转载李玉民地球动力学新学说：地幔环流说2.0

李玉民

上海  mail: wishful@yeah.net   

摘要：从基本物理学原理、自然规律与确证事实出发建立地球动力假说，取代从构造现象和板块相对运动等逆向推导模式。提出分散、间歇升降，借助地球圈层环单向横移，路径交叉的分层热对流模型。在角动量守恒作用下，大量物质升降与地球高速自转造成地球圈层由外到内角速度递增。软流圈相对岩石圈总体向东运动，上层受岩石圈下表面巨大凸起阻挡形成导流。地幔流在板块边界和洋陆边界下单侧无回环运动，两侧无反向运动。软流圈与岩石圈相对速度远高于板块相对速度。剥蚀、沉积和壅积产生径向剪力，可导致板块褶皱和断裂。软流圈对板块拖曳力导致板块相对运动。由于地球物质的物理化学特性,提出的板块驱力作用方式和方向高效且大小有累积能力，能够驱动板块运动。假说能够较好地解释全球构造现象，具有广泛应用价值。

关键词: 地幔对流；角动量守恒；单向横移；地幔环流；地幔导流；板块运动驱力；俯冲带；洋中脊

中图分类号: P738.1

1 引言

李三忠回顾板块驱动力问题史诗，指出板块驱动力问题依然没有解决，期待思想上的突破(李三忠等，2019)。地球动力学是地学的基础，错误的假说误导和阻碍了整个地学体系的发展。大部分学科已经事实上脱离了地球动力学假说。马宗晋指出合理的地球动力学说至少应满足：符合物理学的基本原理和地球内部物质的物理-化学性质；所依赖的动力因子既有足够的能量，其作用方式又能合理地说明构造变形场的特征；能对全球的构造特征及其空间分布规律和构造演化过程作出解释(马宗晋等，2003a)。为突破唯象理论逆向模式，以上三条与原文倒序，作为本文脉络。

2 地幔环流说2.1 地球圈层差异旋转

旋转体内物质受径向内力从一旋转半径移到另一旋转半径，若无角动量转移，根据角动量守恒有：

即角速度与旋转半径平方成反比。简化假设只有初始角速度相同内外两层，分两种情况考察：1、外层部分物质降落到内层，外层失去物质角速度不变；降落到内层物质角速度增大，通过碰撞使内层角速度增大。2、内层部分物质上升到外层，内层失去物质角速度不变；上升到外层物质角速度减小，通过碰撞使外层角速度减小。即无论升降都会导致圈层角速度差增加，且内层角速度大。除外层角速度大于内层角速度或内外层角速度比已高于旋转半径平方反比的极端情况，都会产生上述效果。靠自身引力维系的高速旋转系统，无外力矩作用，有大量物质径向升降时，会因角动量守恒向内层角速度大差异旋转进化。

把太阳系几大行星看作太阳系圈层，各行星公转即为圈层自转，无论角速度还是线速度都随公转半径减小而增大。银河系螺旋形悬臂更加直观的反映了内层角速度大。地球高速旋转，赤道处自转线速度达465m/s；内部大量物质长距升降运动，必然形成内层角速度大的圈层差异旋转。马宗晋研究构造经纬相关性和反对称性，推测“全球性的西东反对称运动，有可能是由统一的地幔纬向流动所决定的，总的趋势是自西向东，西侧是上游”（马宗晋，1989）。宋晓东等通过地震波走时差分析认为内核比地幔旋转快。现象推测和理论推测结果一致。

2.2 地幔流形式2.2.1 地幔环流

地球由多圈层组成，各圈层都参与地球高速自转，大量物质在层内和层间升降运动，在角动量守恒作用下形成圈层由外到内自转角速度增大差异旋转。

地球内部圈层可分为岩石圈、软流圈、中间圈和地核。如图1，刚性中间圈、塑性软流圈和刚性岩石圈由内到外分布。三个圈层分别以角速度ω1、ω2和ω3转动，ω1>ω2>ω3。理想情况下塑性软流圈内ω4>ω2>ω5。

图1 圈层差异旋转示意图

Fig.1 Diagram of differential rotation of the layers

以岩石圈为参考，软流圈以角速度ω=ω2-ω3>0向东旋转，形成一个东向环形流，故称地幔环流说。

2.2.2 地幔对流

软流圈热对流正在升降物质总量很大，但只是圈层物质总量中的一小部分。软流圈底部受热上升物质卷入以岩石圈为参考的东向环流中，向下游移动，散热后降落。物质轨迹简化如图2：

图2 软流圈物质热对流轨迹示意图

Fig.2 Schematic diagram of thermal convection trajectory of asthenosphere material

若以中间圈为参考，则曲线是逆时针方向。曲线是理想化的物质热对流运移轨迹，并非集中、稳定和持续的大规模地幔流。物质升降分散、间歇进行。地球内存在相变分层和化学分层等形成的密度不连续面，使热对流分层。这是分散、间歇升降，借助地球圈层环单向横移，路径交叉的分层热对流模型。热对流模拟随顶底面温差升高先出现上下扰动，温差继续升高才形成对流环。在产生上下扰动时，此方式热对流已经启动。实际情况下物质升降大多不触及顶底面，而是接力方式运动。

(备注：很多学者推导到受角动量守恒作用上升流西偏，得出接触面上软流圈对岩石圈推力向西，此处已错，与构造的东西非对称、东向定向等现象不符)

2.2.3 地幔导流

地幔环流和地幔对流使用PREM模型，忽略了岩石圈下起伏。大陆板块下表面有上百公里起伏，大洋板块俯冲板片插入地幔数百公里。软流圈相对岩石圈运动过程中，岩石圈向下的巨大凸起成为软流圈地幔流的导流坝或导流渠。地幔流受迫改变方向和速度，称为地幔导流。

软流圈底部受岩石圈下起伏影响弱，东向运动为主；顶部受岩石圈下起伏干扰强，导流为主。在底部摩擦拖曳下，顶部流有恢复东向趋势。

(备注：导流作用因软流圈相对岩石圈的平移而突出，板片或软流圈物质集中冷降模式缺乏导流作用，因此被长期忽视。)

2.2.4 地幔潜流

软流圈运动前方水平方向封堵过强，无法导流从侧面绕过；受岩石圈盖板封堵，无法从上面跨过；软流圈上层物质会下潜，从下面越过封堵，称为地幔潜流。地幔潜流是向深处的地幔导流。

地幔潜流封堵有三种典型：俯冲带封堵，如太平洋板块西侧；大陆封堵，如地中海东侧；俯冲带与大陆共同封堵，如南美洲西侧。

图3 板舌构造要素

（转引马宗晋等，2003b）

Fig.3 Structural elements of plate tongue

马宗晋把板条前端向地幔插入部分称为板舌构造，板舌成因有次生撕裂说和原生板条说(马宗晋等，2003b)。两种成因板舌都有，地幔流撕裂次生数量居多。板舌窗是地幔流越过俯冲带的通道，也是受阻地幔流破坏俯冲带的结果。板舌窗分为两种：一种是单条板舌出现部分破损缺失，如舌端断裂脱离，称为板舌面窗。另一种是插入角角度、舌根轴位置或拗型等不同的两条相邻板舌之间的窗口，称为板舌间窗。大多数板舌间窗裂隙未延到岩石圈上表面，一条板条可能有多条隐伏的板舌。

2.2.5 地幔升流

高流动性软流圈物质上升进入或穿过岩石圈形成的流。主要包括软流圈顶局部聚集的高密度物质在上层压力下被动上升和低密度物质主动上升。前者如洋中脊拉张时，岩浆房岩浆因压力上升填补裂隙。后者如大陆下低密度软流圈物质，花岗质岩浆、水、气体等通过上地幔盖层裂隙内侵。被动上升和主动上升常有不同程度叠加。地幔升流源于软流圈顶部，不是源于软流圈深处。软流圈顶部没有集中热源，地幔升流非热驱动。

