峨眉山地幔柱沉积构造演化及沉积响应

中、晚二叠世上扬子区发生了一次规模巨大的峨眉山地幔柱事件,该事件的火山产物为峨眉山玄武岩。峨眉山地幔柱事件的沉积与构造演化、火山活动过程中的沉积特征及沉积响应等研究表明,峨眉山地幔柱经历了岩浆深部活动、火山穹窿形成、火山喷发及地壳下沉等多个阶段。地幔柱除造成火山喷发外,还引发了很多与之相关的重要事件,如火山穹窿形成、地震、海啸及热液活动等,造成的沉积响应有沉积物同生滑动、热液沉积及风暴沉积等。其中,茅口组疙瘩状团块灰岩及其相关特征是沉积物同生滑动的结果,茅口组-长兴组中的燧石是岩浆分异的热液沉积,茅口组地层中的泥质及其中粗碎屑为风暴沉积。茅口组及吴家坪组杂乱沉积与地震活动有关,或许可以称之为“震积岩”。     

峨眉山地幔柱上升的沉积响应及其地质意义

研究表明西南地区峨眉山玄武岩下伏茅口组的部分缺失是峨眉山地幔柱的快速上升及其所形成的地壳穹状隆起造成的。对该地区中、晚二叠世沉积记录的研究也支持上述结论。通过野外实地地质考察和室内综合研究发现,西南地区峨眉山玄武岩之下零星发育一套碎屑岩系,其主要分布在穹状隆起的边缘。在隆起西缘盐源平川一带,为一岩性以砾岩、砂岩为主的低位水下扇;在隆起的东北缘普格、巧家、武定一带,峨眉山玄武岩之下发育一层砾石,主要为茅口组灰岩的灰岩质砾岩;昆明西山地区的灰岩质砾岩中灰岩砾石的磨圆较好,可能代表古河谷沉积。在茅口组顶部古剥蚀面上还零星可见一层厚几米至十几米残积相碎屑岩或底砾岩。上述碎屑岩系的厘定及对其空间分布和沉积环境的研究表明,上扬子西缘峨眉山玄武岩喷发前地壳发生快速穹状抬升,碎屑岩是峨眉山地幔柱上升造成的沉积响应;地幔柱的上升还造成上扬子中、晚二叠世区域岩相古地理的突变和隆起区古喀斯特的形成。这些为峨眉山大火成岩省地幔柱形成机制提供了进一步佐证,同时深化了对晚古生代上扬子西缘构造的认识。     

峨眉地幔柱的动力学特征

峨眉地幔柱起源于赤道附近,头部直径约８００ｋｍ。它的动力学特征主要反映在四大地质事件上：１．基性岩浆活动,地幔柱头部减压熔融引起大规模玄武岩浆喷发和大量基性－超基性岩体侵入。峨眉山玄武岩分布面积约５０万ｋｍ２,主喷发期在早、晚二叠世之间,活动时限海西晚期－印支期;２．酸性岩浆活动,地幔柱对深部地壳的热改造引起大规模酸性岩浆喷发并形成３００ｋｍ长的花岗岩带,酸性火山喷发产物除流纹岩外,酸性火山灰沉积遍及整个华南地区;３．古地热场与改造成矿作用,在地幔柱作用下,上扬子及其外围地区曾经存在一个古地热场,地热异常从海西晚期持续到燕山期,长时期的地热异常驱动热水循环,引起大规模改造成矿作用,形成分布广泛的层控金属矿床;４．地壳升降与裂陷,华南海西－印支期的地壳运动与地幔柱有密切关系,当它到达岩石圈底部之后,上覆岩石圈受热软化,伸展变薄,地壳沉降引起栖霞期海平面大幅度上升以及茅口期的强烈拉张与裂陷,地幔柱活动对大气圈、水圈、生物圈都有重要影响,它可能造成大规模生物绝灭。     

