壹般認為，地幔柱（Mantle Plume）是自地幔底部的D″上升、在地幔中演化、到近地 表與地殼發生殼幔相互作用的圓柱狀地質體。它在物質、能量和物理化學性質等方面與其 生成的環境（主要是正常地幔）之間具有較明顯的差別。該概念最初用於解釋夏威夷火 山鏈成因的熱點（Hot Spot）假說（Wilson，1963）。Mogan（1971）認為，太平洋中的 熱點是壹系列狹窄的熱隆起，稱之為幔柱（Plume），是由地幔物質上湧形成的，可能起 源於接近地核的地幔深部，由於熱不穩定而上升，移動速度相對較小，是板塊運動的驅動 力。隨後又指出，Wilson（1963）所指的固定熱地幔源區，實際上是壹個產於地幔底部熱 邊界附近的熱幔柱，把熾熱上升的圓筒狀物質流，則稱為Mantle Plume（地幔柱，也有人 譯作地幔羽、熱點）。Deffeye（1972）認為地幔柱是下地幔上湧形成的。Aderson（1975） 則認為地幔柱是壹種化學柱，其化學成分與周圍化學物質有明顯的差別，它來源於地幔底 部的D″層，那裏從外地核聚集了大量放射性元素，放射熱導致D″層具有高溫度、低黏度 特性，從而形成了地幔柱。
地幔柱概念引起了地學界的廣泛重視，其影響已涉及地球科學的諸多前沿領域。 Kumazawa等（1994）、Maruyama（1994）、Fukao等（1994）根據地球內部三維地震層析 技術和比較行星學研究成果，認為地球具有多層圈構造，它們具有各自的動力特性。地球 表層（含上地幔）界面產生巖石圈板塊構造；位於下地幔中的地幔柱構造，是地幔對流 的主要形式，構成了全球構造的核心。他們采用縱波在地幔中傳播的層析技術方法，得出 了東北日本、巽他群島、特提斯和南極大陸四種地幔結構模式，認為大洋板塊可以向下俯 沖到670km深度。在該深度，巨型巖石圈物質在短暫停滯後下沈，形成冷地幔柱，並最 終在2900km處的地核表面停積；液態外核則由於廣泛的熔融和重力分異作用而形成生長 構造（圖4-5）。以此為基礎，Kumazawa和Maruyama（1994）進壹步把全球構造歸納為 生長構造（Growth tectonics）、地幔柱構造（Plume tectonics）、板塊構造（Plate tectonics）、 收縮構造（Contraction tectonics）和末端構造（Terminal tectonics）五種類型（圖4-6）， 並認為類地星體的演化過程是生長構造（4.6Ga時所有類地行星）→地幔柱構造（冥古宙 地球、金星）→板塊構造（地球現階段）→收縮構造（火星、水星）→收縮構造（月亮、 小行星）。現代地球已經歷過生長構造和地幔柱構造的主要演化階段，正處在板塊構造演 化階段，今後還將向收縮構造和末端構造演化發展，從而使現有表層板塊構造的概念在空 間上向下延伸到地核，在時間上能夠描述地球的過去、現在和未來，建立了整體的地球構 造觀。
20世紀80年代末以來，我國地學工作者相繼從巖漿作用、超變質作用和大地構造等 領域探討了地幔柱構造及其與成礦作用的關系（陳毓川等，1989；鄧晉福等，1996；謝 竇克等，1995，1996；盧記仁，1996；侯增謙等，1996；王登紅，1998；李子穎等， 1999；李紅陽等，2002；謝桂青等，2001；牛樹銀等，2001）。陳毓川等（1989）通過對 南嶺花崗巖地區熱帶與熱點的時空演化、遷移規律、混合巖化和花崗巖化作用等研究後認 為，地幔物質與熱流動帶和熱點是中生代南嶺構造巖漿活動與成礦的原因所在。鄧晉福等（1996）提出了大陸根-柱構造，陸-陸碰撞、陸內造山帶和克拉通分別對應於山根、造 山巖石圈根和大陸巖石圈根；大陸裂谷帶對應於地幔熱柱，並認為地幔柱上升與熱減薄是巖石圈去根作用和大陸再造的根本原因。大陸根-柱構造是地殼運動的驅動力系統，而 15km以上的表殼塊體構造層則是大陸根-柱構造的表現與響應。王登紅（1998）認為南 嶺等地可能存在與地幔柱/熱點構造有關的重要成礦區帶。謝竇克等（1996）認為華南大 陸的動力學特征主要表現為地殼生長和大陸增生以及地幔柱構造，三次巨大的幕式災變事 件是推動華南大陸演化的原動力，每壹次災變事件不僅控制了地殼的構造演化，而且強烈 地表現出核-幔分異，由原始地幔向虧損地幔、富集地幔、大陸地殼前進演化的規律。 ?
