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　　内容简介

　　图集在全球微板块构造理论的基础上，以基础地质的本质过程为出发点，通过地质对比研究，探索全球微板块构造理论的前沿问题和发展趋势，认识全球微板块构造演化对能源、资源、灾害分布的制约。依据全球尺度的P波层析成像模型—MIT-P08模型，通过GMT软件为成图手段，突出全球微板块构造和典型构造系统的地质学术观点表达，形成清晰规范的全球微幔块层析成像基础图件。

　　精彩书评

　　第一部全球微幔块层析图集

　　目录

　　目录

　　第一部分 全球尺度层析成像

　　板片沉降速率随深度变化的分布 2

　　确定微幔块工作年龄的简单模式图解 4

　　微幔块在地幔中行为的假设图解 5

　　深度50km全球微板块层析成像及解释 6

　　深度100km全球微板块层析成像及解释 8

　　深度250km全球微板块层析成像及解释 10

　　深度350km全球微幔块层析成像及解释 12

　　深度410km全球微幔块层析成像及解释 14

　　深度500km全球微幔块层析成像及解释 16

　　深度550km全球微幔块层析成像及解释 18

　　深度600km全球微幔块层析成像及解释 20

　　深度660km全球微幔块层析成像及解释 22

　　深度750km全球微幔块层析成像及解释 24

　　深度800km全球微幔块层析成像及解释 26

　　深度900km全球微幔块层析成像及解释 28

　　深度950km全球微幔块层析成像及解释 30

　　深度1000km全球微幔块层析成像及解释 32

　　深度1050km全球微幔块层析成像及解释 34

　　深度1100km全球微幔块层析成像及解释 36

　　深度1150km全球微幔块层析成像及解释 38

　　深度1200km全球微幔块层析成像及解释 40

　　深度1250km全球微幔块层析成像及解释 42

　　深度1300km全球微幔块层析成像及解释 44

　　深度1350km全球微幔块层析成像及解释 46

　　深度1400km全球微幔块层析成像及解释 48

　　深度1450km全球微幔块层析成像及解释 50

　　深度1500km全球微幔块层析成像及解释 52

　　深度1550km全球微幔块层析成像及解释 54

　　深度1600km全球微幔块层析成像及解释 56

　　深度1650km全球微幔块层析成像及解释 58

　　深度1700km全球微幔块层析成像及解释 60

　　深度1750km全球微幔块层析成像及解释 62

　　深度1800km全球微幔块层析成像及解释 64

　　深度1850km全球微幔块层析成像及解释 66

　　深度1900km全球微幔块层析成像及解释 68

　　深度1950km全球微幔块层析成像及解释 70

　　深度2000km全球微幔块层析成像及解释 72

　　深度2050km全球微幔块层析成像及解释 74

　　深度2100km全球微幔块层析成像及解释 76

　　深度2150km全球微幔块层析成像及解释 78

　　深度2200km全球微幔块层析成像及解释 80

　　深度2250km全球微幔块层析成像及解释 82

　　深度2300km全球微幔块层析成像及解释 84

　　深度2350km全球微幔块层析成像及解释 86

　　深度2400km全球微幔块层析成像及解释 88

　　深度2450km全球微幔块层析成像及解释 90

　　深度2500km全球微幔块层析成像及解释 92

　　深度2550km全球微幔块层析成像及解释 94

　　深度2600km全球微幔块层析成像及解释 96

　　深度2650km全球微幔块层析成像及解释 98

　　深度2700km全球微幔块层析成像及解释 100

　　深度2750km全球微幔块层析成像及解释 102

　　深度2800km全球微幔块层析成像及解释 104

