莊慶祥 鄭霜高 姜兆鈞 莊公勛

（1福建省能源研究會(huì) 福建福州 350001；2福建省祥和地?zé)衢_發(fā)有限公司 福建漳州 363000）

關(guān)健詞 地幔對(duì)流系統(tǒng) 地幔熱柱 活裂谷 地下高溫巖體 巖石圈 核幔邊界

1 福建省地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱特征

前人研究表明，太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖到670 km深處，巖石圈物質(zhì)在那里滯流下沉，一直沉到地幔底部，動(dòng) 核幔邊界的穩(wěn)定性和激發(fā)地幔熱柱物質(zhì)向上運(yùn)動(dòng)，地幔內(nèi)部存在巨大規(guī)模的對(duì)流系統(tǒng)［1］。顯然處于太平洋板塊、菲律賓板塊向歐亞大陸板塊俯沖聚焦帶上的福建東南沿海、特別是漳州沿海地區(qū)首當(dāng)其沖，這一地區(qū)的深層過程應(yīng)給予特別的重視與關(guān)注；我國(guó)東部存在著大面積的大陸活裂谷型玄武巖噴發(fā)作用，巖石圈的伸展與上隆、巖石圈強(qiáng)烈與快速的減薄，軟流圈頂面埋藏淺及底辟作用以及邊緣海的形成等，均暗示著我國(guó)東部大陸下面存在著地幔熱柱；不論是地表構(gòu)造格局，還是部分地球物理場(chǎng)特征，均表現(xiàn)出是由深部熱異常的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所致。地幔熱柱與礦產(chǎn)資源及找礦方向的研究在我國(guó)剛剛開始，這在地球深部物質(zhì)與能量的交換和其物理－化學(xué)響應(yīng)研究中，在大型、超大型礦床和礦集區(qū)的動(dòng)力成礦理論與模型的建立中有著極為重要意義。很多類型的礦床和高溫干熱巖熱儲(chǔ)體、熱源體在成因上與地幔熱柱的作用密切相關(guān)，地幔熱柱與成礦、干熱巖高溫巖體的研究對(duì)指導(dǎo)我國(guó)大型、超大型礦床和礦集區(qū)尋找稀有貴金屬和稀土金屬、干熱巖高溫巖體必將取得重大突破［1］。

福建省地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱表征較明顯，地表遺跡較齊全：地形起伏幅度大，成山、成盆、成巖、成礦、成災(zāi)的深部熱物質(zhì)上涌、調(diào)整、分異、變異、運(yùn)移、交換與巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈、裂谷（地塹、盆地）發(fā)育，尤其是活裂谷的軸部新構(gòu)造活動(dòng)特別劇烈；全省30余處火山口形成了眾多的火山弧；全省217處溫泉點(diǎn)95%以上分布在閩江以南具鏡像倒影特征、高熱流值負(fù)地形的眾多活裂谷軸部上；活裂谷地震頻繁，其中裂谷翼部往往為大地震震中區(qū)，裂谷軸部為微、小地震震中密集區(qū)；火山口附近是金屬、稀有金屬、稀土金屬和非金屬礦產(chǎn)資源的富集區(qū)，特別是在福建省境內(nèi)受到地幔熱柱活動(dòng)影響較大的十幾處等來自核幔邊界D″層熱源與熱物質(zhì)的金、銀、銅、鐵、鈦、鉬、鎢、鎳、鋰等核、幔源稀有金屬礦床、礦點(diǎn)；尤其是福建東南沿海地形大幅隆起與沉降和地球化學(xué)異常的強(qiáng)烈異常程度和巖漿侵入活動(dòng)引起的重力場(chǎng)與磁場(chǎng)大面積正異常梯度帶及上地殼中、下部低速體（巖漿房）等地球物理異常區(qū)；沿海地區(qū)出露的具有深部折返機(jī)制的大面積花崗巖變質(zhì)巖 （片麻花崗巖）；沿海分布著長(zhǎng)百余公里、寬數(shù)十公里的花崗片麻巖帶中分布著眾多來自地幔深處80～150 km的橄欖巖及橄欖巖變質(zhì)的蛇紋巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等捕虜體，沿?；◢弾r變質(zhì)巖帶深部折返機(jī)制證據(jù)充分。以上所述，有力地說明福建省可能存在龐大的地幔對(duì)流系統(tǒng)和較多的中、小型地幔熱柱；地幔熱柱的起源與異常的熱關(guān)切主要來自于核幔邊界的D″層的供給，次之是上、下地幔過渡帶的供給，在巖石圈板塊之下（軟流層）釋放熱量，而熱量的這種流動(dòng)過程必然伴隨著物質(zhì)的流動(dòng)［2］。

