第五節(jié)

板塊俯沖地質學

一、板塊俯沖帶

二、溝弧體系

三、雙變質帶

四、蛇綠巖套

五、混雜堆積巖體與增生楔狀體

第五節(jié)板塊俯沖地質學一、板塊俯沖帶二、溝弧體系三、俯沖地質學研究內容：

板塊的俯沖是一系列復雜而強烈的地質作用過程，導生許多與俯沖作用具有成生關系的重要地質現象：

強烈地震和火山活動、地形高差懸殊的溝－弧體系、負重力異常、變化顯著的熱流值、區(qū)域變質作用等。

俯沖地質學研究內容：板塊的俯沖是一系列復雜而強烈的地質作用一.板塊俯沖帶

20世紀30年代，日本學者“和達清夫”發(fā)現自海溝向陸側存在一個傾斜的地震帶，淺緣地震多發(fā)生在海溝的陸側斜坡向陸方向，并且震源隨深度增加。

50年代貝尼奧夫（Benioff）,此處是大陸地塊和大洋地塊之間的巨型斷層帶－－貝尼奧夫帶或者貝尼奧夫－和達帶

60年代后期，板塊學說問世后，認為不僅是震源分布帶，而且是巖石圈板塊插入地幔中的板塊實體，代表板塊俯沖的形跡，為板塊的俯沖帶（消減帶）。

一.板塊俯沖帶20世紀30年代，日本學者“和達清夫”發(fā)現板片形態(tài)：形狀，長度和傾斜角

深度和傾斜角在各地差異很大（教材P73），深度100-500km，更深則被地幔同化；

俯沖長度：俯沖速度越大，俯沖板塊越長

俯沖角度：不同地方差別極大（10-90o），同一俯沖帶不同深度上也有變化

俯沖帶角度規(guī)律：

1）島弧下俯沖帶較陡，大都45度以上，

2）而陸緣山弧下比較平緩，一般不超過30度；

3）俯沖帶傾角往往隨深度增加而變陡；

4）傾角大小與板塊俯沖速度有關，速度越大，水平分速度越大，俯沖帶傾角越??；反之，變大。

板片形態(tài)：形狀，長度和傾斜角深度和傾斜角在各地差異很大俯沖帶內應力分布與地震活動

1.海溝軸附近及大陸一側，水平距離約80KM處，海洋巖石圈上部發(fā)生正斷層型地震。－－海洋巖石圈向下彎曲產生的拉張力引起。

2.海溝軸向大洋一側也出現向陸傾的約45度正斷層型地震。

3.自海溝向大陸側80－200km范圍內，觀測到逆斷層地震。

4.距俯沖帶頂面30－40km范圍內，雙層構造；沿俯沖方向擠壓力和張力

5.深度超過150km的海洋巖石圈內發(fā)生地震，俯沖方向擠壓力引起

2134俯沖帶內應力分布與地震活動1.海溝軸附近及大陸一側，水平距地震活動是板塊俯沖作用伴生的重要地質現象。與板塊俯沖帶伴生的地震在平面上具有明顯分帶性，在垂向上具有分層性。

垂向

平面

淺源地震

小于60－70km海溝向陸側部位

中源地震

70－300km100－250km的火山軸部

深源地震

300－700km

火山弧陸側伸向大陸方向

震源機制研究表明，主壓應力和張應力導生的地震活動，其應力方向總是平行于俯沖板塊的傾斜方向，也證明地震成因與巖石圈板塊俯沖作用密切相關。

活動性呈指數減少

地震活動是板塊俯沖作用伴生的重要地質現象。與板塊俯沖帶伴生的

計算機模擬俯沖帶熱結構（匯聚速率為6cmm/year）展示巖石圈俯沖板片如何逐步升溫.

為什么巖石圈板塊能俯沖到600－700km還能產生深源地震？

巖石圈板塊向俯沖邊界運移過程中經歷100多Ma時間，變冷增厚；板塊邊緣升溫快，內部升溫慢，仍具彈性和剛性，因此可造成深源地震；

島弧所對應深度，如此低溫如何使得洋殼熔融？

島弧對應的深度洋殼俯沖板塊溫度僅200-300C，難以使洋殼熔融，但是該溫度足以使俯沖板塊中的流體分離出來，使上覆的地幔楔熔點降低，巖漿產生，上升

計算機模擬俯沖帶熱結構（匯聚速率為6cmm/-板塊俯沖地質學和地幔對流課件四種不同俯沖類型：

（教材P75）

1.洋－洋俯沖型：西太平洋俯沖帶

2.洋－陸型（無邊緣海）俯沖：發(fā)生于大陸之下，南美西海岸

3.洋－陸型（帶邊緣海盆）俯沖發(fā)生在靠近洋陸邊界的地方，溝弧盆體系，日本島弧

4.陸－陸碰撞，兩板塊接觸發(fā)生特殊形成浮出。印度與亞洲板塊碰撞，陸內俯沖

四種不同俯沖類型：（教材P75）1.洋－洋俯沖型：西太二.溝－弧體系

是大洋板塊向大陸板塊俯沖過程中形成的一組具有成生聯系的構造體系。

比較典型的溝—弧體系自洋向陸分別是

外緣隆起

弧溝間隙：海溝、海溝坡折（非火山弧，第一弧，外?。⒒∏芭璧?、火山弧（第二弧，內弧）

弧后區(qū)：弧間盆地、殘留弧、不活動邊緣盆地

二.溝－弧體系是大洋板塊向大陸板塊俯沖過程中形成的一組具有

弧

后

區(qū)

外

緣

隆

起

海溝

弧前盆地

弧溝間隙

火山弧

（第二弧，內弧）

海溝坡折

（非火山?。?/p>

（第一弧，外?。?/p>

殘留弧

（第三弧）

不活動邊緣盆地

弧間盆地

弧后區(qū)外緣隆起海溝三.雙變質帶

（pairedmetamorphicbelts

）

擠壓型板塊邊界區(qū)域變質作用十分發(fā)育，其主要特征是發(fā)育雙變質帶：大洋板塊向大陸板塊俯沖，在板塊接觸地帶因溫度和壓力條件不同而形成的高壓低溫和高溫低壓兩種變質帶。

兩帶關系：

－－兩者之間通常被一條完全未變質的巖帶分開；也有直接接觸

－－形成時代大致相同（若有早晚之分，高壓帶比高溫帶稍早）；

－－常成對出現

三.雙變質帶（pairedmetamorphicbe領家低壓變質帶

三波川高壓變質帶

領家低壓變質帶三波川高壓變質帶高壓低溫變質帶（HP,LT）

高溫低壓變質帶(HT,LP)部位

海溝靠陸側

火山弧，

成因

20-30km深，這里是俯沖帶淺部和兩個板塊對沖的地方，所以壓力大但溫度不高，變質巖為藍閃石片巖。擠壓、剪切構造發(fā)育，常與混雜堆積體和蛇綠巖套伴生，寬度較窄

火山弧下方較深部位高溫高壓環(huán)境的巖漿運移至較淺部位，過渡為高溫低壓環(huán)境，深度>10km。使火山弧內巖漿巖和沉積巖變質，形成高溫低壓變質帶。常與花崗巖、花崗閃長巖及中酸性火山巖相伴。帶較寬，帶內斷塊構造發(fā)育

特征礦物

蘭閃石,硬玉、硬柱石、黑硬綠泥石；T:250℃-400℃、P:5-7kbar紅柱石、矽線石、蘭晶石

出露

原因

抬升，或在沖斷作用下被逆推到高處；若俯沖減緩或停止，海溝地帶在均衡補償作用下隆升，剝蝕

島弧區(qū)隆升引起地表層強烈剝蝕

分布

既可以發(fā)現于現代俯沖帶，又可以在大陸內部造山帶發(fā)現（古俯沖帶及古板塊邊界）

高壓低溫變質帶（HP,LT）高溫低壓變質帶(HT,LP)