2.3 岩石圈绝对速度推测

如无角动量转移，赤道处软流圈顶部物质升降100km，将导致角速度差超(4×10^5) °/a，线速度差超4×10^5km/a。马宗晋研究中蒙震区中轴构造带M>=6级地震迁移发现北向移步的18个迁移过程线平行性很好，推测可能有一种比较稳定的迁移动力因素在起作用，迁移平均速度约100km/a(马宗晋等，2003c)。迁移动力可能由中间圈和软流圈相对岩石圈运动引发。在1900~2000年期间全球非偶极子磁位以0.18°/a的平均速度西向漂移(魏自刚和徐文耀，2003)。地磁非偶极子磁场与大陆分布密切相关，其漂移可能与岩石圈绝对运动有关。推测岩石圈相对下地幔西移速度不低于0.01°/a。通过上百公里厚塑性软流圈耦合的两圈层走滑低于转速的1/10^7可能性极低。映射到赤道处岩石圈西移速度达1km/a，远超板块相对运动速度和模拟计算的地幔热对流速度。

(备注：模拟计算的热对流速度低于板块相对速度一个量级，不能用热对流环直接驱动板块解释板块相对速度。此估值理由不充分，需进一步探索。)

2.4 软流圈上层导流分析

通常大陆、俯冲带和克拉通阻挡地幔流；陆陆俯冲上盘被架空部分，岩石圈减薄的断陷带，LAB面上拱的褶皱带等形成地幔流通道。是否构成阻挡或通道还和上游地幔流方向与构造方向关系有关。岩石圈厚度采用地震学厚度，粗略分析距地表约150km以内的软流圈上层流向。绘制地幔导流粗估图(图4)，并对部分重要幔流命名：

图4 地幔导流粗估图

Fig.4 rough map of diverted mantle flows

南纬60度附近缺少大陆，岩石圈薄，形成环南极洲干流，方向总体向东，遇大陆阻拦南北摆动。

太平洋岩石圈下表面较平坦，软流圈上层逐渐恢复东向。向东地幔流遇美洲西侧俯冲带和美洲大陆阻挡。此处阻挡经向封闭性极强，中美洲连接稍弱，南美洲和南极洲间有小缺口。北美洲西部中间向西凸起，向两侧导流，北侧从阿拉斯加湾下潜通过进入北冰洋下，南侧从中美洲通过。南美洲南北各有一向西凸起，北侧凸起北向中美洲导流，南侧凸起南向缺口导流。南美洲中部弧形正对幔流来向，向中部导流。太平洋板块东侧有若干条近纬向大断带，少量地幔流从相应板舌间窗通过。北美西侧向两侧导流，且东侧有宽厚的北美克拉通；南美洲西侧向中部导流，东侧克拉通稍弱，故南美洲下潜流稍强。主要幔流按强弱顺序：1.斯科舍流；2.中美洲潜流；3.南美洲潜流；4.阿拉斯加潜流。斯科舍流是环南极洲干流的一段。

中美洲潜流经大西洋下向东遇非洲西北部向西凸起，向两侧分流。东北分支从直布罗陀海峡和阿特拉斯山脉下入地中海。受阻于地中海北侧大陆，沿地中海北侧向东运动，称地中海幔流。东南分支和南美洲潜流汇合，非洲西南斜对幔流，向非洲与南极洲间缺口导流，称非西导流。

斯科舍流和非西导流汇合经非洲和南极洲间巨大缺口进入印度洋下，扇形展开。扇形流非平均分布，从东向到北向减弱。澳洲大陆和巽他岛弧及俯冲带对地幔流截流。澳洲大陆和巽他岛弧呈“>”形，对从西南方来地幔流向北导流。未被截流部分是环南极洲干流的一段，称澳洲-南极洲间流。印度大陆除克拉通外较薄，爪哇海沟俯冲带震源深度西北段达200-300km，东南段达500km，俯冲带、岛弧和澳洲大陆对地幔流阻拦比印度大陆深。北向导流通过印度大陆较薄处下面进入青藏高原下，简称印度-青藏潜流。澳洲大陆和巽他岛弧间通过幔流遇新几内亚岛阻挡，入班达海下。

地中海幔流在东侧遇大陆阻挡形成潜流。经土耳其、伊朗和阿富汗等的褶皱带曲折东流，称西亚潜流。西亚潜流遇塔里木克拉通分成两支，北支经中亚造山带东流，南支进入青藏高原下。天山山脉是北侧分支东流重要通道。

印度-青藏潜流与西亚潜流塔里木南侧分支汇合，形成青藏合流。青藏合流在软流圈下层摩擦拖曳下恢复东向运动。青藏高原每一条东西向地块缝合带都对应一条顶层地幔东流通道。青藏合流东遇扬子克拉通，向两侧分流。一分支经横断山区向东南运动，进入南海下面，再向东经菲律宾板块下入太平洋下。另一分支经扬子克拉通与华北克拉通之间褶皱带和较薄的华北克拉通向东北方向运动。太平洋西侧千岛群岛、日本列岛、琉球群岛等地体和相应俯冲带斜对幔流，不同程度导流。太平洋西侧俯冲带阻挡地幔流，上层地幔流被迫下潜经深处的板片间窗和板片面窗越过俯冲带。

澳洲大陆南侧和西兰陆块南端把澳洲-南极洲间流向东偏南方向导流，遇南极洲阻挡，被南极半岛向东偏北导流，穿越南美洲和南极洲缺口。

2.5 板块运动与驱力2.5.1 板块运动浅析

板块运动主要有径向运动和切向运动。径向运动产生升、降构造，如褶皱山、断块山、坳陷带等；切向运动造成板块间开、合、走滑等和板块扭曲变形；径向和切向运动叠加形成推覆、滑覆等。切向运动有相对运动模型和绝对运动模型。板块间相对运动观测精度可达毫米级。板块绝对运动通常指相对下地幔运动，有平均岩石圈框架和平均中圈框架。岩石圈整体无旋转是一个武断的假设。平均中圈框架有以热点、洋脊、海沟等为参考的多种板块绝对运动参考模型，然而这些同类构造不同个例之间存在相对运动。地表尚未找到任何可靠的与中圈相对静止参考物，板块绝对运动模型零位误差处于失控状态。板块切向运动分为经向运动和纬向运动。古地磁、古气候、古生物等对经向位置有不同程度定位能力，而纬向位置定位能力差。

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(思考：研究板块驱力时参考的板块绝对运动图可靠吗？洋板传动带式运动存在吗？洋壳年龄分布图可靠吗？)

公路上同向行驶的两辆车，既可以拉大距离，亦可追尾碰撞。绝对运动速度同向的两板块，前方的快，后方的慢，则离散；前方的慢，后方的快，则汇聚。受力方向决定加速度方向，不决定即时速度方向。板块离散或汇聚相对位移是相对速度对时间积分结果，既不代表绝对运动速度反向，也不代表受力反向。

(思考：地球动力学研究是否已经陷入了非守恒型边界两侧板块受力必反向的思维定式？是否陷入地幔流要在板块边界回环，两侧反向的思维定式？是否陷入了受力和速度方向一致的思维定式？)

2.5.2 物理化学特性

假说要符合地球内部物质的物理化学性质。研究板块驱力，需认清板块力学特性。

板块主要由岩石构成。岩石力学强度通常是抗压强度>抗剪强度>抗弯强度>抗拉强度。岩石抗剪强度约为抗压强度的1/5～1/10，抗弯强度比抗剪强度弱，抗拉强度约为抗压强度1/10～1/20。常见岩石中强度排名靠前的辉长岩抗压强度180~300MPa，抗拉强度15~36MPa。地球早期熔融，古老克拉通底部可能是全熔再固成岩；现在软流圈少量熔融，洋板底层更可能是部分熔融岩浆凝固粘结未熔岩石成岩，后者抗拉强度大幅降低。岩石随温度增加由脆性向塑性转变，板块中下层岩石抗拉强度因高温而降低。绝大多数板块主体岩在其所处温度下抗拉强度低于100MPa。洋板从洋脊间歇式增生，形成多道并列的裂谷，洋板存在与生俱来的径向断裂。板块受日月潮汐疲劳等作用也会产生断裂。受拉时抗拉强度低的岩石先断，断裂扩张，转嫁拉力。板块整体抗拉强度难达50MPa。板块不能承受和远距离传递过大拉力。大多数板块主体岩石抗压强度达数百MPa。受压时断裂可愈合并分担压力。板块抗压强度不低于100MPa。板块可以承受强大切向压力并远距离传递。

