地球层圈结构与幔根

幔根构造与地动力~

是什么地动力驱动幔根构造的发生和发展呢？根据幔根在全球范围和区域上多沿纬向构造带呈传导不连续分布的特征，首先应考虑的是地球自转的动力作用，造成纬向构造带而促成幔根构造的形成。根据李四光（1959，1962，1974）的大量研究成果，纬向构造带的形成主要是由于地球自转促使地球两极向赤道压缩，当压应力强度达到一定极限时，除在赤道形成高陆发生应力释放外，在不同纬度带也伴随有隆升的应力释放。首先是低黏滞度的软流圈随自转向地球外抛，上地幔隆升，同时形成破裂性的引张，引张分力促成构造圈基性-超基性浮动体和幔根的发生和发展。由于纬向构造带在全球是断续分布的，幔根也随之呈传导不连续的产出。因此，地球自转产生的动力是幔根构造形成的首要地动力。
由于地球各层圈自身的结构、组分和物性各异及其相互之间连接界线层的明显差异，在地球自转动力作用过程中，各层圈之间的行为也是不谐调（不同步）运动的，尤其是仅占地球总厚1/100的固相岩石圈与低黏滞度的软流圈之间更易受不谐调运动的动力作用而发生不谐调的形变和错移。位居岩石圈和软流圈之间的构造圈，遭受形变和错移等构造变动更是首当其冲。因而，幔根构造无疑是地球层圈不谐调运动的产物。地球层圈不谐调运动是全球纬向构造运动的局部现象，也是幔根构造在全球呈传导不连续分布的原因。
部分学者根据地震层析反馈地球内部物质密度不均匀性以及按不同深度地幔密度分布的研究，认为地球内部不同深度存在高低密度和不同波速的不均匀分布，从而推断有强烈物质对流，对流的效应也是决定构造圈物质上升的动力作用。
总之，幔根构造是在多种地动力作用下形成的。虽然它在区域上有纬向构造带的控制，但其形成的具体部位又取决于层圈不谐调运动和对流强度的耦合。

幔根构造（mantle root），可以理解为陆壳根（植）入地幔、陆壳扎根地幔或陆壳类似山根插入地幔。这一构造术语是1995～2000年在以裴荣富为首执行国际地质对比计划IGCP-354项目“岩石圈超巨量金属工业堆积”研究工作期间，由美国华盛顿大学教授J.库提纳提出的（Kutina J.，1995）。实际上，A.D.Shcheglov（1983）在《Global tectonics and metallogeny》期刊上发表的《非线性成矿》一文中就已提到幔根构造的问题。
幔根构造是指在地球层圈最活跃的构造圈发生不谐调运动，并伴随深断裂促使拆沉的岩石圈板片根（植）入地幔的构造。即在区域性的深部构造作用（过程）中，沿着全球纬向构造带，常出现传导不连续分布的地幔隆升带，隆升部位的陆壳相对地被埋（插）入地幔，并受热幔环流影响发生壳-幔互为穿插的混熔作用，引发大规模的构造岩浆热事件，导致深部构造作用与表壳控矿构造发生最佳耦合而形成超巨量金属工业堆积。
幔根构造主要产出在中生代全球形成泛大陆之后的陆内环境，多位于地球纬向构造带及其与其他方向陆内造山构造互为交切的块体缘角处。幔根构造源出于地球层圈相对活动部位——构造圈（Jordan T.，1977），即在岩石圈与软流圈之间因层圈不同步运动发生壳幔混同的过渡部位，也是岩石圈底部普遍存在底板垫托或发生底侵的具体构造表现。但是，幔根构造还强调了陆壳扎入（俯冲）地幔发生混熔，并沿陆内深构造带上升至造山块体周边形成构造岩浆岩群的成矿作用。因此，幔根构造的陆内成矿作用与陆缘洋壳俯冲地幔重熔而在陆缘形成构造岩浆链的成矿作用具有异曲（不同环境）同工（构造-岩浆）的成矿意义。
幔根构造与地幔柱（mantle plane）和幔枝（mantle branch）构造具有深部构造作用（过程）与成矿的类似意义，但是它们在形成的地球层圈部位及成矿作用特点是不尽相同的。幔根是对幔隆构造或“大陆根-柱构造”（邓晋福等，1996）在其与成矿作用认识上的具体化和深化，而地幔柱和幔枝构造是全球宏观上的不同规模地幔柱对板块构造成矿的补充或发展。

地球是一个巨大的、半径达6400km的椭球形自重体，具有同心分层结构。球体从外层至中心的分层是岩石圈（Lithosphere），软流圈（Asthenosphere）+构造圈（Tectonosphere），中间圈（Mesosphere），外核（Outer core）和内核（Inner core）（图5-5）。

岩石圈为固相体，盖在下部为高密度、高温的上地幔之上，并充当着绝缘或低热传导体作用。其本身也具有分层和较大的热以及组分的变化梯度，但其厚度仅为地球总厚的1/100，类似一张薄皮铺盖在地球的表壳上，相对地易于与其下部圈层发生不谐调运动，并承受构造变形。

软流圈位于上地幔的上半部，为部分熔融的、具一定物质分馏和低黏滞度的低速活动体。它是岩石圈下部底板垫托的软垫，具有较大固熔温度变化梯度，易于部分熔融。

构造圈的概念是Jordan（1977）研究鄂霍次克海壳幔结构时提出的，它位于陆内岩石圈和软流圈之间的软流圈中，为局部出现的、绝大部分是由强亏损方辉橄榄岩质岩石组成的、类似漂浮的大木筏体，是地球层圈中岩石圈板片插入软流圈中的构造活动体。构造圈易于发生热幔环流作用，Oreilly（1997）称之为构造圈热侵蚀，是发生大规模构造岩浆作用、激发成矿作用异常、形成幔根构造的源地。

图5-5 地球层圈结构图

从顶部向中心：岩石圈、软流圈+构造圈、中间圈、外核和内核。另外，从界线层可划分为：岩石圈作为地球表层的界线层（SBL），围绕地幔界线（MB）的670km的地幔界线层（MBL），并划分上地幔（UM）和下地幔（LM）2900km处为核-幔界线层（CMBL），5100km为内外核界线层（ICB），并划分为外核（OC）和内核（IC）

中间圈是地球的中间层，包含地球上地幔的下半部和下地幔全部，对核壳之间温度、压力和动力传导具有承下起上的作用。地震圈定的上、下地幔界线层（MBL）是形成高温组分的变化梯度带，对传输下地幔物质和能量具有过渡作用。中间圈的底部有200～300km厚的“D”层，称之为核-幔界线层（CMBL），是核幔之间物质交换和热交换的重要界面，也是各种规模地幔柱的上升源。

地核是由核-幔界线层以强对流的液相外核和其下的固相内核组成。液相外核主要是为地幔加热和保持核幔界线层温度的均衡。固相内核是由于外核冷流形成的对流的铁镍结晶堆积体，多集中在赤道形成高陆，从而起到减压和调整地球均匀生长的平衡性。

从地球层圈结构可知，幔根构造仅是陆内岩石圈板片插入软流圈的构造圈内的活动体，是地球层圈互动作用的产物。它在深部构造作用的地质演化进程中发生构造圈热侵蚀，导致壳幔混同形成与成矿作用有关的构造-岩浆-热事件，为激发岩石圈超巨量成矿物质富集起到重要作用，并与中生代一定时限内爆发异常成矿作用有关。

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