峨眉山大火成岩省和西伯利亚大火成岩省地球化学特征的比较及其成因启示

峨眉山大火成岩省和西伯利亚大火成岩省是发生于二叠 -三叠纪之交的重要岩浆事件。它们在主要元素、微量元素和Sr、Nd、Pb同位素特征上具有相似姓 ,但是峨眉山大火成岩省的不相容元素比值和同位素比值的变化范围相对要小一些。相对而言 ,峨眉山玄武岩具有高的Fe8和Sm/Yb值 ,暗示了其熔融深度较西伯利亚大火成岩省深 ,而熔融程度较低 ,两者的源区均为石榴石二辉橄榄岩。根据Nd同位素特征估算峨眉山和西伯利亚地幔柱的 Nd≈ 2 ,接近于原始地幔特征。综合其他地球化学特征 ,认为两个大火成岩省可能起源于同一个来自于核 -幔边界的超级地幔柱     

亚洲3个大火成岩省(峨眉山、西伯利亚、德干)对比研究

峨眉山(～260 Ma)、西伯利亚(～250 Ma)和德干(～66 Ma)大陆溢流玄武岩是世界上3个重要的大火成岩省.大火成岩省至少具有4个通常被用于识别古地幔柱的标志:(1)先于岩浆作用的地表隆升;(2)与大陆裂谷化和裂解事件相伴;(3)与生物灭绝事件联系密切;(4)地幔柱源玄武岩的化学特征.虽然这3个大火成岩省都是来源于原始地幔柱,但是它们的地球化学特征有本质上的差异,反映其地幔柱曾与不同的上地幔库相互作用.(1)峨眉山和西伯利亚大陆溢流玄武岩的母岩浆,在上升过程中经受了与地球化学上和古老克拉通岩石圈地幔相同的上地幔库(EM1型幔源)的相互作用;(2)而德干大火成岩省没有受到地壳(或岩石圈)混染的原生玄武岩则显示地幔柱和EM2之间的Sr-Nd同位素变化.这种差异有可能制约了3个大火成岩省的成矿潜力.峨眉山和西伯利亚大火成岩省含有世界级岩浆矿床,而德干大火成岩省则不含矿.     

巴楚辉绿岩墙的岩石成因及其对塔里木大火成岩省岩浆演化的启示

早二叠世塔里木大火成岩省主要有两期岩浆活动:以柯坪玄武岩为代表的喷出岩形成较早(~290Ma),以巴楚超基性-基性-长英质侵入体和岩墙为代表的侵入岩形成较晚(~280Ma)。本研究选取代表晚期岩浆活动的巴楚辉绿岩墙为研究对象,旨在为认识塔里木地幔柱活动及与岩石圈的相互作用提供更多信息。巴楚辉绿岩XHZ-10样品中的锆石均为继承性锆石,不能用来限定其侵位时代。然而,野外关系表明巴楚辉绿岩墙属于塔里木大火成岩省的第二期岩浆活动。巴楚辉绿岩墙经历了橄榄石、辉石和磁铁矿的分离结晶。Nd同位素比值与SiO₂和La/Nb比值的相关性以及继承性锆石年龄(2480~717Ma,主要集中在~800Ma)表明,新元古代基底的同化混染作用可以解释其ε_Nd具有较大的变化范围(-2.6~+5.1)。受混染程度最小的样品具有与洋岛玄武岩(OIB)极其相似的微量元素特征,并且具有亏损的Nd同位素组成(ε_Nd=~+5),暗示其来源于富集的对流地幔源区,与早期(~290Ma)具有岩石圈地幔源区特征的玄武岩形成鲜明对比。本文提出地幔柱侧向流动模型以解释两期岩浆的时空分布和地球化学差异:当地幔柱上升至塔里木岩石圈底部时,巨厚的岩石圈地幔(>140km)会阻碍其减压熔融;但不断积累在岩石圈底部的地幔柱物质提供足够的热,促使早期富集交代的岩石圈地幔发生部分熔融,形成~290Ma的玄武岩;地幔柱物质将向岩石圈厚度较薄的边缘地区侧向流动,发生减压熔融,形成的熔体侵位到地壳中形成超基性-基性-长英质侵入岩和辉绿岩墙,并诱发地壳的熔融形成长英质火山岩。     

