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。     

峨眉山大火成岩省基性墙群几何学研究及对地幔柱中心的指示意义

本文以1:20万和1:5万区调资料为基础,结合野外观察研究了峨眉山大火成岩省主要分布区内的基性(辉绿岩)岩墙群的几何学特征。结果表明,岩墙群的几何学特征表现为中心放射状,由6条巨型岩墙群组成,辐射角度近200°。其中心收敛于永仁一带,与地层学指示的最大隆起位置吻合,指示了二叠纪峨眉山玄武岩事件的地幔柱中心位置。岩墙群分布呈中东部较多而西部少的特点,这可能与不同的剥蚀程度有关。     

The Okavango giant mafic dyke swarm (NE Botswana): its structural significance within the Karoo Large Igneous Province

The structural organization of a giant mafic dyke swarm, the Okavango complex, in the northern Karoo Large Igneous Province (LIP) of NE Botswana is detailed. This N110°E-oriented dyke swarm extends for 1500 km with a maximum width of 100 km through Archaean basement terranes and Permo-Jurassic sedimentary sequences. The cornerstone of the study is the quantitative analysis of N>170 (exposed) and N>420 (detected by ground magnetics) dykes evidenced on a ca. 80-km-long section lying in crystalline host-rocks, at high-angle to the densest zone of the swarm (Shashe area). Individual dykes are generally sub-vertical and parallel to the entire swarm. Statistical analysis of width data indicates anomalous dyke frequency (few data <5.0 m) and mean dyke thickness (high value of 17 m) with respect to values classically obtained from other giant swarms. Variations of mean dyke thicknesses from 17 (N110°E swarm) to 27 m (adjoining and coeval N70°E giant swarm) are assigned to the conditions hosting fracture networks dilated as either shear or pure extensional structures, respectively, in response to an inferred NNW–SSE extension. Both fracture patterns are regarded as inherited brittle basement fabrics associated with a previous (Proterozoic) dyking event. The Okavango N110°E dyke swarm is thus a polyphase intrusive system in which total dilation caused by Karoo dykes (estimated frequency of 87%) is 12.2% (6315 m of cumulative dyke width) throughout the 52-km-long projected Shashe section. Assuming that Karoo mafic dyke swarms in NE Botswana follow inherited Proterozoic fractures, as similarly applied for most of the nearly synchronous giant dyke complexes converging towards the Nuanetsi area, leads us to consider that the resulting triple junction-like dyke/fracture pattern is not a definitive proof for a deep mantle plume in the Karoo LIP.     

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。     

峨眉山大火成岩省与二叠纪生物灭绝事件

二叠纪两次生物灭绝事件(瓜德鲁普世末生物灭绝和古-中生代之交生物灭绝)一直是地质学家研究和关注的热点问题。虽然对导致生物大规模灭绝的具体原因尚不清楚,但大部分学者认为峨眉山大火成岩省(ELIP)的火山活动及其引起的环境效应是瓜德鲁普世末(end-Guadalupian)生物灭绝事件的主要原因(基于时间上的吻合性),还有一部分学者认为ELIP的火山作用延续到P-T边界处,与古-中生代之交生物灭绝可能存在着成因联系。文章主要叙述了现阶段关于ELIP与生物灭绝事件的一些关键性重要研究成果,并提出了进一步工作建议。     

Giant plagioclase growth during storage of basaltic magma in Emeishan Large Igneous Province,SW China