水和一些气体组分能大幅降低岩石强度和熔点，降低岩浆粘度。硅氧四面体可以聚合成复杂空间结构，影响岩石强度、熔点和岩浆粘度。水和硫化氢等能遏制和破坏硅氧四面体聚合。水饱和可使花岗岩等熔点降低数百度；硫蚀可使岩石强度降低上万倍。软流圈内低密度岩浆、水和气体因密度低、流动性强，向上分异，遇岩石圈阻挡停留在LAB下。分异到LAB下的低密度物质随软流圈相对岩石圈旋转平移。遇岩石圈上地幔盖层裂隙或LAB面上拱，低密度物质向上运动；遇大陆根、克拉通根和俯冲带等岩石圈向下凸起，上层低密度物质被拦截，大量聚集。气体热膨胀系数高，水高温下可气化。岩石圈盖板破裂时，聚集的水和气体可快速逃逸。水和气体逃逸使岩浆粘度增加，凝固点升高，促进软流圈物质固化粘结增生到岩石圈中。

2.5.3 径向构造动力

地球圈层可分为流动层和非流动层，流动和非流动具有相对性。流动层如大气圈、水圈、软流圈和外地核，非流动层如岩石圈、中间圈和内地核。流动层相对下层非流动层运动时，对非流动层有剥蚀、搬运和沉积作用。流动层相对上层非流动层运动时，对非流动层有剥蚀、搬运和底侵与内侵等作用。流动层在非流动层间运动，通道截面变小会产生壅塞，一方面造成流动层物质壅积；另一方面对非流动层形成壅压。气圈和水圈对岩石圈作用研究较深入，下面关注软流圈作用。软流圈对板块有托力，软流圈物质非液体，均衡情况下托力等于板块重力，大于浮力。

软流圈剥蚀造成板块底面局部被掏空，托力小于重力。剥蚀有面状剥蚀和线状剥蚀两种典型。地幔流对大陆地幔流离去侧大面积剥蚀，为面状剥蚀。地幔流越过大陆底面深脊后，摩擦力水平分量由指向大陆变成远离大陆，剥蚀作用增强。面状剥蚀主要是机械剥蚀。类似河流的溯源侵蚀，瀑布后退一样，剥蚀面向地幔流上游后退。被剥蚀一侧塌落，形成高低断带。面状剥蚀常发生在大陆东侧，断带多近南北向。地幔流受阻挡时会像河流一样剥蚀形成河道，为线状剥蚀。被阻地幔流中低密度物质向新拓渠道顶部和受阻的前端汇聚。其中的水和一些气体组分大幅降低岩石强度和熔点，其低密度又利于渠道顶部物质重力失稳坠落。线状剥蚀是机械剥蚀和化学剥蚀双重作用。线状剥蚀一般从地幔流上游向下游发展，且常循脆弱的前期褶皱构造带展开。线状剥蚀常近东西向发育。线状剥蚀有先隆后陷现象。线状剥蚀断带两侧高度差较小。深度60-150km的软流圈顶面压力约1.8-5.8GPa，压强高；软流圈基本为固体，摩擦系数高；LAB处高温降低岩石强度；LAB下水和一些气体组分降低岩石强度，软流圈对岩石圈剥蚀作用强烈。

软流圈壅积造成板块下局部托力大于重力。强烈壅积可致岩石圈盖板隆起，甚至破裂，造火山、火山岛弧和褶皱山脉，大面积壅积可造高原。壅积发生在岩石圈底面下凸的地幔流来侧，故火山、火山岛弧和褶皱山脉多在克拉通、大陆和俯冲带西侧。壅积物质数量缓慢增加，盖板所受托力逐渐增大，当径向应力达到一定程度，盖板破裂，造一列褶皱山脉或岛弧。造山使重力和托力失衡得以缓解；壅积软流圈物质释放，部分转移到岩石圈。然后开始下一轮壅积造山。重复下去形成近平行褶皱山弧系或火山岛弧系。科迪勒拉山系这种特征最为显著；马里亚纳海沟西侧是平行火山岛弧系。塔里木克拉通、华北克拉通和扬子克拉通封堵地幔流，造青藏高原。壅积不只从底部抬升岩圈盖板，拦截的软流圈物质可通过底侵、内侵和喷发等方式转移到岩石圈中。陆板底面起伏大，裂隙多，利于内侵。陆表上升常是岩板底部抬升、底侵增生和内侵中间层增厚叠加结果。克拉通根、大陆和俯冲带对软流圈地幔流截面封堵大；软流圈物质基本为固体；中间圈比软流圈和岩石圈角速度大，导致壅积作用强烈。软流圈壅塞对中间圈和岩石圈都造成壅压，岩石圈强度远低于中间圈，故岩石圈板块褶皱、破裂。壅积作用发生在受阻一侧，具有非对称性。

(荐读：毛小平科学网博客《碰撞造山可能只是一个美丽的传说？》)

(备注：主流观点陆陆碰撞造山、挤压造高原，碰撞中作用力与反作用力大小相同，两侧板块褶皱变形程度和内部水平压应力显著不同现象令人费解。俯冲带又用热上涌造山，塑性高不利于隆起；太平洋东侧比西侧刮削能力强，沉积物俯冲下去的少，反而造更高的山。)

岩石和板块的抗剪强度远低于抗压强度，径向剪力比切向压力更易使板块褶皱和断裂。实际起作用的是更弱的抗弯强度。弯矩决定于载荷、跨距及其分布。剥蚀、沉积和壅积不仅造成重力和托力差形成的强大载荷，更因跨距产生强大弯矩，导致岩板弯曲甚至断裂。剥蚀和壅积产生的径向力和岩板弯曲、破裂与物质升降运动方向一致，效率最高。

2.5.4 切向漂移动力

板块相对漂移动力主要是软流圈对板块的拖曳力，包括对板块侧面与底面向下凸起的推力和对板块底面摩擦力，以推力为主。

陆板底面起伏上百公里，洋板俯冲板片深达数百公里，阻挡软流圈运动，受地幔流巨大推力。大洋板块底面较平滑，推力主要作用于俯冲带。陆板比洋板厚，如果地幔流上游一侧是被动大陆边缘，则侧面受到地幔流推力。大陆内部底面向下凸起，如内陆克拉通深根等也受到地幔流推力。大陆板块底面起伏大且格局复杂，故内部所受推力和相对运动比洋板复杂。推力大小与板块下表面凸起程度和走向，对地幔流封堵程度等有关。陆根、俯冲带深则推力面大，推力大；下凸走向垂直幔流来向，推力大，故大长宽比陆块，长边垂直于幔流方向所受推力大；下凸对幔流封堵强，地幔流不易从侧面绕过，所受推力大。推力与板块面积和质量缺乏相关性，是板块相对运动主力。摩擦力与板块面积和质量近正比关系，地幔流在板块边界不反向，对板块相对运动贡献小。板块受到的推力包括地幔流直接推力和通过板块传递的间接推力。例如澳洲大陆受到的地幔流推力通过板块间挤压传到太平洋板块。洋板除俯冲带外，受地幔流推力较小，板块间挤压是重要漂移动力，如菲律宾板块漂移。

