01-海底构造学基础-洋壳起源及海底构造

第一章

洋壳起源与海底构造

第一节板块构造学简介(Plate

tectonics)一、板块构造学概念二、发展阶段三、板块构造学的特点第二节

大陆漂移说(Continental

drift)一、魏格纳的大陆漂移说二、大陆漂移机制三、大陆漂移说的缺陷－衰落四、大陆漂移说的复活第三节海底扩张说－接近和谐的诗篇(Seafloor

spreading)一、产生背景及基础二、海底扩张说基本内容三、海底扩张说的三大支柱（海底磁异常，海洋钻探，转换断层）第四节板块构造学理论一、板块构造理论的内容二、板块划分依据和类型三、板块运动学四、热点-地幔柱假说

第一章洋壳起源与海底构造

板块构造学说的诞生是地球科学领域划时代的事件，标志着地球科学从分门别类的资料搜集、整理、研究推进到多学科综合、全面系统的阐述全球地质学理论阶段，并从固定的地球构造观向活动的地球构造观转变，为解决与人类生活密切相关的矿产资源、地震灾害等地质问题提供了新的理论基础。第一节板块构造学简介一、板块构造学概念

地球岩石圈可划分为若干不同规模的刚性块体,称岩石圈板块(60-120km)。板块构造是研究岩石圈板块裂解、离散、漂移、汇聚、消亡、增生和碰撞等构造作用过程和特点，并探讨板块动力学演化及其对矿产控制作用的大地构造理论。第一节板块构造学简介二、发展阶段1、大陆漂移的复活1912：A.L.Wegener的大陆漂移说，造成固定论与活动论的全面挑战；五十年代：“古地磁说”；2、海底扩张说的提出六十年代：“国际地球物理年”；海底磁异常的成因－－F.J.Wine－D.H.Matthews假说,1963年;H.H.Hess和Dietz的海底扩张说；第一节板块构造学简介3、板块构造形成深海钻探计划，1968～1983年；1965年，J.T.Wilson转换断层，板块构造提出1968年，D.P.Mckenzie，W.J.Morgan，X.LePichon，板块划分七十年代:“国际地质对比计划”“国际地球动力学计划”八十年代:“国际岩石圈计划”，1980～1990“大洋钻探计划”，继深海之后，1985～19954、后板块构造阶段二、发展阶段第一节板块构造学简介三、板块构造学的特点1、集现代科学、技术之大成，以海洋研究为基础，多学科交叉综合产生的现代大地构造理论；2、比较成功的、简洁的回答了“地球是怎样活动的”这一古老地质问题；3、比较全面、合理的综合应用不同地质作用探讨地球动力学过程及其演化：地壳运动－构造作用(tectonics)岩浆作用(magmatism)变质作用(metamorphism)沉积作用(sedimentation)成矿作用(mineralization)第一节板块构造学简介第二节

大陆漂移说一、魏格纳的大陆漂移说1、背景：大陆漂移说可以追溯到十七世纪。美国哲学家弗兰西斯·培根（Bacon,1620年）：非洲和秘鲁西海岸之间有一种大致的吻合。法国施奈德（A.Snider,1858）：《地球形成及其奥秘》首次把大西洋两岸大陆拼合起来，并利用欧、美两洲古生代煤层中的化石论证之。美国泰勒（F.B.Taylor.1910）：在1910年发表了长篇论文，首次提出了一个具有内在逻辑性的、连贯一致的假说，该假说包含了我们今天所理解的大陆漂移说的某种成份。2、Wegener：大陆漂移说1912年《根据地球物理学论地质轮廓（大陆及海洋）的生成》

1915年《海陆的起源

》

第二节大陆漂移说Wegener,AlfredLothar德国气象学家、地球物理学家，1880年11月1日生于柏林，终身献身于科学事业，1930年11月在格陵兰考察冰原时不幸遇难。①距今150Ma前，从中生代开始，全球只有一个大陆和一个大洋，前者称为泛大陆(Pangea)、后者称为泛大洋(Panthalassa)；②大陆由较轻的刚性的硅铝层组成，它漂浮在较重的粘性的硅镁层之上；③在潮汐力和离心力的作用下，大陆逐渐破裂、分离，产生离极漂移和向西漂移，造成现在的海陆分布；④大西洋、印度洋是在大陆分裂漂移的过程中形成的，太平洋是泛大洋的残余；⑤大陆在向赤道和向西漂移的过程中，前缘受到挤压褶皱形成山脉，后缘由于硅镁层的粘结、拖曳而脱落形成岛弧、岛屿。第二节大陆漂移说

魏格纳提出大陆漂移观点时，主要依据有海岸线形态、地质构造、古气候和古生物地理分布等。

二十世纪五、六十年代，古地磁学证据，使大陆漂移的证据由定性阶段发展定量估计的阶段，并导致了大陆漂移说的复兴，使得大陆分裂边缘地理、地质、古生物、古气候等吻合性的研究越来越精细，取得的证据也越来越丰富。主要依据：第二节大陆漂移说（1）岸线几何形态

大西洋两岸岸线的相似性(左)和按927m等深线拟合的大西洋两侧大陆的计算机拼合(右)（据E.Bullard等，1965）二维：大西洋两缘的海岸线弯曲形状极相似，若使两岸大陆相向移动可拼合得很好，就像一张撕开的报纸。三维：实际上，地球的各部分具有三度空间结构，大陆分裂后，由于侵蚀、沉陷、堆积增生及其他因素的作用，现在的岸线与大陆分离时的边缘相比，已发生很大的变化。拼合图上的空隙和重迭部分很有限，这些局限的重叠或空隙部分是后期外动力作用改造的结果。

基底岩石年龄相似的地区称为地质省。在非洲西部大于2000

Ma的地质省和600

Ma左右的地质省之间隔着一条分界线，它在加纳的阿克拉附近向西南延入大西洋。巴西北部同样确定了相似年龄的两个相邻的地质省。把非洲和南美移回到假定的大陆漂移前的位置上，两个地质省间的分界线可完全衔接。（2）地质省绿色：大于2000Ma的地质省；灰色：600Ma的地质省。桔色：相对绿色区年轻的前寒武岩石大西洋两岸早古生代加里东期褶皱带的拼合北美阿巴拉契亚山脉东北段（纽约至纽芬兰岛）与西北欧斯堪的那维亚山脉均属早古生代加里东期褶皱带；其西南段与英国南部和西欧的褶皱带可对比，均属晚古生代海西期。（3）构造（褶皱带）第二节大陆漂移说（4）地层:二叠、石炭、泥盆

冈瓦纳各大陆之间的地层相关性对比（据Hurley1968）根据巴西东南部和非洲西南部的地层层序，在距今550～100Ma间（白垩纪前）具有相同的地质历史，说明南美与非洲之间在白垩纪以前是连接在一起的。它们的分裂（即南大西洋的形成）始于白垩纪初。（5）矿产：