峨眉山大火成岩省岩石成因与空间差异性研究——基于全区高Ti玄武岩地球化学数据分析与模拟

高Ti玄武岩成因是峨眉山大火成岩省(ELIP)研究的热点问题。由于高Ti玄武岩地球化学特征在空间上存在差异,其岩石成因尚未达成共识。本文系统收集了峨眉山大火成岩省中高Ti玄武岩地球化学数据以及锆石ID-TIMS U-Pb测年结果,并进行统一处理分析与模拟。研究结果显示,峨眉山大火成岩省形成于约259～258 Ma,高Ti玄武岩在大火成岩省全区均有出露。自西向东,岩石年龄无明显变化规律,厚度逐渐变薄。高Ti玄武岩起源于具有富集地幔特征的地幔柱源区,几乎没有遭受地壳混染,经历了低程度部分熔融作用并可能混入了少量岩石圈地幔物质,发生了以单斜辉石为主的分离结晶作用。峨眉山大火成岩省深部存在一个非对称式的地幔柱,自西向东,高Ti玄武质岩浆起源深度变浅、温度降低,熔融深度和压力随之降低,熔融程度相对增大。模拟表明,源区石榴石相和尖晶石相的熔融程度分别为0.5%～2%和5%,石榴石相熔融比例自西向东由90%减小至40%,而尖晶石相熔融比例由10%增大至60%。     

贵州水城二叠纪钠质粗面玄武岩的地球化学特征及其源区

贵州水城二叠纪玄武岩位于峨眉山大火成岩省东部。该玄武岩全岩SiO₂的含量为44.5%~50.04%,TiO₂的含量为2.38%~2.74%,MgO的含量为5.74%~7.96%, Mg^#值较低为0.40~0.49,Na₂O含量高,为4.81%~7.19%,并且Na₂O/K₂O>4,属于钠质粗面玄武岩即夏威夷岩。具有ΣREE富集的右倾型稀土元素分布模式,稀土和微量元素特征和Pb同位素特征显示洋岛玄武岩OIB的地球化学特征,(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.70482~0.70503,ε_Nd(t)和(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_<em>t变化范围较窄:1.3~1.8和17.21~17.62。与贵州威宁黑石头和织金二叠纪玄武岩比较,水城玄武岩富碱,TiO₂含量低,Na₂O、MgO和Al₂O₃含量高,造成峨眉山大火成岩省东部贵州境内三个地方玄武岩不同性质的主要原因是由于地幔源区不同,分离结晶程度和地壳混染程度的不同,水城玄武岩来源于交代富集地幔,是峨眉山地幔柱上升至石榴石稳定区发生部分熔融,地幔柱的部分熔融体和富含挥发分的大陆岩石圈地幔混合,在上升到地表过程中受到轻微的地壳混染所形成。     

峨眉山大火成岩省东区普安玄武岩系年代学、地球化学及成因研究

广泛分布于中国西南川、滇、黔三省的峨眉山玄武岩是我国最早被国际认可的大火成岩省,受到了国内外学者的广泛关注。前人对大火成岩省西区玄武岩已达成多项共识,而对东区玄武岩的岩石组合、火山活动时限、岩石成因等方面还存在诸多争议。本文以峨眉山大火成岩省东区贵州普安玄武岩系为研究对象,通过解析典型剖面,明确该区玄武岩系岩石类型从底到顶总体为第1旋回的爆发相火山角砾岩、第2旋回的溢流相玄武岩以及第3旋回的火山沉积相凝灰岩。玄武岩系顶部凝灰岩锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果限定了大火成岩省东区火山活动时间持续上限为250 Ma。主微量元素显示该区玄武岩系以高Ti碱性玄武岩为主。玄武岩稀土元素球粒陨石标准化为轻稀土元素富集的右倾曲线模式,Rb和Sr亏损、Ba和Hf富集等特征与贵州地区玄武岩、峨眉山大火成岩省西区高Ti玄武岩以及OIB地球化学特征基本一致。微量元素显示该区玄武岩源区可能为受交代的石榴石地幔橄榄岩,由深部地幔柱上升至石榴石橄榄岩稳定区部分熔融产生熔融体,和富集交代流体的大陆岩石圈地幔混合形成,岩浆上升运移过程中发生了一定程度分离结晶作用和微弱地壳混染作用。研究表明,峨眉山大火成岩省东区普安玄武岩系形成于峨眉山地幔柱边部埋深较大、低程度部分熔融以及高压的环境。     