地幔柱构造的沉积及环境响应——以峨眉地幔柱为例

通过对上扬子板块西北部中二叠统地层、岩性、古生物及地球化学特征,并结合前人研究资料分析认为,受峨眉地幔柱活动而形成的穹窿状地壳隆升影响,四川盆地中二叠世地貌特征表现为西南部较高,向东及东北方向平缓降低,其中不发育陡斜坡及斜坡转折带。该古地貌特征与区域海平面升降共同控制和影响了研究区古地理格局及演化,形成了受峨眉地幔柱活动控制的缓坡型碳酸盐岩台地。中二叠世岩性、古生物及地球化学特征对峨眉地幔柱活动均有相应的响应,根据穹窿状水下隆起不同部位沉积的岩性、古生物组合、沉积构造以及地球化学特征,四川盆地中二叠世总体表现为西南部环境开阔,水体动荡,发育开阔台地亚相,向东及北东方向逐渐过渡为浅缓坡亚相和深缓坡亚相发育区。开阔台地及浅缓坡环境中生物最为丰富,古串珠虫(Palaeotextularia)组合和翁格达藻(Ungdarella)组合分布于开阔台地,而浅缓坡环境的代表主要为米齐藻(Mizzia)-假蠕孔藻(Pseudovermoporella)组合、球旋虫(Glomospira)-始毛盘虫(Eolasiodiscus)组合及节房虫(Nodosarinae)组合等,向东及东北方向生物逐渐减少,至深缓坡环境,仅在其上部有少量分布。微量元素的丰度变化也反映了古环境特征,从开阔台地至深缓坡,沉积环境逐渐从氧化向还原环境变化,Ba、Sr、V、Cu等微量元素的平均丰度值逐渐增大。     

峨眉地幔柱动力学数值模拟的初步研究

在地幔柱的研究中,计算机数值模拟是一种常用的重要方法.地幔柱动力学定量模型主要由质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程组成,经计算模拟最终得到了温度场时空变化曲线.模拟结果表明:①峨眉地幔柱上升到地壳大约需要100×106 a,而后在短期内喷发;②地幔柱演化过程中上升阶段和壳幔相互作用阶段所消耗的时间最长;③证明了地幔柱的脉动性,地幔柱的物质和能量是以脉动的形式向上传输的,同时也提供了板块运移的动力;④物质的粘度对于地幔柱的形成和发展起着重要作用;⑤地幔柱对地壳的重熔作用持续时间很长,这为大规模矿床的形成提供了时间条件.     

峨眉山地幔柱构造与贵州铀成矿关系初探

贵州省中晚二叠世玄武岩位于峨眉山地幔热柱构造东部边缘,属于高镁、高钛玄武岩。省内中西部热液铀成矿,黔中、黔北中二叠系茅口组中上部分布的铀矿点、矿化点、白马洞铀矿床与之有关。深部地幔流体提供热动力条件及部分铀源。     

地幔柱构造与地幔动力学--兼论其在中国大陆地质历史中的表现

地幔柱构造是基于全地慢对流模式、主要依据热点火山活动提出的新的全球构造理论。它的主要表现形式和产物是地幔柱头上部地壳抬升、岩浆活动形成大火成岩省、大型放射状岩墙群，并导致大陆裂解、板块运动和大规模成矿，是生物灭绝、磁极倒转的诱因。中国大陆的地质演化历史中保存了多期地幔柱活动印记，它们主要是华南新元古代Rodinia地幔柱、古生代古特提斯和峨眉山地幔柱和中一新生代中国东部地慢柱构造事件。上述地幔柱活动产生了地壳抬升、强烈岩浆活动、大陆伸展与裂解、岩石圈剧烈减薄和大规模成矿等重要地质事件。     

贵州矿产与峨眉地幔柱演化阶段的成因联系探讨

贵州境内与峨眉地幔柱不同演化阶段有关的矿产初步分为三类,一类是在峨眉地幔柱演化的壳幔相互作用阶段,因地壳隆升于遵义断拱内形成的石炭纪沉积型铝土矿;第二类是在峨眉地幔柱演化的喷发—消退阶段,与玄武岩有直接成因关系的热水沉积型锰、铁锰、含锰菱铁矿,玄武岩铜矿及火山—沉积型硫铁矿等;第三类可能主要于峨眉地幔柱喷发—消退阶段,因壳幔相互作用,地幔热流上升诱发地壳的重熔以及各种地质响应而形成的中-低温热液矿床,还有一些是在喷发-消退阶段后期,与残留在地壳底部的固化地幔柱活化有关的中-低温热液矿床。     