煤层、铅锌矿带

欧洲石炭系煤层可以延续到北美洲，煤层中含有相似的化石。复原的联合古陆与劳亚古陆各大陆的煤系地层对比（PaulR.Pinet1992）所有这一切都说明，北美洲与欧洲、南美洲与非洲远隔重洋，但在地层、构造和成矿带方面都具有一致性。大西洋相对两侧的岩层、化石、地质构造和成矿带有着良好的相似性，犹如在一张撕破的报纸上，可以见到两边行行相应的文字一样。（6）古生物：中龙、舌羊齿、坚头类、蜗牛、昆虫、蚯蚓

二叠－三叠纪（距今200～270Ma）的联合古陆及某些动物群的分布（据W.Sullivan1974）

(7).岩石：麻粒岩带及前寒武纪斜长岩当印度洋闭合时，东非、马达加斯加、印度，澳大利亚西部和南极洲的麻粒岩带、中生代辉绿岩也可互相衔接；前寒武纪斜长岩也可对比。二.大陆漂移机制

1.漂移方式：魏格纳从海陆起伏曲线中发现大陆台地和大洋盆地间存在着明显高差，根据地壳均衡原理，他认为陆高而质轻，洋底而质重，较轻的硅铝质陆块浮在较重的硅镁层上。大陆漂移过程中，在其前方，原来的洋底不断被大陆块掩覆，在其后方，新的硅镁层洋底不断露出。2.驱动大陆块侧向位移的动力:潮汐摩擦力-地球自转速度因潮汐摩擦而减缓，尤其地表最明显，致使地球表层或各大陆相对于地球由西往东的自转有滞后趋势，宏观表现为大陆缓慢向西漂移离极力-冈瓦纳古陆经过分裂而离开极地，必然有一种离开极地指向赤道的离极力。第二节大陆漂移说三.大陆漂移说的缺陷－－大陆漂移说的衰落

大陆漂移假说提出至20世纪20年代在欧洲引起广泛讨论，盛极一时，30年代后就逐渐趋于沉寂。衰落原因和争论的焦点：是大陆漂移的机制问题。虽然魏格纳从多方面论证了大陆确实发生过侧向漂移的事实，但他对于漂移的方式和动力所做的解释很难自圆其说。1）力学上，将刚性的洋底硅镁层看作是塑性的和可流动的，显然与事实不符，这是其致命弱点之一。据地球物理学家计算，潮汐摩擦力和离极力也实在太小，既不可能驱动巨大的陆块发生漂移，也不可能在大陆前缘挤压形成高大的山脉。2）几何特征（二维）不精确，例如北大西洋两岸的纽芬兰与欧洲就难以拼接。3）构造布局，既然大陆漂移经历了远距离的侧向运动，通常应打乱大陆的构造布局，为何大西洋两岸构造仍然如此吻合?4）历史演化，地球已有几十亿年的历史，大陆的分裂为何始自中生代，联合古陆为何能在地球历史的大部分时间得以生存?实际上，在20世纪90年代以来，研究揭示中生代以前还存在多个超级大陆，如古－中元古代的Columbia、新元古代的Rodinia等。5）变形层次，既然地球的塑性部分主要由地幔构成，为什么漂移运动中发生褶皱形成山脉的恰恰是大陆表层呢?第二节大陆漂移说四、大陆漂移说的复活

1.古纬度的变迁本世纪50年代，英国学者布莱克特（M.S.P.Blackett）通过大量的地磁研究发现，世界不同陆块古地磁纬度于现今新处的纬度有很大差别，例如：英国三叠纪红色砂岩古地磁倾角30°，现今为65°。印度孟买城：目前北纬19°，新生代初玄武岩远在南半球的南纬32°，印度大约在6千万年来向北漂了6千公里。

第二节大陆漂移说2.古地磁的迁移岩石中含有磁性矿物，在地球磁场的影响下，岩石形成时就受到磁化，从而保存了它们形成时间和地点的地球磁场方向的古地磁记录。通过对岩石所记录的古磁场的倾向和倾角的测量，可以计算岩石形成时地球磁极的位置。第二节大陆漂移说人们从各个大陆不同时代的地层里测出几千个古磁极的位置，连接任一大陆不同时期的古磁极的线，就是那个大陆的视极移曲线。将各大陆视极移曲线比较，调整的结果表明，在2亿年前的所有大陆曾是一块共同的大陆—泛大陆。第二节大陆漂移说南美与非洲拼合起来后，两极的极移曲线彼此重合第二节大陆漂移说第三节海底扩张说－接近和谐的诗篇

第二次世界大战后，海洋地质学得到了迅速的发展。回声测深、地震、重力、磁力、地热等技术方法被广泛应用于海洋地质研究，使海洋地形测图工作迅速推进。20世纪二、三十年代的三大发现，即大洋中脊体系、沟-弧体系、海洋地壳的年轻性及其地质作用过程的研究，改变了人们对大洋底形貌及其发展演化的认识，从而动摇了传统的地质学观念，成为海底扩张学说创立、发展的基础和主要依据。

一.产生背景及基础二.海底扩张说基本内容

H.H.Hess首先孕育了海底扩张的思想，并于1962年发表了著名的《大洋盆地的历史》这篇经典论文，提出了一个清晰而又使魏格纳大陆漂移说得以立足的模式。在这一模式中，早期认为大陆是在洋壳上运动的大陆漂移有本质区别。几乎在同一时期，R.S.Dietz（1961）发表了具有历史意义的论文《用海底扩张说解释大陆和洋盆的演化》，首先提出了“海底扩张”这一术语，以说明主要与洋底生成和消亡过程有关的理论。第三节海底扩张说1.海底扩张说基本理论：大陆之下的地幔上升流使大陆裂开，裂离的硅铝质大陆块驮在对流体上随着硅镁层而漂移；大洋中脊是热流上升而使海底裂开地幔物质涌升的出口，熔融岩浆从这里喷出冷凝成新的洋底，并伴随新的涌出推动先成的洋底向两侧对称扩张，即海底扩张。速度几厘米/年；海沟是对流下降区，洋底在中脊处产生（高热流异常），而在海沟处（低热流异常）沉入地幔深部。洋底在不断的形成、运动、潜没和更新，周期不超过200Ma。第三节海底扩张说大陆与相邻洋底被地幔对流体驮载缓慢运移－被动漂移2.海底扩张说的证据洋底年龄：对大洋的认识（50～60年代）：洋底物质组成不同于大陆，未发现老于侏罗纪的岩石。

洋底热流：50年代末洋底热流测量获得，大洋中脊为裂谷，高热流，海沟处则比正常值低，这种热流分布体制表明，热流应是从大洋中脊上升，在海沟处下降。大陆海沟大洋盆地洋中脊地盾海西褶皱带新生代优地槽地带地表热流(HFU)0.901.252.200.801.103.75地幔热流(HFU)0.3±0.10.5±0.11.6±0.20.5±0.11.0±0.053.7±0.05莫霍面温度ºC350±100650±1001000±200100±50300±200部分构造区的热流及温度分布资料（据斯米尔诺夫1975）三.海底扩张说的三大支柱本世纪60年代为海底大发现的时代，其中条带状海底磁异常、深海钻探以及转换断层等成果并称为论证海底扩张说的三大支柱。1.条带状海底磁异常1961年，R.G.Moson和A.D.Raff根据东北太平洋（北美岸外）详细的磁测资料首先披露了洋底存在着条带状磁异常（又称磁线理），与陆上不大规则的磁异常有着明显的区别。之后，在三大洋底都发现了这种具有共同特征的磁异常，尤以北大西洋雷克雅内斯中脊的磁异常条带最典型。