雙變質帶形成時代：多為中生代和早第三紀，中新世以來的尚未出露地表。

雙變質帶分類：

據位置分為陸緣雙變質帶（南美安第斯陸緣）；正常島弧雙變質帶（千島和日本東北）；反向島弧雙變質帶（日本北海道）

雙變質帶意義：

其排列反映了溝弧體系的位置關系，標出了溝弧體系的極性，從而可推測古俯沖帶的傾向。

同時高壓低溫變質帶還大體標志古俯沖帶出露地表的位置

雙變質帶形成時代：多為中生代和早第三紀，中新世以來的尚未出露四.蛇綠巖套(蛇綠巖)1.定義－－

指在層序上有規(guī)律組合在一起的一套巖石的總稱。完整的蛇綠巖套剖面自下而上包括：

（1）以橄欖巖為主的超鎂鐵質雜巖，遭受強烈蝕變轉

變?yōu)樯呒y石化橄欖巖或蛇紋巖；

（2）輝長巖為主的結晶堆積體；

（3）輝綠巖玄武質為主的巖墻群；

（4）以拉斑玄武巖為主的枕狀熔巖。熔巖頂面與深海

沉積物穿插和被覆蓋。

四.蛇綠巖套(蛇綠巖)1.定義－－指在層序上有規(guī)律

1927年，Steinmann，“三位一體”蛇綠巖套概念的提出產生了重要的影響。

“三位一體”的蛇綠巖套：

主要由蛇紋石化橄欖巖和少量輝長巖、玄武巖組成的巖石群體，強調它們與深海遠洋沉積的放射蟲硅質巖密切共生。

Hess（1955）建議將蛇紋巖、基性火山巖、燧石巖的組合稱“斯特曼三位一體”，表示是它們緊密的共生組合系列，代表了優(yōu)地槽的產物以及消失了的洋殼殘片。

1959年,Brunn,首次提出把蛇綠巖的研究與大西洋中脊進行相類比，認為是與板塊擴張軸和海底環(huán)境有關聯的深海沉積物以及基性和超基性火成巖集合體。

1927年，Steinmann，“三位一體”蛇綠巖套概念就位成因（板塊構造理論建立后）

蛇綠巖套是在陸緣板塊俯沖帶附近由于海洋巖石圈的俯沖或逆沖而遺留的海洋地殼殘塊。

經對比，海洋巖石圈與存在于造山帶中的橄欖巖－輝長巖－輝綠巖－枕狀熔巖相似。

就位成因（板塊構造理論建立后）蛇綠巖套是在陸緣板塊俯沖

1.層序上相似，各層可對比

2.地震波速，對應層體波速可對比

3.蛇綠巖套層2－4Sr87/Sr86比值相當，說明同源巖漿結晶分異而成

4.枕狀熔巖和沉積物成分表明形成于深海環(huán)境

5.平行的巖墻群表明形成于張應力的中脊擴張軸或弧后擴張中心

6.沉積層往往含現代洋殼上普遍存在的多金屬沉積物、硫化物，與大洋和弧后擴展中心熱液活動正在形成的多金屬硫化物相同

7.蛇綠巖套的基性超基性侵入巖與圍巖接觸帶上無熱接觸變質現象，比其侵位的褶皺帶年齡更老，說明非原地(insitu)侵入，而是外來產物(ex-situ)對比研究－外來侵位證據：

1.層序上相似，各層可對比2.地震波速，對應層體波速可對蛇綠巖形成背景

所有這些充分證明蛇綠巖套原來是生成于深海擴張中心的洋殼，而后隨板塊向兩側擴張運移，接受了深海沉積，至俯沖帶海洋巖石圈主體重新返回地幔，其上部刮下的洋殼碎塊，在有些情況下殘留于俯沖帶附近，另一些逆沖至陸緣之上。

蛇綠巖套未侵入前，可出現于大洋中脊、弧后盆地和洋內未成熟島弧等構造環(huán)境。通過板塊的俯沖和逆沖作用等方式被移至于大陸邊緣或陸上造山帶（包括古造山帶）中。

枕狀玄武巖

席狀巖墻

輝長巖

閃長巖

沉積物

蛇綠巖形成背景所有這些充分證明蛇綠巖套原來是生蛇綠巖套類型

1.俯沖帶蛇綠巖套：

海溝陸坡側，一般被構造破壞，出露不完整。如爪哇海溝內側

2.島弧蛇綠巖套：

與前者伴生，如日本北海道，神居古潭為俯沖蛇綠巖套，日高為島弧蛇綠巖套

3.地縫合線處蛇綠巖套：

陸陸碰撞，俯沖帶的蛇綠巖套推擠出露于地縫合線上，

喜馬拉雅山帶

4.逆沖蛇綠巖套：

大洋地殼逆掩仰沖于大路邊緣或島弧之上，層序完整，分布廣泛，如阿曼蛇綠巖帶，阿巴拉契亞古生代造山帶蛇綠巖套。

蛇綠巖套類型1.俯沖帶蛇綠巖套：海溝陸坡側，一般被構造

變形層狀輝長巖,阿拉斯加

變形層狀輝長巖,阿拉斯加閃長巖

閃長巖阿拉斯加

鎂鐵質席狀巖墻

阿拉斯加鎂鐵質席狀巖墻Pillowlava,Alaska.Pillowlava,Alaska.鱗莖狀枕狀玄武巖

Bulbous

pillowlavas.鱗莖狀枕狀玄武巖Bulbouspillowlavas層狀沉積巖

層狀沉積巖淺海硅質沉積巖,阿拉斯加

淺海硅質沉積巖,阿拉斯加被動陸緣褶斷帶

陸緣增生雜巖帶

島弧巖漿雜巖帶

蛇綠巖帶

現代蛇綠巖概念——

巖石組合術語，包括洋殼和上地幔的一系列巖石（如玄武巖、輝綠巖墻群、輝長巖、斜長花崗巖、堆晶超鎂鐵巖及地幔橄欖巖）；代表消減增生的大洋巖石圈碎片，但并非“正?！钡拇笱髱r石圈，更多是形成于與現代島弧、弧后盆地、轉換斷層以及小洋盆類似的環(huán)境。

這一概念更多的強調“地幔橄欖巖”和“洋殼頂部的玄武巖和輝綠巖墻”共存。

被動陸緣褶斷帶陸緣增生雜巖帶島弧巖漿雜巖帶蛇綠巖帶五.混雜堆積，亦稱混雜巖(mélange

)

不同于變質巖中的混合巖，也不是一個巖石地層名稱。

概念：它是在板塊俯沖作用下，不同時代、不同成分、不同性質、不同來源的巖石或沉積物，經過破碎作用和混雜作用所形成的無規(guī)則相互混雜堆積的混合體。

許多學者把混雜堆積與板塊構造聯系起來，認為是板塊俯沖帶或縫合帶上強烈構造作用的產物.混雜堆積是鑒別古板塊消亡帶的重要標志之一

.實例：北美阿巴拉契亞、西亞－中南亞扎格羅斯（Zagros）、臺灣海岸山脈、雅魯藏布江、祁連、秦嶺

五.混雜堆積，亦稱混雜巖(mélange)不同于變質巖混雜堆積體主要特點：

1）混雜堆積體由外來巖塊、原地巖塊和基質三部分組成；三部分具有不同時代、不同性質、不同來源的特點；一般混雜巖的基質年代較新，外來巖塊的地質年代較老

2）混雜堆積中巖塊大小不等、形狀各異，混雜堆積體寬窄不一，延伸較長，大到整個一條山脈。

3）剪切構造發(fā)育。巖塊和基質普遍受到剪切作用，常見石香腸、菱形石香腸和楔形構造等。巖塊與巖塊之間以及整個混合體與圍巖之間都呈斷層接觸或被剪切面所限。

4）含蛇綠巖套碎塊和籃片巖等高壓低溫變質巖，共生于板塊俯沖帶前端海溝坡折地帶，形成俯沖帶前端疊瓦狀楔形體構造帶，是識別古俯沖帶或板塊縫合線的重要標志。

混雜堆積體主要特點：1）混雜堆積體由外來巖塊、原地巖塊和六.增生楔狀體（accretionaryprism）

大洋板塊表面覆蓋的沉積物主要是深海鈣質軟泥、硅質軟泥和紅粘土，板塊移動至海溝附近還接受濁流沉積。由于未固結程度差，板塊俯沖時很容易被刮下來，與俯沖板塊基底脫離，加積于海溝向陸的側坡上，形成增生楔狀體。