如上所述的臺(tái)灣海峽澎湖與漳州沿海九龍江河口地塹地區(qū)可能存在地幔對(duì)流圈［3］，在泉州市的金門島、龍海市的鎮(zhèn)海、林進(jìn)嶼至漳浦牛頭山、佛曇等一帶數(shù)百平方千米范圍內(nèi)（包括潮間帶海域）出露大面積溢流的玄武巖，應(yīng)為一特大型地幔熱柱的球頂冠，地幔熱柱熱點(diǎn)特征明顯，周圍分布著眾多的溫泉、熱異常點(diǎn)和若干火山口形成火山?。ㄦ湥?，是地幔熱柱長(zhǎng)期活動(dòng)熔融物質(zhì)在上覆板塊上遺留的軌跡。其固定熱地幔源區(qū)實(shí)際上是一個(gè)產(chǎn)生于地幔底部邊界層附近的地幔熱柱，位于地幔熱柱球冠下的熱柱軸（包括頸、尾）是狹窄的，尾部逐漸變細(xì)，而柱的頭部運(yùn)移漸變得扁平而呈蘑菇狀形態(tài)，柱的頭尾比例隨著上升進(jìn)程則在逐漸增大［1］。由此可見，漳州市龍海九龍江河口地區(qū)地幔對(duì)流系統(tǒng)和地幔熱柱熱點(diǎn)存在與活動(dòng)的特征十分明顯。干熱巖地?zé)豳Y源與核、幔源稀有貴金屬、稀土金屬等礦源豐富，綜合開發(fā)利用潛力巨大。綜上所述，福建省東南沿海以漳州龍海市九龍江河口地塹為中心，漳州、廈門、泉州三市沿海地區(qū)方圓約2萬km2范圍（包括部分沿海海域），為―大型或特大型地幔熱柱，地幔熱柱地表遺跡表明該地幔熱柱可能主要啟動(dòng)于地下2900 km的核幔邊界D″層，具有十分龐大的地幔對(duì)流系統(tǒng)。

2 福建地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱存在的證據(jù)

漳州盆地內(nèi)也分布著若干火山口，特別是九龍江西溪南岸的東園、田址、圓山等火山口形成的近東西向火山?。ㄦ湥?，多處見有零星的玄武巖露頭，盆地內(nèi)見有來自深部幔源輝綠巖變異的花崗斑巖。盆地內(nèi)及盆地外圍周邊地區(qū)溫泉與火山口密布，高熱流值的熱異常點(diǎn)眾多，特別是漳州熱田以其溫度高、分布面積大、高溫?zé)醿?chǔ)埋藏淺而著稱，可能是中國(guó)東部第一個(gè)中高溫或高溫蒸氣熱田。盆地中心微、小地震頻繁，盆地邊緣為大、中地震震中區(qū)，活裂谷深部熱物質(zhì)活動(dòng)特征十分明顯，大型地幔對(duì)流系統(tǒng)和中型地幔熱柱熱點(diǎn)地表遺跡較明顯，表明其可能受特大型九龍河口地塹地幔熱柱活動(dòng)影響巨大。地下不僅干熱巖地?zé)豳Y源豐富，而且可能蘊(yùn)藏著豐富的核幔源稀有貴金屬、稀土等礦產(chǎn)資源，綜合開發(fā)利用潛力巨大。