同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展

系统总结分析了峨眉山大火成岩省的同位素地球化学研究成果。总结前人研究资料中大量峨眉山大火成岩省（ELIP）中玄武岩和侵入体的同位素年龄数据,并结合生物地层学特征,确认我国西南峨眉山大火成岩省中的各个岩石单元的形成时代为251~263 Ma,其中基性-超基性侵入岩体形成于约259 Ma,而作为峨眉山大火成岩省主体的峨眉山玄武岩系形成于251~253 Ma。Sr-Nd、Re-Os、Lu-Hf及O同位素地球化学数据表明峨眉山大火成岩省的源区为地幔柱或者大陆岩石圈地幔(SCLM),其中峨眉山玄武岩与富含Fe-Ti氧化物基性侵入体的Sr-Nd同位素特征相似,具有与OIB相似的同位素性质;而含Cu-Ni硫化物的基性-超基性岩体的同位素特征接近地壳物质,可能与地壳混染作用有关。     

峨眉山大火成岩省Cu-Ni-PGE成矿作用——几个典型矿床岩石地球化学特征的分析

峨眉山大火成岩省岩浆型Cu-Ni-PGE矿化岩体广泛分布,构成峨眉山地幔柱成矿系统中一个非常重要的成矿系列。本文剖析了峨眉山大火成岩省该类矿床的分布及部分典型矿床的地质地球化学特征和矿化特征,揭示了成矿岩体统一的地幔柱成因,阐述了Cu-Ni-PGE成矿作用与峨眉山地幔柱岩浆活动体系的关系,探讨了由于岩浆演化过程及硫化物熔离富集过程的差异所导致的矿化类型变异。指出Cu-Ni-PGE矿床成矿岩体原始岩浆为地幔柱高程度熔融的高镁玄武岩浆,成矿岩体与峨眉山低钛玄武岩同源,矿化岩体主要产于峨眉山地幔柱活动模型的内带低钛玄武岩分布区;金宝山、朱布、力马河、杨柳坪矿床分别代表峨眉山地幔柱Cu-Ni-PGE成矿作用不同成矿机制的端员类型。     

丽江玄武岩水含量：对峨眉山大火成岩省源区水含量分布特征的启示

近年来对太古宙科马提岩和显生宙大火成岩省中苦橄岩的水含量、地幔潜热、源区成分等研究表明，这些短时间内喷出巨量岩浆的地表过程都与水化的地幔柱有关。峨眉山大火成岩省位于扬子板块西部，是我国被公认的大火成岩省之一。前人从地球化学的角度将其分为西、中、东三区；并通过对西区丽江、永胜、宾川、大理苦橄岩和中区二滩玄武岩的水含量分析，发现形成峨眉山大火成岩省的地幔柱可能自喷发初期就已普遍存在强烈的水化，且该特征持续至喷发中晚期。然而前人的研究着重于苦橄岩，对作为大火成岩省主体部分的玄武岩研究甚少。本文以位于西区的仕满、大具剖面中的高Ti/Y玄武岩为研究对象，采用单斜辉石斑晶反演原始熔体水含量的方法，得到仕满、大具玄武岩原始熔体的水含量下限分别为1. 15%和0. 83%，该水含量略低于丽江苦橄岩水含量。而计算出的源区最低水含量分别为1380×10 -6和1245×10 -6，与二滩玄武岩相当。结合前人报道的数据，本次工作的结果证明了峨眉山大火成岩省的地幔柱水化现象普遍且长期存在，地幔柱内部的热化学组成是不均一的，且其热化学结构是随着时间而发生变化的。本次工作还暗示了峨眉山大火成岩省地幔柱内部的水含量可能是由轴部南端向轴部北端，由轴部向边缘呈放射状递减的，这对于进一步认识大火成岩省的形成过程有一定的启示。     