組成：主要是混雜堆積巖，另外有俯沖時刮下的洋殼殘塊（蛇綠巖套）等。

六.增生楔狀體（accretionaryprism）大洋-板塊俯沖地質學和地幔對流課件增生楔的形成與發(fā)展

當大洋板塊沿海溝向下俯沖，在海溝陸側坡依次擠入一個又一個沉積層楔。在擠壓作用下，新生的推擠老的沉積楔不斷抬升，形成類似疊瓦狀扇形構造楔狀體。

增生楔體由下向上依次變老，產狀依次變陡。

隨俯沖作用和增生楔體不斷增大，引起海溝陸坡向大洋方向擴展。同時，海溝和俯沖帶也向大洋方向遷移。

增生楔加積至大陸邊緣,大陸不斷增生，弧前盆地隨之加寬，洋殼向陸殼轉化，大陸邊緣向外擴展。

增生楔的形成與發(fā)展當大洋板塊沿海溝向下俯沖，在海溝陸側坡依-板塊俯沖地質學和地幔對流課件七

巖漿活動與火山巖分布規(guī)律

根據火山巖組合礦物含鉀量、化學成分差異及其分布規(guī)律，將火山巖分成三個共生系列：拉斑玄武巖系列，鈣堿性系列，堿性系列。

分布規(guī)律：

1）由洋向陸火山巖系列為拉斑玄武巖系列→鈣堿性系列→堿性系列，分別位于臨近海溝的火山前鋒地帶，火山弧地帶和島弧陸側靠近大陸地帶。

2）由洋向陸巖漿系列中的鉀含量越來越高

七巖漿活動與火山巖分布規(guī)律根據火山巖組合礦物含鉀量、化學這些規(guī)律與俯沖深度有關：

80－100km，含水洋殼玄武巖－輝長巖組分被熔化，形成拉斑玄武巖巖漿，在島弧的火山前鋒噴出地表；

100－150km，隨壓力溫度增大，熔化分異，易熔的安山巖質組分分異出鈣堿性－堿性巖漿，沿裂隙上升噴發(fā)形成火山弧主體；難熔的榴輝巖沿俯沖帶分布于火山弧下部的地幔深處。

這些規(guī)律與俯沖深度有關：80－100km，含水洋殼玄武巖－第六節(jié)

板塊構造動力學

地幔柱理論－－

板塊的驅動機制

地幔對流

第六節(jié)板塊構造動力學地幔柱理論－－板塊構造動力學涉及板塊運動的能源、動力和運動方式等問題

一.地球內部熱源和傳熱機制

1.地球主要熱源：放射性元素（鈾釷鉀）衰變產生的巨大熱量構成地球的主要熱源。

2.主要熱源的分布不均一性：

在地球各層圈分布不均一，在地球演化、分異過程中集中于地殼及上地幔頂部。

在酸性巖漿中最為富集，生熱率最高；在超基性巖漿中含量最低，生熱率最低

板塊構造動力學涉及板塊運動的能源、動力和運動方式等問題一.四種地球內部的熱源：放射性元素衰變（最主要）、地球轉動能、化學反應熱、重力分異熱。

3.地球的傳熱機制

1）傳導傳熱

巖石熱導率很低X

2）對流傳熱

對地球深部熱傳遞很重要

3）輻射傳熱

實驗表明，硅酸鹽礦物不易發(fā)生輻射；現代巖漿活動區(qū)例外。

地球的熱現象是地質上最本質的現象之一。地球內部熱量的產生與傳遞時造成地球上層各種構造活動和地震活動的重要原因。地球是大的“熱力機”。

四種地球內部的熱源：放射性元素衰變（最主要）、地球轉動能、化二

地幔對流

板塊構造理論建立后，越來越多的證據顯示出地熱異常區(qū)與板塊構造最活躍的區(qū)域相對應。因此地幔對流在構造動力學中具有重要意義，多數人認為驅動板塊運動的原動力是地幔對流。

1.地幔對流條件：

自然對流。原因是地幔內部密度差。當地幔物質熱平衡或化學平衡遭到破壞，引起地幔物質各部分密度差，從而導致重力不穩(wěn)，輕者上浮，重者下沉，產生對流。多數人認為地幔熱對流是驅動力源。

二地幔對流板塊構造理論建立后，越來越多的證據顯示出地熱異2.地幔對流模式

淺對流模式

上地幔

深對流模式

整個地幔

雙層對流模式

淺對流基礎上,上下地幔對流不同尺度，傳送帶

2.地幔對流模式淺對流模式上地幔深對流模式整個地幔3.地幔對流驅動板塊運動的討論

支持者：地幔對流模式與板塊運動模式相對應。板塊運動速度大體代表了地幔對流的速度。

反對者：洋中脊轉換斷層將板塊錯開成許多段，流體上升流如何在此處中脊軸裂谷處處吻合？三條中脊相接或中脊與海溝相交，其下面會如何對抗？板塊邊界隨時可能遷移，其下的對流體也同步位移么？

不能輕易否定：冰塊在水面上漂浮得到啟示，推測板塊運動與地幔對流不一定有直接絕對聯系。如同水面上相互擁擠的冰塊，不論其形態(tài)和運動如何復雜，其下面水體流動比較規(guī)律，兩者運動未必吻合，但冰塊運動是由下面水流驅動是不可否認。

3.地幔對流驅動板塊運動的討論支持者：地幔對流模式與板塊運三.熱點－地幔柱假說

在研究板塊內部火山作用時提出的，后來被當作板塊絕對運動的參照系統(tǒng)和驅動板塊運動的原動力之一。

1.無震海嶺aseismicridge

洋底除洋中脊體系外，還分布一系列線狀延伸的火山性海嶺。與大洋中脊性質有明顯區(qū)別:

軸部無中央裂谷；無橫斷海嶺的轉換斷層；現代火山局限于海嶺的某一端點；無地震活動或僅有火山活動引起的微弱地震。

典型實例：北太平洋天皇－夏威夷海嶺

三.熱點－地幔柱假說在研究板塊內部火山作用時提出的，后來被-板塊俯沖地質學和地幔對流課件

天皇—夏威夷海嶺火山年齡的遞變規(guī)律（據小林和男

1977）

天皇海嶺幾乎全在水下，整體呈NNW向，向SSE向延伸約2000km后發(fā)生轉折；

轉折后的這段稱為夏威夷海嶺，整體呈NWW向延伸約2600km，海嶺上出露的島嶼即為夏威夷群島。海嶺上火山的年齡由西北向東南具有依次變新的規(guī)律性。

天皇—夏威夷海嶺火山年齡的遞變規(guī)律（據小林和男19熱點火山作用形成火山鏈（無震海嶺）示意圖

（據Allegre1983）

2.熱點假說

hotspotWilson熱點說解釋無震海嶺成因

?熱點處火山作用的巖漿源于現代火山活動中心的地幔之下，位置相對地球自傳軸固定。

?熱點處巖漿燒穿巖石圈板塊，在表面形成火山。

?板塊運動是持續(xù)的。

紙帶穿孔機效應

證據：

古地磁和K-Ar測年

熱點火山作用形成火山鏈（無震海嶺）示意圖（據Allegre熱地幔柱的涌升不斷向上地幔乃至巖石圈之下輸送熱量、質量和動量，在燒破巖石圈的地方便成為熱點。

因此，熱點的巖漿直接源于地幔柱，或者說熱點處的火山活動就是地幔柱熱物質噴出地表的反映。從這個意義上說，可以把地幔柱當作熱點假說的引申。

3.地幔柱假說MantlePlumeMorgen,1972“地幔柱”概念:指源于地幔深處（核幔邊界）、呈圓柱狀涌升的熱地幔物質流。

地幔物質上移，造成巖石圈下物質盈余，把上覆巖石圈向上拱起，正重力異常，高熱流值。

熱地幔柱的涌升不斷向上地幔乃至巖石圈之下輸送熱量、質量和動量冰島，無震海嶺都是熱點火山作用形成的

熱點火山作用與海底擴展速率關系

擴展速率慢，熔巖容易堆積形成諸如冰島那樣的大型島嶼

海底擴展速率較快，等量的熔巖擴展開，形成無震海嶺。

熱點火山島大洋中脊的成分差別

前者含堿質玄武巖，大洋中脊為拉斑玄武巖，微量元素也不同。說明其巖漿源于地幔的不同部位，一深一淺。

冰島，無震海嶺都是熱點火山作用形成的熱點火山作用與海底擴展地球表面上的熱點（據Morgan1972）

據此可在洋中脊上識別出一些地幔柱—熱點。全球識別出并經過嚴格檢驗確認的地幔柱—熱點總共20多個，大部分位于板塊內部。

地球表面上的熱點（據Morgan1972）據此可在洋中

1994年，以Maruyama教授為代表的研究群體，發(fā)表了一系列跨學科綜合性的文章，提出了一種全新的全球構造觀，或簡稱為地幔柱構造（PlumeTectonics），并指出地幔柱構造是繼魏格納提出大陸漂移學說和板塊構造理論之后人類認識地球的第三次浪潮。