華安沙建汰內(nèi)山間盆地，不僅附近的華安縣境內(nèi)高熱流值的地?zé)岙惓｜c(diǎn)眾多，而且沙建汰內(nèi)、長(zhǎng)泰坂里一帶中生代、新生代火山活動(dòng)十分強(qiáng)烈，形成了近北東向的火山?。ㄦ湥卣痤l繁，玄武巖以輝綠巖露頭居多，見有流紋巖溢流體，受九龍江河口地塹特大型地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱熱點(diǎn)影響的表征也較明顯。地下可能蘊(yùn)藏著較豐富的干熱巖地?zé)崮苜Y源和核、幔源稀有貴金屬、稀土金屬礦床，綜合開發(fā)利用潛力較大。

除此之外，福建30余處火山口構(gòu)成的眾多火山?。ㄦ湥└浇幕盍压容S部中密集了18處大于80℃的高溫?zé)崛?8處60～80℃中高溫?zé)崛歉邿崃髦档牡責(zé)岙惓^(qū)（地幔熱柱熱點(diǎn)的重要遺跡之一），微、小地震頻繁發(fā)生，而活裂谷翼部有較多的大地震震中分布，以上活裂谷深部核、幔熱物質(zhì)上涌、調(diào)整、分異、變異、交換、運(yùn)移和巖漿活動(dòng)劇烈，地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱熱點(diǎn)表征較明顯，除受特大型九龍江河口地塹地幔熱柱影響外，可能存在有受附近的中、小型深源地幔熱柱（源自地下2900 km核幔邊界D″層或源自地下670 km上、下地幔接觸界層）影響，為核、幔源稀有貴金屬、稀土和干熱巖地?zé)崮苜Y源的富集區(qū)，開發(fā)利用潛力很大。

自有歷史記載的公元1600年以來，福建省沿海及臺(tái)灣海峽西部海域發(fā)生過4次7級(jí)以上大地震，其中泉州外海于1604年12月29日發(fā)生8級(jí)大地震威力最大，從公元287年至1970年，發(fā)生了3級(jí)以上地震356次，1971—1998年，發(fā)生3級(jí)以上地震289次，小于3級(jí)地震達(dá)數(shù)千次之多［4］。對(duì)福建省造成破壞最嚴(yán)重是1604年泉州外海8級(jí)大地震，造成嚴(yán)重災(zāi)害的地震還有：1067年和1445年漳州2次地震 （均是6級(jí)以上），1574年福州—連江地震（5.75級(jí)），1609年泉州地震（6級(jí)以上），1791年東山地震 （7級(jí)以上），1937年莆田興化灣地震（5.2級(jí)），1968 年華安地震（5.2級(jí)），1992年龍巖—連城地震（5.1級(jí)），1994臺(tái)灣海峽南部地震（7級(jí)以上），1995年晉江安海海外地震（5.3級(jí)）以及永安小陶地震（5.2級(jí)）。歷史和現(xiàn)今地震資料表明，福建地區(qū)地震活動(dòng)頻次和強(qiáng)度都居國(guó)內(nèi)較高水平。福建沿海地區(qū)地震活動(dòng)頻度或強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于、強(qiáng)于內(nèi)陸地區(qū)。地震活動(dòng)分布總的趨勢(shì)是東強(qiáng)西弱，南強(qiáng)北弱，尤其是活動(dòng)斷裂帶的中南段遠(yuǎn)比北段強(qiáng)得多，尤以沿海地區(qū)莆田—東山地段地震活動(dòng)最為突出，歷史上曾發(fā)生大于7級(jí)大地震4次，6級(jí)地震 4次，5級(jí)左右地震約20次 （不包括余震），3～4級(jí)左右小震活動(dòng)頻繁發(fā)生，小于3級(jí)的微小地震頻繁不斷，不計(jì)其數(shù)。震源深度也由西往東逐漸加深分布。福建省地震分布特點(diǎn)、規(guī)律與溫泉分布特征、深部高溫巖體地質(zhì)響應(yīng)程度及成山、成盆、成災(zāi)、成礦、巖漿等新構(gòu)造活動(dòng)程度吻合一致。