　　深度2820km 全球两大LLSVP异常及TUZO异常局部层析成像 106

　　深度2820km 全球两大LLSVP异常及JASON异常局部层析成像 107

　　第二部分 区域尺度微幔块层析成像

　　阿加图微幔块层析成像剖面及位置 110

　　阿尔及利亚微幔块层析成像剖面及位置 112

　　阿尔卑斯山微幔块层析成像剖面及位置 114

　　安徽微幔块层析成像剖面及位置 116

　　阿拉伯微幔块层析成像剖面及位置 118

　　阿拉弗拉微幔块层析成像剖面及位置 120

　　白令海微幔块层析成像剖面及位置 122

　　比特利斯微幔块层析成像剖面及位置 124

　　卡尔斯伯格微幔块层析成像剖面及位置 126

　　加罗林脊微幔块层析成像剖面及位置 128

　　喀尔巴阡山脉微幔块层析成像剖面及位置 130

　　卡奔塔利亚微幔块层析成像剖面及位置 132

　　中国中部和西部微幔块层析成像剖面及位置 134

　　楚科奇微幔块层析成像剖面及位置 136

　　中国东部微幔块层析成像剖面及位置 138

　　恩波里奥微幔块层析成像剖面及位置 140

　　乔治亚岛微幔块层析成像剖面及位置 142

　　美国大盆区微幔块层析成像剖面及位置 144

　　哈特勒斯微幔块层析成像剖面及位置 146

　　喜马拉雅山微幔块层析成像剖面及位置 148

　　哈得孙微幔块层析成像剖面图及位置 150

　　爱达荷微幔块层析成像剖面及位置 152

　　印度微幔块层析成像剖面及位置 154

　　加里曼丹微幔块层析成像剖面及位置 156

　　艾尔湖微幔块层析成像剖面及位置 158

　　马尔代夫微幔块层析成像剖面及位置 160

　　马尔佩洛微幔块层析成像剖面及位置 162

　　美索不达米亚微幔块层析成像剖面及位置 164

　　密西西比微幔块层析成像剖面及位置 166

　　蒙古微幔块层析成像剖面及位置 168

　　蒙古-哈萨克微幔块层析成像剖面及位置 170

　　北太平洋微幔块层析成像剖面及位置 172

　　巴布亚微幔块层析成像剖面及位置 174

　　萨哈林微幔块层析成像剖面及位置 176

　　锡斯坦微幔块层析成像剖面及位置 178

　　索科罗微幔块层析成像剖面及位置 180

　　洛亚蒂南部盆地微幔块层析成像剖面及位置 182

　　南奥克尼岛微幔块层析成像剖面及位置 184

　　泰克尼亚微幔块层析成像剖面及位置 186

　　跨美洲微幔块层析成像剖面及位置 188

　　委内瑞拉微幔块层析成像剖面及位置 190

　　威奇托微幔块层析成像剖面及位置 192

　　第三部分 局部区带微幔块层析成像

　　特提斯区带俯冲板片不同深度水平切面层析成像 196

　　蒙古-鄂霍次克区带俯冲板片不同深度水平切面层析成像 198

　　古南海区带北部和南部板片三维层析成像 200

　　古南海区带板片水平切面层析成像 202

　　古南海区带板片垂直剖面层析成像 206

　　第四部分 微幔块重建与地幔对流模拟

　　400Ma以来全球板块重建 212

　　400Ma地幔底部热异常结构 214

　　240Ma地幔底部热异常结构 216

　　120Ma地幔底部热异常结构 218

　　现今地幔底部热异常结构 220

　　220Ma西太平洋地区地幔结构 222

　　140Ma西太平洋地区地幔结构 224

　　60Ma西太平洋地区地幔结构 226

　　现今西太平洋地区地幔结构 228

　　通过数据同化方法模拟的120Ma全球俯冲板片形态 230

　　通过数据同化方法模拟的101Ma全球俯冲板片形态 232

　　通过数据同化方法模拟的80Ma全球俯冲板片形态 234

　　通过数据同化方法模拟的60Ma全球俯冲板片形态 236

　　通过数据同化方法模拟的40Ma全球俯冲板片形态 238

　　通过数据同化方法模拟的21Ma全球俯冲板片形态 240

　　通过数据同化方法模拟的0Ma全球俯冲板片形态 242