Condie(2001),《MantlePlumesandTheirRecordinEarthHistory》

1994年，以Maruyama教授為代表的研究群體，發(fā)表了4.熱幔柱

以丸山茂德為代表的一些日本學者根據P波層析成像技術得到的全地幔內部結構和對板塊下潛歷史的追蹤研究結果，認為地幔柱與板塊構造并非相互獨立，兩者構成一個統(tǒng)一的全球構造體系。在該體系中，地幔柱上升、板塊水平運動和板塊俯沖運動并不是各自獨立的，而是在一個構造體系中做相互約束的運動。

4.熱幔柱以丸山茂德為代表的一些1）熱幔柱形態(tài)特征：

地表表現為高地形隆起，當其從地幔中上升至近巖石圈底部時，變成“蘑菇”狀，頭部粗大而頸干細小。

直徑大小的目前觀點不一，估計量從十幾千米至幾千千米都有。一般地，地幔柱頭直徑可達500到3000Km(Hilletal.1992)，而地幔柱尾典型的為100到200Km(Condie2001)。

地幔柱具有高熱流、低速帶的特征（趙國春等

1994），一般稱為熱幔柱。

1）熱幔柱形態(tài)特征：地表表現為高地形隆起，當其從地幔中上升實驗中所產生的熱幔柱在上升過程中的形態(tài)變化(據Richards1991)

巖石圈

實驗中所產生的熱幔柱在上升過程中的形態(tài)變化(據Richard根據全球地幔地震層析圖（Fukao1993）總結的熱幔柱發(fā)育模式

a）萌芽期熱幔柱，外核微微上隆，熱流及巖漿上涌；

b)發(fā)展期熱幔柱，地幔中下部為熱幔柱密集區(qū)；

c)全盛期熱幔柱，熱幔柱密集區(qū)連通外核與軟流圈；

d)衰亡期熱幔柱，由于上下堵塞殘留的熱幔柱

根據全球地幔地震層析圖（Fukao1993）總結的熱幔柱發(fā)-板塊俯沖地質學和地幔對流課件2）熱幔柱起源：

20世紀90年代以來，關于地幔柱的研究有了新的進展。

許多證據顯示，地幔柱源于核—幔邊界附近（Davies1992，Richad1991，Loper1991，Hill1991），導致核—幔邊界附近物質層發(fā)生熱擾動并生成地幔柱的熱動力源于外地核的不均勻加熱作用（Loper1991）。

2）熱幔柱起源：20世紀90年代以來，關于地幔柱的研究有了3）熱幔柱的規(guī)模與級別劃分:

Maruyama和Fukao等以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地殼底界(100km)為限劃，將熱幔柱分為一、二、三級熱柱，也有人稱為下地幔柱（或超級熱幔柱）、上地幔柱、板內柱（或幔枝）。

規(guī)模與個數（地表熱點50多個、100km以下約20個、直徑上千公里的少）。

3）熱幔柱的規(guī)模與級別劃分:Maruyama和Fuka2900km670km100km下地幔柱

上地幔柱

板內柱

2900km670km100km下地幔柱上地4）熱幔柱化學成分特征:構成熱點的大洋島玄武巖（OIB）的化學成分能夠更好地反映熱幔柱的化學成分特征，富含大離大不相容元素，并有較高的87Sr/86Sr和較高的143Nd/144Nd比值。

頭部在上升過程中會不斷地加熱周圍地幔物質，使其粘度降低浮力加大，并與熱幔柱頭部融合一起上升。因而，熱幔柱頭部化學成分是不斷變化的，具有源區(qū)化學成分和捕獲的地幔成分的混合特征。

熱幔柱狹窄的尾柱在上升過程中保持近于直立，基本不捕獲周圍地幔物質，因而其化學成分變化較小，主要反映源區(qū)化學成分。

4）熱幔柱化學成分特征:構成熱點的大洋島玄武巖（OIB）5）熱幔柱的運動學特征:

①熱幔柱的啟動和上升速度

當巖石圈板塊在“熱點”之上漂移時，從深部地幔上升的熱巖石-流體柱體形成地幔柱，在夏威夷和社會群島產出的線性大洋火山鏈正是這些地幔柱出露地表的證據。這種火山作用是當地幔柱到達近地表時由于減壓融熔而引發(fā)的，然而這些地幔柱到底起源有多深的問題尚未解決。

5）熱幔柱的運動學特征:①熱幔柱的啟動和上升速度當巖石淺對流和深對流

熱幔柱的啟動需要一個熱邊界層。這個熱邊界層在地幔中，或是上/下地幔之間的密度界面，或是核幔邊界（CMB）的D”層。熱幔柱的啟動條件是地核能夠提供足夠的熱，以至使熱幔柱能夠穿過整個地幔上升至地表。

愈來愈多的證據表明整個地幔在對流，而并非是分層對流，因此，上/下地幔之間的熱邊界層產生熱幔柱的可能性很?。ǖ慌懦a生小規(guī)模的熱幔柱的可能性）。

淺對流和深對流熱幔柱的啟動需要一個熱邊界層。這個熱邊界層在下面幾點也支持了熱幔柱啟動于核幔邊界的D”層。

①理論分析表明，要產生直徑為1000Km的熱幔柱扁球狀頭部，形成大規(guī)模的大陸溢流玄武巖和大洋高原玄武巖，熱幔柱只能啟動于下地幔底部才能完成。

②如果熱地幔柱起源于上地幔底部，這很難解釋熱點之間相互位置固定這一特征，至少在最近50myr內或更長時間內是彼此位置固定的（SteinbergerandO'Connell1998）。

③熱幔柱的化學成分特征表明它主要來源于富集型地幔。一般認為下地幔底部具有原始富集型地幔特征，而上地幔常呈虧損特征。

總之，熱幔柱起源于核幔邊界（CＭB）附近的D”層的觀點得到多數學者的承認。

下面幾點也支持了熱幔柱啟動于核幔邊界的D”層。①理論分析表②熱幔柱的脈沖運動特征

熱幔柱以單一波形式向上脈沖式運動特征的發(fā)現，是近年來有關熱幔柱研究所取得的重要進展之一。

Scott等（1986）實驗研究表明，熱幔柱的單波具有流線特征并以波速向上運移物質。

Larson（1991）認為，熱幔柱的單波脈沖運動特征是導致地磁極周期反轉、氣候和海平面周期變化一個重要原因。

②熱幔柱的脈沖運動特征熱幔柱以單一波形式向上脈沖式運動特征③地幔對流對熱幔柱運動的影響

一些學者認為地幔水平對流會改變熱幔柱的直立形態(tài)，使其尾部發(fā)生彎曲傾斜，但近年來許多研究證據表明，地幔并非是分層對流，而是整體對流，對流速度很慢，尤其下地?；旧鲜菬o應力條件下對流。

因此，多數學者認為地幔對流對熱幔柱不會有明顯的影響。

③地幔對流對熱幔柱運動的影響一些學者認為地幔水平對不論地幔柱一熱點假說的有效性如何，它至少明確了這樣一些事實：

板塊內部發(fā)生著重要的地質現象—熱點火山作用和構造活動，地幔深層同樣也是活動的，深地幔（乃至地核）對地表板塊構造的發(fā)展過程有重要影響；

地球本身是一個物質實體，該體系的各組成部分是密切相關的，將其中任何一部分孤立出來研究都是片面的。

因此，地幔柱一熱點假說對于板塊構造學說應該是重要的補充和發(fā)展。

不論地幔柱一熱點假說的有效性如何，它至少明確了這樣一些事實：5冷幔柱

20世紀80年代，人們開始關注大量的洋殼板塊俯沖之后的去向、歸宿和狀態(tài)，對板片行蹤的討論興盛起來，也存在三種不同意見：

一種認為板片不能潛入到下地幔，第二種認為可以俯沖到下地幔，另一種觀點介于其間，認為不同的島弧同時潛入和未潛入下地幔的情況都有。洋殼板塊俯沖后的滯留板片一般具有P波高速異常特征，表現為冷的塊體因而稱為冷幔柱。

1)形態(tài)特征:

