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地幔柱的概念分类演化与大规模成矿

来源：花匠小妙招时间：2025-06-16 09:35

王登红/地学前缘(EarthScienceFrontiers)2001,8(3)　　　69

为4个演化阶段:

(1)初始阶段:核幔边界由于某些原因而分异出具有明显活动性的物质,并逐渐聚集形成“预地幔柱”,那些原先在地核中富集但又难以在高温高压条件下“安定”下来的元素很可能起了非常重要的作用,离子半径大的元素和轻元素以及放射性元素也可能积极参加进来。从行星对比和地球演化的角度看,地幔柱的形成似乎是必然的,它是导致地球大尺度物质和能量交换的一种重要方式。比如,W,Sn,Mo,Bi,Au,Ag等等,这些元素在地核中的丰度可远远高于地幔和地壳[18],但它们与地核中的主要元素Fe,Ni在地球化学性质上还存在明显的差别,难以为地核所“容纳”,从而可能随着地幔柱的上升而向地表聚集。

(2)上升阶段:趋向于形成地幔柱的物质集中到一起,形成具有一定规模、,如Griffiths1986)、蘑菇状或气],、温能够缓慢地脱离核幔(当然,一些小规模的雏地幔)上升到近地表。

(3)壳幔相互作用阶段:规模巨大的雏地幔柱不

与地壳发生壳幔相互作用并喷发出地表之后,人们所得到的样品在物质组成、化学成分等方面又会发生各种各样的变化。对于前者,主要涉及到地幔柱自身的演化及其与环境地幔之间物质和能量的交换问题,目前国际上也还只是通过地球物理的途径来观察并利用实验手段和计算机技术来模拟,尚处于不断探索之中;对于后者,更多地涉及到壳幔相互作用的问题,实际上是地幔柱与地壳之间物质与能量的交换问题,目前国际上大量的研究都聚焦于此。显然,假设物质组成和能量结构相同的地幔柱,只是由于所作用的对象不同,其结果也会明显不同(当然,不同的地幔柱与不同的对象发生作用,其结果会

“出露”的环更复杂)。因此,首先有必要将地幔柱按

境不同,分为两大类,即陆壳环境下产出的地幔柱(不妨简称陆柱,即CP)和洋壳环境下产出的地幔柱(不妨简称洋柱,即OP)。这是为了方便人们研究而划分的,实际上CP和OP在其发源地并无此区别,只是因为最终作用的对象不同而不同,CP产物中或多或少会留下陆壳物质混入的记录,而OP则会留下洋壳物质混入的记录陆壳物质主要是硅铝质,(2量分数为45%Al2O3质

8%[16];但本身具有足够的物质和能量,而且能够导致周围Al2O3质量分数多小于11%,环境中的正常地幔物质发生部分熔融,熔融的部分MgO质量分数多大于16%[17]。因此,将地幔柱按被地幔柱吸纳,从而使地幔柱的体积更加庞大,同时结果分为两大类是必要的也是可行的。当然,实际上还存在第三大类,即混合型,主要指板块俯冲环境下产出的地幔柱,因为在这种环境下产出的地幔柱既可能受到俯冲洋壳物质的混入,也可能受到地壳物质的污染。另外还可能出现更复杂的情况,如地幔柱在上升过程中还没有到达近地表环境就遇到正在下插的或古老的但还没有被地幔“消耗”掉的洋壳板片,抑或地幔柱在穿透大陆壳时遇到的是由古老洋壳褶皱造山形成的偏硅镁质成分的陆壳,等等。这些情况,在研究新生代以前的地幔柱时会经常遇到,因此在研究过程中要开拓思路,特别是在利用地球化学图解时更应注意。

物质成分也会发生明显变化、能量则可能慢慢衰竭,但由于压力的降低,地幔柱的活动性可能更显著,因而,此时的地幔柱趋于“成熟”,当它到达670km处的不连续面时可能会分化出次级的“幔枝”,并且与上地幔和地壳发生充分的反应。此时的地幔柱一方面向地壳不断输送物质和辐射能量,引起地壳范围的一系列变化(如碱性岩浆的上侵、变质作用、裂谷化、盆地的形成);另一方面地幔柱本身演化出巨大的头冠构造和细长的尾部构造,定位也较浅,能够被人类所探测到,因而是目前研究的重点。

(4)喷发—消退阶段:随着地幔柱的继续上升和

地壳的局部张裂,地幔柱物质将在非常短暂的时间间隔内发生大规模的喷发与侵位,从而使地幔柱顶冠的体积萎缩,能量耗尽,只留下残余部分停留在地3　演化

壳的底部,慢慢失去活动性而成为固化的地幔柱,成“化石”

。但这部分残留地幔柱一旦遇到合适的条地幔柱自核幔边界上升到地表,最终以大规模为

岩浆作用的形式喷发或侵位,这是一个非常复杂的件,如深大断裂或超岩石圈断裂,仍然可能发生上过程,也是一个演化的过程。笔者认为至少可以分侵,并且可能带来与基性超基性岩有关的CuNi