峨眉火成岩省岩浆矿床成矿作用与地幔柱动力学过程的耦合关系

峨眉火成岩省位于扬子地块西部,为中二叠世末地幔柱活动产物。迄今为止,峨眉火成岩省已发现超大型V-Ti磁铁矿矿床4处,大中型岩浆硫化物型Ni-Cu-(PGE)矿床近10处。这些矿床的含矿镁铁-超镁铁岩体为260Ma±,与峨眉山玄武岩为同一地幔柱的产物。系统归纳和分析上述两类含矿镁铁-超镁铁岩体在空间分布、岩体规模、岩石组合和造岩矿物组成等方面存在明显的差异:可以分为内带和外带,内带以巨厚的峨眉山玄武岩、大型层状岩体和众多小型镁铁-超镁铁岩体、低Ti玄武岩、碱性岩体和丰富的成矿作用为标志。外带则玄武岩厚度降低,以高-Ti玄武岩为主,很少有侵入岩体。在对这两类岩浆矿床的分布及其与低Ti和高Ti玄武岩地质和地球化学联系的归纳和分析基础上,结合对杨柳坪Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床成矿过程与峨眉山玄武岩岩浆起源和演化相互关系的研究结果,认为峨眉山火成岩省这些不同类型的矿床是地幔柱动力学过程不同阶段的产物。V-Ti磁铁矿矿床的形成于高Ti玄武岩浆有关,主要受控于岩浆的分离结晶作用;而Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床成矿主要取决于3个因素:高程度的部分熔融,下地壳同化混染和分离结晶。Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床是地幔柱活动早期阶段的产物,而V-Ti磁铁矿矿床则形成则晚于岩浆硫化物矿床。     

地幔柱成矿系统:以峨眉山地幔柱为例

地幔柱沟通了地核、地幔、地壳各个圈层之间的物质与能量交换,提供了板内构造岩浆活动及成矿作用的一种重要的动力学机制。峨眉山地幔柱是晚古生代全球最显著的地幔柱活动之一,形成了多种有重大资源经济价值的矿床类型。以峨眉山地幔柱为例,对几种典型矿床类型的产出特征及成因进行了系统分析,阐述了地幔柱成矿系统中各种成矿作用与地幔柱构造岩浆活动的关系及成矿机理。(1)通过对部分典型岩浆硫化物矿床的地质地球化学特征和矿化特征分析,揭示了峨眉山大火成岩省不同矿化特征的岩浆硫化物矿床形成于统一的地幔柱岩浆活动体系,并与峨眉山玄武岩为同源演化关系,岩浆演化过程及硫化物熔离富集过程存在的差异造成了矿化类型的变异。(2)对攀西地区4个超大型钒钛磁铁矿矿床进行了详尽的地质地球化学分析,论述了成矿岩浆的性质、与峨眉山玄武岩的关系及成岩演化过程和成矿模式,表明成矿母岩浆来自于地幔柱,但经历了较大程度的地壳混染作用,提出岩浆的多次补给混合及结晶锋面上发生的双扩散造成的液态分层导致了韵律条带矿石的形成。(3)阐述了滇黔相邻地区玄武岩型自然铜和黑铜矿铜矿化现象,指出玄武岩岩浆气液阶段的自变质作用和玄武岩构造变质热液蚀变改造作用两种方式造成铜矿化富集,岩浆气液阶段的自变质作     

滇东地区峨眉山地幔柱活动的沉积响应

对滇东地区峨眉山玄武岩下伏茅口组灰岩进行地层对比表明,地幔柱上涌导致的隆升开始于茅口期,表现为茅口组同沉积过程中断层差异升降形成的水下隆升;而现今看到的茅口组的地层减薄正是水下隆升形成的沉积地层厚度差异和沉积后地表隆升剥蚀的共同结果,但沉积后隆升的规模远远小于前人估算的千米级别。会东大桥-普格-布拖一带发育的砾岩表明峨眉山玄武岩喷发的多期次性和砾岩的水下泥石流成因,根据其分布范围划定了第一期岩浆喷发之后滇东地区的抬升剥蚀以西昌-巧家断裂和普雄-普渡河断裂为东界。根据上述地质证据,总结了滇东地区二叠纪的构造-沉积演化模型。     

Geothermal constraints on Emeishan mantle plume magmatism: paleotemperature reconstruction of the Sichuan Basin,SW China

International Journal of Earth Sciences - The Middle–Late Permian Emeishan Large Igneous Province (ELIP) in southwestern China represents a classic example of a mantle plume origin. To...     