板块边界和洋陆交界对软流圈既非强热学边界又非全封闭不可逾越强力学边界，不能驱动或迫使地幔流反向回环。地幔流跨越板块边界运动，从板块剥蚀的物质被地幔流向下游搬运，可增生到下游的洋脊或大陆中。故大西洋洋脊生成的岩浆岩中出现年代久远且分散的锆石。软流圈相对岩石圈总体向东运动。经向非守恒型板块边界多为两侧板块同向受力和运动，速度快慢所致。纬向非守恒型板块边界两侧板块受力情况复杂。板块和岩石抗压强度远高于抗剪强度，切向推压力不能导致褶皱破裂，却可制造平推断层，形成守恒型板块边界。此类断层与受力方向近平行，断裂两侧高度差小。切向推压力可导致板块扭曲变形。

软流圈与岩石圈相对速度比板块相对速度高几个量级，地幔流推力水平作用于陆根深脊和洋板俯冲带，水平推应力可达百MPa级。软流圈对岩石圈的拖曳力是切向的，与板块漂移方向一致，对板块相对漂移作用效率高。

(备注：经典对流说环边界是升降流，不存在切向推力，摩擦力为MPa级。动摩擦力正比于摩擦系数，与相对速度无关。地幔流对凸起的推力与相对速度的平方成正比。)

2.5.5 驱力累积能力

剥蚀、沉积和壅积都是点滴进行。剥蚀、沉积和壅积的物质量和引发的径向应力逐渐累积加大。

地幔流切向运动遇到强阻挡，阻挡物上游软流圈物质逐渐壅积增多、增厚，上游切向压强逐渐增大。阻挡物下游的软流圈物质被中间圈拖曳运离减少，下游切向压强逐渐减小。阻挡物上下游切向压强差逐渐增大，向下游推力逐渐累积增大。

径向与切向力的强弱都和软流圈与岩石圈相对速度有关。圈层差速不是热对流速度。软流圈顶底面温差缓慢降低时热对流减速，但圈层差速却因物质升降未停继续增加。圈层差速是前期星云收缩、重力分异和热对流等累积结果。

2.5.6 驱力深入探讨

板块运动驱力源于圈层差异旋转。差异旋转源于地球高速自转和内部大量物质升降。物质升降由星云收缩、重力分异和热对流引发。星云收缩过程已结束，重力分异随地球分层快速衰减，圈层差异旋转主要靠热能驱动的热对流长期维系。板块运动的能量源于地球内热能。

地球内热能总量足够板块运动所需，关键是利用效率和作用方式。热能改变物质密度，产生径向力；径向力引发的物质升降因地球高速自转造成差速旋转，产生切向力；切向相对运动造成剥蚀和壅积，又产生径向力。径向构造运动以径向力为主驱动，切向运动以切向力为主驱动。径向力和切向力并非完全独立作用。径向力造成板块褶皱、断裂和高低错位。板块褶皱和高低错位降低切向汇聚阻力，断裂降低切向离散阻力。切向力挤压加剧径向升降幅度，切向拉张降低径向升降幅度。主导驱力方向与运动方向一致而高效；力作用方式因板块、岩石和岩浆的力学、化学特性而高效；且力大小有累积能力，使驱力能达到板块构造与运动所需。物质和力的缓慢累积与突然释放导致构造缓慢渐进式发育急变定型现象。

岩石圈切向受力主要有两种：一是径向升降物质切向碰撞力，是岩石圈绝对运动动力，使岩石圈相对中间圈西向运动。二是岩石圈与软流圈接触面上软流圈对岩石圈拖曳力，因圈层存在相对运动而产生，是岩石圈绝对运动阻力，却是板块相对运动动力。软流圈内升降物质的切向碰撞力提高岩石圈西移速度，层内的摩擦力和粘滞力降低岩石圈西移速度。

现在岩石圈绝对运动速度向西，切向总受力向东，岩石圈绝对运动速度在减慢。地球终将被潮汐锁定近乎停转，冷却完全固化，圈层差速消失，板块运动也随之消失。

2.5.7 运动参考选取

板块经向速度参考南北极，通过GPS等可测；纬向速度无可靠参考，难测。岩石圈整体西移绝对运动速度为数十亿年累积残余，和板块相对运动速度关系不大。考察板块相对运动驱力，可把岩石圈整体西移速度分量扣除。高纬受角动量守恒作用小，地幔流差速低，因此可假定南极洲不旋转，以南极洲为纬向运动参考。这不是十分理想的参考系，但在考察相对运动推力方向上优于热点、洋脊、海沟和岩石圈整体无旋转框架等参考系。

2.6 构造典型问题2.6.1 太平洋俯冲带差异

太平洋东西两侧有智利型和马里亚纳型俯冲带，沟弧盆系差异显著。太平洋区域地幔流总体从西向东。如图5，马里亚纳俯冲是逆流俯冲，智利俯冲是顺流俯冲，是两种极端类型。两侧俯冲板片受地幔流向东水平推力f_推。f_推可分解成平行板片的f_拉和垂直板片的f_压。

图5 太平洋东西俯冲带差异图

Fig.5 differences in two sides of E-W Pacific in subduction zone

西侧f_推使俯冲带东撤。f_拉减小俯冲力。f_压向下折曲板片，使贝尼奥夫带倾角增大。f_压使洋板弯曲，内周压，外周张，海沟洋侧斜坡上发育张性断层和地堑。f_压对板块间压力无贡献。软流圈对小增生脊东侧微板块拖曳力形成板块间弱压力。板块间压力小，沉积物刮削能力弱，增生楔不发达。大量沉积岩、水和气体等随俯冲带进入软流圈，提高熔融度，分异流发达。板片西侧对东流地幔流斜向上导流，向上导流使上面物质增多，重力加大，向上导流被压制，转而向深处导流。俯冲带东侧软流圈向东运动，从深处板舌窗通过的地幔流上升进行补充。

东侧f_推使俯冲带东进。f_拉增大俯冲力。f_压向上抬升板片，使贝尼奥夫带倾角减小。大陆限制倾角减小程度。f_压加大板块间压力。板块间压力大，沉积物刮削能力强，增生楔发达。低密度岩浆、水和气体等被上游洋脊萃取。板片西侧相对贫水等，分异作用稍弱。地幔流在板片西侧被斜向下导流，小部分经浅处板舌间窗进入俯冲板片与陆根之间，大部分从深处越过俯冲带和大陆。

东西两侧均阻拦地幔流，形成壅积，产生对岩圈盖板向上压力f_壅。西侧壅积在两板块之间，下压俯冲板片，上抬盖板，形成深海沟。上覆单层薄盖板，舌盖东端可活动，壅积物易泄露形成火山岛弧。俯冲板片单独承受东向推力，易撕裂或向下折曲。板片向下折曲，俯冲带东撤。壅积区随之东移，远离大陆，故造洋内岛弧。东侧壅积在两板块之下，一起抬升，形成浅海沟。上覆俯冲板片和大陆双层盖板，壅积物质不易泄露。俯冲板片和大陆双重阻挡地幔流，板片不易撕裂或东移，壅积更强烈，造更高隆起。壅积区始终追随在大陆侧下方，故造陆内山弧。

西侧海沟轴相对固定时，软流圈物质缓慢壅积，上覆微板块抬升仰冲，板块之间形成逆断层。海沟处新生壳张裂形成峭壁。两侧板块间弱挤压汇聚。俯冲板片受到的推力随壅积逐渐加大，推力加大到一定程度，俯冲板片突然下折，海沟轴快速东移。瞬间两侧板块之间表现为离散。过程中太平洋板块并不向西快速移动，而是从西侧缩减。上覆板块东端因东侧板片下折和壅积物质东展摊薄失去支撑，快速下弯。上盘下降，形成正断层。上覆板块下累积的低密度岩浆、水和气体从板块间隙快速排出，加大上覆板块东端升降幅度和速度。盖板东端剧烈下弯可能使西侧折裂，产生断带。f_拖使新断带东侧跟随俯冲带东移，断带两侧增生，形成弧后盆地，断带变成小增生脊。上述作用循环，形成多道近似平行的岛弧、小增生脊和弧后盆地。马里亚纳俯冲带西侧有马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽、西马里亚纳海脊和帕尔西维拉海盆等。