我国大火成岩省和地幔柱研究进展与展望

本文简要阐明大火成岩省和地幔柱研究的关键科学问题及研究方法,然后对新世纪以来我国中晚二叠纪峨眉山大火成岩省和早二叠纪塔里木大火成岩省的研究进展进行了回顾和总结.通过不同学科的地质观察与地幔柱理论预测的对比研究发现,峨眉山玄武岩喷发前的地壳隆升,高温原始岩浆,极短的岩浆作用持续时间以及不同类型岩浆的空间分布特征等均支持地幔柱模型。为了解释塔里木大火成岩省的岩浆演化,提出了一个两阶段的动力学模型。最后对大火成岩省和地幔柱领域研究进行了展望。     

瓜德鲁普末期生物灭绝是由峨眉山大火成岩省(LIP)引起的吗?

瓜德鲁普统末期生物灭绝是发生在二叠末期生物灭绝之前的一次独立的生物灭绝事件。该次生物灭绝事件对当时海洋底栖生物危害的严重性曾被认为可与五大生物灭绝事件对生物的影响程度相提并论。近年来,随着地层年龄数据的逐渐增多,地层的年代归属逐渐明朗,瓜德鲁普末期生物灭绝的严重性受到越来越多的质疑。同时,曾被认为是该次生物灭绝的主要原因--峨眉山大火成岩省(LIP)也受到质疑。峨眉山LIP是否仍是该次生物灭绝的主要原因？为了阐明上述问题,文章综述了瓜德鲁普末期生物灭绝、峨眉山LIP的喷发、卡匹敦阶碳、锶同位素变化以及引起该次生物灭绝的主要原因。结合研究数据认为:①瓜德鲁普末期生物灭绝事件对浅海底栖生物的影响不是特别严重,生物多样性减少幅度比五大生物灭绝事件要小;②瓜德鲁普统-乐平统(G-L)界线附近碳同位素负偏受成岩作用和相变的影响较大,卡匹敦阶碳同位素比值的变化存在两次负偏,第一次发生在卡匹敦中期(幅度约为1.0‰至1.5‰),第二次发生在G-L界线(幅度约为1.4‰至2‰);③该次生物灭绝的主要原因很可能不是峨眉山大火成岩省,而可能是大规模海退和海洋缺氧。     

四川盆地Guadalupian统碳酸盐岩稀土元素和碳-锶同位素特征及地质意义

Guadalupian(瓜德鲁普世)晚期是地球演化史中的重要转折期,海退事件、大规模火山作用引起的生物多样性危机,是全球地质灾变的重要组成部分,在扬子克拉通Guadalupian统碳酸盐岩地层中留下了清晰的时空印迹。本文以四川盆地坡渡剖面茅口组顶部的碳酸盐岩地层为研究对象,通过系统的碳、锶同位素、稀土元素测试分析以及生物地层研究,揭示了Guadalupian时期海退事件、峨眉山玄武岩喷发事件的发生与演化过程,并进一步分析了其与生物危机的耦合关系。研究发现,海退事件始于Jinogondolella postserrata带,海平面降低导致陆源物质供给量增加,引起~(87)Sr/~(86)Sr升高、δ~(13)Ccarb负偏、稀土总量上升以及Y/Ho比值降低;峨眉山玄武岩喷发开始于J. altudaensis带,火山作用过程中释放的富~(12)C的CO_2冲击了碳循环系统,大量幔源物质输入到海洋,引起了海水碳酸盐~(87)Sr/~(86)Sr、δ~(13)Ccarb同步负偏移,以及稀土总量与配分模式的急剧改变。Guadalupian时期频繁的水体深度变化,是对峨眉山地幔柱活动的响应。频繁的海退事件造成浅水生物栖息地的不断锐减,持续的火山作用导致大量CO_2、SO2、Cl2等有毒气体的释放,触发了生物多样性危机由浅水逐步扩大到深海。     