P波層析成像表明，俯沖滯留的板片在地幔中有四種類型。

5冷幔柱20世紀80年代，人們開始關注

A）東北日本型：板片從地表連續(xù)并以板狀形態(tài)滯留在670Km深度面上，部分地由于厚度增加而穿入到670Km層的下面。

B）巽他型：板片從地表連續(xù)，而且穿過670Km深度達到1200Km深度。

C）特提斯型：板片與上面不連續(xù)，與消失了的古海溝大致平行，且正在潛入1000~1200Km深處。

D）南極型：現在南極周邊為被動陸緣，沒有板片下沉，因此，滯留在670Km以下深處的板片為古老的。

A）、B）是滯留的板片與板塊相連著，而C）、D）則不相連。

四種俯沖滯留的板片類型

A）東北日本型：板片從地表連續(xù)并以板狀形態(tài)滯留在670K2)670Km為冷幔柱的板塊墓地:

a）相變，P波層析成像技術顯示，下潛板塊可俯沖至670km深處，并在那里發(fā)生相變。由于670km處的相轉變反應具有負的梯度，下潛板塊將滯留在這個界面上。

b）塑性變形，但由于相變生成物的粘性顯著變小，滯留板塊被軟化以至不能再保持剛性狀態(tài)。

c）板片滯留因素，取決于板片俯沖速度及滯留量。于是，當板塊的滯留量超過某一限度時就會發(fā)生塌落。

2)670Km為冷幔柱的板塊墓地:a）相變，P波層析3)700～1700Km深度：

P波高速異常帶分布與180Ma間沉沒的板塊位置一致。地幔中有的高波速異常體是古板塊沉潛的反映。

如西南極洲670km深度以下的高波速異常體，應是與年齡為450～100Ma的西南極洲造山帶有關的古俯沖板片沉潛的產物。

3)700～1700Km深度：P波高速異常帶分6地球全局性物質對流

1)冷幔柱與熱幔柱成對出現：

滯留板塊塌落到下地幔會造成上地幔物質虧損，必然會從下地幔產生向上運動的熱地幔柱。所以，從全局上看，滯留板塊的下落和地幔柱的上升必然是相互約束的運動。

如果把下落的滯留板塊稱為“冷幔柱”，上升的地幔物質稱為“熱幔柱”，

冷幔柱為窗簾狀的下降流，熱幔柱為圓筒狀的上升流，那么，地幔全局性物質對流主要是由這種向下運動的冷幔柱和向上運動的熱幔柱所支配(下圖)。

6地球全局性物質對流1)冷幔柱與熱幔柱成對出現：地幔柱與板塊運動

地幔柱與板塊運動2)地幔柱是決定全球構造的根本原因：

板塊構造中的Wilson旋回：地球淺表板塊的形成到消亡過程。

20世紀90年代以來，地震層析成像技術進步，與Wilson旋回可比的地球深部物質旋回，即冷板塊與熱幔柱之間的轉換過程。

Wilson旋回與地球深部物質旋回構成了地球全局性的物質循環(huán)過程。

2)地幔柱是決定全球構造的根本原因：板塊構造中的Wils

在板塊內部，其下的地幔柱也是一種有利于板塊運動的因素。

地幔柱不斷地把熱地幔物質輸送到巖石圈之下的軟流圈，使失去活動性或活動性變弱的古老巖石圈的底部（至少是局部的）得到重新加熱，獲得動量，比重減輕，粘滯力減小，使板塊變得易于運動。

從此意義上講，地幔柱應是構成板塊構造的原動力之—。

在板塊內部，其下的地幔柱也是一種有利于板塊運動的因素?，F今冷、熱地幔柱及其與板塊間的關系

現今冷、熱地幔柱及其與板塊間的關系3）地幔柱與板塊的運動和解體：

地幔柱的密度因熱膨脹比周圍地幔小而具有較強的上浮力，使上部物質發(fā)生變形，當其上侵到巖石圈底部或上地幔頂部時，地幔柱溫度比周圍的物質高得多。

因此，它不僅能衍生出玄武巖漿，而且還會造成地殼上隆甚至裂開，但產生上述地幔柱構造現象要取決于地幔柱本身頭部的大小和上覆巖石圈的厚薄。

3）地幔柱與板塊的運動和解體：地幔柱的密度因熱膨脹

但是，地幔柱本身不是板塊運動的動力，而是通過影響對流循環(huán)間接作用于運動的板塊，但極少數情況下，地幔柱的上侵力可作為缺乏軟流圈地區(qū)的大陸板塊漂移的動力(圖3.87)。

例如，1992年巴西利用遠震波研究巴西地盾時發(fā)現其下沒有軟流圈，因而巖石圈運動不可能受軟流圈驅動和控制，但在該地盾之下卻存在一個至少向下延伸500～600Km的已“石化”的地幔柱，其年齡為130Ma。正是這個古地幔柱的上侵力導致了巴西大陸的裂解、漂移和變形。

但是，地幔柱本身不是板塊運動的動力，而是通過影響對流循環(huán)4）超級地幔柱與行星體演化的整個歷史：

目前盛行的板塊構造理論，只能說明地球表層200Km內的現象；而只有地幔柱構造，以及與其他構造發(fā)展階段一起，才有可能說明行星體演化的整個歷史。

A.地幔柱在地殼早期形成過程中以及形成之后都起著重要的作用；而板塊構造主要是在通過地幔柱作用形成的地球巖石圈固結成剛性層之后才發(fā)生作用。

B.地幔柱構造和板塊構造是地幔內部兩種不同形式物質流的反映，板塊構造受地幔內部物質對流的支配，而地幔柱構造是受穿過整個地幔的柱狀物質流的支配，兩者在很大程度上獨立運動。

C.作用范圍，地幔柱構造支配著整個地幔的3/4以上，因此，與板塊構造相比，地幔柱在地球形成和演化過程中具有更廣泛的支配領域和更重要的地質意義。

4）超級地幔柱與行星體演化的整個歷史：目前盛行的板塊構造理生長構造

幔柱構造

板塊構造

收縮構造

終極構造

行星體的形成具分層構造

在邊界層呈團狀和圓柱狀的對流

靠近轉換斷層線狀下沉和線狀增補的對流

具沉降的水平擠壓，少量巖漿活動通道

脆性斷裂作用，排氣作用、外生活動為主

大量的熔融作用和重力分離作用

在表部邊界層和殼幔邊界層局部熔融的分離作用和混合作用

表部邊界層的分離作用，殼幔邊界層間斷的混合作用

分離熔融作用并產生巨大的火山盾

冷凝作用導致揮發(fā)組分釋放，潮汐熱作用

形成巖漿海

未出現板塊

形成眾多板塊

形成一個大厚殼

形成脆性圈

所有天體、行星于4.6Ga

金星、冥古期地球

地球

火星、水星

月球、小行星

表3.6星系、行星演化序列

生長構造幔柱構造板塊構造收縮構造終極構造第五節(jié)

板塊俯沖地質學

一、板塊俯沖帶

二、溝弧體系

三、雙變質帶

四、蛇綠巖套

五、混雜堆積巖體與增生楔狀體

第五節(jié)板塊俯沖地質學一、板塊俯沖帶二、溝弧體系三、俯沖地質學研究內容：

板塊的俯沖是一系列復雜而強烈的地質作用過程，導生許多與俯沖作用具有成生關系的重要地質現象：

強烈地震和火山活動、地形高差懸殊的溝－弧體系、負重力異常、變化顯著的熱流值、區(qū)域變質作用等。

俯沖地質學研究內容：板塊的俯沖是一系列復雜而強烈的地質作用一.板塊俯沖帶

20世紀30年代，日本學者“和達清夫”發(fā)現自海溝向陸側存在一個傾斜的地震帶，淺緣地震多發(fā)生在海溝的陸側斜坡向陸方向，并且震源隨深度增加。

50年代貝尼奧夫（Benioff）,此處是大陸地塊和大洋地塊之間的巨型斷層帶－－貝尼奧夫帶或者貝尼奧夫－和達帶

60年代后期，板塊學說問世后，認為不僅是震源分布帶，而且是巖石圈板塊插入地幔中的板塊實體，代表板塊俯沖的形跡，為板塊的俯沖帶（消減帶）。

一.板塊俯沖帶20世紀30年代，日本學者“和達清夫”發(fā)現板片形態(tài)：形狀，長度和傾斜角

深度和傾斜角在各地差異很大（教材P73），深度100-500km，更深則被地幔同化；

俯沖長度：俯沖速度越大，俯沖板塊越長

俯沖角度：不同地方差別極大（10-90o），同一俯沖帶不同深度上也有變化

俯沖帶角度規(guī)律：

1）島弧下俯沖帶較陡，大都45度以上，

2）而陸緣山弧下比較平緩，一般不超過30度；

3）俯沖帶傾角往往隨深度增加而變陡；

4）傾角大小與板塊俯沖速度有關，速度越大，水平分速度越大，俯沖帶傾角越??；反之，變大。

板片形態(tài)：形狀，長度和傾斜角深度和傾斜角在各地差異很大俯沖帶內應力分布與地震活動

1.海溝軸附近及大陸一側，水平距離約80KM處，海洋巖石圈上部發(fā)生正斷層型地震。－－海洋巖石圈向下彎曲產生的拉張力引起。

2.海溝軸向大洋一側也出現向陸傾的約45度正斷層型地震。

3.自海溝向大陸側80－200km范圍內，觀測到逆斷層地震。

4.距俯沖帶頂面30－40km范圍內，雙層構造；沿俯沖方向擠壓力和張力

5.深度超過150km的海洋巖石圈內發(fā)生地震，俯沖方向擠壓力引起

2134俯沖帶內應力分布與地震活動1.海溝軸附近及大陸一側，水平距地震活動是板塊俯沖作用伴生的重要地質現象。與板塊俯沖帶伴生的地震在平面上具有明顯分帶性，在垂向上具有分層性。

垂向

平面

淺源地震

小于60－70km海溝向陸側部位

中源地震

70－300km100－250km的火山軸部

深源地震

300－700km

火山弧陸側伸向大陸方向

震源機制研究表明，主壓應力和張應力導生的地震活動，其應力方向總是平行于俯沖板塊的傾斜方向，也證明地震成因與巖石圈板塊俯沖作用密切相關。

活動性呈指數減少

地震活動是板塊俯沖作用伴生的重要地質現象。與板塊俯沖帶伴生的

計算機模擬俯沖帶熱結構（匯聚速率為6cmm/year）展示巖石圈俯沖板片如何逐步升溫.