第三节海底扩张说

a.洋底磁异常特征线条状：正反向地磁条带相间排列，每一条宽度仅20～30公里，长数百到千公里，异常强度约400伽玛左右；定向性：平行洋脊，显著定向；对称性：以洋中脊为轴，对称分布；全球性。第三节海底扩张说b.磁异常条带成因磁异常条带是洋底岩石磁性强弱不同所致，强为正，弱为负？与充填于一系列平行延伸的海底谷底中熔岩流被磁化？高磁性岩石沿裂隙充填？瓦因－马休斯假说：海底磁异常条带，是在正反向交替的地磁场中，形成交替磁化的玄武岩条带而产生的。新的大洋岩石圈由于地幔物质的上涌而形成时，一旦冷却到居里温度以下，必定沿着当时存在的地磁场方向磁化。如果地磁场正常，则获得正向磁化，如果地磁场极性反转，反向磁化。随着海底扩张的继续进行，先成的磁性地壳将被新生的磁性地壳向两侧推开。于是，只要海底不断扩张和地磁场周期性地转向，先后相继的、正反磁化方向交替的洋壳条带就会从洋中脊轴部不断现外推移，而形成平行并对称于洋中脊分布的磁异常条带。地磁场异常模式图洋底磁异常分布图－大洋地质年龄图C.海洋沉积物的磁性海洋沉积物中含磁性矿物时，有可能在垂向岩芯段上留下正反向磁化记录。灵敏磁力仪测定表明正反向磁化段在沉积岩芯中交替出现。沉积岩芯中正、反磁化段的厚度地磁场转向年表中正反极性期时间长短海底正负磁异常条带宽度三种相互独立的不同尺度具有如此等同的定量关系证实地磁场的频繁倒转，同时证明海底是扩张运动的，地球表层存在大规模水平运动第三节海底扩张说2.深海钻探1）洋壳很年轻且对称于大洋中脊轴分布2）洋壳层沉积厚度与层序对称于大洋中脊轴分布3)洋壳同侧沉积厚度与层序差异规律变化4）直接揭示洋底年龄，从中脊轴部向两侧递增。可计算扩散速率（2cm/y）,为海底扩张学说提供强有力证据5）洋底面积与计算吻合第三节海底扩张说

大洋中脊体系被一系列横向大断裂错断。这些横向大断裂从20世纪50年代初被发现直至20世纪60年代中期，一直被认为是平移断层。

J.T.Wilson从动力学的观点进行分析后于1965年提出，这类断层是由于海底扩张所引起的“转换断层”，其分布如下图。

3.转换断层第三节海底扩张说板块边界的全球分布（据Deway,1976）

平移断层ABCD扩张1）运动方向：转换断层BC段错动方向是右旋，且断层外两盘运动方向一致；而平移断层，断层两盘的运动方向始终相反,左旋，错动沿整条断裂带发生。重要区别！转换断层两侧板块的运动是横向运动，其速度与两脊轴处的扩张速度成正比，两盘海底块体运动的方向永远与断层完全平行。而走滑断层两盘的运动方向可以与走滑断层线斜交。2）断距：如果是平移断层，标志物之间的断距应随时间的增加而增加，而转换断层之间的洋中脊之间的距离一般是稳定的，尽管洋中脊轴两侧海底不断扩张，但中脊轴之间的断距不随时间增加而增加。转换断层与平移断层的区别中脊轴转换断层3）地震活动

断层的错动只发生在两脊轴之间，因此只有转换断层部分才有浅源的地震活动，延伸的破碎带部分是无地震活动的。

而地震活动可沿整个走滑断裂发生，可以是浅、中、深源地震的任何一种或多种，取决于其切割深度。

4）地貌特征

转换断层:非对称脊岭，线形断崖和狭长沟槽，两者高差可达数公里，在地震剖面和重力上均有明显反映。

走滑断层的:负地形

转换断层运动和破碎带表现两各洋脊板片之间，也就是转换断层发育的地方，两个岩石圈板块相互发生错移。这种差异运动产生浅层地震。洋脊顶外沿着断裂带方向，两板块以相同速度向相同方向运动，因此沿破碎带方向无地震产生。大洋中脊与转换断层的关系破碎带破碎带地势高地势低活动转换断层第三节海底扩张说10Ma2Ma浅部红色深度<1000m深色紫色区深度>6000m第三节海底扩张说大西洋洋中脊多波束合成图像，byDebGlickson.转换断层的错动方向代表了海底扩张方向、其动力学机制与海底扩张模式一致，是海底扩张的有力证据。转换断层这一概念在后来的板块构造学说的发展中起到了巨大作用。海底扩张说的要点可归纳为：

洋底在洋脊裂谷带形成并不断扩张，老的洋底在海沟处消减，使洋底不断更新。洋底的扩张是刚性的岩石圈块体驮在软流圈上运动的结果。运动的动力是地幔物质的热对流。洋脊位于对流圈上升处，海沟位于下降处。如果上升流发生在大陆内部就导致大陆的分裂。第四节板块构造理论20世纪60年代后期建立起来的构造假说，从70年代起得到广泛传播和接受，它的基本论点是：①地球表面层可以划分为刚性的岩石圈和塑性的软流圈。②岩石圈本身被各种类型的构造活动带（洋中脊、海沟、转换断层等）分割成若干刚性薄板状块体，称为板块。③这些板块沿着岩石圈与软流圈之间的界面发生长期、缓慢而规模巨大的水平位移。一、板块构造的基本观点

④板块在洋中脊处拉开，形成新的洋壳并发生相离运动、在深海沟—岛弧带俯冲，发生相向运动，使陆壳逐步增长并导致大洋盆地缩小以致完全封闭。因此，地球半径得以基本保持不变。

