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。     

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。     

峨眉山地幔柱成矿作用分析

概述了峨眉山地幔柱成矿作用的基本类型和主要特点，对主要成矿类型包括地幔柱活动直接形成的岩浆矿床和地壳响应形成的间接矿床作了全面的分析介绍，初步勾画了峨眉山大火成岩省地幔柱成矿作用的基本框架。     

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     

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。     

滇东北乌蒙山地区峨眉地幔柱活动与火山-沉积盆地的响应关系

为加深滇东北乌蒙山地区峨眉地幔柱演化的认识,对该区的峨眉山玄武岩及下伏的栖霞组—茅口组开展了详细地质调查工作,并对峨眉山玄武岩进行了岩石学、同位素年代学研究,结果显示:峨眉地幔柱活动导致的地壳抬升形成了研究区栖霞组—茅口组西薄东厚、峨眉山玄武岩西厚东薄的地质特征,地壳开始隆升的时限为(273.1±3.1)Ma,地壳抬升...     

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。     

峨眉地幔柱构造对四川盆地栖霞期沉积格局的影响

一系列地质分析表明,上升的地幔柱通常能造成大规模的地壳抬升以及形成穹窿状隆起地貌,并控制区域古地理格局和沉积相带展布.根据四川盆地内钻遇柄霞组的井下资料,以及盆地内部和周边栖霞组野外露头剖面的岩性、古生物组合及沉积构造特征,并结合前人对峨眉山大火成岩省及峨眉地幔柱的研究资料,本文系统讨论了峨眉地幔柱活动对该区中二叠世柄...     

峨眉地幔柱轴部的榴辉岩-地幔岩源区:主元素、痕量元素及Sr、Nd、Pb同位素证据

峨眉山大陆溢流玄武岩(ECFB)的西南部以丽江、大理和攀枝花三角区为中心的苦橄岩分布区,面积约5×10 4 km2 ,为峨眉地幔柱的轴部区。Sr、Nd、Pb同位素和痕量元素研究表明,大部分火山岩样品落在洋岛火山岩成分范围内,并存在类似FOZO、HIMU和EM - 的三个端元。这说明它们是在地幔柱轴部,由地幔岩和榴辉岩(古玄武质洋壳)组成的源区产生的岩浆形成的。岩浆源区再循环玄武质洋壳的存在可能是该区超大型钒钛磁铁矿床形成的根本原因。少部分分布在洋岛火山岩成分范围之外的样品,一部分属于地幔柱岩浆与地壳混染产物,另一部分低Ti岩石可能与岩石圈反应有关。地幔端元的地球化学特征如下:FOZO端元以白林山苦橄玄武岩(YB-0 1)为代表,低87Sr/86 Sr(0 .70 36 ) ,高1 43Nd/1 44 Nd(0 .5 12 7) ,中等2 0 6 Pb/2 0 7Pb(18.5 6 93) ;Nb/U =36 .6 7,Th/Nb =0 .0 82 ,L a/Nb=0 .91,Zr/Nb=6 .2 3。HIMU端元以丽江苦橄岩(JL - 2 9)为代表,高2 0 6 Pb/2 0 4 Pb(2 0 .6 4 12 )和2 0 7Pb/2 0 4 Pb(15 .74 89) ,低87Sr/86 Sr(0 .70 4 8)。EM - 端元包括两部分:1以二滩苦橄岩-玄武岩(R- 1、3、5、8)为代表,高87Sr/86 Sr(0 .70 73) ,低1 43Nd/1 44 Nd(0 .5 12 3) ,低2 0 6 Pb/2 0 4 Pb(17.996 8)和2 0 8Pb/2 0 4 Pb(37.94 5 0 )     

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。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

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。     

Melting of the subcontinental lithospheric mantle by the Emeishan mantle plume; evidence from the basal alkaline basalts in Dongchuan, Yunnan, Southwestern China

The Emeishan continental flood basalt (ECFB) sequence in Dongchuan, SW China comprises a basal tephrite unit overlain by an upper tholeiitic basalt unit. The upper basalts have high TiO₂ contents (3.2–5.2 wt.%), relatively high rare-earth element (REE) concentrations (40 to 60 ppm La, 12.5 to 16.5 ppm Sm, and 3 to 4 ppm Yb), moderate Zr/Nb and Nb/La ratios (9.3–10.2 and 0.6–0.9, respectively) and relatively high _{Nd (t)} values, ranging from − 0.94 to 2.3, and are comparable to the high-Ti ECFB elsewhere. The tephrites have relatively high P₂O₅ (1.3–2.0 wt.%), low REE concentrations (e.g., 17 to 23 ppm La, 4 to 5.3 ppm Sm, and 2 to 3 ppm Yb), high Nb/La (2.0–3.9) ratios, low Zr/Nb ratios (2.3–4.2), and extremely low _{Nd (t)} values (mostly ranging from − 10.6 to − 11.1). The distinct compositional differences between the tephrites and the overlying tholeiitic basalts cannot be explained by either fractional crystallization or crustal contamination of a common parental magma. The tholeiitic basalts formed by partial melting of the Emeishan plume head at a depth where garnet was stable, perhaps > 80 km. We propose that the tephrites were derived from magmas formed when the base of the previously metasomatized, volatile-mineral bearing subcontinental lithospheric mantle was heated by the upwelling mantle plume.     

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。     

华北东部地幔热柱的特征与演化

燕山运动以来,华北东部地区发生了翻天覆地之构造转变,构造体制从印支期末华北地块与扬子地块的拼贴-增生,转变为地幔热柱演化-区域伸展断陷。华北地幔热柱强烈上隆过程中,在岩石圈底部受阻并呈蘑菇状向外拆离流变,在使上部岩石圈发生热减薄-断陷的同时,向外拆离流变的地幔岩在盆地外围受到韧性剪切带的切割,导致深熔岩浆活动并带动围岩上隆,形成一系列次级隆起(幔枝构造)。地形地貌上亦从东部隆起的高原转变为一盆多山耦合格局——地幔热柱上部的热减薄断(拗)陷与外围的一系列幔枝构造的空间有机组合,即华北东部裂陷盆地西与太行造山带、北与燕山造山带、东与朝鲜半岛、南与大别造山带(即中心裂陷盆地与外围各幔枝构造)均为盆-山耦合关系。     

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。