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夏威夷－皇帝海山链成因研究进展 刘钰 中国地质大学（北京）（100083） E-mail cugbliuxiaochen@163.com 摘要：传统理论认为太平洋板块在固定的夏威夷热点之上运动，从而形成了夏威夷－皇帝 海山链，这是板块运动学的有力证据之一，热点也成了研究板块运动方向与速率的参考 系。但是近些年在地质、古地磁、地质年代学和计算机模拟等方面的研究成果，使这一传 统观点受到挑战和质疑。不少学者提出了皇帝海岭和夏威夷海岭之间的转折是热点运动的 结果，或是二者共同作用的结果，本文对此进行了探讨。 关键词：热点；海山；板块运动 1. 引言 板块运动这一理论已被人们普遍接受，并得到古地理、古生物、古地磁、大地测量以 及深海钻探等数据的支持。1963 年Wilson[1]提出了热点假说，用于解释夏威夷－皇帝海山 链的成因，即运动的太平洋板块漂过固定的热点。这一结论是板块运动学的有力证据之 一，同时热点也成了研究板块运动的方向与速度的参考系。然而近年来对一些典型地区 [2-4] ，热点并非是固定不动的，一些学者提出皇帝 （特别是夏威夷－皇帝海岭）的研究揭示 海岭和夏威夷海岭之间的转折是热点运动，或是热点与板块共同运动的结果，给传统的板 块运动学及基于此的其它理论带来了强烈的冲击。本文回顾了热点假说的提出与发展，以 及夏威夷－皇帝海山链成因的研究现状。 2. 热点假说的提出与发展 热点的概念最初由Wilson[1]提出，用于解释夏威夷－皇帝海山链的成因。尽管迄今为 止，尚无统一严格的定义，但正如Bonatti[5]所说: “热点是指具有高的地形和过量火山的地 带”。 1972 年Morgan[6,7]提出地球深部来源的物质，是由于放射性元素衰变并释放热能，从 重力高异常区的火山之下上升而来的。炽热上升的圆筒状岩石类物质流就称为热柱 （Plume ，也有译作地柱、热缕、地慢羽、地幔柱等）。这些概念奠定了热点假说的基础， 包括：①热柱的根在深部地幔或核幔边界；②当垂直运动的热柱到达岩石圈时，流动变为 水平并各向扩散，形成具火山活动的热点并可能使岩石圈隆起；③与热柱内集中的上升流 相平衡的回流，由地幔其余部分非常缓慢地向下运动；④放射状流体施加给岩石圈板块的 合力以及各板块沿边界相互制约所产生的力，确定了板块的运动方向等[8] 。Wilson[9]提出热 点是从地幔中上升的地幔热柱在地表的反映，并以火山作用、高热流和隆起为标志。 1 热点假说之所以能在板块学说盛行的时期得以生存并发展起来，是因为人们认为热点 [9] [10,11] 彼此是相对固定的 ，可以构成研究板块漂移方向与速率的参考系。尽管有学者 对热 点系在21Ma 与38Ma 以前的位置作了恢复，发现某些热点并非不动而是以每年1~2cm 的 速度相对运动，但与板块间的“快速”位移及软流圈内物质的快速演化相比，这种深部对 [8] 流的演化速度显得太慢了，几乎可以认为是不动的 。 3. 夏威夷－皇帝海山链成因研究进展 3.1 热点移动观点 经典的理论告诉我们，热点是固定不动的，由于板块在软流圈之上的漂移，形成了夏 威夷－皇帝海山链[9] 。 在夏威夷发现的热点导致了深部热地幔柱理论的诞生，该理论认为流体地幔是夏威夷 海山链及其它大洋岛链形成的根源。传统理论认为：太平洋板块以每年 10mm 的速度向西 北方向移动，当岩石圈板块跨越于固定的热点之上时，板块仿佛被“烧穿”了，地幔物质 喷出地表，形成火山，出露洋面，便成岛屿。先形成的火山随着太平洋板块移动离开热 点，逐渐熄灭形成死火山；在热点上部对应的地壳上又会喷发形成新的火山。如此不断的 “推陈出新”，40 几个百万年来发育成今天所看到的NW －SE 向、由老到新的一列火山链 －夏威夷群岛，