圖4-5 全球構造示意圖（據Kumazawa et al.，1994）
圖4-6 全球構造體系圖（據Kumazawa et al.，1994）
Hill（1992）將地幔柱之上的熱作用和構造再造的過程稱為地幔柱構造作用；White 和McKenzie（1978）認為大陸拉張事件與地幔柱有關；Campbell等（1989）提出，用地 幔柱構造可以對太古宙綠巖帶和科馬提巖的成因進行新的解釋；Schilling（1973）指出， 地球上的許多地球化學異常區與地幔柱有密切的聯系；Wilson（1973）認為，熱點（即地 幔柱）以火山作用、隆起和高熱流值為標誌。
南嶺是否存在地幔柱作用是華南地區研究的熱點。該區中-新生代以來的幾次大規模 構造-巖漿活動，是以殼幔巖漿活動為主。伸展強度較大，致使玄武巖、雙峰式火山巖、 A形花崗巖、基性巖脈、橄欖玄武巖和霞石正長巖等普遍發育在中-新生代沈積盆地中， 為本區幔源巖漿活動研究提供了重要的證據。
1.地質學證據
南嶺東段自中生代以來，經歷了從早中生代塊體擠壓褶皺到晚中生代伸展-走滑變 形，使EW向古特提斯構造域逐步被NE向西太平洋構造域所取代。大規模巖漿侵入和火 山噴發均沿著NE-NNE向裂解帶來到地表，造成歐亞大陸不斷向東生長擴張，形成新的 地殼生長層。來自地幔的高熱物質，導致大規模花崗質巖漿活動，形成巨量花崗質火山- 侵入巖。
由於受源區物質組成和深源巖漿作用的影響，本區巖漿巖在時空分布上具有如下 特征：
（1）時間上，早中生代巖漿作用以鈣堿性二長-閃長花崗巖為主，巖石成分以富鎂 富鈦為主；晚中生代巖漿活動強烈，火山巖和花崗巖分布廣泛。巖漿作用主要以過鋁質殼 源型花崗巖和由來自上地幔的基性巖漿發生的部分熔融而形成中酸性火山巖（流紋巖＋ 英安巖）（王德滋等，2002），含有壹定量Ⅰ形、A形花崗巖和雙峰式火山巖，具有殼源- 殼幔混源成分特點。贛南和閩西南等地存在的中侏羅世雙峰式火山巖（160～179Ma）、A 形花崗巖（176～178Ma）組合以及湘南地區的中侏羅世玄武巖類（177～178Ma）（陳培 榮等，1998，1999）表明，本區中侏羅世已經發生巖石圈尺度的伸展和裂解。到早白堊 世，中國東南部地殼進壹步拉伸減薄，形成壹系列包括流紋巖、英安巖和高鉀Ⅰ形花崗 巖、A形花崗巖在內的偏堿性火成巖，並伴隨有堿性玄武巖、拉斑質基性巖脈和煌斑巖脈 分布。基性巖脈主要形成於140Ma、105Ma、90Ma（K-Ar、Ar-Ar法）三個階段（Li et al.，1999）。晚白堊世，伸展減薄活動進壹步加強，形成雙峰式火山巖和高鉀Ⅰ形花崗巖 和A形花崗巖，區域上伴隨各類基性巖脈的侵入，強烈的伸展拉張致使區內沈積斷陷盆 地廣泛發育。區內新生代玄武巖富集Nb、Ta、U、Ti等高場強元素（鄧平等，2003e）， 表明該區地殼有地幔物質的加入（陶奎元等，1999）。
因此，推測晚中生代—新生代的巖漿來源是由上地殼源-中下地殼源向大陸巖石圈地 幔源-軟流圈地幔源逐漸發展的，構成壹個漫長而巨型的構造-巖漿旋回。該時期花崗巖 中多見玄武巖包體，並見殼幔巖漿混合作用，表明大陸內部存在玄武巖漿的底侵作用（周新民等，2000），致使巖漿具有鈣堿性—偏堿性—堿性演化的特點。
