岛弧火山的形成机制

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1、地球科学原理之21岛弧火山的形成机制广东海洋大学廖永岩（电子信箱：rock6783@126.com）上一回我们讨论了岛弧处双层地震带的形成机制，现在，我们继续讨论岛弧处的火山形成机制。1对岛弧火山作用的解释和分析贝尼奥夫带，除有双层地震带、地震带间断这些重要特征外，还有一个重要特征，那就是绝大部分贝尼奥夫带，都不是标准曲线或弧线，它们都有一个或多个折曲（见图5-图8）。即在这个折曲前，贝尼奥夫带和海平面的夹角（倾斜角）往往较小，一般在30度以内，而在这个折曲后，倾斜角急剧增加，可达70度或更大（见图5-图8）。尚没有火

2、山线形成的贝尼奥夫带，这种折曲不太明显，有火山线出现的贝尼奥夫带，这种折曲相当明显。往往是，这种折曲越是明显，火山作用越是强烈。火山线，也往往形成于这种折曲于地面的垂线处或附近。这说明，这种折曲，与火山形成有关。到目前为止，贝尼奥夫带的这种折曲及火山现象，也是板块构造学说的理论难以解释的问题。但用地槽学说和地球均衡说，却能很好地解释。图5千岛-堪察加弧的贝尼奥夫带（陈永生和李自安，1998）的折曲.SL，海平面(Sealevel)；T，海沟(Trench)；VL，火山线(Volcanoline)；“○”，地震中心。图6

3、马里亚纳弧的贝尼奥夫带（陈永生和李自安，1998）的折曲.SL，海平面(Sealevel)；T，海沟(Trench)；VL，火山线(Volcanoline)；“○”，地震中心。图7新赫里布里底群岛弧的贝尼奥夫带（陈永生和李自安，1998）的折曲.SL，海平面(Sealevel)；T，海沟(Trench)；VL，火山线(Volcanoline)；“○”，地震中心。图8汤加-克马德克弧的贝尼奥夫带（陈永生和李自安，1998）的折曲.SL，海平面(Sealevel)；T，海沟(Trench)；VL，火山线(Volcanoli

4、ne)；“○”，地震中心。下面，我们应用地槽学说和地球均衡学说，来具体分析贝尼奥夫带的折曲和火山的形成过程。地壳下的地幔，除软流圈外，为固态。但是，地幔呈固态，是因为地幔处于地壳下的高压状态而形成的。那就是说，若固态的地幔，当其压力变化时，它的固态性质也会变化。当压力下降时，它和软流圈一样，同样可以转化为液态。至少它有这个潜力。不像地壳，不管你压力变大或是变小，只要不低于大气压，它都会表现为固态。所以，地壳下的软流圈和地幔，相对地壳来说，在特定的情况下，都有很强的液态性或液态潜力。这可能就是固态的地槽两壁地壳得以在软流

5、圈或地幔里运动，并向岛弧下折叠的主要原因。冰川消融后，原冰下岩石圈冰后反弹性上升。地球的体积缩小，产生切向挤压力。在这个切向挤压力作用下，地槽得以形成。靠这个切向挤压力的作用，地槽底部得以向地幔深处下插并得以向岛弧下倾斜。当某处出现重力正异常时，地球的均衡作用，就可以看成是重力作用。由于重力作用，有重力正异常的区域，将逐渐下沉，直至重力正异常消失为止。当某处出现重力负异常时，地球的均衡作用，就可以看成是地幔对地壳的浮力作用。由于地幔的浮力作用，有重力负异常的区域，将逐渐上升，直至重力负异常消失为止。一旦冰后反弹停止，地

6、球的收缩停止。地球的收缩停止，地球的切向挤压力作用也停止。由于地球形成初期的重力分异作用(HanksandAnderson,1969;Ringwood,1960;TolstikhinandHofmann,2005)，构成地球物质的比重，是随着深度增加而增加的。越是表层的物质越轻，越是深处的物质越重。海洋壳，是由洋中脊下软流圈的岩浆冷却形成的。洋中脊下的岩浆形成时，也肯定得遵循岩浆熔融原理，即最先或最可能形成岩浆的物质，是那些最易熔融的物质。而那些含二氧化硅比率较高的硅酸盐岩，较易熔融。所以，最有可能形成岩浆的硅酸盐，是

7、那些含二氧化硅相对较高的岩石。而含二氧化硅比率较高的岩石，往往是较轻的岩石。所以，形成岩浆的硅酸盐，往往是那些能形成岩浆的软流圈处最轻的硅酸盐。所以，由海洋岩石圈下最轻的硅酸盐冷却而成的地壳，虽然比重比大陆壳大，但其比重应比海洋岩石圈下的软流圈物质小，至少比深处的软流圈或地幔物质小。由于比重小的地壳，下插入比重大的软流圈或地幔中，软流圈和地幔将对其产生浮力，即地球的均衡调整作用。在这个浮力作用下，倾斜的贝尼奥夫带将上升。贝尼奥夫带的上升，将牵带着和它相连的岛弧岩石圈一道上升。由于岛弧岩石圈的上升，岛弧岩石圈下压力将下降

8、。由于压力下降，岛弧下的软流圈物质将因降压而液化形成岩浆。当贝尼奥夫带上升到一定程度，上升的岛弧地壳和未上升的岛弧地壳之间的弯曲超过其承受度，迫使其断裂。断裂下的岩浆因压力而喷发出地面，形成火山喷发。由于火山作用，地内大量热量被带至表层，造成岛弧大陆侧热变质作用。由于海洋侧在切线挤压力的作用下不断受到挤压，造成海洋侧的压性变质作用