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     

与地幔柱有关的A型花岗岩的特点——以峨眉山大火成岩省为例

通过地幔柱条件(攀西地区)和非地幔柱条件下(华南、北方造山带)A型花岗岩岩石学、地球化学特征的系统对比,厘定了与地幔柱有关的A型花岗岩的一些特点:(1)与基性-超基性岩体在时间和空间上紧密伴生;(2)具有较高的锆石饱和温度(860～960 ℃);(3)具有较高Nb/Th和Ga/Al比值;(4)通常显示正的εNd(t)值(但不超过5),其模式年龄和岩体形成年龄相差不大.这些特点与岩浆源区或母岩浆的性质以及岩浆演化条件有关,为自然界同类岩石的甄别提供了依据.     

峨眉火成岩省地幔热柱稀土元素标志

本文首先讨论了峨眉火成岩省地幔热柱不同部位及地幔基质的REE特征,根据REE丰度结构估算了地幔基质的REE丰度;然后由苦橄岩类和橄榄岩类REE特和区别,估算了地幔热柱尾柱的REE丰度;最后根据成分接近原生岩浆的玄武岩的REE丰度变化下限,估算了地幔热柱头冠的REE丰度。本文同时讨论了地幔热柱在地幔基质中的可能间关系,以及确定其空间位置的依据。     

峨眉大火成岩省钒钛磁铁矿成矿机制

<正>峨眉大火成岩省内带是世界上规模最大的钒钛磁铁矿矿床的矿集区。通过对峨眉大火成岩省内带最重要的钒钛磁铁矿含矿岩体:攀枝花、红格、白马和太和的系统对比和研究,发现这些岩体的岩相组合和矿化部位和特征存在差异,尽管它们成矿的关键控制因素具有相似性:(1)高钛苦橄质岩浆在深部岩浆房经硅酸盐矿物分离结晶形成富铁钛的镁铁质岩浆;(2)富铁钛的镁铁质岩浆进入浅部岩浆房中,铁钛氧化物较早结     

峨眉火成岩省成矿效应初探

峨眉地幔柱活动是扬子地台西南缘最大的一次构造岩浆热事件,峨眉火成岩省也是一个大的成矿省,对该区的成矿起着非常重要的控制作用,除形成著名的Fe-Ti-V(PGE)等亲地幔元素的岩浆-热液矿床外,更重要的是引起了强烈的壳幔相互作用,造成大区域尺度的异常高热流场,对地壳成矿流体的形成、循环、演化起了重要的促进作用,形成遍布扬子地台西南缘及邻区的Au,Ag,Pb,Zn,Hg,Te,Sb,Se等热液一热液改造型矿床。不同岩相有不同的成矿专属性,由于不同的构造背景对不同岩区玄武岩的形成演化和地质地球化学特征及其成矿作用的影响．成矿总体显示出明显的分带性。     

天山石炭纪大火成岩省与地幔柱

中国西北部(中亚地区)天山造山带中分布的石炭纪碰撞后裂谷火山岩系构成了一个分布范围约150×104km2的大火成岩省.该火山岩系主要由玄武质熔岩组成,其次还包含有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩.玄武岩所形成的化学和同位素阵列表明,它们是由来源于2个不同源区的组分混合产生的.一种组分来源于岩石圈地幔,另一种组分来源于与夏威夷(Hawaii)、冰岛(Iceland)和留尼汪岛(Reunion)等洋岛玄武岩源区相似的软流圈.显然,该大火成岩省的形成与地幔柱活动有关.     

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。     

峨眉火成岩省地幔热柱热异常初探

通过对峨眉火成岩省各种镁铁超镁铁质岩石放射性同位素（Th和U）丰度的分析,估算了峨眉火成岩省地幔、地幔热柱头冠和尾柱的热量;论证了峨眉火成岩省地幔内部热异常的存在,并具有明显的热梯度;最后对峨眉地幔热柱的热源特征、地幔热的形成和演化进行了初步探讨。     

地球历史中的大火成岩省、地幔柱与成矿在成都召开

<正>大火成岩省(Large Igneous Provinces,简称LIPs)作为地球历史中的大规模板内岩浆事件,以巨量岩浆在1~5Ma期间内的快速喷发为特征,对地球的层圈分异和动力学演化、地壳生长、环境变化和生命大灭绝、成矿元素的迁移和富集等具有重要影响,是国际地学界长期关注的热点。"地球历史中的大火成岩省、地幔柱与成矿"国     