（2）空間上，華南大陸地殼生長不斷向南、向東擴展，反映大陸深部與地幔巖漿活 動（基性巖漿底侵作用有關的巖漿活動）由北向南、由東向西不斷遷移。研究表明，巖 石圈地幔被交代富集的程度亦有從西向東、從北到南增加的趨勢（謝竇克等，1996；謝 桂青等，2001）。
2.地球化學證據
通過對華南晚中生代A形花崗巖和基性巖的微量元素和同位素地球化學研究，表明 它們具有幔源親緣性，並受到不同程度的地殼物質混染。粵北拉斑質基性巖脈和浙江奉化 玄武巖微量元素和同位素地球化學特征表明它們分別類似於板內玄武巖和被交代的富集巖 石圈地幔（李獻華等，1997）。贛、閩、粵邊界永定—尋烏—龍南壹帶盆地中分布的雙峰 式火山巖，其流紋巖具有高的SiO2、Als2O3、K2O含量，ANKC值＞1.1，輕稀土富集、稀 土總量高，銪虧損，具明顯Eu負異常，富集Rb、Th，貧化Ba、Ti、P、Nb、Zr等，屬富 鉀過鋁火山巖類。與之***生的玄武巖則以富矽貧堿為特征，輕稀土輕度富集，銪異常不明 顯，弱富集Rb、Ba、Th、Ce，貧Nb、Zr、Y，屬拉斑系列玄武巖類，反映陸內裂谷環境。
中侏羅世中酸性巖漿巖為高鉀鈣堿性英安質-流紋質火山巖-侵入雜巖，其ISr值為 0.7069～0.7145，εNd（t）值為-8.14～-11.69。晚白堊世晶洞花崗巖沿NNE向巨型裂解 帶侵入，其同位素組成ISr值為0.7065～0.7069，εNd（t）值為-2.31～-2.94，接近虧損地 幔同位素組成。不對稱雙峰式低鈦玄武巖-英安巖-流紋巖組合中玄武巖具高Sr（ISr＝ 0.7056～0.71066）、低Nd（-1.67～-9.75）特征。流紋巖的同位素組成ISr為0.7042～ 0.7116，εNd（t）值為-2.31～-7.41（謝竇克，1998）。新生代巖漿巖以堿性玄武巖為主， 其同位素組成ISr為0.70376～0.70467，εNd（t）為-4.6～＋2.7（周新華，1992），接近球 粒隕石。
對中國東南大陸邊緣不同時期的玄武巖Nd和Sr同位素研究表明，從白堊紀到新近 紀，玄武巖源區依次經歷了EM1富集地幔、Em2富集地幔到略虧損的通用地幔（PREMA） 的變化，說明軟流圈地幔貢獻增大，而陸下巖石圈地幔作用減弱。中國東南部存在幾條花 崗巖的低εNd（t）和高206Pb/204Pb帶，年輕釹同位素年齡的花崗巖集中於浙閩沿海壹帶，表 明沿海壹帶在晚中生代發生過強烈的殼-幔相互作用和新生幔源物質加入（陳江峰等， 1999）。
3.地球物理證據
中國東南部莫霍面分布圖反映東南部地殼較薄，內陸較厚。地殼較薄的位置主要在浙 閩沿海、浙贛閩粵交界和湘贛邊界（武功山—羅霄雲山）壹帶，這種東西厚度的差異可 能有地幔巖漿作用的參與。在中國東南重力異常圖上，存在壹些環狀重力負異常區，結合 爆炸地震所得地殼低速層的分布與埋深資料，證明這些環形負重力異常是上地幔物質上湧 的結果（魏斯禹等，1990）。