Emeishan large igneous province, SW China

In recent years, there have been major advances in our understanding of the Emeishan large igneous province (LIP) of SW China following publication of a number of LIP-focused investigations of the terrain and associated rocks. This paper reviews the current state of knowledge. The volcanic and upper-intrusive portion of the province is relatively small (0.3×10⁶ km³), even when offset fragments, eroded sections and buried portions are included in the volume calculation. The most reliable radiometric age dates (zircon U–Pb SHRIMP from an associated layered intrusive body several kilometers in area) indicate generation at 259 Ma, consistent with the end-Guadalupian (end Middle Permian) stratigraphic age. In addition, several Ar–Ar dating studies have been carried out, mainly on the volcanic rocks, with a number of reported dates 253–251 Ma (Late Permian), but a consensus is emerging that these ages are problematic because they are in conflict with the stratigraphic data (possibly due to a monitor standard miscalibration). The Ar–Ar investigations have also yielded a large number of secondary ages, which are clustered at 175, 142, 98 and 42 Ma, and these are inferred to record sub-regional tectonic events that affected the western Yangtze Block as East Asia was assembled and later deformed by India’s collision–indentation into Asia. Magnetostratigraphic data and field observations suggest that the bulk of the volcanic sequence formed within 1–2 my. The geochemistry of the volcanic rocks and bio-lithostratigraphic studies of the underlying Maokou Formation suggests a mantle plume generated the province. The basalts can be classified into low and high Ti groups with different parental magmas. The low Ti basalts are confined to the western part of the province and are overlain by the high Ti basalts. The low Ti magmas formed at shallow mantle depths in the spinel–garnet field transition zone (60–80 km), whereas the high Ti magmas formed by low degrees of partial melting within the deeper garnet stability field. This observation suggests a deepening of the melting column as the lithosphere thickened due to under-plating and a transition from peak basalt generation to the waning stage. Outstanding issues, which might focus future studies, are also outlined.     

Interaction of magma with sedimentary wall rock and magnetite ore genesis in the Panzhihua mafic intrusion,SW China

In southwestern China, several large magmatic Fe–Ti–V oxide ore deposits are hosted by gabbroic intrusions associated with the Emeishan flood basalts. The Panzhihua gabbroic intrusion, a little deformed sill that contains a large titanomagnetite deposit at its base, concordantly intrudes late-Proterozoic dolostones. Mineralogical and chemical studies of the contact aureole in the footwall dolostones demonstrate that the metamorphism was largely isochemical but released large quantities of CO₂ as the rocks were converted to marble and skarns during intrusion of the gabbroic magma. Petrological modelling of the crystallization of the intrusion, using H₂O-poor Emeishan basalt as parent magma, shows that under normal conditions, Fe–Ti oxides crystallize at a late stage, after the crystallization of abundant olivine, clinopyroxene and plagioclase. In order for titanomagnetite to separate efficiently to form the ore deposit, this mineral must have crystallized earlier and close to the liquidus. We propose that CO₂-rich fluids released during decarbonatization of sedimentary floor rocks passed up through the magma. Redox equilibria calculations show that when magma with the composition of Emeishan basalt is fluxed by a CO₂-rich gas phase, its equilibrium oxygen fugacity (fO₂) increases from the fayalite–magnetite–quartz buffer (FMQ) to FMQ + 1.5. From experimental constraints on magnetite saturation in basaltic magma under controlled fO₂, such an oxidizing event would allow magnetite to crystallize near to the liquidus, leading to the formation of the deposit.     

Magmatic systems of large continental igneous provinces

Large igneous provinces (LIPs) formed by mantle superplume events have irreversibly changed their composition in the geological evolution of the Earth from high-Mg melts (during Archean and early Paleoproterozoic) to Phanerozoic-type geochemically enriched Fe-Ti basalts and picrites at 2.3 Ga. We propose that this upheaval could be related to the change in the source and nature of the mantle superplumes of different generations. The first generation plumes were derived from the depleted mantle, whereas the second generation (thermochemical) originated from the core-mantle boundary (CMB). This study mainly focuses on the second (Phanerozoic) type of LIPs, as exemplified by the mid-Paleoproterozoic Jatulian–Ludicovian LIP in the Fennoscandian Shield, the Permian–Triassic Siberian LIP, and the late Cenozoic flood basalts of Syria. The latter LIP contains mantle xenoliths represented by green and black series. These xenoliths are fragments of cooled upper margins of the mantle plume heads, above zones of adiabatic melting, and provide information about composition of the plume material and processes in the plume head. Based on the previous studies on the composition of the mantle xenoliths in within-plate basalts around the world, it is inferred that the heads of the mantle (thermochemical) plumes are made up of moderately depleted spinel peridotites (mainly lherzolites) and geochemically-enriched intergranular fluid/melt. Further, it is presumed that the plume heads intrude the mafic lower crust and reach up to the bottom of the upper crust at depths ～20 km. The generation of two major types of mantle-derived magmas (alkali and tholeiitic basalts) was previously attributed to the processes related to different PT-parameters in the adiabatic melting zone whereas this study relates to the fluid regime in the plume heads. It is also suggested that a newly-formed melt can occur on different sides of a critical plane of silica undersaturation and can acquire either alkalic or tholeiitic composition depending on the concentration and composition of the fluids. The presence of melt-pockets in the peridotite matrix indicates fluid migration to the rocks of cooled upper margin of the plume head from the lower portion. This process causes secondary melting in this zone and the generation of melts of the black series and differentiated trachytic magmas.     