　　参考文献 244

　　后记 251

　　精彩书摘

　　第一部分全球尺度层析成像

　　这些不同时期的微幔块群分别与加里东期、华力西期、印支期、燕山期、阿尔卑斯—喜马拉雅造山事件密切相关，但不排除吕梁期或哥伦比亚期、格林威尔期或晋宁期的微幔块局部保存。这些事件起始时间不同且微幔块下沉速率差异悬殊，使得微幔块在岩石圈以下的地幔不同深度层次的工作年龄（即俯冲或下沉开始到俯冲结束的年龄，分别对应第二章节的底部年龄和顶部年龄）结构和组成年龄（即组成微幔块的真实岩石年龄）结构复杂。尽管如此，微幔块工作年龄结构的总体格架是，在上地幔下部的年龄结构相对年轻，在下地幔的年龄结构总体形成较早、较古老。尽管对于微幔块从大洋岩石圈俯冲板片断离或从大陆岩石圈拆沉后的下沉速率，不同学者的观点差异很大，例如，1～50px/a（Steinberger et al.，2012），660km以上为1.0～60px/a、1700km以下为30px/a、核幔边界为0（van der Meer et al.，2018），1～100px/a（Peng and Liu，2022）（图1-1），4mm/a（van der Meer et al.，2018），1～2mm/a（Morgan and Vannucchi，2021），但总体微幔块下沉速率比板块运动速率缓慢一个数量级。特别考虑到，从上地幔下部到地幔过渡带，微幔块在一段滞留时间后才继续往深部下地幔下坠，这都需要时间，因此目前已知的微幔块的工作年龄（van der Meer et al.，2018）都被大大低估了，因此这些估算年龄在本章节图件中仅供参考。

　　即使以1～2mm/a的最慢速率计算，简单的垂向等速下沉路径，也需要1500Myr以上才能从浅表深入到核幔边界。同样，理论上计算，如果以50px/a的等速垂直下沉，从地表开始，最快1Myr可以下沉20km，约150Myr就可以触及核幔边界（图1-2）。但是，事实并非如此简单，因为在410～660km或1000～1200km的地幔过渡带，一些微幔块的滞留时间可达100Myr以上，表现在图1-1中下沉速率陡然降低，特别是410～660km深度范围内密度、S波和P波地震波速也表现为陡然增加，而年轻的高角度快速俯冲板片发生拆沉形成的一些微幔块，又可以快速下沉到1000～1200km处滞留一段时间。途中，一些微幔块因为尺寸较小或较年轻，容易被水平地幔流（或地幔风）裹挟着或携带着发生相对较快但仍缓慢的水平漂移。特别是，2000～2500km深度范围正是D”层（厚约200～350km）顶面以上500km内，似乎是同一流系的收敛下降流与发散下降流发生转换的瓶颈区段，很多微幔块堵塞在这个地段（图1-2），要突破这个瓶颈，也需要大量滞留时间。

　　微幔块在前人文献中曾被称为blob（斑点）、patch（斑块）、entrainment（夹带或裹挟体）或sinkingslab（沉降板片）。以垂向等速的最低下沉速率（4mm/a）或垂向等速的平均下沉速率(50px/a)计算，微幔块的垂向下沉年龄分别对应右侧和左侧两个年龄柱（红色字），到达核幔边界的年龄分别约为712.5Ma和142.5Ma；若微幔块在地幔中水平漂移的平均速率按照50px/a计算，水平跨越2000km则需要100Myr，水平跨越5000km则需要250Myr组成年龄结构方面，即不同深度或同一深度微幔块之间的岩石年龄格架，更是复杂无比。一些古老大陆岩石圈发生拆沉的工作年龄可以很年轻，但其自身组成年龄却很老，比如，华北克拉通破坏拆沉的陆幔型微幔块，其工作年龄可以是中生代，而其岩石组成年龄可以是太古代的。然而，一些新形成的大洋岩石圈发生板片断离、拆沉的工作年龄可以很年轻，故其组成年龄和工作年龄都是新生代。可见，微幔块之间的物质组成差异、组成年龄差异、工作年龄差异、形成机制差异、运动路径不同等，最终导致现今地幔结构极其复杂(图1-2）。但这些信息的揭示，都应是地幔动力学数值模拟的有效约束，极具价值。