福建省多期次的火山、巖漿活動(dòng)十分劇烈，已發(fā)現(xiàn)并經(jīng)調(diào)查工作初步查明有南寮山、金坑、云山、西坑里、西山和石牛山等多個(gè)古火山基體和三十余個(gè)古火山基體形跡，有：南寮山和大礬山等火山頸充填的石英斑巖、流紋巖、火山角礫巖，如漳州盆地中的園山、長(zhǎng)泰板里等火山口溢流出的石英斑巖、火山角礫巖等；圍繞中心式火山基體呈環(huán)形、弧形和放射狀分布的云山裂隙火山基體呈帶狀分布；已發(fā)現(xiàn)的次火山巖相有花崗斑巖、二長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、正長(zhǎng)斑巖、中酸性粒狀碎斑熔巖和酸性粒狀碎斑熔巖等；噴發(fā)相中廣泛分布有凝灰?guī)r和火山角礫巖、集塊巖亞相，后者局限分布火山口附近；侵出亞相在柘榮西坑地區(qū)見有流紋巖；噴發(fā)—沉積相在火山噴發(fā)和火山湖往往形成這種巖相。福建省已發(fā)現(xiàn)的次火山巖與火山巖同源，皆為地下深部熱物質(zhì)上涌、運(yùn)移、交換的結(jié)果，為板塊構(gòu)造與地幔熱柱構(gòu)造活動(dòng)與耦合的產(chǎn)物。福建省喜山期火山噴發(fā)溢流出的玄武巖主要分布于：東部的連江至西部的明溪東西向緯向斷裂帶上出露近20處新生代火山噴出的玄武巖；中北部的屏南下村等地；東部的福鼎、柘榮、泉州金門島、龍海林進(jìn)嶼、鎮(zhèn)海至漳浦牛頭山、佛曇等一帶沿海及潮間帶海域內(nèi)，范圍廣、達(dá)數(shù)百余平方公里之多，最大厚度大于220 m。與之同源的喜山期侵入巖巖性包括橄欖粗玄巖、橄欖玄武巖、輝長(zhǎng)（玢）巖和輝綠（玢）巖。福建沿海地區(qū)不僅分布有大面積具折返機(jī)制的變質(zhì)花崗巖—花崗片麻巖 （太平洋板塊與菲律賓板塊向歐亞大陸板塊俯沖產(chǎn)生的板片經(jīng)深部高溫高壓變質(zhì)作用后折返地表）和來自地幔深部帶上來的蛇綠巖套（橄欖巖及其構(gòu)造肢解的變質(zhì)橄欖巖類—蛇紋巖、葉臘石巖、鎂鐵質(zhì)基性、超基性巖）捕虜體，還有來自同源的喜山期橄欖粗玄巖、橄欖玄武巖、輝巖和輝綠巖侵入到中、西部佛曇群的角礫橄欖玄武巖及南園組的流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中。福建省東南部沿海地區(qū)為來自深部核、幔、殼介質(zhì)的混合巖帶，富含鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、尖晶石、鉻尖晶石、金紅石、銳鈦礦、鋯石、磷灰石、黃銅礦、自然鉛等副礦物。

福建省地處太平洋多金屬成礦帶與南嶺鎢、錫、稀有、稀土成礦帶重疊地帶，各種內(nèi)生礦產(chǎn)極為豐富，形成有工業(yè)價(jià)值的鐵、鎢、鉬、銅、金、銀、鉛、鋅、鉻、鎳、稀有、稀土金屬和水晶、高嶺土等礦床。綜觀福建省如此大規(guī)模的巖漿雜巖帶分布，表明它既是地幔熱柱構(gòu)造與板塊構(gòu)造及早期裂谷構(gòu)造活動(dòng)與作用的真實(shí)地質(zhì)映象，同時(shí)也是干熱巖地?zé)崮芎拖∮薪饘?、稀土金屬等礦產(chǎn)的豐富物質(zhì)源泉。

