地幔柱經(jīng)典講座ppt-資料下載頁
2025-01-20 03:27本頁面
【正文】 同時，一個巨大的冷幔柱可能形成于新生成的復合大陸之下。如 200Ma通過廣泛的陸陸碰撞及威爾遜旋回后期的拼合作用而形成的勞亞古陸（ Laurasia）（ 圖 17）。下地幔中的這種冷幔柱一旦形成，將明顯地控制上地幔的對流方式，以至于所有大陸都趨于被吸納到這一超級冷幔柱中，直到所有大陸聯(lián)合成超大陸。在這一拼合起來的復合大陸的中部將產(chǎn)生一個巨大的克拉通沉積盆地，它是冷幔柱在地表的一種表現(xiàn)形式。 300Ma以來南太平洋中的高地形隆起以及現(xiàn)在的非洲大陸則是熱幔柱在地表的顯示。在威爾遜旋回中，對停滯巖片的沖洗非常重要，可以控制海平面的變化、板塊的誕生、大陸的裂解并促使地球旋轉(zhuǎn)。因此，板塊構(gòu)造只是一個非常表面的現(xiàn)象，占地球直徑的不到 1/10，而地幔柱構(gòu)造則起主導作用。這些日本學者認為，對地幔熱 — 物質(zhì)對流、超構(gòu)造圈層的打開及外地核的對流起控制作用的是冷幔柱，而不是熱幔柱。 冷幔柱與熱幔柱的關(guān)系（據(jù) Maruyama等， 1994） 四 、 地幔柱的結(jié)構(gòu)特征與實驗模擬 地幔柱的結(jié)構(gòu)特征 地幔熱柱具有巨大的球狀頂冠和狹窄的尾部結(jié)構(gòu)，在狹窄的尾巴狀通道中流體快速上升（ Campbell和 Griffiths， 1990）（ 圖 13）。巨大的冠形柱頭是因為源自深部的熱浮物質(zhì)難以快速上升和大規(guī)模運移而大量堆積，狹長的尾柱是因為高溫、低粘度地幔物質(zhì)沿已有通道可以快速上升。在熱浮力驅(qū)動下，伴隨深源熱物質(zhì)的持續(xù)供給，地幔熱柱仍保留巨大頭冠、狹長尾柱形態(tài)結(jié)構(gòu)而上升。 地幔熱柱的實驗形態(tài)結(jié)構(gòu) 實驗顯示的地幔柱結(jié)構(gòu)（據(jù) Campbell等， 1989） Campbell和 Griffiths（ 1990）建立了地幔熱柱動力模型，巖漿熔體形成于地幔熱柱的高溫軸部的尾柱區(qū)，其壓力條件比冠狀柱頭稍高。地幔熱柱尾柱高溫物質(zhì)部分熔融，可形成不受地幔影響的苦橄質(zhì)巖漿或苦橄玄巖漿或科馬提巖。冠狀柱頭物質(zhì)上涌釋壓減薄或下部尾柱巖漿的加熱，發(fā)生熔融產(chǎn)生巖漿。由于冠狀柱頭具有化學分帶和物質(zhì)混合特征，產(chǎn)生的巖漿也表現(xiàn)出兩源混合地球化學特征。尾柱的大量熔融和熔漿的凝聚上升，為地幔熱柱的頭部區(qū)提供地幔巖熔融所需要熱源和降低巖漿熔融溫度的揮發(fā)組分。因此，尾柱的熔融使冠狀柱頭具備形成熔漿的熱異常和含水條件。 地幔熱柱的實驗形態(tài)結(jié)構(gòu) Olson和 Yuen（ 1982） 把地幔熱柱稱為熱化學地幔柱 ， 認為地幔中的化學分層阻止不了熱化學幔柱從 D″層上升到地表 。 Yuen和 Schubert（ 1976） 建立了可變粘度流體二維地幔柱的理想化模式 。 Li和 Guan（ 1983） 對恒定粘度的流體進行了軸對稱熱地幔柱研究 ， 建立了可變粘度流體的二維地幔柱 。 Loper和 Stacey（ 1983） 提出了可變粘度流體中一個穩(wěn)態(tài)軸對稱地幔柱的熱結(jié)構(gòu)和動力學結(jié)構(gòu) ， 強調(diào)地幔熱柱熱流僅具有從地核向地表輸送熱量的作用 。 因此，大量理論研究和模擬實驗表明，地幔熱柱具有巨大球狀頂冠、狹長尾柱的形態(tài)結(jié)構(gòu)和獨特的熱 — 化學及速度結(jié)構(gòu)。 地幔柱的實驗模擬 主要是定量化的計算機模擬和實驗模擬 ，這是地幔柱構(gòu)造理論研究的重要手段之一 ，對探討地幔柱構(gòu)造的動力學機制起著不可替代的重要作用 。 Ribe（ 1988） 提出了地幔柱的巖漿作用動力學定量模型 。 認為地幔柱實際上是一靠近于巖石圈并處于部分熔融狀態(tài)的滯留流體 ，提出地幔柱與巖石圈相互反應的定量模型 ，確定地幔柱熔體向巖石圈底部 “ 增生 ” 的速率和巖石圈產(chǎn)生熔體的數(shù)量 。 其他學者也有類似的認識，認為來自于核幔邊界的物質(zhì)，在熱力和浮力驅(qū)動下上升到地球的表層而形成地幔柱（ 圖 13）。地幔柱于巖石圈相互作用，使殼 幔物質(zhì)不同程度地混合，產(chǎn)生不同類型的巖漿（下 圖 ）。 地幔熱柱的實驗形態(tài)結(jié)構(gòu) 地幔柱演化的數(shù)字模擬結(jié)構(gòu)（據(jù) Larson等， 1996） Lavelle（ 1997） 的模擬結(jié)果表明 ， 地幔柱的多級演化也受到很多因素的制約 。 實驗室模擬可以很形象地反映出地幔柱產(chǎn)生的動力學機制。80年代以來的幾個著名的實驗，較好地模擬了地幔柱的形態(tài)和成生、演化過程。比如在 Peter Olson實驗室進行的高溫高壓腔實驗，很好地顯示了地幔柱的一些特征。它表現(xiàn)為巨大的球狀頂冠和狹窄的尾部構(gòu)造，在狹窄的尾巴通道中流體快速上升（ 圖 110）。 實驗顯示的地幔柱結(jié)構(gòu) （據(jù) Campbell等， 1989） 地幔熱柱的實驗模擬 ， 著重于地幔熱柱物質(zhì)上升的浮力驅(qū)動 ，通過密度較小的物質(zhì)在密度較大的另一種物質(zhì)中上升來實現(xiàn) 。一般來說 ， 實驗的兩種組分有較大的密度差和粘度比值 ， 且基本上不發(fā)生混合 。 密度差產(chǎn)生浮力 ， 低粘度輕物質(zhì)在上升過程中形成一個近乎球形頭部和細長管狀尾柱的熱柱體 。 依據(jù)實驗推算地幔柱頂冠直徑可達 300km。 Griffiths（ 1990） 實驗表明 ， 熱浮力驅(qū)動熱物質(zhì)呈球狀上升 ，并以下部圓冠形尾柱與熱物質(zhì)源區(qū)相通 。 在地幔熱柱從核 幔邊界上升到巖石圈底部時 ， 地幔熱柱頂冠可能形成約 30— 60km厚的部分熔融層 ， 引發(fā)強烈的巖漿活動 。 巖漿熱又使硅鋁殼發(fā)生局部熔融 ， 引發(fā)中酸性巖漿活動 ， 形成構(gòu)造 — 巖漿活動帶 。
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