东侧俯冲板片和大陆一直保持强挤压汇聚状态，不能形成张性的弧后盆地，板块之间只有逆断层。缓慢壅积和突然破裂释放循环造多道近似平行的陆缘山弧。

(荐读：张文佑.科学通报《俯冲还是仰冲》)

2.6.2 洋中脊和转换断层

大洋中脊下岩石圈底面无向下凸起，不改变软流圈地幔流向。洋脊两侧软流圈上层地幔流向基本相同，可垂直、斜交，甚至平行脊轴。大西洋中脊、东太平洋海隆下地幔流向大致与脊轴垂直，印度洋中脊西南支下上层地幔流向与脊轴近平行。板块相对运动主要驱力为地幔流对板块推力，作用于陆根、俯冲带等岩石圈底面向下凸起。洋中脊张性动力源于远端。地幔流在洋中脊下不变向，对两侧板块推力多近同向。大多数洋脊是两侧板块同向受力，同向运动快慢产物。洋中脊不是永恒的物质，而是不断由不同物质在不同位置重生的构造，不适合作绝对运动参考。以洋中脊为参考造成板块运动和受力反向错觉已误导地球动力学数十年。

洋中脊处LAB面上凸。地幔流经过洋脊时，上游分异到LAB面下的低密度岩浆、水和气体等遇凸面向上运动，被萃取聚集，形成岩浆房。岩浆房岩浆可沿轴向槽流动。低密度物质聚集造成洋脊处布格重力异常偏低。东太平洋海隆上游熔融和分异区域广，脊轴垂直幔流方向，更多低密度岩浆可供洋脊萃取，在高速增生情况下玄武质岩浆供应依然充足。印度洋中脊西南支脊轴与地幔流向近平行，下游慢速拉张情况下出现玄武质岩浆供应不足，地幔岩出露。上游分异到LAB面下的低密度岩浆、水和气体被东太平洋海隆萃取。经过海隆后，此类物质含量大幅降低，地幔塑性降低。因此东太平洋海隆岩浆房不在脊轴正下方，而偏向地幔流来侧，偏西；西侧软流圈塑性高，上层沉降相对自由，坡度缓。形成东太平洋海隆的东西非对称现象。

洋脊两侧板块形状、底面起伏大小和走向等各异，地幔流方向也不尽相同，因此两侧板块整体受力不可能完共线或平行。板块运动改变板块布局，影响导流，使板块受力方向、大小不断变化，两侧板块受力相对方向也不断变化。造成板块之间除相对平移远离外，还有小幅相对走滑和旋转。旋转导致转换断层和脊段上产生压力。转换断层和脊段上压力又反作用于板块使之反转。因此板块远离同时伴随旋转摆动，即zigzag运动，造成转换断层和洋脊呈现不规则锯齿状。板块摆动过程中，转换断层拉/压端来回切换，甚至整条断层拉/压性质转变。转换断层为压性时可致岩石变质，构造变形；为拉性时可能地幔泄露，洋壳增生。转换断层非严格意义守恒边界。

板块抗拉强度差，受远端拉力可造成洋脊跳位和叠复轴。洋脊处新生洋壳脆弱和软流圈对板块围压等降低了洋脊跳位和叠复轴发生频率。两侧板块受力方向相对大幅变化导致洋脊变格。

2.6.3 大陆的裂解与聚合

大陆裂解包含断裂和远离两个过程。断裂是远离必要而非充分条件。断裂由剪力引发，包含径向剪力和切向剪力；远离由切向拖曳力平行于漂移方向分量驱动。两个过程由不同的作用力主导。剥蚀、沉积和壅积产生径向剪力可导致大陆板块断裂。壅积造成断裂在大陆地幔流来侧，伴随汇聚拼接，裂而不离。面状剥蚀造成断裂在大陆地幔流去侧，常跟随分离运动。面状剥蚀断裂下游板块受地幔流驮运不需多大的力即可远离。阻碍断裂下游板块远离的不是断裂间拉力，而是下游板块之间压力形成的漂移阻力。太平洋西侧逆流俯冲板片下折，海沟轴东撤，给上游陆块提供了东向漂移空间，因此太平洋西侧有大量裂离陆源岛。线状剥蚀常从地幔流上游向下游发展，断裂开口向上游张开，产生向两侧推力。线状剥蚀断裂可因导流推动加速两侧远离，如澳洲大陆远离南极洲大陆。切向推压力引发的切向剪力也能造成板块断裂，远离作用更弱。

(荐读：毛小平科学网博客《问题：岩石圈拉伸并减薄是真的吗？》)

大陆聚合是陆间大洋的消亡过程。从B型俯冲开始，洋脊断裂在切向压力作用下实现两侧洋板运动接续，最后转化为A型俯冲。大陆的上下盘关系由前期的B型俯冲确定。A型俯冲阻力大，难持久。俯冲洋板被剥蚀等作用逐渐破坏殆尽，完成大陆聚合。

2.6.4 俯冲板片相关问题

俯冲带是板块汇聚边界，主要由切向压力驱动。俯冲启动由岩石圈板块间压力主导，启动后软流圈对俯冲板片推压发挥作用。逆流俯冲可通过软流圈推压维持；顺流俯冲必依附大陆，否则洋板会被地幔流抬升停止俯冲。俯冲启动是断裂产生和上下盘关系确立过程。径向剪力或切向剪力均可造成洋陆连接断裂。大陆裂解，大洋张开，大陆和新生洋壳连接处径向受力平衡；大陆上表面比洋侧高。大洋打开后，大陆侧被剥蚀减轻；洋侧受沉积加重。断裂后洋侧向下运动，陆侧向上运动，确立上下盘。

俯冲带是大洋压缩期主要构造，洋脊是大洋拉张期主要构造。全球洋脊和俯冲带对应关系较弱。太平洋北部西侧高速俯冲，东侧洋脊近乎停止增生，俯冲速度和洋脊增生速度几乎无关。洋脊和俯冲带不是同时等速运动的传动带两端。洋脊断裂不能传递拉力，却能传递压力。威尔逊旋回中后期，洋脊受力由张转压，洋脊衰退愈合。衰退洋脊在切向压力下接续两侧洋板运动。

俯冲带在岩石圈和中间圈间产生刹车片作用，加速了两圈层差速降低。

(备注：李三忠《海底构造学原理》中对俯冲负浮力驱动总结6条问题)

(备注：如果俯冲基于负浮力产生的拉力，则洋脊无法愈合。宽达上万公里的太平洋板块，力小拉不动，力大则断裂。更严重的问题在于西侧俯冲带在东退，俯冲带东侧软流圈物质何去何从，运移上万公里软流圈物质远比移动板块难。地球内部因上覆岩石重量产生径向压力，60km深度压强达1.78GPa，80km达2.45GPa。岩石随温度增加由脆性向塑性转变，径向压力会导致切向围压。通常认为软流圈地幔差应力1-10Mpa，切向与径向压强几近相同。板块的洋脊侧或大陆侧围压会保持板块底部为压应力，不会因俯冲带负浮力形成拉应力。)

3 检验与应用

地球动力学说应阐明规律，经得起验证，具有应用价值。下面在构造学、成矿学、地磁学、地震学方面加以应用与检验。地幔环流说亦可广泛应用于板块学、地质学、岩石学等其他学科。

3.1 构造学方面应用3.1.1 地幔流与构造分布

假说应能解释全球的构造特征及其空间分布规律。下面循地幔导流浏览解释全球主要构造。

上层地幔流从非洲和南极洲间缺口入印度洋下扇形展开。澳洲大陆和巽他岛弧北向导流推动印度大陆北移，挤压欧亚大陆。印度大陆有克拉通深根，推力大。挤压推覆抬升喜马拉雅山脉。爪哇海沟俯冲带上层顺流俯冲，与巽他岛弧共同阻挡地幔流，壅积造双列火山弧。澳洲大陆受西南来地幔流推动向东北移动，远离南极洲。澳洲大陆推挤巽他岛弧东段，巽他岛弧逆时针扭曲。非洲下地幔流东向，东侧上层地幔流北北东向，因此东非弱张性。形成了印度洋北侧、东北侧大陆快速移动，与外围强烈挤压；西侧慢张和南侧快张非对称格局。 