為什么巖石圈板塊能俯沖到600－700km還能產生深源地震？

巖石圈板塊向俯沖邊界運移過程中經歷100多Ma時間，變冷增厚；板塊邊緣升溫快，內部升溫慢，仍具彈性和剛性，因此可造成深源地震；

島弧所對應深度，如此低溫如何使得洋殼熔融？

島弧對應的深度洋殼俯沖板塊溫度僅200-300C，難以使洋殼熔融，但是該溫度足以使俯沖板塊中的流體分離出來，使上覆的地幔楔熔點降低，巖漿產生，上升

計算機模擬俯沖帶熱結構（匯聚速率為6cmm/-板塊俯沖地質學和地幔對流課件四種不同俯沖類型：

（教材P75）

1.洋－洋俯沖型：西太平洋俯沖帶

2.洋－陸型（無邊緣海）俯沖：發(fā)生于大陸之下，南美西海岸

3.洋－陸型（帶邊緣海盆）俯沖發(fā)生在靠近洋陸邊界的地方，溝弧盆體系，日本島弧

4.陸－陸碰撞，兩板塊接觸發(fā)生特殊形成浮出。印度與亞洲板塊碰撞，陸內俯沖

四種不同俯沖類型：（教材P75）1.洋－洋俯沖型：西太二.溝－弧體系

是大洋板塊向大陸板塊俯沖過程中形成的一組具有成生聯系的構造體系。

比較典型的溝—弧體系自洋向陸分別是

外緣隆起

弧溝間隙：海溝、海溝坡折（非火山弧，第一弧，外?。?、弧前盆地、火山?。ǖ诙。瑑然。?/p>

弧后區(qū)：弧間盆地、殘留弧、不活動邊緣盆地

二.溝－弧體系是大洋板塊向大陸板塊俯沖過程中形成的一組具有

弧

后

區(qū)

外

緣

隆

起

海溝

弧前盆地

弧溝間隙

火山弧

（第二弧，內?。?/p>

海溝坡折

（非火山弧）

（第一弧，外?。?/p>

殘留弧

（第三弧）

不活動邊緣盆地

弧間盆地

弧后區(qū)外緣隆起海溝三.雙變質帶

（pairedmetamorphicbelts

）

擠壓型板塊邊界區(qū)域變質作用十分發(fā)育，其主要特征是發(fā)育雙變質帶：大洋板塊向大陸板塊俯沖，在板塊接觸地帶因溫度和壓力條件不同而形成的高壓低溫和高溫低壓兩種變質帶。

兩帶關系：

－－兩者之間通常被一條完全未變質的巖帶分開；也有直接接觸

－－形成時代大致相同（若有早晚之分，高壓帶比高溫帶稍早）；

－－常成對出現

三.雙變質帶（pairedmetamorphicbe領家低壓變質帶

三波川高壓變質帶

領家低壓變質帶三波川高壓變質帶高壓低溫變質帶（HP,LT）

高溫低壓變質帶(HT,LP)部位

海溝靠陸側

火山弧，

成因

20-30km深，這里是俯沖帶淺部和兩個板塊對沖的地方，所以壓力大但溫度不高，變質巖為藍閃石片巖。擠壓、剪切構造發(fā)育，常與混雜堆積體和蛇綠巖套伴生，寬度較窄

火山弧下方較深部位高溫高壓環(huán)境的巖漿運移至較淺部位，過渡為高溫低壓環(huán)境，深度>10km。使火山弧內巖漿巖和沉積巖變質，形成高溫低壓變質帶。常與花崗巖、花崗閃長巖及中酸性火山巖相伴。帶較寬，帶內斷塊構造發(fā)育

特征礦物

蘭閃石,硬玉、硬柱石、黑硬綠泥石；T:250℃-400℃、P:5-7kbar紅柱石、矽線石、蘭晶石

出露

原因

抬升，或在沖斷作用下被逆推到高處；若俯沖減緩或停止，海溝地帶在均衡補償作用下隆升，剝蝕

島弧區(qū)隆升引起地表層強烈剝蝕

分布

既可以發(fā)現于現代俯沖帶，又可以在大陸內部造山帶發(fā)現（古俯沖帶及古板塊邊界）

高壓低溫變質帶（HP,LT）高溫低壓變質帶(HT,LP)

雙變質帶形成時代：多為中生代和早第三紀，中新世以來的尚未出露地表。

雙變質帶分類：

據位置分為陸緣雙變質帶（南美安第斯陸緣）；正常島弧雙變質帶（千島和日本東北）；反向島弧雙變質帶（日本北海道）

雙變質帶意義：

其排列反映了溝弧體系的位置關系，標出了溝弧體系的極性，從而可推測古俯沖帶的傾向。

同時高壓低溫變質帶還大體標志古俯沖帶出露地表的位置

雙變質帶形成時代：多為中生代和早第三紀，中新世以來的尚未出露四.蛇綠巖套(蛇綠巖)1.定義－－

指在層序上有規(guī)律組合在一起的一套巖石的總稱。完整的蛇綠巖套剖面自下而上包括：

（1）以橄欖巖為主的超鎂鐵質雜巖，遭受強烈蝕變轉

變?yōu)樯呒y石化橄欖巖或蛇紋巖；

（2）輝長巖為主的結晶堆積體；

（3）輝綠巖玄武質為主的巖墻群；

（4）以拉斑玄武巖為主的枕狀熔巖。熔巖頂面與深海

沉積物穿插和被覆蓋。

四.蛇綠巖套(蛇綠巖)1.定義－－指在層序上有規(guī)律

1927年，Steinmann，“三位一體”蛇綠巖套概念的提出產生了重要的影響。

“三位一體”的蛇綠巖套：

主要由蛇紋石化橄欖巖和少量輝長巖、玄武巖組成的巖石群體，強調它們與深海遠洋沉積的放射蟲硅質巖密切共生。

Hess（1955）建議將蛇紋巖、基性火山巖、燧石巖的組合稱“斯特曼三位一體”，表示是它們緊密的共生組合系列，代表了優(yōu)地槽的產物以及消失了的洋殼殘片。

1959年,Brunn,首次提出把蛇綠巖的研究與大西洋中脊進行相類比，認為是與板塊擴張軸和海底環(huán)境有關聯的深海沉積物以及基性和超基性火成巖集合體。

1927年，Steinmann，“三位一體”蛇綠巖套概念就位成因（板塊構造理論建立后）

蛇綠巖套是在陸緣板塊俯沖帶附近由于海洋巖石圈的俯沖或逆沖而遺留的海洋地殼殘塊。

經對比，海洋巖石圈與存在于造山帶中的橄欖巖－輝長巖－輝綠巖－枕狀熔巖相似。

就位成因（板塊構造理論建立后）蛇綠巖套是在陸緣板塊俯沖

1.層序上相似，各層可對比

2.地震波速，對應層體波速可對比

3.蛇綠巖套層2－4Sr87/Sr86比值相當，說明同源巖漿結晶分異而成

4.枕狀熔巖和沉積物成分表明形成于深海環(huán)境

5.平行的巖墻群表明形成于張應力的中脊擴張軸或弧后擴張中心

6.沉積層往往含現代洋殼上普遍存在的多金屬沉積物、硫化物，與大洋和弧后擴展中心熱液活動正在形成的多金屬硫化物相同

7.蛇綠巖套的基性超基性侵入巖與圍巖接觸帶上無熱接觸變質現象，比其侵位的褶皺帶年齡更老，說明非原地(insitu)侵入，而是外來產物(ex-situ)對比研究－外來侵位證據：