塔里木和中亚造山带西段二叠纪大火成岩省的两类地幔源区

对塔里木和中亚造山带西段二叠纪玄武质岩石地质、年龄、元素地球化学、同位素组成的系统总结表明,二叠纪火成岩在分布面积、岩石类型(以玄武岩占绝对优势)、活动时间(以275Ma左右为峰期)等方面均与世界典型的大火成岩省一致,将其命名为巴楚大火成岩省(Bachu LIP)。元素和同位素地球化学特征表明,塔里木玄武岩来自长期富集的岩石圈地幔,来源深度为60～80km。塔里木基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩的原始岩浆可能来自软流圈地幔(OIB)部分熔融。中亚造山带西段的玄武岩、基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩主要来自被俯冲带熔体交代的强烈亏损的岩石圈地幔,其中部分地区可能有软流圈物质的加入,如东天山和阿勒泰南缘高Ti系列的玄武质岩石。根据元素和同位素地球化学资料,将巴楚大火成岩省分为2个地幔省(mantledomain),即塔里木省和中亚省。这2个不同地幔省的成矿系列也有显著的差异,塔里木省为钒-钛磁铁矿矿床,而中亚则以铜-镍-(铂族金属)硫化物矿床为主,成矿作用的差异和岩浆地幔源区的差异是完全对应的。综合地质、地球化学和成矿作用,认为巴楚大火成岩省的形成和二叠纪地幔柱密切相关。     

Upstairs-downstairs: supercontinents and large igneous provinces,are they related?

There is a correlation of global large igneous province (LIP) events with zircon age peaks at 2700, 2500, 2100, 1900, 1750, 1100, and 600 and also probably at 3450, 3000, 2000, and 300 Ma. Power spectral analyses of LIP event distributions suggest important periodicities at 250, 150, 100, 50, and 25 million years with weaker periodicities at 70–80, 45, and 18–20 Ma. The 25 million year periodicity is important only in the last 300 million years. Some LIP events are associated with granite-forming (zircon-producing) events and others are not, and LIP events at 1900 and 600 Ma correlate with peaks in craton collision frequency. LIP age peaks are associated with supercontinent rifting or breakup, but not dispersal, at 2450–2400, 2200, 1380, 1280, 800–750, and ≤200 Ma, and with supercontinent assembly at 1750 and 600 Ma. LIP peaks at 2700 and 2500 Ma and the valley between these peaks span the time of Neoarchaean supercraton assemblies. These observations are consistent with plume generation in the deep mantle operating independently of the supercontinent cycle and being controlled by lower-mantle and core-mantle boundary thermochemical dynamics. Two processes whereby plumes can impact continental assembly and breakup are (1) plumes may rise beneath supercontinents and initiate supercontinent breakup, and (2) plume ascent may increase the frequency of craton collisions and the rate of crustal growth by accelerating subduction.     