川西北中二叠统栖霞组沉积特征及古地貌响应

川西北中二叠统栖霞组发育厚层白云岩储层,成为近年来四川盆地油气勘探开发的重点领域,但栖霞组有利相带分布和储层发育的主控因素并不明朗,制约了该地区油气勘探进展。根据野外露头、岩心、薄片、测井和地震资料,结合区域地质演化,对川西北栖霞组沉积特征、沉积格局以及古地貌进行研究发现:川西北栖霞组主要为碳酸盐岩台地沉积,自西北向东南方向依次发育盆地—斜坡相、台地边缘相和开阔台地相,并发育台缘滩或台内滩等若干亚相类型。其中栖一期沉积水体较深,为弱镶边碳酸盐岩台地形成期,台缘滩厚度薄,展布范围有限;栖二期为栖霞组主要成滩期,滩体厚度大,展布范围广,具典型镶边碳酸盐岩台地特征。栖霞组白云岩主要为台地边缘高能滩相沉积背景,栖霞组沉积期,研究区具西北高、东南低,西南高、东北低的古地貌格局,其不仅控制着台地边缘高能滩相的沉积分布,并进一步为该区白云岩储层发育奠定了基础,白云岩具有西北向东南、西南向东北逐渐减薄的特点。结合沉积演化和古地貌分析结果,认为古地貌为栖霞组白云岩发育的主要控制因素,西北及西南方向等古地貌高地为研究区栖霞组白云岩储层发育的有利沉积相带。     

川南早三叠世砂页岩型铜矿床沉积环境、成矿模式及对峨眉山地幔柱成矿系统的补充

峨眉山地幔柱一直以来是国内外学者的研究热点之一,近年来对峨眉山地幔柱的成矿效应的关注度持续升高,但对提供成矿物源的矿床类型研究较少,特别是对砂页岩型铜矿的研究极少,砂页岩型铜矿稳定分布在沐川西部及西南部的飞仙关组底部,以往开展了大量的勘查工作,取得了较好的找矿成果,但其成矿物质来源还有较大争议。为厘清沐川地区飞仙关组底部砂页岩型铜矿床的富集规律、沉积环境和成因机制,本研究开展了野外实地调查、矿物学、岩相古地理与岩石地球化学等系统性研究,探讨其物源、富集规律、沉积环境,建立了成矿模式。研究结果表明,沐川地区砂页岩型铜矿体产出于早三叠世飞仙关组底部的一套灰绿色细碎屑岩中,主要矿石类型有粉砂质条带黏土岩型铜矿、泥质条带粉砂岩型铜矿、粉砂岩型铜矿和细砂岩型铜矿,矿石矿物以黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿为主;沐川地区飞仙关组底部的沉积相属于有障壁型海岸相潮坪亚相,可识别出潮上泥坪微相、潮间混合坪微相、潮下砂坪微相和潮渠微相4种微相,Cu元素主要富集于粉砂质条带黏土岩和泥质条带粉砂岩等水动力条件较弱的潮间混合坪微相中,铜的富集严格受岩相古地理及沉积相的控制; Cu元素主要来源于峨眉山高钛玄武岩,西部的康滇古陆是主要的物源区;沐川地区飞仙关组底部砂页岩型铜矿属同生沉积型矿床,其成矿模式可分为峨眉山玄武岩喷溢（矿源层形成）阶段、风化剥蚀搬运阶段、沉积富集阶段和成岩保存阶段。上述成果,对西南地区进一步实现战略性矿产找矿突破和补充完善峨眉山地幔柱成矿系统具有重要意义。     

四川盆地中二叠统栖霞组层序——岩相古地理

随着对四川盆地碳酸盐岩储集层的重视和大力勘探,中二叠统栖霞组发育的滩相储集层成为盆地内寻找新气源的有利层位之一。文中根据岩心观察、野外剖面实测和室内镜下岩石薄片鉴定分析,并结合各种沉积相标志研究,确定研究区栖霞组主要发育浅水型碳酸盐岩台地沉积,其可进一步划分为碳酸盐岩台地相及若干亚相和微相。以Vail的层序地层学理论为指导,通过以岩性—岩相转换界面为主的层序界面识别,确定栖霞组发育2个Ⅱ型三级层序,每个层序划分出TST和HST两个沉积体系域。在沉积相和层序地层学分析的基础上,以层序格架内体系域为编图单元,用"单因素分析多因素综合作图法"编制了各体系域的岩相古地理图并对其演化特征进行了分析。结合各相带储集物性特征,认为台缘滩和台内滩为最有利储集相带,尤以SQ2-HST滩相颗粒灰岩经过白云岩化改造后更具储集意义。     