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。     

地幔柱构造、大火成岩省及其地质效应

地幔柱是源于核幔边界或上下地幔边界的热异常物质 ,其隐含的巨大能量导致地幔的大规模熔融和大火成岩省的形成。不同时代的科马提岩和苦橄岩的地球化学性质表明地幔柱源区经历了由太古宙时的亏损源区向现代OIB型源区演化的历程 ,可能与壳幔再循环强度的不断增加有关。地幔柱活动和大火成岩事件与大陆裂解 ,全球气候变迁 ,生物灭绝事件 ,磁极倒转和一些大型矿产资源的形成均有密切的联系。文中还介绍了中国开展地幔柱和大火成岩省研究的概况。     

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。     

古地幔柱作用“遗迹”的深部地球物理探测——以峨眉山大火成岩省为例

大火成岩省成因是国际地学界的研究热点,涉及地球内部运行机制和过程、资源和生物环境效应等多个地学前沿研究领域。峨眉山大火成岩省不仅是中国境内第一个获得国际学术界广泛认可的大火成岩省,也是全球范围内研究程度最高的大陆溢流玄武岩省之一。前人基于沉积地层学、岩石地球化学等系列证据提出了该大火成岩省的"地幔柱头熔融"成因模型。深部是否存在"地幔柱头熔融"假说所预示的大规模岩浆作用"遗迹",有待地球物理探测的进一步检验。地球物理方法是探测现代地幔柱的常用手段。本项研究集成利用人工源地震、天然源宽频带地震探测,以及密集重力/地磁剖面测量等综合地球物理手段探测"古地幔柱"作用,在峨眉山大火成岩省研究中取得了系列成果,其研究思路与方法对其他古地幔柱作用"遗迹"的识别具有重要的借鉴意义。通过几何结构-物性结构-动力学属性参数之间的联合约束,以及与地球化学、地质学研究成果的有机结合,可靠地揭示出与古地幔柱作用有关的大规模岩浆活动导致的地壳结构和组分变化以及深浅响应过程等,显示了综合地球物理方法、不同学科交叉融合在重建古老重大地质事件深部过程方面的巨大潜力。大规模岩浆作用"底侵"位置的确定、"透明"上地壳特征的发现等,对于该区未来的深部找矿具有重要的指导意义。     

大火成岩省及地幔动力学

大火成岩省由一个体积巨大的、连续的、以富镁铁岩石占优势的喷出岩及其伴生的侵入岩组成，是一个全球现象。它包括大陆溢流玄武岩和伴生的侵入岩，火山被动边缘玄武岩，大洋高原、海岭、海山群和洋盆溢流玄武岩。Ontong Java和Kerguelen-Broken Ridge大洋高原、北大西洋火山被动边缘、德干和哥伦比亚河大陆溢流玄武岩是3个主要大火成岩省的典型代表。各种不同的大火成岩省在时空分布及组成上都具有相似性，它们具有非常大的体积、高的喷发速率，岩石类型以拉斑玄武岩为主。大火成岩省代表了地球上已知的最大的火山岩浆活动，记录了物质和能量从地球内部向外的大量转换。大火成岩省难以用板块构造来解释，可用热柱模式来解释，通常被认为是与来自下地幔的热柱“头”有关。大火成岩省是地球动力学过程在地壳的表现，因此大火成岩省参数可作为边界条件去反演地幔动力学过程。     

大火成岩省是地幔柱作用引起的吗?

自Morgan在1971年提出地幔柱假说来解释大洋岛链的火山迁移规律以来,对于地幔柱是否存在一直存在着争论。大火成岩省以短时间内的巨量喷发为特征,这种特殊现象一般被认为是地幔柱作用的结果,原因是它可以解释大火成岩省中的许多现象:(1)短时间内的巨量幔源岩浆;(2)喷发前>500 m的隆起;(3)高温苦橄岩和科马提岩的存在;(4)热点轨迹;(5)在没有挥发分和压力降低的条件下地幔发生熔融;(6)高的3He/4He比值。但是并不是所有大火成岩省都具有上述特征,而且上述现象有的也可以用其他机制来解释,如边缘对流、大规模岩石圈拆沉、裂谷减压和陨石撞击等。但是目前还没有一个模式可以解释所有大火成岩省的所有现象,而总体上大火成岩省的许多地质现象与地幔柱模式较为吻合。     

白垩纪大火成岩省与地幔对流

白垩纪事件是全球非常明显和重要的一次地质突发事件,包括洋壳的超巨量形成,地磁正超时达41Ma之久(124~83 Ma),海水温度大幅度升高,黑色页岩沉积和石油形成的大量增长,海平面的快速上升,大气CO2水平的急剧升高,以及伴生的生物灭绝事件等。中—新生代的大火成岩省与冈瓦纳超大陆的裂解伴生,是超级地幔热柱产生的结果,而与欧亚超大陆的形成伴生分散火成岩省,是超级冷地幔下降流的结果,两者的联合构成全地幔对流的格局。全地幔对流模型为白垩纪地质演化、生物演化和环境演化的突变提供地球深部过程的约束。     

大火成岩省的成矿效应

大火成岩省(LIPs)是地质历史上重大的地质事件,巨量的岩浆堆积形成了丰富的矿产资源.按照成矿作用与LIPs事件的关系,将其划分为两种类型:①成矿作用与LIPs事件直接相关,两者时间一致或者成矿作用稍晚,该类型矿床可以作为LIPs的组成部分;②成矿作用与LIPs事件在时间上有明显的间断,但与LIPs有间接的成因联系.与...     