非洲西北部对中美洲潜流下游分流，北分支东北向进入地中海下。地中海北侧阻挡西南来的地幔流，壅积造阿尔卑斯山脉。非洲西北侧抵挡地幔流，地中海南侧受其遮护，故地中海南侧不阻挡幔流，不壅积造山。形成了地中海南北差异。地中海幔流遇北侧大陆阻挡，受下层拖曳向东运动。地中海东侧各地块西端受地幔流推力，地块间形成剪切。地中海南部西侧不阻挡地幔流，不造山；东侧阻挡幔流，壅积造阿曼山脉、阿拉维山脉和黎巴嫩山脉等，形成地中海南部东西差异。西亚潜流导致土耳其、伊朗和阿富汗地震多发。

西亚潜流遇塔里木克拉通，南北分流。北侧分支经塔里木克拉通、华北克拉通和西伯利亚克拉通间中亚造山带进入日本海和鄂霍次克海下。早已完成板块缝合的天山—兴安造山系因此分支地幔流运动地震和火山活动未熄。青藏合流被塔里木克拉通、华北克拉通和扬子克拉通围堵，壅积造青藏高原。青藏合流被扬子克拉通分成两支。北支面状剥蚀华北克拉通，造成华北克拉通减薄和一些近南北向断裂。日本列岛、琉球群岛因面状剥蚀从大陆裂离。

澳洲大陆和地幔流对巽他岛弧南端的东北向推扭，形成了东南亚大旋扭构造。从澳洲大陆和岛弧之间通过的地幔流受新几内亚岛阻挡向西北运动，形成班达海旋卷构造。

太平洋东北侧千岛群岛、日本列岛和琉球群岛及其俯冲带近东北-西南走向，对西来上层地幔流向东北导流，地幔流向东南推挤列岛和俯冲带。2011年3月11日关东地震，日本一些观测点检测到米级东南向移动。日本列岛阻挡地幔流，产生壅积，2024年1月1日能登地震，出现海底隆起，陆地增生。伊豆-小笠原海沟和马里亚纳海沟俯冲带与幔流方向近垂直，循环壅积和板片下折俯冲带东撤，造多列岛弧和海槽。俯冲带东撤给西侧面状剥蚀断裂的陆块远离大陆形成陆源岛弧创造了条件。太平洋西南侧俯冲带阻挡环南极干流受推强烈，东无大陆支撑，向东收缩最快，太平洋板块此角近1/4的被侵蚀。澳洲大陆受西侧地幔流推动跟随挤压，使太平洋西南侧弧后盆地不如东北侧发达。太平洋东侧，美洲大陆西侧经向封闭性强，强烈壅积造科迪勒拉褶皱山系。南美洲弧形正对幔流来向，向中部导流，因此中部壅积造山作用最强，山系东西向最宽，震源最深。地幔流的东向流动造成太平洋东西两侧大陆西裂东聚非对称性。地幔流向东撕裂南美洲和南极洲连接，斯科舍板块如河决堤的地形是地幔东流最有力的证明。澳洲大陆受地幔流东北向推动，北向挤压菲律宾群岛和菲律宾板块，东北向挤压新几内亚岛，东向挤压西兰陆块。太平洋板块西区被挤得支离破碎，地貌复杂。地幔流对太平洋板块西北侧俯冲带东向推力和澳洲大陆对太平洋板块东北向推力联合导致太平洋东北侧洋脊衰退。这两个推力和北美大陆对太平洋板块进行了限位。南美洲大陆和西侧俯冲带受地幔流推动东移远离被限位的太平洋板块，致东太平洋海隆高速拉张。形成了太平洋东侧南北洋脊显著差异。澳洲大陆对太平洋板块东北向推挤造成太平洋板块与北美板块间形成圣安德烈斯走滑断层和阿留申俯冲带。澳洲大陆南侧和西兰陆块南端对环南极洲干流导流，东南向推动南极洲；澳洲大陆东北向推挤太平洋板块，使太平洋-南极海岭快速拉张。产生太平洋北有海沟，南有洋脊的南北非对称。

美洲西侧是地幔流来侧，强烈阻挡地幔流壅积造褶皱山。美洲东侧是地幔流离去侧，不壅积造山。阿巴拉契亚山脉形成于奥陶纪，非当前构造期产物。形成美洲大陆的东西非对称性。非洲西南侧斜对地幔流来向，南侧缺口巨大，壅积弱不足以造褶皱山。形成非洲西部和美洲西部的非相似性。大西洋东侧大陆阻挡地幔流较弱，虽不足以造褶皱山，但造成洋脊东侧海盆比西侧海盆浅。中美洲幔流使加勒比海火山岛弧向东，且产生弧后盆地。

地表构造有经纬相关、东西非对称和朝东定向现象。单靠热驱动假说无法解释这些方向性差异，必须结合地球的单向旋转运动。

3.1.2 统一联动动力过程

假说应能对构造演化过程作出解释。2018年起中国相继开展“特提斯地球动力系统”、“西太平洋地球系统多圈层相互作用”和“东南亚环形俯冲系统超级汇聚的地球动力学过程”地球动力相关项目。地球动力系统是联动的整体，分区管中窥豹无法解决项目中动力机制核心问题。这些项目已接近尾声，亟需思想上突破。下面统一联动解释中国三大地球动力相关项目有关的中生代以来构造运动的机制与过程。

晚石炭世、早二叠世的潘基亚大陆西部是大陆主体，中间是古特提斯洋，东部是有开口的陆块条带(参见：吴福元等《特提斯地球动力学》图8(c)250Ma)。通常认为古特提斯洋是东侧有广阔开口的“<”型。广阔开口的错觉源于古陆位置复原常存在两个问题：一是严重扭曲的滇缅马苏地块（含爪哇岛、努沙登加拉群岛）形状未复原，二是绝大部分沉没的西兰古陆被忽略。ITRF参考框架站速度矢量分布图显示当今澳洲大陆仍在北北东向高速移动。滇缅马苏陆块南端受澳洲大陆和地幔导流推动向东扭曲。陆块形状和位置应依据推扭逆向复原。巽他岛弧系从东经九十度海岭东侧扭曲到当前位置。扭曲缩短了陆块南北向长度，造成了古特提斯洋东方广阔开口错觉。若切除58Ma以来澳洲大陆和南极洲间增生洋板，则澳洲大陆南移2200公里左右。东南印度洋洋中脊和太平洋-南极洲海岭通过巴勒尼断带等形成了近千公里错动。古生物和古地磁方面资料说明新西兰南岛曾发生南移(备注：梁光河科学网博客《新西兰从哪里来？》)。因此西兰陆块不需同步南移。西兰陆块现在仍受澳洲大陆推挤东移，逆向复原西移1000公里左右，略作旋转。澳洲大陆和西兰陆块能较好吻合拼接。澳洲大陆西南角位于东经115度，而连接的转换断层对应南极洲位置约在东经98度。澳洲大陆要在南移的基础上西移，西兰陆块也要进一步西移。复原结果西兰陆块西北接滇缅马苏地块，西南接澳洲大陆，三者连成一体，隔开古特提斯洋和古太平洋。那时西兰陆块尚未裂离和沉没，古特提斯正东的陆条并不纤弱。古特提斯洋东侧开口不是正东方的广阔开口，而是东北的小开口。