⑤板块水平移动的原因在于地幔中的热对流(地幔柱理论)。拉张发生在上升流的地段，俯冲发生在下降流的地段。大陆漂移假说海底扩张说板块构造理论泰勒(F.B.Taylor1910)魏格纳（A.Wegener1912）基本论点：地球表面的大陆是主动、水平活动的，运动块体前缘收缩，后缘拉张缺陷：大陆产生大规模水平运动的动力问题没有得到满意的解决。大量海洋地质的调查（海底地磁）研究，促使解释大陆是被动地在下部地质体的驼载下发生水平运动。以地幔对流解释了大规模水平运动的动力问题板块构造理论的演化阶段固定论与活动论仍处于争论之中：地幔柱和板块构造垂直和水平运动的“小鸡和鸡蛋”问题第四节板块构造理论二、板块划分与边界类型第四节板块构造理论划分依据之一：地震带分布规律研究揭示出如下规律：1）全球各地震带互相连接，即具有连续性，主要地震带上几乎无间隙；2）地震带是狭长的，有些地区尤其是洋中脊，地震带非常窄。3）地震带把地球表面分成为许多形状不规则的稳定板块，因此，可以把地震带的分布和发生情况与板块理论联系起来，证明地震活动集中发生在板块边界，地震活动类型是用来确定板块边界位置的主要标准之一。地震带的板块划分意义1）板块边界，地震特别是浅源地震的震中分布，勾画出了板块边界的轮廓；2）地球内部状态，深源地震的震源分布证明了岩石圈板块向下延伸穿过软流圈，显示了这些岩石圈板块在地球内部深处的状态；3）板块运动方向，地震波的研究结果告诉我们各个板块相对于邻接板块的运动方向以及板块的消亡方向。第四节板块构造理论2.板块级别(1)大板块或称巨板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度-澳大利亚板块（也有的称印度板块、印度洋板块或澳大利亚板块）和南极洲板块。第四节板块构造理论(2)中板块(mesoplate)

大板块内的次一级块体。它既可以是六大板块裂解的产物，也可以指虽然已与其他板块拼合在一起，但在地质历史上确曾独立存在过的板块。共5个。第四节板块构造理论中板块一般位于大板块之间或大板块前进的边缘，其位移和转动取决于大板块的运动方向。中板块的运动方向在几百万年或几千万年内即可发生变化。它们与其它板块被地震带分隔的情况。Nazca,Cocos,Phillipine板块为海洋板块，Caribbean,Scotia既有陆地也有海洋。（3）小板块：是面积大体在10万平方千米以内的板块。这种板块通常出现在两个大陆板块之间，或大陆和岛弧的碰撞带中。由于在这类碰撞带上，地震带非常宽广，很难单纯依据地震分布进一步划分出小板块。一般通过地震震源机制的研究，如果发现沿某一断裂带反复发生的地震都具有一致的错动方向，则可确认这一断裂带为小板块的边界。据此，就可以在欧亚板块、非洲板块与阿拉伯板块间进一步区分出土耳其板块、爱琴海板块、亚德里亚板块、伊朗板块等；在太平洋板块与澳大利亚板块之间可进一步划分出新赫布里底板块和汤加板块等。小板块的运动一般不受地幔对流的驱动，主要受控于大板块的运动，相对于主要板块的位移不大。它们在全球板块运动中无关紧要，但在区域构造研究中是不可忽视的因素。第四节板块构造理论（4）微板块（microplate）：是迄今为止板块构造学说所认可的最小一级板块，是研究板内构造时提出的。主要借助于卫星照片、古地磁数据、同位素年龄、地热流变化和岩石成分等。微板块在大陆上一般以克拉通块体（大陆地壳上长期稳定的构造单元，即大陆地壳中长期不受造山运动影响，只受造陆运动发生过变形的相对稳定部分，常与造山带对应）为主体，周边残存有被动或活动陆缘及板块活动的遗迹，有不同于周边的演化历史。由许多微板块组合可形成联合板块，它们早期具有各自独立的演化历史，晚期作为一个统一的板块运动。根据力学性质，板块边界可分为三种类型：①拉张型板块边界：在拉张型板块边界处，两个板块向背而行，作背离运动，留下的空间不断被从软流圈上升的地幔物质所充填，形成新的洋壳，分为洋脊裂谷（红海）和大陆裂谷（东非裂谷）两种形式。地幔物质上涌，基性、超基性岩浆不断补充，冷凝形成新的岩石圈，添加到向两侧运动的板块后缘，从这个意义上讲可称其为板块增生边界或建设型板块边界。第四节板块构造理论边界类型其中两支进一步发展成为大洋，第三支夭折成为坳拉谷.这类板块边界处在张力作用区，岩石圈处于拉伸状态，最终导致岩石圈块体沿着拉张边界彼此分开，成为热地幔物质涌升地带。因此，该类板块边界的特征是：①往往伴有很高的热流值；②由于新增生的岩石圈厚度很小，故地震震源极浅；③发生的地震以正断层型为主；④地震集中在极狭窄的地带，一般不超过20km；⑤加之新生岩石圈的强度较低，所以发震频率低，震级小，大多地震在5级以下，最大震级也不会超过7级。②剪切型板块边界：在剪切型板板块边界处，两个板块相互错动，作剪切运动。这里岩石圈既不增生，也不消减，发育碎裂变质岩。①应力场以剪切作用为主；②剪切方向与借助磁异常确定的板块相对运动方向一致。即相邻两板块沿边界彼此向相反方向滑动；③既没有板块增生，也没有板块消亡，仅只是一些滑移迹线，有人称其为守恒板块边界。④这类板块边界上所发生的地震以走向滑动类型为主，地震活动大都为浅源地震，地震带较窄，地震频度和震级明显比洋中脊为代表的拉张型边界大；⑤在地貌上表现为“地堑型”谷地，它不是一条断层，而是长而平直的破裂带，宽数公里至数十公里。第四节板块构造理论③挤压型板块边界：在挤压型板块边界处，两个板块相向而行，作敛合运动。这里构造活动强烈、复杂，分为四种形式：岛弧-海沟（西太平洋）和山弧-海沟（美洲西海岸）洋-洋俯冲（马里亚纳海沟）陆间海（欧非之间地中海）地缝合线（雅鲁藏布江地缝合线）俯冲和碰撞两种第四节板块构造理论俯冲型大致与沟-弧体系相当，且其主要分布在太平洋两侧，也有叫作太平洋型汇聚边界的。边界两侧相向运动的板块前缘一般是大洋岩石圈和大陆岩石圈，而且总是大洋板块俯冲于大陆板块之下，这可能是因为大洋板块厚度小、密度大、位置低、易于下沉，而大陆板块则厚度大、密度小、位置高、容易上浮之故。特点是：①从海沟向岛弧或大陆方向，依次出现浅源、中源和深源地震，地震记录显示在平面上形成很宽的地震带。板块俯冲边界是世界上地震活动最强烈、频率最高的地带，如环太平洋地区，有“环太平洋地震带”之称，记录到的最大地震为8.9级。这是因为在俯冲边界两板块相互迭覆，大洋板块俯冲潜没，大陆板块仰冲，彼此倾斜接触，使板块间接触面增大。加之大洋岩石圈从生成运移到俯冲带，经过了160Ma左右的时间，因冷却增厚（大约在80km以上），冷的刚性岩石圈沿海沟向下俯冲，一直穿过软流圈至几百公里深处（最大可达700km，视俯冲带倾角而不同）才能地幔同化，这之前一直保持着其刚性和很高的强度。②板块沿俯冲带的俯冲作用因摩擦生热，所以热流值从海沟向岛弧或陆侧呈升高趋势；③在岛弧或陆缘山弧还会发生强烈的火山作用。碰撞型与大陆现代年轻造山带相当，主要分布于欧亚板块南缘，又称阿尔卑斯－喜马拉雅型汇聚边界。两相向运动板块前缘的陆块彼此接近或相遇碰撞。该类边界特点是：①地震带极宽，以浅、中源地震为主，最大震级为8.7级。②由于岩石圈上部的陆壳古老而复杂，发育了众多的断层，有许多薄弱带。③伴有比较强烈的岩浆活动。④热流值相对较高。⑤事实上，这类边界是两个大陆板块相互作用的极宽阔而复杂的地带。而不是一条明确的界线。在大陆发生碰撞之后，板块的相对运动和沿边界的挤压作用仍然持续着，如亚洲板块重迭在印度板块之上，结果使该板块边界具有正常大陆地壳两倍的厚度，这已成其为一大特点，是造成喜马拉雅山带和青藏高原巨大海拔高度和使地震带、岩浆活动带变宽的主要原因。可以想象，两陆块的相撞必然产生巨大的挤压作用，使岩层不断弯曲、破裂、逆掩、变质，不同类型的岩石相互混杂在一起。如果板块相对运动停止，则活动性消失，这时主要受外力作用，在地质历史上将成为古缝合线，标志着这里曾是板块边界，如乌拉尔山、北祁连山等。两板块之间边界类型小结

