地幔的区域与层状不均一性

地幔不均一性主要表现在如下一些方面： 1）大陆地幔与大洋地幔有着明显不同。在全球大地热流研究中已经指

出，大洋和大陆的平均热流值是几乎相等的。但大陆区热流贡献主要来自地壳，大洋区热流主要来自地幔。因此大洋地幔的放射性生热元素 K，U，Th 要比大陆地幔高。但形成大洋中脊玄武岩的源区—大洋软流圈是亏损 U，Th， K 等元素的，甚至比大陆地幔更要亏损。因而为了解释上述现象，就必须假定有一个更富放射性元素的海洋下地幔和一个更贫放射性元素的大陆下地幔的存在。而且，处于热点上的火山岛链是富 K、U、Th 的，这表明它来自一个极深的地幔源区。事实上这些岛链往往分布于重力正异常带上，与深地幔对流作用的上升流动区相联系。这些都表明大洋地幔和大陆地幔在水平方向和垂直方向上的不均一性。

  1. 各大洋地幔之间具有不同的特征。同样是洋脊玄武岩，大西洋和印度洋的岩石的 87Sr/86Sr 就比太平洋的高。同样是洋岛玄武岩，大部分的87Sr/86Sr 值在 0.703～0.704 之间，但有些岛屿，如 Kerguelen，Trstan 等的 87Sr/86Sr 高于 0.705。铅同位素也有类似的情况。大陆地幔内的不均一性也表现得非常明显，根据现已获得的资料，中国东部大陆地幔的同位素特征就表现出北方富集，南方亏损的差异，及由北到南的渐变。

  2. 洋脊、洋岛、岛弧地区的岩石有各自的地球化学特征，表明了其源区组成的差异。在一些大洋中脊与热点相接近的地方，火山岩中的同位素与微量元素常表现出有规律的变比，从热点的高值演变到大洋中脊的亏损值，这些地区很可能发生深部地幔源岩浆和浅地幔岩浆不同程度的混合。从冰岛向南到雷克雅斯洋脊便是一个很好的例子。冰岛是位于洋脊上的热点，其 Pb 同位素比值随离开热点的距离有规律的下降，206Pb/204Pb 和 1/Pb 之间也有明显的线性关系，说明是一个具有不同铅浓度和同位素组成的二元混合体系。太平洋中的卡拉帕戈斯群岛的 87Sr/86Sr，在一个小区域内从 0.7026 变化至0.7040，同样表现出从大洋中脊到洋岛的源区变化。

  3. 同位素不平衡现象的存在，造成微区域内同位素的不均一性。根据二辉橄榄岩等地幔包体岩石及其中的单矿物（主要是单斜辉石）的同位素资料发现，至少在岩石圈地幔的温压条件下，存在着明显的不均一性。

全球相同种类的地幔岩石常常具有共同的同位素微量元素地球化学特征，这表明它们来自同一个化学源区，这种相同的化学源区往往意味着地幔的某一固定层位。这就是地幔的层状不均一性。如所有洋脊玄武岩的地球化学特征，表明一个亏损地幔层的存在；大陆和洋岛的钠质碱性玄武岩具有非常一致的同位素，微量元素组成，表明它们来自另一个地幔层位；热点火山

作用的岩石具有异常高的 3He/4He 值（高达 20—30），反映了深部地幔层位的特征等。

由此可见，地幔在不同的规模和层次上都明显地存在着不均一性。Zindler 和 Hart（1986）主要依据幔源岩石同位素组成的不同，划分出

如下的地幔端元组份：

亏损的地幔组份（DMM）：高 143Nd/144Nd，低 87Sr/86Sr 和 206Pb/204Pb， 是洋脊玄武岩的源区。

HIMU 组份：极高的 206Pb/204Pb，低 87Sr/86Sr 和中等 143Nd/144Nd。高 U， Th 和高μ值，Rb/Sr 比不高。是 St.Helena 和 Tubuaii 洋岛火山岩的源区。

富集的EMI 和EMⅡ组份：高 87Sr/86Sr 和低143Nd/144Nd，中等的206Pb/204Pb

（EMⅡ）和偏低的 206Pb/204Pb（EMI）。在 Nd—Sr 相关图上均比全球硅酸盐平均（BSE）和原始地幔（PUM）富化。是许多洋岛玄武岩的源区之一。

流行地幔端元组份（PREMA）：87Sr/86Sr≈0.7045，143Nd/144Nd≈0.51263，

206Pb/204Pb≈17.3～17.5，207Pb/204Pb≈15.35～15.40，208Pb/204Pb≈37.47～

37.63。它和其它地幔端元构成联结，可能是更有意义的一个地球初始组份。根据地幔源区组份的空间位置，曾提出过各种地幔化学层圈构造的模

式，归纳起来大体有这样一些层状地幔：

亏损的低速层地幔。大约 200km 的深度，是洋中脊玄武岩的源区。

中间地幔。大约 650km 左右，为洋岛提供岩浆的部分物质，很少对大陆区提供岩浆。

原始下地幔，在 650km 以下，主要洋岛热点式玄武岩岩浆源，如夏威夷群岛地区。

再循环地幔，在板块俯冲带及其上方的地幔楔子。以 Kerguelen 岛为代表。

交代地幔和 HIMU 的幔源组份相同。

不同地区火山作用可以是上述几种地幔端元组份，或者是地幔源区的混合。如岛弧区火山岩是亏损地幔、再循环地幔以及下地壳物质的混合，洋岛火山作用可以是中间地幔和原始地幔、或交代地幔和再循环地幔等的混合。