Giant plagioclase basalts (GPBs) reflect the storage of flood basalt magma in subvolcanic magma chambers at crustal depths. In this study of the Late Permian Emeishan large igneous province in southwest China, we focus on understanding the plumbing system and ascent of large-volume basaltic magma. We report a quantitative textural analysis and bulk-rock geochemical composition of clustered touching crystals (CT-type) and single isolated crystal (SI-type) GPB samples from 5- to 240-m-thick flows in the Daqiao section. Both types of GPBs are evolved (<6 MgO wt%), but have high Ti/Y ratios (>500) and high total FeO content (11.5–15.2 wt%). The mineral chemistry of the two types of plagioclase displays a small range of anorthite content (<5 mol%), which is consistent with their unzoned characteristics. The two types of GPBs have S-type crystal size distributions but have quite different slopes, intercepts, and characteristic lengths. The characteristic lengths of the five flows are 1.54, 2.99, 1.70, 3.22, and 1.86 mm, respectively. For plagioclase growth rates of 10^?11 to 10^?10 mm/s, steady-state magma chamber models with simple continuous crystal growth suggest that CT-type plagioclase megacrysts have the residence time of about 500–6,000 years, whereas the residence time for SI-type plagioclase is significantly longer, about 1,000–10,000 years. By combining field geology, quantitative textural data with geochemistry, we suggest that CT- and SI-type crystals grew and were coarsened in the outer part and inner part of a magma chamber, respectively. Magma evolution during storage is controlled by crystallization, crystal growth, and magma mixing, and pulsating eruptions occur in response to the continuous supply of hot magma.     

关于峨眉山大火成岩省一些问题的研究现状

峨眉山大火成岩省(ELIP)位于扬子板块西缘,是我国唯一被国际学术界认可的大火成岩省,受到国内外学者的广泛关注。主要围绕峨眉山玄武岩喷发前的隆升剥蚀情况、喷发时限、地幔柱的轴部位置等争议性问题进行探讨,总结了前人的研究成果。由于地幔柱和岩石圈之间相互作用的复杂性,加之地幔柱模型的不完善,峨眉山地幔柱活动在地表的真实响应也许更复杂。在今后的研究中,应该加强不同学科间的相互合作,着重研究地球深部动力学过程以及地球系统各圈层的相互作用。     

峨眉山大火成岩省的岩石圈结构: 对地幔柱-岩石圈相互作用的启示

峨眉山大火成岩省位于扬子克拉通西缘, 是中-晚二叠世峨眉山古地幔柱头熔融的产物。因此, 该区岩石圈结构特征对于揭示地幔柱-岩石圈相互作用方式与机制具有重要的指示意义。本文基于COMPASS-ELIP宽频带地震台阵资料, 开展S波接收函数成像研究, 并与同剖面远震S波有限频层析成像、区域面波层析成像结果进行对比分析, 识别了沿剖面岩石圈内部主要间断面, 从而获得了峨眉山大火成岩省岩石圈结构的横向变化特征。结果显示, 相对中带和外带, 内带具有地壳增厚(增厚15~20km)、岩石圈减薄(减薄~50km)现象, 且岩石圈地幔具有高速、分层特征, 但下层底界面转换波震相并不明显; 中带岩石圈厚度大(~170km), 局部地段岩石圈-软流圈边界(LAB)缺失, 对应位置存在地幔低速异常; 外带岩石圈厚度略小(~150km), 中带和外带均发育岩石圈中部不连续面(MLD)。结合地球化学、岩石学、物理/数值模拟等研究成果, 本文推测上述特征记录了古地幔柱作用引起的不同程度岩石圈变形: 地幔柱在内带以纵向作用为主, 通过热-动力冲击方式造成岩石圈大幅度快速减薄, 地幔柱头高程度减压熔融, 产生的大规模岩浆穿透岩石圈地幔, 在地壳发生底侵和内侵, 部分喷出地表形成溢流玄武岩; 地幔柱在中带以横向作用为主, 通过底部剪切引起岩石圈地幔横向伸展, 甚至造成局部撕裂, 在撕裂部位进一步引发热-化学侵蚀并导致岩石圈破坏; 地幔柱在外带以垂向拖曳为主, 造成岩石圈的局部拆沉而减薄。此外, 内带下方地幔的高速、分层特征, 可能指示经历地幔柱作用减薄后的岩石圈, 减薄产生的岩石圈空区因捕获地幔柱头熔融残留物而得到一定程度愈合, 而受地幔柱改造后的残存岩石圈, 因经历大量熔体抽取更加亏损而得到强化。综上, 本文揭示的峨眉山大火成岩省岩石圈结构, 为进一步理解地幔柱-岩石圈相互作用的方式与机制提供了新的地球物理观测证据。