東南大陸地殼P波波速結構表明，上地幔頂部速度vp都在7.85～7.92km/s，下地殼 有厚達7～10km的低速層（7.21～7.40km/s），並存在較厚的高速殼幔混合層，可能是地 幔熔融的玄武質巖漿底侵層。中地殼有厚度大於4km的低速層，為巖漿貯存帶。研究區S 波三維速度結構顯示，在東南大陸邊緣下地殼厚達20km，vs速度高達3.9～4.0km/s，軟 流圈埋深界面由內陸的78km向沿海變淺至47～56km，在100km以下出現垂直梯度的突 變帶，靠大陸壹側是vs值為4.4～4.7km/s的高速層，靠沿海壹側是vs值為4.0～4.1km/s 的低速層，其延深深度超過240km，說明在東南沿海存在深達軟流圈地幔的柱狀通道，並 與上部地殼巖體侵入位置對應（宋仲和，1992；劉光鼎，1992）。
地球物理學研究表明，不同區域陸下地幔S波波速異常，反映物質組分差異，反映不 同塊體化學組分引起不同的S波波速異常。這對解釋現今的構造格局以及動力學過程具有 重要意義（Wooddhouse，1986，1991；謝竇克等，1996）。Zhang and Tanimoto（1991， 1993）通過對華南及鄰區S波三維速度結構分析，認為華南地區存在深的地幔根和較淺 的大陸根（圖4-7）；其緯線S波波速剖面（圖4-7（b）A—B，C—D）B、D端出現 的強低速異常（-2.0％～-2.5％）出現在淺部約100km以上，沿大陸邊緣呈NE向延 伸，且越往北越淺，與中國東南部造山帶鉀長花崗巖和火山巖出露區壹致，構成東部大陸 邊緣高熱巖漿活動帶；在經線S波波速剖面（圖4-7（b）E—F，G—H）上則反映出， 在秦嶺-大別山壹帶，華南大陸下低速異常塊向華北大陸高速異常塊下俯沖，這壹異常構 造約在陸下300km深度比較清楚，它與當前地學界廣泛認為的華南陸塊向華北大陸塊俯 沖的事實相符合。
4.熱流場證據
東南大陸邊緣熱流場趨勢特征是熱流分布規律受總的地質構造部位所控制，伸展擴張 環境，是深層高溫地幔物質對流傳輸的有利地帶。東部裂解帶是環太平洋高熱流帶的壹部 分，趨勢變化十分明顯，熱流等值線沿著東部大陸邊緣呈近NNE方向。由於受中國東部 深層地幔物質向東蠕散的影響，熱流趨勢值由大陸的40～60mW/m2，向東逐漸增至 80mW/m2，至沖繩海槽熱流值最高可達200mW/m2，臺灣島則為16mW/m2（高誌清， 1992）。這壹高熱流趨勢區與裂解帶下的深層高溫、低速地幔層物質對應，表明地幔熱遷 移是能通過地幔作用實現的。在vs波層析成像的平面圖上，100km、150km和200km深度 都呈現出柱狀高熱低速異常（速度擾動值為-4.0％，熱流值大於80mW/m2）。
鑒於地幔柱產物在地表上的四項基本標誌：(1)巖漿巖壽命短，壹般不超過5Ma；(2)基 性巖體積數量必須遠遠大於花崗巖；(3)環型的重力異常；(4)具有放射狀斷裂系統的巨型火 成巖體，南嶺地區乃至整個中國東南部中-新生代巖漿巖組合幾何學與成分特征不符合地 幔柱特點。此外，南嶺地區和中國東南部大規模帶狀分布的中-新生代火山-侵入巖系也 與地幔柱面貌明顯相悖。我們認為，南嶺東段中-新生代構造作用，除了受板塊構造的水 平運動控制之外，主要受大陸腹地深部幔源玄武巖漿底侵作用的影響。
南嶺東段中-新生代盆-山動力學及其鈾成礦作用
圖4-7 華南及鄰區S波波速異常平面圖及速度結構剖面圖（據謝竇克等，1996資料編繪）