上层地幔流在潘吉亚大陆西侧遇阻，一部分从大陆南北两端绕过大陆，另一部分下潜从大陆主体下进入特提斯域。赤道附近对地幔流阻挡强，线状剥蚀先在此沿脆弱的早期构造褶皱带展开，大陆主体南北裂解。古特提斯洋西侧赤道附近形成缺口。随着赤道附近大洋扩张，冈瓦纳南移，逐渐部分越过南极。原先从南端绕过冈瓦纳大陆的上层地幔流受阻。南部线状剥蚀，造成冈瓦纳大陆裂解。裂解通道上的地幔流推动非洲大陆西南侧，使非洲大陆逆时针旋转并北移。非洲大陆旋转使南大西洋张开。非洲大陆北移使地中海收缩，非洲和南极洲间缺口扩大。特提斯域西侧主要缺口从赤道附近迁到西南侧。大陆主体裂解后，上层幔流主要通过西侧缺口进入特提斯域。特提斯域内上层地幔流受东侧陆块条带阻挡，向东侧陆条缺口导流。特提斯域东西两侧缺口位置影响着总体上东流的上层地幔流从哪里进入特提斯域，域内流向，从哪里流出特提斯域。特提斯域内上层地幔流流向决定着域内陆块漂移方向。特提斯域东西两侧主要缺口不断变迁，但总是东侧缺口在西侧缺口的北侧，直到澳洲大陆与北侧碰撞。大陆主体东侧因面状剥蚀和线状剥蚀陆块裂解。裂解陆块被地幔流向东北缺口搬运，与东北侧大陆碰撞聚合，封堵缺口，缺口南移。华北地块、华南地块、印支陆块、滇缅马苏陆块、澳洲大陆等相继与北侧大陆碰撞，特提斯域东侧主要缺口向南变迁。特提斯域单向裂解-聚合是由软流圈相对岩石圈总体东向运动，上层被导流，单向流动所驱动。

邓江洪等研究表明菲律宾岛弧岩石化学信息在126Ma-110Ma间发生了从太平洋型向新特提斯洋型转变（Deng et al., 2020）。这种转变一方面表明两洋此前存在隔离带，在此期间隔离带遭破坏；另一方面说明物质是从特提斯洋向太平洋方向运移。古特提斯闭合，地幔流对新特提斯东侧陆条的底面剥蚀和向东推力增强，导致特提斯洋与太平洋间隔离陆条断裂。尚未与南极洲大陆分离的澳洲大陆把西南侧缺口来的地幔流向北侧断裂缺口导流。滇缅马苏陆块南端被地幔流向东推扭，并向东北挤压菲律宾群岛，东南亚环形俯冲系统开始构建。约98-45Ma的沃顿洋脊增生是滇缅马苏陆块扭曲拉张结果。断裂后西兰陆块被地幔流推动东移。地幔东流使北侧缺口拓宽导致西兰陆块东移的同时南移。西兰陆块因底面剥蚀减薄而沉没。其后线状剥蚀造成澳洲大陆与南极洲裂解。地幔导流推动澳洲大陆东北向移动远离南极洲，与滇缅马苏地块碰撞。西兰陆块北侧地幔东流缺口关闭，南侧地幔东流缺口打开，转而东北向移动。澳洲大陆推动巽他岛弧并和岛弧一起拦截西南来的地幔流，推力加大使岛弧东端扭曲加剧，菲律宾群岛和菲律宾板块快速大幅北移，东南亚环形俯冲系统成型。

特提斯东侧缺口变迁不仅影响特提斯域，控制亚洲大陆拼合过程，还影响到太平洋区域。特提斯域东侧开口位置决定进入太平洋西侧的上层地幔流分布，影响地幔流对太平洋西侧俯冲带推力。特提斯域东侧陆块受地幔流推动，挤压太平洋内板块。两种作用共同决定了太平洋内板块受力和运动。地幔流对太平洋西侧俯冲带推力方向还与太平洋东侧大陆缺口位置弱相关。早期特提斯域东侧缺口在北，太平洋东侧缺口在赤道附近时，太平洋西北侧俯冲带受东南向推力。相对效果则是太平洋板块向西北俯冲。中期特提斯东北侧缺口闭合，东侧陆条底面剥蚀减薄、断裂。地幔流向东推西太平洋俯冲带；陆块受地幔流推动向东挤压太平洋板块。相对则是太平洋板块向西俯冲。后期澳洲与南极洲分离，受导流推动东北向运动，与北侧碰撞并挤压太平洋板块。太平洋板块西侧受力转向东北，夏威夷-帝王岛链出现转折。板块相对运动模型显示的太平洋西侧高速汇聚，并非是太平洋板块高速西移，而是太平洋板块西缘下折向东消减，北部欧亚大陆东侧弧后盆地、海槽、岛弧增生，南部澳洲大陆、西兰陆块快速东侵。

困扰三大项目的关键有两个：一是太平洋西侧俯冲带处软流圈地幔流运动方向。是由西向东穿越俯冲带，还是东西两侧上层地幔流各自下降回环。二、是巽他岛弧向西拖动澳洲大陆，还是澳洲大陆向东推扭岛弧。

(备注：李四光.地质力学:“庞大的澳大利尼西亚的旋卷构造,就是东亚大陆,特别是东南亚向西平错而拖动了赤道以南澳大利尼西亚地壳部分的反应。”。 常见板块运动图中东南亚、南美南端保持形状不变，太平洋西侧岛屿向西运动。致错原因：古地磁难复原变形板块。地磁纬向定位能力差，受海底扩张说影响认为太平洋板块应西移俯冲。)

3.1.3 青藏高原隆升机制

印度板块向北俯冲距离有限，不能俯冲抬升整个青藏高原。若从南挤压推覆，应南部显著高于北部，这种现象亦不存在。青藏高原存在先碰撞，迟隆升，缓隆升现象。

澳洲大陆与北侧大陆碰撞，受地幔流推动强烈挤压北侧陆块。一方面使北侧陆块间压实，青藏地幔流下游扬子克拉通两侧通道收窄。下游通道过宽，不能拦截地幔流；完全关闭则地幔流不会持续大量流经该区域。另一方面封堵澳洲大陆北侧缺口，与巽他岛弧和俯冲带一起导流，使上游向青藏导流大幅加强。从地中海来的西亚潜流塔里木南侧分支和从印度洋方向来的印度-青藏潜流汇合成青藏合流。青藏合流受塔里木克拉通、华北克拉通和扬子克拉通阻挡。被拦截的软流圈上层低密度物质上侵到地壳层，重熔改造，使之增厚。使青藏有双倍地壳厚度，没有双层地壳结构。青藏高原地壳层加厚达数十公里，高值布格重力负异常。青藏加厚的地壳层物质源于地幔流对上游大陆剥蚀和软流圈分异。物质源近的如印度大陆和阿富汗地块，远的甚至有西兰陆块。青藏高原底部受壅积抬升，壅积抬升和内侵中间层加厚叠加造成青藏高原地表抬升。此格局形成在印度碰撞之后，故先碰撞，迟隆升。软流圈中地壳物质含量稀少，故缓加厚。没有澳洲大陆和巽他岛弧北向导流，就没有印度的北移，就没有印度对欧亚大陆的挤压，更谈不上挤压出高原来。

澳洲大陆和北侧存在左旋走滑，当澳洲大陆向东滑入太平洋后，此处导流消失。青藏高原将停止隆升。

（备注：李德威指出青藏高原山是张性的。）

3.2 成矿学方面应用

成矿是某些矿物聚集过程。软流圈从深处集中热上涌、局部对流循环模式不利于矿物分异、聚集和高密度矿物抬升，阻碍了成矿学发展。下面用地幔环流说解释铜矿。

软流圈重力分异使低密度岩浆、水和气体向顶层运移。软流圈顶层物质包含软流圈自身物质和因剥蚀、俯冲携带等从岩石圈进入软流圈物质。软流圈顶层熔融程度较软流圈深层高，重力分异相对容易。软流圈顶层重力分异使矿物初步分层。软流圈中下层几乎全是固体。因下面是固体，分异到软流圈顶层底部的高密度矿物继续向下分异困难。软流圈顶层物质随软流圈相对岩石圈旋转平移。遇岩石圈底面裂隙、LAB面上凸，低密度高流动性物质上浮分离聚集成矿，如花岗质岩浆、硫磺、水等；遇岩石圈下表面向下凸起阻挡，分异矿物被拦截并累积。底部壅积使累积的矿物抬升，成为可采矿。这是软流圈分散分异、横移截取聚集和壅积抬升成矿机制。