（三大类七形式）一、离散型－拉张1大陆裂谷（东非裂谷）2洋中脊裂谷（红海）二、汇聚型－挤压俯冲3洋壳－陆壳俯冲型：

海沟－岛弧体系（西太平洋）海沟-陆缘山弧体系（美洲西海岸）

4洋壳－洋壳俯冲型（马里亚纳海沟）碰撞5陆间海式（欧非之间地中海）

6缝合带式（喜马拉雅－雅鲁藏布江地缝合线）三、转换型－剪切

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（大洋中脊）第四节板块构造理论三个板块之间的边界组合类型除上述两个板块之间的边界类型外，在板块分布图上还可看到三条板块边界相交于一点的现象，这一个交点就叫做板块三联接合点(简称三联点，或称三节点)。与三联点相接的板块边界可以是拉张型、挤压型或剪切型边界。板块三联接合点在板块构造研究中具有重要意义。威尔逊旋回(Wilsoncycle)

①胚胎期——大陆裂谷地幔物质上升，大陆地壳隆起、变薄，在拉伸力作用下，地壳表层形成一系列窄而长、中央深洼的断陷盆地——大陆裂谷盆地（在陆壳的基础上因拉张而形成大陆裂谷）。现代实例：东非裂谷。②幼年期——微大洋拉张作用的继续，裂谷中轴产生狭窄的洋壳，两侧为变薄且受到改造的大陆地壳。现代实例：红海、亚丁湾和加里福尼亚湾。③成年期——大西洋型大洋盆地持续的海底扩张，出现了广阔的大洋盆地。现代实例：大西洋。④衰退期——太平洋型大洋盆地大洋中脊虽然继续扩张，但洋盆一侧或两侧产生俯冲，出现俯冲消减作用，海洋面积渐趋缩小。现代实例：太平洋⑤终了期——残留海随着洋壳海域的缩小，导致两侧的陆壳地块相互逼近，期间仅残留内陆海。现代实例：地中海⑥消亡期——地缝合线残留海也以消失，两侧大陆碰撞，继续俯冲的陆壳板块相互挤压形成高大的山系。沿碰撞带可以出露因挤压、侵位的古海洋洋壳的残片，称为地缝合线。加拿大,威尔逊,大洋盆地从张开到闭合的六个阶段，威尔逊旋回。几何拟合的数学方法－EulerRotation(欧拉旋转)在球体表面，任何一点的移动轨迹都不是直线，而是一条弧线。因此，地球表面大陆的运动亦应该是一种环绕某根通过地心的轴的旋转运动，大陆的旋转轴（扩张轴）与地球表面的交点叫旋转极（扩张极或Euler极），它与地理极、地磁极无直接的关系。如果地球表面的两个大陆在洋中脊两侧扩张，那么它们的相对运动就必然是围绕着称作旋转极的点的转动，旋转极是相对于两大陆中的任一大陆都不移动的唯一的点，旋转轴通过旋转极和地球中心时与地球表面垂直。离旋转极90°的大圆叫做旋转赤道。与旋转赤道相平行的一系列同轴圆弧，表明了块体上各点的移动轨迹，可称为欧拉纬线。通过欧拉极的大圆，则称为欧拉经线。第四节板块构造理论-

板块运动学1.板块的球面运动三、板块运动学

在讨论大陆漂移时，通常是大陆的相对运动，即一个大陆相对另一个大陆的旋转运动。这样，确定一对相邻大陆的相对运动，就归结为查明它们的旋转极的地理坐标和旋转角速度。根据大陆运动的实际资料，例如两个刚性块体共同边界上不同点的运动方向和速度，就可以确定这两个主要参数。运用这两个刚性块体的不同时期的这些参数，可以重建对应时期的大陆原始面貌，达到重建板块的目的。板块A相对于板块B的旋转运动(据Morgan，1968)三个刚性板块在一球面上的相对运动：随着旋转极和旋转弧线之间距离的增加，相邻两板块间的相对运动也增加。运动中的相对差异沿转换断层得到了调整。当板块B旋转ω角度时，新的表面就对称地增生于中脊轴附近的A、B两板块上，板块B的表面则因消亡作用而在板块C的下面潜没。第四节板块构造理论-

板块运动学1.板块的球面运动垂直于中脊轴的转换断层可以代表板块旋转运动的方向和轨迹；北太平洋的一系列断裂带与南太平洋有所不同，说明北太平洋的板块运动方向在地质历史上曾与南太平洋不同。一般把中脊轴间转换断层的走向看作现代板块的运动方向，离开中脊轴的不活动断裂（破碎带）则代表早期板块运动的方向。如果断裂带的走向发生过变化，表明板块运动的方向曾发生过变更。板块相对运动北面：劳亚古陆－包括北美、欧洲、亚洲（阿拉伯半岛和印度不在其内）南面：南半球诸大陆（南美、非洲、印度、阿拉伯半岛、南极洲）3亿年前的联合古陆现今海陆分布三叠纪180Ma侏罗纪135Ma南北美洲之间发育一条洋脊，洋脊扩张，劳亚古陆与冈瓦纳古陆分离并作顺时针旋转；另一条洋脊使南美和非洲与冈瓦纳古陆其余部分发生分离，同时印度与南极大陆分开。大西洋北部与印度洋不断扩展，欧亚大陆相对非洲向西滑动。一条断裂带开始将南美与非洲分离，起初类似东非大裂谷，而后演变成类似红海的狭长海，南大西洋开始出现。洋脊断裂带非洲南美印度南极北美欧亚澳大利亚白垩纪第三－第四纪南大西洋展宽与北大西洋连成一片，但尚未延伸到北极地区；美洲两大陆向西已漂移很远，欧亚古陆继续顺时针转动，非洲则逆时针向北漂移，几乎使特提斯海东端闭合，同时产生巨大压应力和剪应力导致造山运动；马达加斯加沿新断裂与非洲分开；印度向北继续运动。现今海陆分布格局：大西洋中脊扩展进入北冰洋，澳大利亚大陆与南极大陆分离向北漂移，美洲两大陆被主要由火山喷发的地峡连接；特提斯海东端完全闭合，形成地中海；印度洋中脊分支延伸形成红海；印度次大陆因与亚洲大陆主体碰撞形成喜马拉雅山和青藏高原。巴拿马运河150Ma年以来古大陆重建2.板块运动的驱动机制必需满足下述四个条件:1）能够产生足以推动巨大板块运动的力；2）必须符合物理学，特别是流体力学、热力学和力学的基本原理；3）符合根据地球物理探测得出的地球内部的性质和状态；4）板块运动的效应应该与现代岩石圈的性状和动态相一致，并能合理解释地质历史上的板块运动及其演变过程。因此，板块构造动力学就涉及到板块运动的能源、动力和运动方式等方面的问题。第四节板块构造理论-