栖霞组和茅口组等厚图:对峨眉山地幔柱成因模式的指示意义

对峨眉山大火成岩省(ELIP)及周边地区的栖霞组和茅口组地层进行厚度统计,并利用Surfer软件分别绘制等厚图.栖霞组和茅口组等厚图表明,峨眉山地幔柱导致的隆升可能在栖霞期已开始.茅口组顶部普遍存在平行不整合界面,说明广大区域内的茅口组地层均曾抬升为陆并遭受剥蚀,与CampbeU和Griffiths提出的经典地幔柱模型相吻合.永仁-大姚-楚雄-石屏以及宜良-曲靖一带存在二叠系地层缺失区域,可能是地壳隆升幅度最大地区.利用实验模型推导出ELIP的最大隆升幅度为1500m,与前人利用沉积学推算的结果基本一致.茅口组差异剥蚀指示的地幔柱中心地区与放射状基性岩墙群收敛中心吻合.隆起幅度最大的中心区域存在海相玄武岩喷发现象则可能是隆升之后快速沉降造成的,并不能作为否定曾经发生隆起的证据.     

四川盆地中二叠统栖霞组、茅口组岩相古地理及勘探方向

通过地层剥蚀关系分析,四川盆地中二叠统沉积前的古构造格局具有"三隆一洼"的特点。基于野外剖面、岩心和薄片观察,结合录井、测井相和地震相分析,明确了栖霞组和茅口组发育镶边碳酸盐岩台地沉积,包含一级台缘带、二级台缘带、开阔台地和台盆等4种亚相以及一级台缘滩、二级台缘滩、台内滩和硅质台盆等微相。栖霞组、茅口组岩相古地理受控于沉积前古构造:一级台缘带分布于古隆起与斜坡—盆地过渡地带;开阔台地分布于古隆起区和低隆起区;台盆分布于低洼区;二级台缘带分布于开阔台地和台盆之间的过渡地带。类比上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组油气勘探,栖霞组、茅口组台地内部的二级台缘带可作为下一步油气勘探的有利领域。     

四川盆地西部中二叠统栖霞组晶洞充填物特征与热液活动记录

热液环境在碳酸盐岩成岩作用中十分重要,MVT铅锌矿床和热液白云岩储层都与之有关。四川盆地西部中二叠统栖霞组普遍发育厘米级大小的晶洞,其充填物主要为晶体粗大的非平直晶面鞍形白云石,这些鞍形白云石经历了广泛的溶解作用,次生方解石充填于鞍形白云石溶解空间及其晶间孔隙中。本文在碳酸盐岩岩石学特征研究的基础上,测试了晶洞充填物的碳氧同位素组成、元素构成和包裹体均一化温度,结合川西中二叠统埋藏历史和二叠纪以来的非地热增温热事件,研究了晶洞充填物中鞍形白云石的沉淀与溶解流体,以及充填于鞍形白云石溶解空间和晶间孔隙中次生方解石的沉淀流体。研究表明:在作为晶洞充填物的碳酸盐矿物中,鞍形白云石和沉淀于白云石晶间、晶内的次生方解石具有显著不同的氧同位素组成和包裹体均一化温度,前者δ18O值-5.94‰～-4.35‰,包裹体均一化温度主要为110～210℃,后者δ18O值-10.34‰～-8.75‰,包裹体均一化温度主要为70～110℃,据此反演的鞍形白云石沉淀流体的δ18O值为+4‰～+14‰(SMOW),方解石相应值为-4‰～+5‰(SMOW),显示白云石是在高盐度和高温流体中沉淀的,方解石是在相对低盐度和低温流体中沉淀的;晶洞充填物的碳同位素分析表明,鞍形白云石和沉淀于白云石晶间和晶内的次生方解石的δ13C值大致分布在0.7‰～2.6‰的范围内,显著低于同期海水的δ13C值,两种碳酸盐矿物中的碳具有同期海水和深部CO2混合碳源的特征;中二叠世末东吴运动期间峨眉山玄武岩喷发时岩浆活动的热效应导致了当时处于浅埋藏环境的栖霞组地层中鞍形白云石的沉淀,而热事件后流体温度和盐度的同时降低则使得鞍形白云石溶解,同时伴随方解石沉淀在鞍形白云石溶解后的孔隙和晶间孔隙中。