地幔岩/玄武岩熔融体系中铜属不相容元素，部分熔融时不相容元素先熔。因分异作用LAB下含硫量高。铜是亲硫元素，在LAB下形成铜的硫化矿物。铜的硫化矿物密度较高，斑铜矿Cu₅FeS₄和黄铜矿CuFeS₂密度都超4克/立方厘米。铜矿物向软流圈顶层底部分异。分异到顶层底部的铜矿物可通过横移拦截聚集，壅积抬升。美洲西侧俯冲带和大陆经向封闭性强，强烈阻挡向东运动的软流圈，是这种成矿方式绝佳场所，铜矿储量约占全球的40%。同样顺流俯冲的爪哇海沟、马尼拉海沟、北印度洋莫克兰俯冲带都伴有铜金矿区带。太平洋西侧马里亚纳俯冲带属逆流俯冲，大量沉积岩和水进入软流圈。水等使俯冲带西侧软流圈熔融程度高，重力分异程度高。高密度的铜矿物、金等沉得深，上面有大量的低密度物质，如玄武质岩浆等。俯冲带东侧少大陆支撑，多板片窗，不能拦截聚集沉到深处的铜矿物。而且抬升时，上面大量的其他低密度物质先抬升到岛弧中。故此处原始岛弧岩浆缺乏铜的显著富集。西太平洋铜矿基本都在陆源岛西部，而非火山岛弧中。

扬子克拉通北缘中段向南，东段向北突起，拐弯和北向突起拦截向东运动的地幔流，是中国重要的铜金矿带。青藏合流在青藏高原东部壅积，高原东必多铜金。青藏高原内向北顺流俯冲的东西向缝合带应多铜金矿藏。

3.3 地磁学方面应用

地球圈层由不同物质组成，不同物质对电荷束缚能力不同。圈层差速旋转，摩擦生电。圈层界面摩擦产生的电荷向圈层内扩散，导致圈层带净电荷。带净电荷圈层随地球自转高速旋转，形成电流，产生磁场。各圈层产生的磁场叠加形成地磁场。每个圈层净电荷种类是不变的，磁场方向基本不变。圈层净电荷因摩擦缓慢分离积蓄，有时会因层间放电而进行部分中和，造成圈层磁场强度缓变与急变。不同圈层磁场相对强弱变化影响叠加磁场强度，甚至方向，产生磁极翻转。圈层面起伏使圈层内电荷分布不均，造成地磁轴和自转轴不重合。圈层之间电荷分布的相对位置关系随圈层差异旋转改变，导致地磁非偶极子磁场和磁极漂移。

圈层间电荷分离靠圈层差速旋转摩擦。圈层差速旋转靠高速自转和热对流物质升降运动维持。星球冷却固化或旋转速度过低，圈层间电荷扩散中和，星球磁场减弱甚至消失。毛小平科学网博客《地磁场可能真与自转有关》提供了一个磁场相对强度H与行星的相对质量m和自转周期T近似公式，效果较好。文中提供的金星和月球相对磁场强度和模拟强度相对比差值较大。可能和金星冷却固化缺少对流，月球潮汐锁定转速过低，圈层差速消失有关。

(备注：地球复杂而不精密，自激双盘发电机过于精巧。铁镍流流速过低，随地球旋转，不切割磁力线。)

3.4 地震学方面应用

板块和岩石弱弹性，板块破裂本身不会释放巨大能量引发强震。板块破裂导致被约束的软流圈物质突发大规模切向或径向运移，释放能量，引发地震。如同水库溃坝，释放的能量不是主要来自堤坝断裂和倒塌，而是蓄水的大规模突发运动。逆流俯冲板片折曲撕裂，壅积物质切向运移。岩石圈不同程度破裂，壅积物质向上内侵或引发火山活动，径向运移。岩圈盖板破裂时，大量聚集的低密度岩浆、水和气体快速排出，产生物理显爆。软流圈内物质突发大规模切向运移或内侵岩石圈产生物理隐爆。物理隐爆导致的地震常被草率归因为板块间挤压碰撞、逆冲。311日本地震源于软流圈推动板片下折东退。两侧板块间压力并不大。太平洋板块被动俯冲，无显著西向运动。512汶川地震用印度板块挤压解释如隔山打牛，印度板块和震区之间未现走滑错动。青藏合流遇三大克拉通阻挡，青藏高原东部强烈壅积。壅积造成岩石圈底部破裂。积蓄在下面的大量低密度物质通过破裂快速内侵。内侵造成中间层局部物质激增，类似爆炸。一方面抬升表层岩壳，形成逆断层；另一方面向两侧推挤中间层，表层岩壳被驮运平移，走滑错动。中方报震源深度14公里，美方报19公里。青藏亚东-格尔木地学断面上地壳底部普遍存在一低速层，顶深15~25km，厚度约3~6km。两个震源深度可能对应的是上地壳底部低速层的顶底面。内侵不是到一个点上，而是到两个面之间。底部物质上侵移离，地幔流上游物质切向移动补充，内侵中间层之下因此产生上下振动。汶川地震不是简单挤压仰冲或俯冲的逆冲型震。

(荐读：毛小平科学网博客《天然地震并不是因为板块碰撞造成的-因为本来就没有碰撞》)

(荐读：毛小平科学网博客《天然地震主震是隐爆还是断层错断？》) 

(荐读：虞震东.前研科学. 《汶川8.0级大地震不是由板块俯冲和板块挤压引起的》)

(网传“中国地震局应急科考队调查发现，5月12日汶川大地震造成的地表破裂带长达200公里，破裂所造成的垂直和水平两个方向的地表位移均超过4米。”)

4 结语

与唯象的地球动力学假说逆向推导不同，地幔环流说从角动量守恒原理和热对流、导流、剥蚀、壅积等自然规律出发，结合地球物质物理-化学特性，正向推导力和运动，再解释现象。地球内热能足够大；因板块和软流圈物化特性，力作用方向和作用方式高效，且大小有累积能力，足以驱动板块运动。软流圈总体东向运动可以解释李四光关注的构造经纬相关性、马宗晋关注的东西非对称性和Meyerhoff等列出的大量构造朝东定向现象。导流可以解释构造非完全经纬相关现象。是唯一能全面明确解释太平洋东西沟弧盆系差异、印度洋四周张压差异、地中海南北造山差异和大陆东西差异等的假说。地幔环流说基本满足马宗晋提出的地球动力学说三条基本要求。地幔环流说不但会成为地球动力学的主流假说，而且会影响到整个地学领域。

参考文献(References)：

李三忠, 王光增, 索艳慧, 李玺瑶, 戴黎明, 刘一鸣,周洁, 郭玲莉, 刘永江, 张国伟. 2019. 板块驱动力: 问题本源与本质. 大地构造与成矿学, 43(4): 605-643.

马宗晋，杜品仁，洪汉净. 2003a. 地球构造与动力学. 广东科技出版社: 51-51.

马宗晋. 1989. 现今地球动力学的某些问题和研究设想. 地震地质, 11(1):55-59.

马宗晋，杜品仁，洪汉净. 2003b. 地球构造与动力学. 广东科技出版社：137-141.

马宗晋，杜品仁，洪汉净. 2003c. 地球构造与动力学. 广东科技出版社：234.

魏自刚，徐文耀. 2003. 地磁场的差动旋转. 科学通报, 48(18):3.

Deng J H, Yang X Y, Zartman R E, Qi H, Zhang L, Liu H, Zhang Z f, Shakoor Mastoi A, Emil G. Berador A, Sun W D. 2020. Early Cretaceous transformation from Pacific to Neo-Tethys subduction in the SW Pacific Ocean: Constraints from Pb-Sr-Nd-Hf isotopes of the Philippine arc.Geochimica et Cosmochimica Acta, 285:21-40.

附后：李玉民老师《地幔环流2.0》读来有新的观点，故转载于此。