板块运动学（1）地球内部热源与现今分布放射性同位素半衰期（a）生热率（cal/g·a）铀235U7.10×1084.30238U4.5×1090.71钍232Th1.39×10100.20钾40K1.30×1090.22岩石名称平均含量（×10-6）K/U平均总热产率（10-8cal/g·a）UThK沉积岩3.005.00200006.7×104373.0花岗岩4.7518.5379008.0×104818.0中性岩2.00—180009.0×104340.0玄武岩0.602.7084001.4×104120.0橄榄岩0.0150.05634.2×1042.26第四节板块构造理论-

板块运动学1.地球主要热源放射性元素（铀钍钾）衰变产生的巨大热量构成地球的主要热源。2.主要热源的分布不均一性在地球各层圈分布不均一，在地球演化、分异过程中集中于地壳及上地幔顶部。在酸性岩浆中最为富集，生热率最高；在超基性岩浆中含量最低，生热率最低。四种地球内部的热源：放射性元素衰变（最主要）、地球转动能、化学反应热、重力分异热。地球转动能：地球物质密度的不均匀分布和地球自转时角速度变化引起岩层水平位移和挤压而产生的机械热；化学反应热：也称化学能，指外成—生物作用产生的能量，如硫化物及有机物发生氧化反应时释放出来的热量；重力分异热：也称重力能，是地球物质在重力分异过程中产生的热量等。它们在地球内部热源中所起的作用居次要地位。第四节板块构造理论-

板块运动学（2）地球的传热机制地球是由各类岩石构成的物质实体，物理学中的传导传热，对流传热和辐射传热三种热交换方式适用于自然界，当然也适用于地球。传导传热:是依靠物质质点（分子或原子晶格）的相互作用进行传热的。岩石是热的极不良导体，即它的热导率很低。如果单靠传导传热，100m厚的熔岩流完全冷却需要300a的时间，400km深处的热如果单靠传导传热输送到地表，需要5000Ma左右的时间。对流传热:主要发生在地球有大量物质（以液态或具塑性的固体物质为主）发生运移的地带。对流是指依靠可以变形的受热体部分发生宏观运动传递热量的一种传热方式，分为自然对流和受迫对流。辐射传热:是从热源（中心）沿直线向四周发散热量。任何物体都以电磁波的形式辐射热，在辐射线发射过程中，物体的一部分内能转变成与无线电波、光波或宇宙辐射线具有同等性质的电磁波式能。辐射传热发生在地球表面，然而新近的实验表明，硅酸盐矿物不易发生辐射，这就减少了辐射传热的有效性。所以，一般情况下辐射传热可以不予考虑。第四节板块构造理论-

板块运动学4.地幔对流模式A.深地幔（或全地幔）对流模型B.浅地幔对流模型:C.双层对流模型D.热幔柱相连的双层对流模型地幔柱只起源于D”层，位置不发生迁移E.混合模型地幔柱不仅起源于D”层，能捕获下层中的物质，而且，可以起始于660Km深处，后者死亡后形成石化地幔柱，在660Km对流层面上可以发生迁移第四节板块构造理论-

板块运动学上下地幔之间粘滞度相差不大、俯冲板块可一直俯冲到600km，推测存在整个地幔尺度的大尺度对流，对流的热源可能有一部分来自地核下地幔粘滞度大大大于上地幔、上地幔下部相变阻碍对流超出上地幔,对流环不大，难以解释如何推动诸如太平洋板块这样的大板块问题热点上海岛玄武岩来源与为亏损的深部地幔，而洋中脊玄武岩贫大离子亲石元素，来源于亏损地幔:上下地幔对流环相互分开、自成体系、上地幔对流环具有相互耦合的两种对流尺度并驱动板块运动支持者：地幔对流模式与板块运动模式相对应。板块运动速度大体代表了地幔对流的速度。反对者：洋中脊转换断层将板块错开成许多段，流体上升流如何

在此处中脊轴裂谷处处吻合？

三条中脊相接或中脊与海沟相交，其下面会如何对抗？

板块边界随时可能迁移，其下的对流体也同步位移么？不能轻易否定：冰块在水面上漂浮得到启示，推测板块运动与地幔对流不一定有直接绝对联系。如同水面上相互拥挤的冰块，不论其形态和运动如何复杂，其下面水体流动比较规律，两者运动未必吻合，但冰块运动是由下面水流驱动是不可否认。借助于三维地震层析、超高压矿物相变、地幔对流的实验和理论模拟以及全球范围地幔地球化学的研究。3.地幔对流争议第四节板块构造理论-

板块运动学4.板块受力分析（1）FDF—地幔拖曳力；FCD—大陆拖曳力；（2）FRP—中脊推力；FTF—转换阻力；

FSU—海沟吸引力；FSR—板块阻力；FSP—板块重力拖拉力；FCR—碰撞阻力。第四节板块构造理论-

板块运动学（1）板底作用力:是由于板块与下伏软流圈的粘性耦合引起的，包括地幔拖曳力（FDF）和大陆拖曳力（FCD）。（2）板缘作用力:作用于板块边界的力，包括拉张型边界的中脊推力（FRP）、剪切型（转换断层）边界的转换阻力（FTF）、挤压型边界的板块重力拖拉力（FSP）、板块阻力（FSR）、海沟吸引力（FSU）和碰撞阻力（FCR）。板缘作用力分为驱动力和阻力驱动力1）洋中脊推力（FRP）2）俯冲板块的重力拖拉力（FSP）：板块俯冲时伴随的相变，如辉长岩变为榴辉岩，橄榄岩相变为尖晶石，从而使板块密度增加，负浮力更大。3）海沟吸引力（FSU）:由于大西洋扩展，而太平洋收缩，这种差异与太平洋独具而大西洋没有的海沟有关，因而，有人认为海沟对陆侧板块有一种吸引力。海沟吸引力可把美洲板块和欧亚板块拖向太平洋周围的海沟。由于地球的半径可能保持不变，大西洋不断扩展的同时，太平洋就不断缩小，海沟也将向大洋方向迁移。但是，这种吸引力的物理性质迄今仍旧不清楚。第四节板块构造理论-

