地幔中三种不同类型的热点

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1、地幔中三种不同类型的热点摘要：自热点理论提出以来，对热点的来源一直存在争论，经典地幔柱理论认为热点是来自核幔边界地幔柱在地表的表现形式，而“非地幔柱”学派却认为热点是岩石圈拉张破裂的被动相应。VincentCourtillot将地球上比较著名的49个热点分为三类：只有7个来自下地幔的深部—Morgan热点，其中3个位于太平洋半球，另外4个位于印度洋-大西洋半球；约20个来自穹窿顶部转换带底部；剩下的约20个热点是岩石圈破裂的被动响应—Anderson热点。很多学者的研究表明Morgan热点在各自的半

2、球是一个相对固定的参照系，而位于不同半球的Morgan热点间存在缓慢的相对运动。第二类热点火山轨迹较短、缺乏溢流玄武岩，是次级地幔柱所形成的热点。关键词：Morgan热点Anderson热点原始地幔柱次级地幔柱引言：板块构造理论的提出，成功地解释了发生在板块边界附近的火山活动。然而它并不能解释位于板块内部和板块深部的火山活动，首先使板块构造理论受到挑战的两个突出地质现象是大洋热点火山链和大陆溢流玄武岩。Wilson(1963)根据夏威夷海岛及其西北部海山逐渐变老的现象，提出了热点假说[1]。他认为这

3、些热点相对静止,并将热点作为板块运动的参照物。之后，Morgan(1971)正式提出了地幔柱假说，认为Wilson的热点是起源于地球核-幔边界的地幔柱在地表的表现形式[2]。自地幔柱（热点）理论提出之后，关于热点的来源一直存在争议，而这一争议可能是近20年来众多学者反对地幔柱构造理论的根本原因。关于热点的来源主要有几下几种观点：因地球岩石圈应力释放而形成的热点[3]；来自下地幔深部的原始热点[2]；由于次级地幔柱形成的次级热点[4]；Anderson热点.Anderson认为浅部的与板块运动有关的压

4、力可以使岩石圈破裂，从而导致岩浆沿着这些裂缝上涌产生火山活动。他认为所有发生在板块内部的火山活动都可以通过这一机制来解释[5]。VincentCourtillot（2003）总结前人的研究成果，提出了判别源于下地幔深部原始地幔柱热点的五个标准，根据热点形成的原因将地球表面著名的的49个热点分为3类：1.原始地幔柱热点（Morgan热点）；2.次级地幔柱形成的次级热点；3.Anderson热点[6]。一判别Morgan热点火山的的标准深部地幔柱作用产生的的热点火山活动可能具有以下5个典型特征[6]：1

5、.火山岛链的存在；2.火山运动轨迹源区溢流玄武岩的存在；3.巨大的浮力；4.持续的高3He/4He值；5.下地幔处低剪切波波速。1.1火山岛链和溢流玄武岩根据经典的地幔柱理论，地幔柱是起源于核—幔边界的不连续层(D″层，2900km)，其具有高温、低密度的性质。因为密度和粘度比周围地幔低而上升，当其上升到岩石圈时，由于受到岩石圈的阻挡，其头部向四周扩散，同时也由于深部物质的不断上升以及捕获了岩石圈地幔物质使得其头部逐渐增大，这样就形成了头部大、尾部细长的蘑菇形地幔柱。热点轨迹正是由于地幔柱撞击岩石圈

6、而在地球表面留下的痕迹[2,7]。因此，Morgan热点的第一和第二个特征是长的火山轨迹以及轨迹源区大面积的溢流玄武岩。1.2巨大的浮力浮力控制着流体从地幔向地表的流动，可能使得地壳隆起并产生热点。具体的数值研究表明，地幔柱从地幔底部向上运动穿过老的岩石圈所要求的浮力至少是1000kg/s，而且微弱的地幔柱在到达岩石圈前可能会被地幔对流剪切消损。因此，地幔柱热点的第三个标准就是浮力至少是1000kg/s[4]。计算浮力要求地形异常的存在，而地形隆起正是Wilson热点的典型特征。1.3高的He值或N

7、e值早期研究表明，与大洋中脊玄武岩(MORB)相比，大洋岛玄武岩（OIB）具有更高的3He/4He比值。但是，Farley和Neroda的研究显示，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比值一般认为与长期孤立的、古老的源区有关，而古老的源区一般认为是位于地幔深部，甚至是下地幔之下，而不是上地幔底部的转换带[8]。因此，将高的He值或是Ne值作为深部成因热点的第四个标准。1.4低速的剪切波根据热点的定义，

8、热点之下是高温的地幔物质，高温意味着低密度、低粘度，因此，在热点之下的地幔物质中会出现低速的剪切波带。所以，地幔柱成因热点的第五个标准是低速的剪切波[6]。二地幔中不同类型的热点2.1原始地幔柱热点的选择VincentCourtillot（2003）选择了49个比较有名的热点，对其进行分类。只有9个热点满足地幔柱成因热点的3个以上标准（表1）[6]。在这9个热点中，萨摩亚群岛Samoa具有短的、清晰的火山岛链轨迹，但是在轨迹的源区并没有溢流玄武岩或洋底高原，因此不能将