     

峨眉山大火成岩省白马层状侵入体的成因

峨眉山大火成岩省与二叠纪晚期的峨眉山地幔柱作用有关。白马层状侵入体是峨眉山大火成岩省赋存超大型Fe-Ti-V氧化物矿床的镁铁-超镁铁质侵入体之一。白马侵入体橄榄辉长岩和橄长岩全岩Mg O与Cr、Ni的相关性表明白马母岩浆经历了较高程度的分离结晶作用。原始地幔标准化微量元素图解和球粒陨石标准化稀土元素图解总体具有显著的Sr、Eu和Ti正异常,Zr-Hf负异常;而Nb、Ta既有正异常,也有负异常,这些特征与岩石中磁铁矿、单斜辉石和斜长石等矿物的堆晶作用有关。(87Sr/86Sr)i=0.704232～0.704855,平均值为0.704706;εNd(t)=1.40～3.94,平均值为2.41。Sr-Nd同位素组成落于峨眉山苦橄岩和高钛玄武岩的范围内,混合模拟计算表明白马母岩浆经历了10%～30%硅质大理岩围岩的混染。因此,白马Fe-Ti-V氧化物矿床的形成受母岩浆的组成、分离结晶作用及大理岩围岩的混染等多种因素共同制约。     

峨眉山大火成岩省“高钛玄武岩”和“低钛玄武岩”成因探讨

大量的岩石化学资料分析表明，峨眉山大火成岩省玄武岩的TiO2含量是连续变化的，不存在明显的间断。野外地质特征表明高钛和低钛玄武岩既不存在空间分带，也不存在时间分带。其Sr、Nd和Pb同位素组成也没有明显的区别，推测它们可能是同源岩浆分离结晶的产物。根据MgO和TiO2的相关关系，可将苦橄岩和玄武岩的演化划分为4个趋势，并采用分离结晶模式对其进行了成因模拟，表明高钛和低钛玄武岩是同—母岩浆(苦橄—玄武岩浆)通过不同矿物相分离结晶的产物。     

Re-Os同位素对峨眉山大火成岩省成因制约的探讨

峨眉山大火成岩省（ELIP）主要由玄武岩、玄武质火山碎屑岩及少量的苦橄岩（包括越南的科马提岩）、长英质岩石以及层状岩体和岩墙组成,其物质来源直接关系到其成因是否与地幔柱活动有关。Re-Os同位素体系是地核、地幔和地壳物质的最佳示踪剂。前人对ELIP内的Re-Os同位素研究表明,低Ti玄武岩的Os含量为0．006&#215;10^-9-0．40010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1371～1．403,并提出其与地幔柱活动有关;而高Ti玄武岩的Os含量为0．00410^-9～0．56010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1271～5．19,认为起源于大陆岩石圈地幔或地幔柱上升过程中受到大量岩石圈地幔“混染”（xu JF et al．,2007）;科马提岩的0s含量为1．2410^-9～7．0010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1251～0．1261,苦橄岩的Os含量为0．3210^-9～2．32910^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1233～0．1266,指示苦橄岩和科马提岩均来自亏损地幔源区（Hanski et al．,2004;陈雷等,2007）。本文利用Os含量最低、^187Os／^188Os最高的高Ti玄武岩作为地壳端员,用铁质陨石、原始上地幔（PUM）和亏损地幔（DMM）作为地核和各种地幔端员,分别做二元混合计算,结果显示绝大多数玄武岩和所有苦橄岩及科马提岩均落在地壳和DMM混合曲线附近,并且邻区特提斯洋地幔岩与DMM具有相近的Os含量和^187Os／^188Os组成,据此推测峨眉山火成岩的形成与特提斯洋的活动有关,主要受控于地壳和亏损地幔的相互作用。     