　　从11个微幔块群的时空分布格局和板块重建分析，本章节不排除南极洲、北美洲、欧洲、亚洲地区的下地幔中可能存在相应时期微幔块的可能。本章节依据板块重建推测，哥伦比亚超大陆汇聚应以南极洲为中心，关键时间为1800Ma，假如中元古代地幔比现在热，若按照4mm/a计算，微幔块不容易下沉，则到达核幔边界可能时刻在1100Ma；罗迪尼亚超大陆汇聚应以北美洲为中心，关键时间为1100Ma，若按照4mm/a计算，到达核幔边界的时刻在400Ma左右。可见，即使以最慢速度下沉，哥伦比亚超大陆和罗迪尼亚超大陆聚合期间的微幔块都已经在核幔边界处了。原潘吉亚超大陆汇聚应以欧洲为中心，关键时间为400Ma，若按照4mm/a计算，则现今最深到达了1600km深处；潘吉亚超大陆汇聚应以亚洲西部为中心，关键时间为250Ma，若按照4mm/a计算，则现今最深到达了1000km深处；若以平均的最快下沉速率50px/a计算，原潘吉亚超大陆和潘吉亚超大陆汇聚期间的微幔块，现今也可到达核幔边界；按照这个速率，新生代以来的微幔块也可达1200km深处。因此，下地幔的微幔块年龄结构是非常复杂的，可能存在微幔块的年龄交错。未来亚美超大陆汇聚应仍以亚洲东部为中心，关键时间为未来300Ma。

　　多数超大陆汇聚中心之间的经纬度间隔大体都为90°。超大陆汇聚中心皆大体位于两个LLSVP之间对应的上部空间范围，而不是像前人认为的在其中一个LLSVP的正上方（Torsvik et al.，2008）。地质上，罗迪尼亚超大陆形成相关的格林威尔事件峰期在1100～900Ma(但现今多认为在900～750Ma）（Li et al.，2023），主要发生在北美克拉通、西伯利亚克拉通、亚马孙克拉通和东南极克拉通之间；原潘吉亚超大陆相关的加里东事件峰期在420～400Ma，主要发生在北美克拉通、波罗的克拉通和冈瓦纳古陆之间；潘吉亚超大陆相关的印支事件峰期在270～250Ma，主要发生在西伯利亚克拉通、波罗的克拉通和亚洲一些古陆之间。但从上述简单计算可知，目前多数微幔块工作年龄不超过300Myr，这与前人认识的LLSVP稳定存在于750～1000Ma（Maruyama et al.，2007），甚至2500Ma（Burke et al.，2008）的认识差距较大。Li等（2023）的最新板块重建方案中，某种程度上也隐含着两个LLSVP自2000Ma以来一直存在。尽管LLSVP也会极其缓慢地(水平迁移速率不超过25px/a）发生水平漂移（Cao et al.，2021a），但因上部超大陆汇聚中心变化远快于下地幔LLSVP迁移，两个LLSVP位置偏移（最大不超过90°）后，也会因为下一个超大陆汇聚中心变迁而得到快速回调，其长期效应是两个LLSVP位置基本未动。

　　现今两个完整的LLSVP（太平洋下部的JASON及非洲下部的TUZO）在下地幔的高度大约为1000km，但考虑到TUZO在1450～1850km其形态初具一体化趋势，故本章节认为LLSVP总体处于1450～2850km深度。LLSVP的形成实际是一个漫长的过程，低速异常的空间分布基本受上部俯冲板片或微幔块的空间分布制约，特别是在下地幔基本受微幔块的重力下坠空间制约。这犹如石头掉入平静的湖水中，石头是湖水产生涟漪和湖底水草摆动的动因。类似地，微幔块从软流圈下坠到较热的下地幔使LLSVP上部摆动，同时也塑造其根部形态，LLSVP是微幔块长期塑造的结果，即地幔对流机制是自上而下（top-down）机制。不过，微幔块在地幔中的行为比石头入水要复杂得多（图1-3），但由此依然可知，地幔对流并非以前传统板块构造理论中的“自下而上”（bottom-up）地幔对流机制。按照“自上而下”（top-down）的板块运动机制，长期俯冲可驱动超大陆聚合，而俯冲（subduction）、坠离（dripping）、拆沉（delamination）或断离（break-off）是微幔块形成的根本原因，故超大陆汇聚伴随形成大量微幔块，微幔块下坠可塑造LLSVP形态和运动状态，超大陆对LLSVP上部还是两个LLSVP之间的位置没有选择性，但一旦该超大陆正好运移到或形成于LLSVP之上时，LLSVP周边的地幔柱生成带形成的地幔柱上涌以及超大陆盖子隔热效应都可导致该超大陆裂解。若该超大陆不在LLSVP之上，超大陆仅靠盖子隔热效应也可以导致超大陆裂解（Gurnis，1988）。可见，微幔块垂向运动与超级克拉通、超大陆或巨大陆水平聚散也存在关联。