板块运动学FRPFSPFSU阻力1）

板块阻力（FSR）:板块阻力是因粘滞性拖曳而作用于板块上的力。地幔的粘性在软流圈内较低，但一接近中间层便剧增，在发生尖晶石相变的深度有可能增大阻力。因此，一般认为板块阻力比板块重力拖拉作用更集中于俯冲板块的下部。这种阻力通常与地幔物质的粘性和板块的俯冲速度成正比。2）碰撞阻力（FCR）:碰撞阻力是在挤压型边界，两板块相对运动，相遇、发生碰撞时产生的力。应力积累到一定程度便发生地震，若取相当一段时间的平均值，则碰撞阻力的大小不依赖于板块碰撞的相对速度，即相对速度变化碰撞阻力并不增大，但地震频度会变大。FSRFTFFCR第四节板块构造理论-

板块运动学3）转换阻力（FTF）:转换型板块边界的大部分浅源地震是由板块间的阻力引起的。这种阻力称为转换阻力，其大小与板块相对速度无关。当板块沿转换断层相互滑移时，应变能量便在与其衔接的边界上积累起来，当应力达到一定程度时，断层发生滑移，以地震形式把应变能量释放出来。地震活动随速度的增加而增强，但由于地震是应力释放的一种反映，因此不再产生更大的应力。上述八种作用于板块的力，是否对所有板块都起作用，就很值得怀疑。例如，很多人强调俯冲板块的重力拖拉作用，但那些不具有俯冲带的板块（南极洲板块）或仰冲板块（欧亚板块、美洲板块等）的运动就与重力拖拉力无关；再如，有些学者很看重洋中脊椎力，而菲律宾海、加勒比等不具备中脊的板块同样存在着明显的运动。因此，即使这些作用于板块的力确实存在，但不一定所有的板块都同时具有这八种作用力，各种力的相对重要性也因板块或其边界性质而异。再就对板块运动明显起驱动作用的中脊推力（FRP）、俯冲板块的重力拖拉力（FSP）和海沟吸引力（FSU）来说，它们也都是以地表岩石圈已形成板块构造格局为前提的。显然，这些力不可能是岩石圈板块的原动力，只能是局部的或次一级的驱动力。当然，并不排除某种力在时间或空间上有可能起重要作用。四.热点和地幔柱假说在研究板块内部火山作用时提出的，后来被当作板块绝对运动的参照系统和驱动板块运动的原动力之一。大洋中脊并非地幔物质的唯一出露处。1.无震海岭aseismicridge洋底除洋中脊体系外，还分布一系列线状延伸的火山海岭。与大洋中脊性质有明显区别:轴部无中央裂谷；无横断海岭的转换断层；现代火山局限于海岭的某一端点；无地震活动或仅有火山活动引起的微弱地震。典型实例：北太平洋天皇－夏威夷海岭第四节板块构造理论-

热点和地幔柱假说天皇-夏威夷海岭火山年龄的递变规律

（据小林和男，1977）

天皇海岭几乎全在水下，整体呈NNW向，向SSE向延伸约2000km后发生转折；转折后的这段称为夏威夷海岭，整体呈NWW向延伸约2600km，海岭上出露的岛屿即为夏威夷群岛。天皇海岭与夏威夷夷岛的火山岩相同，证明它们为同源岩浆；经K-Ar测年，海岭上火山的年龄由西北向东南依次变新，与离开基拉韦厄活火山的距离几乎呈线性关系。42Ma，太平洋板块运动方向由NNW转为SSE。第四节板块构造理论-

热点和地幔柱假说热点火山作用形成火山链（无震海岭）示意图（据Allegre,1983）

2.热点假说hotspot热点说解释无震海岭成因热点指板块内部现代火山活动的小区域，该处火山作用的岩浆源于现代火山活动中心的地幔之下，位置相对地球自转轴固定。热点处岩浆烧穿岩石圈板块，在表面形成火山。板块运动是持续的。犹如纸带穿孔机效应证据：古地磁和K-Ar测年第四节板块构造理论-

热点和地幔柱假说mantlelithosphere热幔柱的涌升不断向上地幔乃至岩石圈之下输送热量、质量和动量，在烧破岩石圈的地方便成为热点。因此，热点的岩浆直接源于地幔柱，或者说热点处的火山活动就是地幔柱热物质喷出地表的反映。从这个意义上说，可以把地幔柱当作热点假说的引申。

3.地幔柱假说MantlePlumeMorgen,1972“地幔柱”概念:指源于地幔深处（核幔边界）、呈圆柱状涌升的热地幔物质流。炽热地幔物质向上运移，导致岩石圈下物质的盈余，并把上覆岩石圈向上拱起，在地表形成巨大穹隆，同时表现为正重力异常。根据重力异常值推断，地幔柱的直径可达200～300km，甚或更大。地幔柱导致的物质盈余足以引起15～20mGal的正重力异常，并在地表出现高热流值。可见最初的地幔柱指“热幔柱”。第四节板块构造理论-

热点和地幔柱假说冰岛、无震海岭都是热点火山作用形成的。热点火山作用与海底扩张速率关系扩张速率慢，熔岩容易堆积形成诸如冰岛那样的大型岛屿；海底扩张速率较快，等量的熔岩扩展开，形成无震海岭。热点火山岛(OIB)与大洋中脊(MORB)成分差别前者含碱质或碱性玄武岩(alkalibasalt，富碱而贫硅贫钙)，大洋中脊为拉斑玄武岩(亚碱性,富含铝、钠贫钛、钾)，微量元素也不同。说明其岩浆源于地幔的不同部位，一深一浅。地球表面上的热点（据Morgan,1972）

据此可在洋中脊上识别出一些地幔柱—热点。全球识别出并经过严格检验确认的地幔柱—热点总共45个，大部分位于板块内部。1994年，以Maruyama教授为代表的研究群体，发表了一系列跨学科综合性的文章，提出了一种全新的全球构造观，或简称为地幔柱构造（PlumeTectonics），并指出地幔柱构造是继魏格纳提出大陆漂移学说和板块构造理论之后人类认识地球的第三次浪潮。Condie(2001),《MantlePlumesandTheirRecordinEarthHistory》

4.热幔柱

以丸山茂德为代表的一些日本学者根据P波层析成像技术得到的全地幔内部结构和对板块下潜历史的追踪研究结果，认为地幔柱与板块构造并非相互独立，两者构成一个统一的全球构造体系。在该体系中，地幔柱上升、板块水平运动和板块俯冲运动并不是各自独立的，而是在一个构造体系中做相互约束的运动。

1）热幔柱形态特征：“球状顶冠，狭窄尾部”地表表现为高地形隆起，当其从地幔中上升至近岩石圈底部时，变成“蘑菇”状，头部粗大而颈干细小。直径大小的目前观点不一，估计量从十几千米至几千千米都有。一般地，地幔柱头直径可达500到3000km(Hilletal.1992)，而地幔柱尾典型的为100到200km(Condie2001)。地幔柱具有高热流、低速带的特征（赵国春等，1994），一般称为热幔柱。