峨眉山大火成岩省中的苦橄岩:地幔柱活动证据

峨眉山大陆溢流玄武岩省中新发现的苦橄质熔岩中的橄榄石和铬尖晶石分别以富镁和富铬为特征。利用橄榄石熔体平衡原理恢复得到原生岩浆的MgO含量约为22％．表明该地区既有代表原生岩浆成分的苦橄岩,也有代表演化和堆晶成因的苦橄岩,根据有关实验估算其形成的T=1600℃,p=4．5GPa。如此高的温度指示了苦橄岩的形成与地幔柱作用有关。其稀土和微量元素配分模式以轻稀土富集和高场强元素(HFSE)相对亏损．不存在Nb、Ta负异常,而以P和K负异常为特征。其La／Ta、La／Sm、(La／Nb)PM、(Th／Ta)PM值变化范围小,均指示其地幔柱成因,且上升过程中很少或没有受到岩石圈地幔或地壳物质的混染,是石榴二辉橄榄岩经大约7％的部分熔融的产物。地幔柱的轴部位置可能位于现今云南丽江县城一带。     

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.     

宾川苦橄岩的水含量:对峨眉山大火成岩省成因的启示

近几年来对西伯利亚、哥伦比亚河、塔里木等大火成岩省原始岩浆水含量的分析表明,其源区的显著水化是造成地 幔熔融异常的重要原因之一。峨眉山大火成岩省是全球二叠纪大火成岩省的重要组成之一,前期对其位于宾川剖面底部的 大理苦橄岩水含量的分析表明地幔的水化在峨眉山大火成岩省形成中起到了重要作用。然而大理苦橄岩只能代表峨眉山大 火成岩省初始阶段的熔融条件,而在其后的喷发历史中水是否也起到了关键作用还不清楚。定量分析后阶段喷发的苦橄岩 水含量有助于更完整评估水在大火成岩省形成中的作用。本文报道了位于峨眉山大火成岩省西部岩带宾川剖面中上部的宾 川苦橄岩的水含量,结果表明原始岩浆水含量可高达2.8 wt%,比大理苦橄岩的水含量略低,但仍显著高于MORB 和OIB, 达到了岛弧玄武岩的水含量范围。这表明水对整个大火成岩省的形成中都扮演了重要角色。     

晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆成矿作用

晚二叠世峨眉山地幔柱岩浆作用同时形成了Cu-Ni-PGE硫化物矿床和V-Ti-Fe氧化物矿床等不同类型的岩浆矿床。从硫化物矿床的PGE富集型、Cu-Ni-PGE富集型到Cu-Ni富集型,再到钒钛磁铁矿矿床,成矿基性-超基性岩体中基性岩石比例逐渐增加,PGE含量降低。铜镍铂族硫化物矿床具Nb和Ta负异常,岩浆流体组分含量较高,含有较高的H₂;而钒钛磁铁矿矿床具Nb、Ta和Ti正异常,Zr和Hf负异常,岩浆流体组分含量较低,含有较高的H₂O、CO₂和H₂。两类矿床强不相容元素和轻稀土元素(LREE)富集,Sr-Nd同位素组成与峨眉山玄武岩的演化趋势一致。Sr-Nd-Os-C-He同位素组成揭示岩浆上升过程中经历了不同程度的地壳混染,高钛玄武岩和钒钛磁铁矿矿床成矿岩体的地壳混染程度较低,部分低钛玄武岩和铜镍硫化物矿床存在明显的地壳混染。这两类岩浆矿床的形成与峨眉山地幔柱玄武岩浆有关,岩浆介质环境中H₂含量较高,V-Ti-Fe 氧化物矿床的形成与分离结晶、高含量的水和氧逸度的升高有关,Cu-Ni-(PGE)硫化物矿床的形成与还原性流体介质、结晶分异和地壳混染作用有关。     