1.層序上相似，各層可對比2.地震波速，對應層體波速可對蛇綠巖形成背景

所有這些充分證明蛇綠巖套原來是生成于深海擴張中心的洋殼，而后隨板塊向兩側擴張運移，接受了深海沉積，至俯沖帶海洋巖石圈主體重新返回地幔，其上部刮下的洋殼碎塊，在有些情況下殘留于俯沖帶附近，另一些逆沖至陸緣之上。

蛇綠巖套未侵入前，可出現于大洋中脊、弧后盆地和洋內未成熟島弧等構造環(huán)境。通過板塊的俯沖和逆沖作用等方式被移至于大陸邊緣或陸上造山帶（包括古造山帶）中。

枕狀玄武巖

席狀巖墻

輝長巖

閃長巖

沉積物

蛇綠巖形成背景所有這些充分證明蛇綠巖套原來是生蛇綠巖套類型

1.俯沖帶蛇綠巖套：

海溝陸坡側，一般被構造破壞，出露不完整。如爪哇海溝內側

2.島弧蛇綠巖套：

與前者伴生，如日本北海道，神居古潭為俯沖蛇綠巖套，日高為島弧蛇綠巖套

3.地縫合線處蛇綠巖套：

陸陸碰撞，俯沖帶的蛇綠巖套推擠出露于地縫合線上，

喜馬拉雅山帶

4.逆沖蛇綠巖套：

大洋地殼逆掩仰沖于大路邊緣或島弧之上，層序完整，分布廣泛，如阿曼蛇綠巖帶，阿巴拉契亞古生代造山帶蛇綠巖套。

蛇綠巖套類型1.俯沖帶蛇綠巖套：海溝陸坡側，一般被構造

變形層狀輝長巖,阿拉斯加

變形層狀輝長巖,阿拉斯加閃長巖

閃長巖阿拉斯加

鎂鐵質席狀巖墻

阿拉斯加鎂鐵質席狀巖墻Pillowlava,Alaska.Pillowlava,Alaska.鱗莖狀枕狀玄武巖

Bulbous

pillowlavas.鱗莖狀枕狀玄武巖Bulbouspillowlavas層狀沉積巖

層狀沉積巖淺海硅質沉積巖,阿拉斯加

淺海硅質沉積巖,阿拉斯加被動陸緣褶斷帶

陸緣增生雜巖帶

島弧巖漿雜巖帶

蛇綠巖帶

現代蛇綠巖概念——

巖石組合術語，包括洋殼和上地幔的一系列巖石（如玄武巖、輝綠巖墻群、輝長巖、斜長花崗巖、堆晶超鎂鐵巖及地幔橄欖巖）；代表消減增生的大洋巖石圈碎片，但并非“正常”的大洋巖石圈，更多是形成于與現代島弧、弧后盆地、轉換斷層以及小洋盆類似的環(huán)境。

這一概念更多的強調“地幔橄欖巖”和“洋殼頂部的玄武巖和輝綠巖墻”共存。

被動陸緣褶斷帶陸緣增生雜巖帶島弧巖漿雜巖帶蛇綠巖帶五.混雜堆積，亦稱混雜巖(mélange

)

不同于變質巖中的混合巖，也不是一個巖石地層名稱。

概念：它是在板塊俯沖作用下，不同時代、不同成分、不同性質、不同來源的巖石或沉積物，經過破碎作用和混雜作用所形成的無規(guī)則相互混雜堆積的混合體。

許多學者把混雜堆積與板塊構造聯系起來，認為是板塊俯沖帶或縫合帶上強烈構造作用的產物.混雜堆積是鑒別古板塊消亡帶的重要標志之一

.實例：北美阿巴拉契亞、西亞－中南亞扎格羅斯（Zagros）、臺灣海岸山脈、雅魯藏布江、祁連、秦嶺

五.混雜堆積，亦稱混雜巖(mélange)不同于變質巖混雜堆積體主要特點：

1）混雜堆積體由外來巖塊、原地巖塊和基質三部分組成；三部分具有不同時代、不同性質、不同來源的特點；一般混雜巖的基質年代較新，外來巖塊的地質年代較老

2）混雜堆積中巖塊大小不等、形狀各異，混雜堆積體寬窄不一，延伸較長，大到整個一條山脈。

3）剪切構造發(fā)育。巖塊和基質普遍受到剪切作用，常見石香腸、菱形石香腸和楔形構造等。巖塊與巖塊之間以及整個混合體與圍巖之間都呈斷層接觸或被剪切面所限。

4）含蛇綠巖套碎塊和籃片巖等高壓低溫變質巖，共生于板塊俯沖帶前端海溝坡折地帶，形成俯沖帶前端疊瓦狀楔形體構造帶，是識別古俯沖帶或板塊縫合線的重要標志。

混雜堆積體主要特點：1）混雜堆積體由外來巖塊、原地巖塊和六.增生楔狀體（accretionaryprism）

大洋板塊表面覆蓋的沉積物主要是深海鈣質軟泥、硅質軟泥和紅粘土，板塊移動至海溝附近還接受濁流沉積。由于未固結程度差，板塊俯沖時很容易被刮下來，與俯沖板塊基底脫離，加積于海溝向陸的側坡上，形成增生楔狀體。

組成：主要是混雜堆積巖，另外有俯沖時刮下的洋殼殘塊（蛇綠巖套）等。

六.增生楔狀體（accretionaryprism）大洋-板塊俯沖地質學和地幔對流課件增生楔的形成與發(fā)展

當大洋板塊沿海溝向下俯沖，在海溝陸側坡依次擠入一個又一個沉積層楔。在擠壓作用下，新生的推擠老的沉積楔不斷抬升，形成類似疊瓦狀扇形構造楔狀體。

增生楔體由下向上依次變老，產狀依次變陡。

隨俯沖作用和增生楔體不斷增大，引起海溝陸坡向大洋方向擴展。同時，海溝和俯沖帶也向大洋方向遷移。

增生楔加積至大陸邊緣,大陸不斷增生，弧前盆地隨之加寬，洋殼向陸殼轉化，大陸邊緣向外擴展。

增生楔的形成與發(fā)展當大洋板塊沿海溝向下俯沖，在海溝陸側坡依-板塊俯沖地質學和地幔對流課件七

巖漿活動與火山巖分布規(guī)律

根據火山巖組合礦物含鉀量、化學成分差異及其分布規(guī)律，將火山巖分成三個共生系列：拉斑玄武巖系列，鈣堿性系列，堿性系列。

分布規(guī)律：

1）由洋向陸火山巖系列為拉斑玄武巖系列→鈣堿性系列→堿性系列，分別位于臨近海溝的火山前鋒地帶，火山弧地帶和島弧陸側靠近大陸地帶。

2）由洋向陸巖漿系列中的鉀含量越來越高

七巖漿活動與火山巖分布規(guī)律根據火山巖組合礦物含鉀量、化學這些規(guī)律與俯沖深度有關：

80－100km，含水洋殼玄武巖－輝長巖組分被熔化，形成拉斑玄武巖巖漿，在島弧的火山前鋒噴出地表；

100－150km，隨壓力溫度增大，熔化分異，易熔的安山巖質組分分異出鈣堿性－堿性巖漿，沿裂隙上升噴發(fā)形成火山弧主體；難熔的榴輝巖沿俯沖帶分布于火山弧下部的地幔深處。

這些規(guī)律與俯沖深度有關：80－100km，含水洋殼玄武巖－第六節(jié)

板塊構造動力學

地幔柱理論－－

板塊的驅動機制

地幔對流

第六節(jié)板塊構造動力學地幔柱理論－－板塊構造動力學涉及板塊運動的能源、動力和運動方式等問題

一.地球內部熱源和傳熱機制

1.地球主要熱源：放射性元素（鈾釷鉀）衰變產生的巨大熱量構成地球的主要熱源。

2.主要熱源的分布不均一性：

在地球各層圈分布不均一，在地球演化、分異過程中集中于地殼及上地幔頂部。

在酸性巖漿中最為富集，生熱率最高；在超基性巖漿中含量最低，生熱率最低

板塊構造動力學涉及板塊運動的能源、動力和運動方式等問題一.四種地球內部的熱源：放射性元素衰變（最主要）、地球轉動能、化學反應熱、重力分異熱。

3.地球的傳熱機制

1）傳導傳熱

巖石熱導率很低X

2）對流傳熱

對地球深部熱傳遞很重要

3）輻射傳熱

實驗表明，硅酸鹽礦物不易發(fā)生輻射；現代巖漿活動區(qū)例外。

地球的熱現象是地質上最本質的現象之一。地球內部熱量的產生與傳遞時造成地球上層各種構造活動和地震活動的重要原因。地球是大的“熱力機”。

四種地球內部的熱源：放射性元素衰變（最主要）、地球轉動能、化二

地幔對流

板塊構造理論建立后，越來越多的證據顯示出地熱異常區(qū)與板塊構造最活躍的區(qū)域相對應。因此地幔對流在構造動力學中具有重要意義，多數人認為驅動板塊運動的原動力是地幔對流。

