Simone
地幔柱构造(Mantle plumes tectonics)的概念源自热点构造。尽管 Wilson(1963)提出的热点假说主要用于解释夏威夷群岛次火山的成因，但却引起了地质学家的广泛兴趣，并逐渐发展成地幔热柱(Mantle plume)理论，尤其是日本地质学会学报(J.Geol.Soc.Japan，1994，100(1))集中发表的 Fukao，Maruyama，Kumazawa 等学者的文章，从地质学、地球物理学等方面探讨了幔柱构造(Mantle plume tectonics)。英国丛旁知地质学会学报(J.Geol.Soc.1995，152(6))集中讨论了冰岛地幔热柱及其有关的区域地质背景、大陆开裂、岩浆作用、化学成分、同位素特征等(Nadin，Barton，Fitton，Kont)。中国中青年地质学家(侯增谦等，李红阳等，王登红，牛树银等，卢记仁)还专门组织了专题性研讨(地球学报，1996(4))。进 入 新 世纪，地 幔热柱 研究 已 形 成 热 潮(谢鸿森 等，2005; 舒良 树 等，2006; 徐义 刚 等，2007; 杨文采 等，2007; Aiqun Sun 等，2005; Anderson 等，2005;Baode Wang 等，2005; Shuyin niu 等，2005; Tachibana 等，2006; Davies 等，2006; Par-kin 等，2007; Pik 等，2008)，但仍以理论的探索为热点，以夏威夷、冰岛等热点地区研究更多(Sheth，1999; Ursula 等，1999; Keller 等，2000; Lapierre 等，2000; Pirajno，2000)。地幔热柱成矿作用方面的 研究相对较少，Oppliger(1997)等提出内华达盆 区(the Great Basin of Nevada)卡林型金矿可能与黄石热点有关，Hedenquist(1998)等认为菲律宾的某些斑岩型和浅成低温热液型铜金矿床启扰与幔柱有关。国内则认为白云鄂博、华南等地的某些矿种与地幔热柱有关(曹荣龙，1996; 王登红，1998，2007; 黎盛斯，1996;毛景文等，2006)，看来，越来越多的学者已经认识到，地幔热柱多级演化应该是幔壳演化及多金属成矿作用的重要控制因素。
地幔柱构造的基本涵义是深部地幔热对流过程中，一股上升的圆柱状热塑性物质流从核幔交界处或下地幔涌起，并穿透岩石圈而成的热地幔物质柱状体，称为地幔热柱。它在洋底出露时就表现为热点。热点上的地热流值大大高于周围广大地区，甚至会形成孤立的火山，如非洲大陆板块内的东非阿法尔区和太平洋板块内的夏威夷火山区。地幔热柱观点的基本理论可以归纳为:①地幔热柱的根在深部地幔或核幔边界; ②垂直上升的地幔热柱到达岩石圈底部时，其物质流动方向变为水平方向，导致火山活动和岩石圈凸起; ③与地幔热柱集中的上升流相平衡的回流，通过地幔其他部分缓慢向下运动，称地幔冷柱; ④放射性流体施加给岩石圈板块的力和岩石圈板块边界相互制约产生的力，确定了岩石圈板块的运动方向。
1963 年，加拿 大地质学家 Wilson 解释 固定 热 地 幔 源 区 夏威夷群 岛 火 山 成 因(图 1-1)，美国普林斯顿大学、加利福尼亚大学、科罗拉多大学以及台湾国立大学的地球物理学家运用从全球 3 000 个地震监测站采集到的地震波数据，对地球的内部结构进行了研究。这些监测站监视记录了自 1964 年以来发生的 86 000 次地震。科学家分析了地震体波的速度变化，并根据这些数据绘制出了一张三维地形图。他们注意到，在这张非常清晰的地图上，地球地幔上有凸起的柱状体———地幔热柱。全球板块理论创始人之一的Morgan(1974)则认为 Wilson(1963)所指出的固定热地幔源区实际上是一个产生于地幔底部边界附近的热幔柱。Deffeys(1972)提出了热幔柱是下地幔上涌形成的观点。An-derson(1975)研究则表明热幔柱与其说是热柱，不如说是一种化学柱。它渗消的化学成分与周围地幔物质有明显差别，它来源于地幔底部 D″层(即核-幔边界)。D″层从地核那里聚集大量放射性元素，放射热导致 D″层具有高温、低黏度特征，从而产生热幔柱。Maruy-ama(1974)等日本学者则根据 P 波层析成像技术测得全地幔内部结构，并以 2 900 km，670 km 和 100 km 深度为界划分出地幔热柱的一、二、三次柱(图 1-2)。
图 1-1 夏威夷-皇帝海岭火山链及其形成过程图示
图 1-1 夏威夷-皇帝海岭火山链及其形成过程图示
图 1-2 地幔热柱结构示意图(据 Maruyama 等，1994，有修改)
图 1-2 地幔热柱结构示意图(据 Maruyama 等，1994，有修改)
至于地球上有多少个地幔热柱，不同的研究者有不同的认识，已划分出的热点(热柱)大致在 3～117 个，已鉴别的约 50 个，冷柱约 10 个。而 Maruyama(1994)认为地球上仅有 3 个超级地幔柱，其中 2 个是热地幔柱，一个在南太平洋，另一个在非洲; 1 个是冷幔柱。现代地球上的约 50 个地幔柱中的大多数可按由非洲和南太平洋超级地幔柱，或中央原始地幔柱链的分支地幔柱来解释。主要分布在于北极、冰岛、亚速尔群岛、西非、南非和库吉伦。
通过现代化测试技术，地幔热柱不但能够直接观察到，而且也存在很多间接证据。其中包括:①局部高热流值和相关的火山活动(热点)出现在远离板块边界的地方; ②热点不随板块漂移而迁移，几乎静止不动，暗示起源于活动岩石圈之下的深部地幔; ③热点火山玄武岩的地球化学性质不同于位于离散板块边界、起源于浅部地幔的玄武岩(如 MORB)，说明其源区为比软流圈更深的地幔库; ④位于热点之上的大洋岛屿通常具有规模较大的地形隆起，这需要有额外的幔源热能以使岩石圈膨胀; ⑤最令人信服的证据来自最近的地震学研究。例如地震层析揭示冰岛地幔存在一低速柱状物质流，至少延伸至400 km以下，地幔热柱的直径为300 km; ⑥高温可能是造成地幔热柱中低速物质的主要原因。