峨眉山大火成岩省中高Os苦橄岩的发现及地质意义

本文对峨眉山大火成岩省中苦橄岩及其共生的玄武岩进行了铂族元素(PGE)分析,结果表明苦橄岩比玄武岩的PGE含量要高至少一个数量级,并且具有明显高的Os含量,不仅比熔融程度最高的科马提岩要高,而且比原始地幔还要高,另外,还显示出超球粒陨石的Os/Ir比值(2.84～3.88)。其高的Os/Ir比值可能与岩浆上升过程中混入黑色页岩有关。部分熔融计算表明,含有0.01%硫化物的原始地幔 0.5%的外核在7%的熔融程度下,然后又被约10%的黑色页岩混染可以模拟原始岩浆的PGE含量。其Os含量及其他地球化学特征与其同时代的西伯利亚暗色岩系的相似性可能暗示了这两个大火成岩省来自于同一个起源于核-幔边界的超级地幔柱。另外,还根据苦橄岩和玄武岩PGE的含量估算了该地区PGE的成矿潜力。     

峨眉山大火成岩省太和花岗岩的成因及构造意义

攀西地区的太和花岗质岩体和赋存超大型钒钛磁铁矿矿床的辉长岩体在空间上共生,成因上均与峨眉山地幔柱头的上升密切相关.太和花岗质岩体主要由超碱质花岗岩和石英正长岩及少量正长岩组成;富含高场强元素并具高Ga/Al值(3.74～5.63),显示典型A型花岗岩的特征.花岗岩、正长岩和辉长岩的Nb/Ta和Zr/Hf值与洋岛玄武岩(OIB)的相应比值近似.花岗质岩石具较低的87Sr/86Sr初始值(0.7025～0.7049)和正的εNd(t)值(1.9～3.5),与辉长岩的值相近[(87Sr/86Sr)i =0.7049～0.7052; εNd(t) =2.4～3.3].太和花岗质岩体的εNd(t)为正值,显示地幔柱来源的底侵玄武质岩浆对其形成起主要作用.辉长质和花岗质岩石具相似的钕同位素组成,表明其母岩浆来自于同一源区.我们认为太和花岗质侵入体主要由底侵于下地壳的玄武质岩浆分异出的花岗质熔体侵位及随后经结晶分异而形成.因此,晚古生代时幔源岩浆底侵造成的地壳增生在峨眉山大火成岩省中表现极为显著.     

峨眉山大火成岩省的形成机制及空间展布:来自沉积地层学的新证据

对西南地区茅口灰岩生物地层对比和峨眉山玄武岩与茅口灰岩之间的界面特征的研究表明,上扬子西缘茅口灰岩在玄武岩喷发前存在差异剥蚀,自西到东可分为深度剥蚀带(内带)、部分剥蚀带(中带)、古风化壳或短暂沉积间断带(外带)和连续沉积带;整个剥蚀区的范围同峨眉山玄武岩分布区基本一致。差异剥蚀是中二叠世晚期上扬子西缘一次快速地壳抬升和穹状隆起的结果,这说明峨眉山大火成岩省的形成与地幔柱活动有关。根据上升地幔柱地表抬升模型对峨眉山大火成岩省空间展布进行了讨论,并推算出该大火成岩省的规模。     

峨眉山大火成岩省晚期酸性火山岩的岩石地球化学特征

峨眉山大火成岩省出露有少量酸性火山岩,它们与基性火山岩共生,表现出双峰式的特征,为研究峨眉山地幔柱晚期岩浆活动提供了重要的窗口。本文通过对双峰式火山岩主、微量元素和斑晶电子探针分析研究表明,基性火山岩属于碱性玄武岩,酸性火山岩主要由粗面岩组成;相对玄武岩,粗面岩中MgO、Fe2O3、P2O5、TiO2、CaO含量明显降低;粗面岩与玄武岩具有相互平行的REE配分模式,但粗面岩出现明显的Eu负异常,以及Sr、Ti等元素的强烈亏损;粗面岩与玄武岩具有同源的特征,通过稀土元素模拟计算表明粗面岩可以由玄武质岩浆经过80%分离结晶作用(辉石、斜长石和Fe-Ti氧化物)而形成。在峨眉山大火成岩省晚期出现双峰式火山岩,可能与地幔柱活动晚期岩浆供给少,在地壳岩浆房中停留时间长,岩浆发生强烈分离结晶作用有关。