天山石炭-二叠纪大火成岩省裂谷火山作用与地幔柱

中国西北部石炭纪-早二叠世喷发的天山裂谷火山岩系构成了一个大火成岩省。该火山岩系的组成以玄武质熔岩为主，其次有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩。根据岩石学、主元素、微量元素和Sr—Nd—Pb同位素数据，天山玄武岩可分为两个主要岩浆类型：①高Ti／Y（HT）类型，以高Ti／Y（〉500）、高Ce／Y（〉3）和相对低Nb／Zr（〈0．11）、低εNd（t）为特征；②低Ti／Y（LT）类型，以低Ti／Y（〈500）为特征。LT熔岩又可以进一步分为两个亚类：LT1熔岩以低Nb／Zr（〈0．15）和高εNd（t）（＋3．1～＋9．7）为特征；LT2熔岩具有较高的Nb／Zr值（〉0．16）和较低的εNd（t）值（-0．98～-2．91）。元素和同位素数据表明，HT和LT熔岩的化学变异不是由一个共同母岩浆的结晶分异作用所产生。它们极有可能是源于一种似洋岛玄武岩源的幔源（^87St／^86Sr（t）≈0．7045，εNd（t）≈＋4，^206Pb／^204Pb（t）≈18．35．^207Pb／^204Pb（t）≈15．66，^208Pb／^204Pb（t）≈38．25．La／Nb≈0．7），且具有不同的熔融条件和经受了不同的分异和混染。以碱性熔岩为主的HT熔岩是产生于幔源石榴子石稳定区的低度部分熔融，其化学变异受控于单斜辉石（Cpx）[士橄榄石（O1）]分离作用。相反，LT类型的母岩浆则是形成于幔源的尖晶石一石榴子石过渡带：碱性LT2亚类的母岩浆是产生于部分熔融程度较低的条件下；而以拉斑玄武质为主的LT1亚类的母岩浆则是产生于部分熔融条件较高的条件下：它们经受了浅层辉长岩质分离作用，化学变异较大。天山玄武岩可能是产生于地幔柱头。HT和LT岩浆的岩石成因又进一步为地壳和岩石圈地幔的混染作用所复杂化。我们的研究揭示，天山大火成岩省的火山岩中存在空间上的岩石地球化学变化。天山东段的LT1火山岩系的厚度最大．它们记录了玄武岩侵位的主幕，该处可能是地幔柱或地幔熔融异常的中心位置。相反，厚度较小的HT和LT2玄武岩则可能是意味着地幔柱活动影响的减弱。事实上，HT和LT2玄武岩也是该大火成岩省边缘部分的主要岩浆类型。HT和LT2熔岩的地幔熔融程度较低，可能是与地幔柱边部的岩石圈相对较厚和地热较低有关。     

峨眉山大火成岩省：地幔柱活动的证据及其熔融条件

对苦橄岩中橄榄石斑晶及其中熔体包裹体的电子探针分析表明，峨眉山大火山岩省的原始岩浆具高镁（ MgO > 16％）特征。玄武岩的 REE反演计算揭示，参与峨眉山玄武岩岩浆作用的地幔具有异常高的潜能温度（ 1 550℃）。这些特征以及峨眉山玄武岩的大面积分布和一些熔岩所显示的类似于洋岛玄武岩 (OIB)的微量元素和 Sr- Nd同位素特征均为地幔热柱在能量和物质上参与峨眉山溢流玄武岩的形成提供了确凿证据。峨眉山两个主要岩类（高钛和低钛玄武岩）可能是不同地幔源区物质在不同条件下的熔融产物。低钛玄武岩形成于温度最高、岩石圈最薄的地幔柱轴部。地幔（ ISr≈ 0.705,ε Nd(t)≈＋ 2）熔融始于 140 km，并一直延续到较浅的深度（ 60 km,尖晶石稳定区 ),部分熔融程度为 16％，这类岩石可能代表了峨眉山玄武岩的主体。而高钛玄武岩的母岩浆的形成基本局限在石榴子石稳定区（ > 70 km），其源区特征为 : ISr≈ 0.704,ε Nd(t)≈＋ 5，可能代表了热柱边部或消亡期地幔小程度部分熔融（ 1.5％）的产物。