不同的矿物质。这非常符合鲍文反应系列。因而，地幔柱体的化学成分与周围地幔物质有明显差别。概括地说,地幔柱的概念也可以解释为储藏巨大能量的热柱和化学成分与周围有明显差别的化学柱的综合。二地幔柱的成因分析按照Morgan提出的地幔柱定义，地幔柱是来自地球深部的物质，由于其中的放射性

4、元素衰变释放出的热能而形成的圆筒状物质流。另外，现已知的全球分布有众多的热点，尤其围绕各大洋中脊及火山地震活动带。这与大洋中脊向两边扩展、离洋中脊越远岩层年龄越老不谋而合。说明是热点形成地幔柱推动着洋中脊的运动。这也解释了大陆漂移、海底扩张、板块构造的动力来源。本文认为，除了大量放射性元素形成热点演变成地幔柱外。最初的宇宙大爆炸说也是形成地幔柱的原因。宇宙爆炸说认为：宇宙最初为一个体积无限小，质量密度无限大的质点。在某一时刻发生爆炸，大量星际物质向三维空间无限远离。因此，在这过程中必然涉及到重力能、势能转化为热能的过程。在地球形成的最初这种转化关系是非常激

5、烈的。而现在，这种转化也同样存在我们居住的地球内部。可以解释为，高质量高密度物质不断向地核运移。在这种挤压条件下，于是导致由地核向地壳涌出一股热流，即地幔柱。而且，在地幔柱到达地壳的过程中，由于温度压力降低，于是又结晶出高密度高质量的矿物质又向下运移，从而形成一个动态平衡。三地幔柱的表现形式地幔柱构造是当今国际地学界研究的热点，也是一个争论的焦点。结合地幔柱上涌及其与岩石圈的相互作用过程，应该有早期上覆地壳的抬升、随后短时间内的大规模的岩浆活动、发生强烈地质构造运动等[4]。但是最直观最直接的宏观地质表象为以下几种:（一）地壳隆升地壳隆升这是地幔柱最重要的

6、表现形式，因为地幔柱的存在而导致地壳的隆升。例如地史上有名的喜马拉雅运动，它是新生代以来地壳运动的总称。并且在欧亚板块和印度洋板块碰撞挤压的情况下最终形成了喜马拉雅山脉，青藏高原就发育在喜马拉雅山脉上。它被称为“世界屋脊”。可以想象高原的隆升为地下一种动力源源不断地支撑着。这种动力就是本文所讨论的地幔柱。可以说地幔柱的存在是造就全球巨大山脉的动力来源之一。（二）火山--岩浆活动从全球活火山与地幔柱的空间分布来看。已查明的火山约2342座，其中10000a以来（全新世）有过喷发的活火山约1294座，地幔柱或称热点71个。我们知道，全球火山是分布在四大火山带上

7、的。即环太平洋火山带、大洋中脊火山带、东非大裂谷火山带和阿尔卑斯———喜马拉雅火山带。资料表明，地震和地幔柱热点正是分布在这些带上的。也就是说热点—地幔柱—火山活动三者之间的关系非常紧密，因为热点源源不断地为形成地幔柱提供能量。地幔柱一旦形成强大的地质流冲破岩石圈，就变成了火山岩浆。进而喷出地表形成大规模的火山活动。（三）大陆裂解大陆裂解是加拿大学者威尔逊有名的威尔逊旋回的萌芽阶段和初始阶段的两个过程。地幔柱的作用正体现在这里，岩石圈板块基本上重力均衡漂浮于地幔软流圈之上，岩石圈板块因下部热对流而随之被挤压漂移。大陆岩石圈在这种力的作用下，产生裂解。由崩裂

8、开始、以裂谷为生长中心的雏形洋区渐次形成洋中脊、扩散出现洋盆进而成