福建東南沿海陸緣殼幔地球物理場(chǎng)異常特征十分明顯，研究結(jié)果表明，在地震、地?zé)岷痛蟮貥?gòu)造活動(dòng)地區(qū)，一般低速層均較發(fā)育，而且埋深淺，如中國(guó)東南緣的泉州地帶，低速層埋深僅13～14 km；而漳州地區(qū)龍溪師范1號(hào)井292 m深處溫度已達(dá)120℃，且在深9 km以下存在一個(gè)規(guī)模很大的低速體，其橫向延伸約100 km，厚10 km以上，平均層速度為5.8 km/s，根據(jù)P波速度減小和S波反射能能量消失推斷，該區(qū)深部存在一個(gè)部分熔融體［1］。福建省深部高溫巖體地球物理場(chǎng)異常特征與地表地?zé)岙惓［E象、地震頻繁發(fā)生、火山活動(dòng)強(qiáng)烈、礦源資源豐富等成巖、成山、成盆、成災(zāi)、成礦新構(gòu)造巖漿侵入活動(dòng)地質(zhì)響應(yīng)十分劇烈吻合。

綜上所述，福建省東南沿海，特別是漳州、廈門、泉州等閩南地區(qū)是地幔熱柱構(gòu)造和板塊構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)耦合的聚焦區(qū)域，發(fā)育巨型、大型活裂谷，如臺(tái)灣海峽巨型裂谷、九龍江大型地塹裂谷系。地幔熱柱構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是地球深部幔、核熱界面擾動(dòng)引起核、幔熱物質(zhì)上涌、運(yùn)移到地表，因而區(qū)內(nèi)富集核、幔源的眾多的稀有貴金屬、稀土金屬礦床、點(diǎn)，為地球深部地幔熱柱構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物［1］；板塊運(yùn)動(dòng)是位于上地幔軟流層之上的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的眾多殼幔金屬、非金屬礦床、點(diǎn)是地球淺部軟流層之上的巖石圈板塊間構(gòu)造活動(dòng)（碰撞）的產(chǎn)物；活（動(dòng)）裂谷則是以上兩大構(gòu)造運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果；以上三大構(gòu)造體系造成福建省構(gòu)造體系復(fù)雜，深部高溫巖體地質(zhì)響應(yīng)劇烈，映襯地下干熱巖地?zé)豳Y源十分豐富。太平洋板塊與菲律賓板塊向歐亞大陸板塊俯沖，抵達(dá)深度670 km的上、下地幔界面，在670 km處滯留的板片突然向下部地幔崩落至深度2900 km核幔邊界D″層，擾動(dòng)了核幔邊界層，形成地幔熱柱對(duì)流上拱，將核幔中熱物質(zhì)帶到地表。大陸溢流玄武巖是地幔熱柱巨大球狀頂冠上升到地表減壓后熔融產(chǎn)物，而熱點(diǎn)火山鏈則是地幔熱柱長(zhǎng)期活動(dòng)的產(chǎn)物，在每一大陸溢流玄武巖/熱點(diǎn)構(gòu)造組合中，應(yīng)該早于對(duì)應(yīng)的熱點(diǎn)火山巖噴發(fā)時(shí)間。顯然福建東南緣閩南地區(qū)及淺海域有大型地幔熱柱構(gòu)造存在，在福建西部、中部、北部與南部有小型地幔熱柱或地幔熱柱分支分布的跡像。具體說來，地幔熱柱構(gòu)造工作重點(diǎn)是要將地幔熱柱熱點(diǎn)運(yùn)移的軌跡與溢流的玄武巖、流紋巖的展布結(jié)合起來研究，才能區(qū)分地幔熱柱頭部（頭冠）、頸部與尾部的不同特點(diǎn)及其不同產(chǎn)物，客觀地認(rèn)識(shí)熱點(diǎn)與地幔熱柱的本質(zhì)。由此可見，查明福建省活裂谷內(nèi)地幔對(duì)流系統(tǒng)與地幔熱柱關(guān)系和地幔熱柱定位、分布規(guī)律與規(guī)模大小、特征，對(duì)指導(dǎo)全省干熱巖與第二、三空間礦產(chǎn)資源勘查與綜合開發(fā)利用具有特殊重要的定義。