塔里木和中亚造山带西段二叠纪大火成岩省的两类地幔源区

对塔里木和中亚造山带西段二叠纪玄武质岩石地质、年龄、元素地球化学、同位素组成的系统总结表明,二叠纪火成岩在分布面积、岩石类型(以玄武岩占绝对优势)、活动时间(以275Ma左右为峰期)等方面均与世界典型的大火成岩省一致,将其命名为巴楚大火成岩省(Bachu LIP)。元素和同位素地球化学特征表明,塔里木玄武岩来自长期富集的岩石圈地幔,来源深度为60~80km。塔里木基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩的原始岩浆可能来自软流圈地幔(OIB)部分熔融。中亚造山带西段的玄武岩、基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩主要来自被俯冲带熔体交代的强烈亏损的岩石圈地幔,其中部分地区可能有软流圈物质的加入,如东天山和阿勒泰南缘高Ti系列的玄武质岩石。根据元素和同位素地球化学资料,将巴楚大火成岩省分为2个地幔省(mantle domain),即塔里木省和中亚省。这2个不同地幔省的成矿系列也有显著的差异,塔里木省为钒-钛磁铁矿矿床,而中亚则以铜-镍-(铂族金属)硫化物矿床为主,成矿作用的差异和岩浆地幔源区的差异是完全对应的。综合地质、地球化学和成矿作用,认为巴楚大火成岩省的形成和二叠纪地幔柱密切相关。     

塔里木溢流玄武岩的喷发特征

通过对柯坪地区二叠系野外火山岩露头剖面和英买力、哈拉哈塘井区二叠系火山岩钻井剖面的对比,将塔里木早二叠世溢流玄武岩划分为三个旋回,从老到新依次是:库普库兹满溢流玄武岩旋回(KP),长英质火山碎屑岩旋回(FP)和开派兹雷克溢流玄武岩旋回(KZ)。KP旋回以巨厚溢流玄武岩夹凝灰岩为特征,在柯坪露头区和英买力井区均可划分出三层巨厚玄武质熔岩流,至哈拉哈塘井区减少为一层玄武岩流,但长英质火山碎屑岩和熔岩厚度增加。FP旋回在柯坪露头区自下而上包括空落相凝灰岩,熔结凝灰岩,再沉积火山碎屑岩和正常碎屑岩夹火山灰层,该层可与英买力及哈拉哈塘井区的凝灰岩层对比,表明在塔北存在一期面积广泛的长英质火山喷发。KZ旋回以溢流玄武岩为主,在开派兹雷克剖面识别出四期喷发共8层溢流玄武岩和一期安山质玄武岩,每期喷发之间夹少量碎屑岩,但未见长英质火山碎屑岩夹层,该特征与英买力和哈拉哈塘井区的火山层序组合不同,而与塔中溢流玄武岩类似。三个火山旋回的划分表明塔里木大火成岩省经历了"基性溢流玄武岩-酸性火山碎屑岩-基性溢流玄武岩"的演变过程,与Afro-Arabian溢流玄武岩省相似,可进行对比研究。     

岩浆底侵的热-流变学效应及对峨眉山大火成岩省的启示

岩浆底侵在大陆地壳的形成和演化过程中起着非常重要的作用。本文基于二维热传导方程模拟不同规模的地壳底侵产生的热-流变学效应,以及幔源岩浆温度和含水量对底侵厚度的影响;并以现有的岩石地球化学分析、深部地球物理探测结果为约束,模拟了峨眉山大火成岩省内带幔源岩浆底侵对应的地表热流随时间演化,探讨了形成幔源岩浆底侵的潜温和初始熔融的深度制约。结果显示:1)幔源岩浆底侵引起的热扰动的耗散时间取决于岩浆底侵的初始厚度。以幔源岩浆侵入温度为1300℃,20km厚的地壳底侵为例,热扰动完全耗散需经历约150Myr;而5km厚的地壳底侵,只需经历50Myr热扰动已基本耗散殆尽。2)在初始阶段,岩浆底侵会造成岩石圈强度的显著降低;随着热耗散的进行,岩石圈强度会逐渐恢复;在热扰动耗散殆尽之后,岩石圈强度反倒比底侵前的岩石圈强度更大。这表明岩浆底侵不但可以导致地壳增厚,还会最终导致岩石圈的强化。3)温度对地壳底侵厚度的影响比含水量的影响要大得多。将我们的模型应用于峨眉山大火成岩省,结果表明内带地壳底侵的热耗散需持续上百个百万年,岩浆潜温超过1500℃,初始熔融深度超过200km。