　　图中大陆岩石圈用草绿色带十字架的色块表示，大洋岩石圈用暗绿色色板表示；紫色为地幔柱，紫蓝色为两个LLSVP；不同颜色微幔块具有不同的工作（俯冲、断离或拆沉）年龄；蓝色粗或细的断线箭头指示对流运行方向，地幔内黑色实线短箭头代表微幔块移动方向；地表灰三角为死亡火山，品红色三角为活火山，黑色实线长箭头代表热点或海山链移动方向。所有微幔块到达核幔边界速率视为0。多数大洋板块俯冲后，板片可深达1200km，部分在410～660km深度的地幔过渡带滞留很长时间（如华北克拉通下可能可达120Myr）。在超大陆汇聚同期各造山带拆沉的陆幔型微幔块和同期俯冲断离的洋幔型微幔块（全部用红色显示），以及不同时期俯冲断离的洋幔型微幔块都可能在2000～2500km深处汇聚、融合、堵塞，个别微幔块一旦突破这个瓶颈，在2500km左右会向两侧分流，遇到LLSVP的坡面会随着上升流向上运移，也可能沿着某个深度发生长距离的水平漂移，直到其他部位与其他来源的微幔块聚合，但向上可能同样难以突破2500km界面，从而使得LLSVP长大，或在没有LLSVP的核幔边界形成新的LLSVP。

　　第一章节图1-4、图1-5、图1-6中的微板块划分方案采用了OUC2022版本（李三忠等，2022），为了使某深度微幔块对应某个超大陆中心或某次重大全球地质事件，图1-7、图1-10、图1-11、图1-13、图1-14、图1-15、图1-27、图1-29、图1-34、图1-36、图1-37、图1-41、图1-43、图1-47、图1-49、图1-50、图1-51、图1-52、图1-53中分别叠合了18亿年至现今某个时期的微陆块相对位置。这些叠合的微板块呈多边形分布，依据Merdith等（2021）提供的微板块多边形文件作了修改。其中，板块重建模型通过GPlates（Müller et al.，2018）建立。俯冲带位置主要基于全球岩浆岩以及变质岩等地质数据约束，但还有待补充。板块重建通过GMT软件作图，并选择等距圆柱投影。全球尺度层析成像图的水平切片投影方式也采用等距圆柱投影，对经线和纬线的缩放比例是相同的，所有的经纬线都是直线，投影中心点在经纬度0°位置。

　　图1-4为深度50km全球微板块层析成像及解释。该图叠合了现今微陆块和微洋块分布（灰色）。层析图像与构造单元划分叠合对比可以看出，北美、波罗的、西伯利亚等各大克拉通内部的微陆核分布（微陆块的根部）可反映微陆块的集结过程和古元古代不同阶段的克拉通化过程。这里，各个克拉通厚度依据表1-2所列，以区分判断岩石圈根和微幔块。除青藏高原外，50km至莫霍面之间的浅蓝色异常应是岩石圈地幔，蓝色之间的黄绿色地带记录了这些老的微陆块在不同时期的最终汇聚碰撞带。靠近现今俯冲带的一些高速异常体，可能与现今岛弧地带增厚的俯冲型造山带根部麻粒岩相关，如南美洲安第斯造山带，也可能是俯冲板