地幔柱大辩论及如何验证地幔柱假说

目前关于地幔柱存在与否的争论主要集中在地幔柱学说的三个假设上:(1)起源于地球核幔边界缓慢上升的细长柱状热物质流;(2)热点下具有异常高温地幔;(3)地幔柱是相对静止的。这三个方面的验证需要今后深部地球物理探测、岩石学和古地磁等学科的综合运用和进一步的工作。文中认为,地幔柱学说依然能合理地解释地球上一级地质现象,反对地幔柱的学者过分强调了一些小尺度的与地幔柱理论不符的细节,而小尺度地壳特征显然还受到其他许多因素的影响。可以从以下5个方面来鉴别老地幔柱:(1)大规模火山作用前的地壳抬升;(2)放射状岩墙群;(3)火山作用的物理特征;(4)火山链的年代学变化;(5)地幔柱产出岩浆的化学组成。研究表明,峨眉山大火成岩省满足其中的3到4个指标,因此地幔柱是形成峨眉山玄武岩的主要动力学机制。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析，认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的^3He／^4He值较低，可能是地幔流体交代作用造成的；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象，是核成因造成的。     

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0．006×10^-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。     

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。     

峨眉山玄武岩与茅口组灰岩的接触关系：对峨眉山地幔柱动力学模型的指示意义EI北大核心CSCD

本文较为系统地整理、归纳了峨眉山大火成岩省(Emeishan large igneous province,ELIP)的区域地质调查资料,证实了峨眉山玄武岩与茅口组灰岩之间广泛发育平行不整合(喷发不整合)接触界面,说明总体上两者之间并非断层接触关系。峨眉山玄武岩与茅口组灰岩的平行不整合接触关系是由于峨眉山地幔柱作用导致地壳大幅抬升成陆,茅口组灰岩顶部遭受剥蚀后被溢流玄武岩所覆盖的结果。不整合界面上普遍发育的角砾状灰岩、底砾岩、红土(古土壤)层、黏土岩等就是这一地质事实的遗迹。隆升之后的快速沉降以及地幔柱与岩石圈作用的复杂性,可能在局部地区存在海相沉积和连续的生物地层的现象,但不足以否定峨眉山玄武岩喷发前地壳曾经整体抬升。因此,峨眉山玄武岩与茅口组灰岩之间的平行不整合接触关系支持了峨眉山地幔柱动力学模型。     

云南金宝山铂钯矿Nd-Os同位素特征及成因意义

金宝山铂钯矿是峨眉山大火成岩省具有典型意义的岩浆Ni-Cu-PGE矿床,成矿岩体岩矿石Sm-Nd、Re-Os同位素特征表明为地幔柱成因并受到岩石圈地幔和地壳混染作用的影响.∈Nda=+0.01～+0.89,显著高于大陆岩石圈地幔,而低于软流圈地幔,介于地幔柱与岩石圈地幔之间但明显靠近地幔柱的同位素组成.γOs=20～60,高于任何端员类型的地幔储集库,反映地壳混染作用.混合模型分析表明,成矿岩浆演化经历了10%左右的大陆岩石圈地幔熔体混合并受到下地壳5%～10%的混染.     

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。     

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。     

地幔柱假说及其发展

Ｍｏｒｇａｎ提出的地幔柱假说之后，基于流体力学基本方程组的定常地幔柱模式研究，认为地幔柱是地幔对流的一个组合部分。组分差异驱动的地幔柱模拟实验结果，限制了地幔柱在地球动力学中的应用。热浮力驱动的模拟实验结果得到了新的动态地幔柱模式。     

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     

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”。     

峨眉山大火成岩省中苦橄岩与其共生岩石的地球化学特征及其对源区的约束

本文对在峨眉山玄武岩省中新发现的苦橄质岩石及其共生玄武岩的地球化学特征进行了研究,结果表明,除苦橄质岩石外,与其共生的玄武质岩石均属高Ti玄武岩。其主要元素特征与大多数大陆溢流玄武岩省相似,表现为高Fe_8、(CaO/Al_2O_3)_8和低Na_8,指示其形成压力高;其稀土和微量元素配分曲线相似,表现为轻稀土富集、高场强元素(HFSE)相对亏损,并且不存在Nb、Ta的负异常,而存在P和K的相对亏损。一些反映源区特征的比值,如La/Ta、La/Sm、(La/Nb)_(PM)、(Th/Ta)_(PM),Ta/Hf,Nb/Zr等,变化范围小,均指示了其地幔柱成因,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,是石榴子石二辉橄榄岩在>75km时经大约7％的部分熔融的产物。而地幔柱的轴部位置可能位于现今云南丽江县城一带。     

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T...     

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...