1.地幔對流條件：

自然對流。原因是地幔內部密度差。當地幔物質熱平衡或化學平衡遭到破壞，引起地幔物質各部分密度差，從而導致重力不穩(wěn)，輕者上浮，重者下沉，產生對流。多數人認為地幔熱對流是驅動力源。

二地幔對流板塊構造理論建立后，越來越多的證據顯示出地熱異2.地幔對流模式

淺對流模式

上地幔

深對流模式

整個地幔

雙層對流模式

淺對流基礎上,上下地幔對流不同尺度，傳送帶

2.地幔對流模式淺對流模式上地幔深對流模式整個地幔3.地幔對流驅動板塊運動的討論

支持者：地幔對流模式與板塊運動模式相對應。板塊運動速度大體代表了地幔對流的速度。

反對者：洋中脊轉換斷層將板塊錯開成許多段，流體上升流如何在此處中脊軸裂谷處處吻合？三條中脊相接或中脊與海溝相交，其下面會如何對抗？板塊邊界隨時可能遷移，其下的對流體也同步位移么？

不能輕易否定：冰塊在水面上漂浮得到啟示，推測板塊運動與地幔對流不一定有直接絕對聯系。如同水面上相互擁擠的冰塊，不論其形態(tài)和運動如何復雜，其下面水體流動比較規(guī)律，兩者運動未必吻合，但冰塊運動是由下面水流驅動是不可否認。

3.地幔對流驅動板塊運動的討論支持者：地幔對流模式與板塊運三.熱點－地幔柱假說

在研究板塊內部火山作用時提出的，后來被當作板塊絕對運動的參照系統(tǒng)和驅動板塊運動的原動力之一。

1.無震海嶺aseismicridge

洋底除洋中脊體系外，還分布一系列線狀延伸的火山性海嶺。與大洋中脊性質有明顯區(qū)別:

軸部無中央裂谷；無橫斷海嶺的轉換斷層；現代火山局限于海嶺的某一端點；無地震活動或僅有火山活動引起的微弱地震。

典型實例：北太平洋天皇－夏威夷海嶺

三.熱點－地幔柱假說在研究板塊內部火山作用時提出的，后來被-板塊俯沖地質學和地幔對流課件

天皇—夏威夷海嶺火山年齡的遞變規(guī)律（據小林和男

1977）

天皇海嶺幾乎全在水下，整體呈NNW向，向SSE向延伸約2000km后發(fā)生轉折；

轉折后的這段稱為夏威夷海嶺，整體呈NWW向延伸約2600km，海嶺上出露的島嶼即為夏威夷群島。海嶺上火山的年齡由西北向東南具有依次變新的規(guī)律性。

天皇—夏威夷海嶺火山年齡的遞變規(guī)律（據小林和男19熱點火山作用形成火山鏈（無震海嶺）示意圖

（據Allegre1983）

2.熱點假說

hotspotWilson熱點說解釋無震海嶺成因

?熱點處火山作用的巖漿源于現代火山活動中心的地幔之下，位置相對地球自傳軸固定。

?熱點處巖漿燒穿巖石圈板塊，在表面形成火山。

?板塊運動是持續(xù)的。

紙帶穿孔機效應

證據：

古地磁和K-Ar測年

熱點火山作用形成火山鏈（無震海嶺）示意圖（據Allegre熱地幔柱的涌升不斷向上地幔乃至巖石圈之下輸送熱量、質量和動量，在燒破巖石圈的地方便成為熱點。

因此，熱點的巖漿直接源于地幔柱，或者說熱點處的火山活動就是地幔柱熱物質噴出地表的反映。從這個意義上說，可以把地幔柱當作熱點假說的引申。

3.地幔柱假說MantlePlumeMorgen,1972“地幔柱”概念:指源于地幔深處（核幔邊界）、呈圓柱狀涌升的熱地幔物質流。

地幔物質上移，造成巖石圈下物質盈余，把上覆巖石圈向上拱起，正重力異常，高熱流值。

熱地幔柱的涌升不斷向上地幔乃至巖石圈之下輸送熱量、質量和動量冰島，無震海嶺都是熱點火山作用形成的

熱點火山作用與海底擴展速率關系

擴展速率慢，熔巖容易堆積形成諸如冰島那樣的大型島嶼

海底擴展速率較快，等量的熔巖擴展開，形成無震海嶺。

熱點火山島大洋中脊的成分差別

前者含堿質玄武巖，大洋中脊為拉斑玄武巖，微量元素也不同。說明其巖漿源于地幔的不同部位，一深一淺。

冰島，無震海嶺都是熱點火山作用形成的熱點火山作用與海底擴展地球表面上的熱點（據Morgan1972）

據此可在洋中脊上識別出一些地幔柱—熱點。全球識別出并經過嚴格檢驗確認的地幔柱—熱點總共20多個，大部分位于板塊內部。

地球表面上的熱點（據Morgan1972）據此可在洋中

1994年，以Maruyama教授為代表的研究群體，發(fā)表了一系列跨學科綜合性的文章，提出了一種全新的全球構造觀，或簡稱為地幔柱構造（PlumeTectonics），并指出地幔柱構造是繼魏格納提出大陸漂移學說和板塊構造理論之后人類認識地球的第三次浪潮。

Condie(2001),《MantlePlumesandTheirRecordinEarthHistory》

1994年，以Maruyama教授為代表的研究群體，發(fā)表了4.熱幔柱

以丸山茂德為代表的一些日本學者根據P波層析成像技術得到的全地幔內部結構和對板塊下潛歷史的追蹤研究結果，認為地幔柱與板塊構造并非相互獨立，兩者構成一個統(tǒng)一的全球構造體系。在該體系中，地幔柱上升、板塊水平運動和板塊俯沖運動并不是各自獨立的，而是在一個構造體系中做相互約束的運動。

4.熱幔柱以丸山茂德為代表的一些1）熱幔柱形態(tài)特征：

地表表現為高地形隆起，當其從地幔中上升至近巖石圈底部時，變成“蘑菇”狀，頭部粗大而頸干細小。

直徑大小的目前觀點不一，估計量從十幾千米至幾千千米都有。一般地，地幔柱頭直徑可達500到3000Km(Hilletal.1992)，而地幔柱尾典型的為100到200Km(Condie2001)。

地幔柱具有高熱流、低速帶的特征（趙國春等

1994），一般稱為熱幔柱。

1）熱幔柱形態(tài)特征：地表表現為高地形隆起，當其從地幔中上升實驗中所產生的熱幔柱在上升過程中的形態(tài)變化(據Richards1991)

巖石圈

實驗中所產生的熱幔柱在上升過程中的形態(tài)變化(據Richard根據全球地幔地震層析圖（Fukao1993）總結的熱幔柱發(fā)育模式

a）萌芽期熱幔柱，外核微微上隆，熱流及巖漿上涌；

b)發(fā)展期熱幔柱，地幔中下部為熱幔柱密集區(qū)；

c)全盛期熱幔柱，熱幔柱密集區(qū)連通外核與軟流圈；

d)衰亡期熱幔柱，由于上下堵塞殘留的熱幔柱

根據全球地幔地震層析圖（Fukao1993）總結的熱幔柱發(fā)-板塊俯沖地質學和地幔對流課件2）熱幔柱起源：

20世紀90年代以來，關于地幔柱的研究有了新的進展。

許多證據顯示，地幔柱源于核—幔邊界附近（Davies1992，Richad1991，Loper1991，Hill1991），導致核—幔邊界附近物質層發(fā)生熱擾動并生成地幔柱的熱動力源于外地核的不均勻加熱作用（Loper1991）。

2）熱幔柱起源：20世紀90年代以來，關于地幔柱的研究有了3）熱幔柱的規(guī)模與級別劃分:

Maruyama和Fukao等以地幔底界(2900km)、上地幔底界(670km)和地殼底界(100km)為限劃，將熱幔柱分為一、二、三級熱柱，也有人稱為下地幔柱（或超級熱幔