实验中所产生的热幔柱在上升过程中的形态变化(据Richards1991)低速物质从地幔底部上升（颜色代表温度，红色是热的，棕色是冷的）。随着地幔柱上升(A)，它的头部扩大，尾部变窄（B，C）。当地幔柱头到达岩石圈底面时，它就变得扁平（D）。冷的高密度物质（黄褐色）就下沉，渐渐地每个冷幔柱就冷却，新的地幔柱形成（E，F）。实验不能准确地反映热幔柱的真实特征，原因在于实验条件与地球自然状态相差太大。实验所获得的各种柱体都是以恒定速度由底部注射产生，而实际热幔柱是由深部核幔边界不稳定热对对流所产生，并上升在具有较高的瑞利指数的粘度可变（随温度变化）的三维地幔对流流体中。根据全球地幔地震层析图（Fukao,1993）总结的热幔柱发育模式a)萌芽期：外核微微上隆，热流及岩浆上涌；b)发展期：地幔中下部为热幔柱密集区；c)全盛期：热幔柱密集区连通外核与软流圈；d)衰亡期：由于上下堵塞残留的热幔柱。地幔柱的尾部逐渐变细，而地幔柱的头部逐渐变得扁平，呈蘑茹状形态，地幔柱的头尾比例逐渐增大。这些形态变化特征也许更接近产生在核幔边界附近的热幔柱形态的真实情况。2）热幔柱起源深度地质学家们认为地幔柱起源于地幔的D″层，D″层从地核吸收热量，使其具有较高的温度和较低的粘度，因此地幔柱具有高热流、低速带的特征（赵国春等，1994），一般称为热幔柱。许多证据显示，地幔柱源于核-幔边界附近（Davies，1992，Richad，1991，Loper，1991，Hill，1991），导致核-幔边界附近物质层发生热扰动并生成地幔柱的热动力源于外地核的不均匀加热作用（Loper，1991）。一个新启动的地幔柱在穿过整个地幔的缓慢上升过程中会形成巨大球状顶冠和狭窄尾柱。巨大的地幔柱球状顶冠会引起岩石圈发生穹隆、区域变质作用、地壳深熔、构造变形和大规模火山作用，形成大陆或大洋溢流玄武岩，地幔柱狭窄尾柱的长期活动会在上覆运动板块上形成一系列热点火山链。但是，Coffin和Eldholm基于地球多层对流系统的模型，提出地幔柱可分为源自400km，670km和核幔边界（CMB）的3类地幔柱。然而，上述划分是以地震层析成像研究地球深部构造得出的，只是现象上的归类，并没有在动力机制上给出证据。实际上，地幔柱从D″层处产生后，在其后上升过程中遇到地幔或岩石圈不均一时，地幔柱整体会发生分叉，形成次级地幔柱，而这种分叉位置并不仅仅局限于670km，400km和100km。同时，地幔或岩石圈不均一性的差异，会影响和决定着次级地幔柱的规模和大小。3）热幔柱的规模与级别划分

Maruyama和Fukao等以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地壳底界(100km)为限划，将热幔柱分为一、二、三级热柱，也有人称为下地幔柱（或超级热幔柱）、上地幔柱、板内柱（或幔枝）。热幔柱规模与个数在地表称为热点，约50多个，100km以下约20个，直径上千公里的少。2900km670km100km幔枝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，富含大离子不相容元素，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。一般认为上地幔为亏损型地幔（？），下地幔底部为富集型地幔。热幔柱的化学成分特征是对此结论的有力支持。5）热幔柱的运动学特征热幔柱的运动学特征主要表现在热幔柱的启动、上升速率、脉冲运动和与地幔对流相互作用等方面（赵国春等，1994）。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。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1000km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50myr内或更长时间内是彼此位置固定的（SteinbergerandO’Connell1998）。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。早期研究认为热幔柱一旦启动，其上升速率将是很快的。但近年来的研究结果与之不同。Christensen(1984)的实验结果表明，即使热幔柱与周围地幔柱从D”层到达地表（或近地表）大约需要100Ma。BossandSach(1984)与Olson等（1987）的研究也肯定了这样的时间尺度。他们认为，大规模的溢流玄武岩是热幔柱经过长期积累和捕获周围地幔所形成的巨大球状顶冠减压熔融喷发产物。Loper（1991）认为，在通道打通之前，热幔柱不可能快速上升，因为上升过程和喷发过程都会导致热量的大量散失，从而减少热幔柱的活动能力。②热幔柱的脉冲运动特征-单一波脉冲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。他们用一个细管将稀溶液从盛满蜂蜜窗口的底部注入，在液柱中产生了单波。当注射速度加快时，液柱中的单波由线性转变为非线性。Olson与Christensen(1986)的实验表明，热幔柱从启动阶段就以单波脉冲形式向上运动，而且尾柱部分波速要快于球状顶冠部分。Loper（1988）实验表明，热幔柱的单波脉冲运动特征遵守Kortewege－Devries方程，热幔柱的单波具有流线特征并以波速向上运移物质。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-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-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。近年来，高精度的地震层析成像成果显示，与俯冲板片相关的高波速异常体在670km附近的上、下地幔界面处积聚增厚，且常呈近水平状向前扩展，高速异常体还进一步延入下地幔，有的已抵达核幔边界(D层)。地幔中的高波速异常带主要沿环太平洋和特提斯-喜马拉雅两大板块汇聚边界发育，明显地表明高波速物质是俯冲板片的反映。俯冲板片在上、下地幔界面之所以受到阻滞，可能与下地幔粘度较高以及板片本身温度升高、粘度下降等因素有关。随着停滞积聚的冷板片体积增大，其在间断面处的温度差越来越大，当板片体积增大到超过一个临界值时，巨大的积聚体坍塌，沉入下地幔，最终堆积于核幔边界上。因而积聚的大洋板片物质在下地幔的沉潜可能并非呈连续的帘状，而是呈不连续的团块状下沉。目前核幔边界上规模最大的高波速堆积体位于东亚和中亚之下，看来是众多板片沉落于地幔底部的产物。晚古生代以来，亚洲作为全球陆块汇聚的中心地带，形成了一系列纵横交叠的复合造山带，即可能与一系列古洋盆关闭、众多板片积聚沉潜有关（金性春等，2003）。A）东北日本型：板片从地表连续并以板状形态滞留在670km深度面上，部分地由于厚度增加而穿入到670km以下。B）巽他型：板片从地表连续，而且穿过670km深度达到1200km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1000~1200km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670km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。以上不管哪种类型，在670km深处附近，板片（虽然存在分辨率的问题）从外观上看其厚度超过100km，呈现从碟状变成水滴状的倾向。这也许意味着板片靠近670km深处附近时变成塑性，易于变形而处于停滞状态。四种俯冲滞留的板片类型P波层析成像表明，俯冲滞留的板片在地幔中有四种类型

可能是滞留板片下落所堆积的东西1)形态特征但是，P波层析成像模型所呈现的地震波速度的水平不均质构造，除了由深源地震面所确定的板片存在深度670km以上的地幔以外，并不保证一定是由温度的不同而引起的。全地幔P波层析成像构造显示出与过去180Ma沉没的板块具有极好的对应关系。这意味着，地幔深部P