Paleo-oil reservoir pyrolysis and gas release in the Yangtze Block imply an alternative mechanism for the Late Permian Crisis

The causes of the global mass extinction that occurred around the Permian–Triassic boundary have been widely studied through the geological record and in various locations. The results show that volcanic activity was a key factor in initiating the crisis during the Late Permian. Compared to other thermal events triggered by volcanic activity, pyrolysis of petroleum in Pre-Permian reservoirs has rarely been suggested as a significant source of the greenhouse gases that caused the mass extinction. In this study, geochemical analysis is carried out of a huge paleo-oil reservoir in the Yangtze Block (YB), South China. The detection of mineral inclusions and pyrobitumens is evidence of rapid pyrolysis of accumulated oil in the Ediacaran reservoir. New evidence from hydrothermal minerals and the presence of domain mesophase in the pyrobitumen suggest that the pyrolysis process occurred abruptly and that greenhouse gases were rapidly released through venting pipes. The dating of such a complex geological event in this old and deeply buried reservoir is inevitably difficult and potentially unreliable. However, cross-validation of the multiple evidence sources, including hydrothermal minerals and domain mesophase, indicates that the rapid oil pyrolysis must have been driven by a major thermal event. Reconstruction of burial and thermal histories suggests that the thermal event was most likely to have been triggered by the Emeishan Large Igneous Province (ELIP), which was in a period of significant volcanic activity during the Late Permian. Massive volumes of gases, including methane, carbon dioxide, and possibly hydrogen sulfide, were released, causing a significant increase in greenhouse gases that may have contributed to global warming and the resulting mass extinction during the Late Permian Crisis (LPC).     

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。     

贵州威宁地区玄武岩铜矿地质特征

笔者以多元信息成矿预测为基础,对黔西北威宁地区的“玄武岩型（层状）铜矿”进行了理论预测和实地调查。新近获得的实际资料表明,此类铜矿主要赋存在P3em^3玄武岩多个喷发微旋回之中的“玄武质凝灰岩、沉凝灰岩、富含陆地－沼泽相植物和有机质的正常沉积泥砂岩石”这一物质组成复杂、岩性岩相多变的“地质－地球物理－地球化学矛盾带”中。常见铜矿物有片状,粒状、块状自然铜、辉铜矿、蓝铜矿、少见孔雀石等,蚀变有沸石化、绿泥石化、沥青化、硅化等。综合分析认为该区玄武岩型层状铜矿化并非单一因素作用,而是多因素耦合放大－近源火山机构（物源准备）加上喷发间歇期有机质吸附（初步富集）,再加上深埋藏变质作用（成矿热流体）叠加的产物。     

瑞利数对热对流的影响——在地幔柱中的应用

本文分别在直角坐标系和柱坐标系下,研究瑞利数从104逐渐增大到107对热对流的影响,数值计算结果表明:瑞利数越大,地幔柱越窄,地幔柱上升速度也越快;源自上地幔的地幔柱半径的范围为90到210 km.根据峨眉山内带的半径推算出地幔的黏性系数约为3.8×1021 Pa·s,地幔柱平均流动速度为2.5 cm/a.     

丽江东部地区黑泥哨组铜矿成矿规律及潜力分析

丽江东部地区广泛分布的黑泥哨组（P₃h）是区域上一个重要的含铜层位,在该地区大公山、铜厂河、宝坪等地均发现有工业铜矿床。该地层中发现的铜矿床具有两种类型：产于火山沉积夹层中的火山沉积-热液型铜矿及产于构造破碎带中的构造热液型铜矿。主要控矿因素为二叠纪晚期古地理环境、火山活动、成矿前构造及喜山期岩浆活动。本文通过分析这些控矿因素之间的关系,总结该区域内黑泥哨组铜矿化规律,为今后的找矿工作提出一些建议。     

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。     

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。     

力马河镍矿Re-Os同位素研究

四川力马河镍矿是峨眉山大火成岩省一个重要的岩浆硫化物矿床。本文通过对其主要岩、矿石类型Re、Os及其同位素组成的分析,综合探讨了成矿岩体原始岩浆性质、矿石硫化物成因、成矿机制及Re-Os同位素等时线年龄。结果表明,力马河镍矿不同类型岩矿石样品初始Os同位素组成是不均一的,富硫化物的网脉状矿石及其选纯硫化物Os同位素组成初值差异较小,其等时线年龄为265±35 Ma、与岩体锆石SHRIMP年龄263±3 Ma基本相当;硫化物含量较低的岩、矿石样品间初始Os同位素组成差异较大,其表观等时线年龄大于成矿年龄。分析认为,岩矿样品初始Os同位素组成的不均一是由含较高放射成因187Os丰度的硫化物熔体和含较低放射成因187Os丰度的硅酸盐熔体不同比例混合造成的。混合模型分析表明,硫化物含量超过30％的矿石样品初始187Os/188Os基本接近,硫化物含量低于30％的岩矿石样品初始187Os/188Os随硫化物含量上的不同差异很大,为岩浆硫化物矿床Re-Os等时线年龄可能出现多组年龄解的现象提供了一种可能的解释。成矿岩体中含放射成因187Os丰度最低的岩石样品γOs（t=260Ma）在5左右、Cu/Pd比值在7000左右,表明是基本没有受到地壳混染及硫化物熔离影响的原始岩浆结晶分异产物,估计原始岩浆Os含量在1×10－9左右,为苦橄质岩浆。矿石硫化物Re/Os比值显著高于任何赋矿橄榄岩,γOs（t=260Ma）高达110左右,综合分析揭示了力马河镍矿硫化物为二次熔离成因,模式分析认为,矿石硫化物是由原始岩浆经历R=2000左右的硫化物熔离后、其亏损岩浆再经R=200左右的硫化物熔离形成,与二次熔离相对应,成矿岩浆也经历了两次混染作用,分别为上、下地壳7％左右的混染。     

滇东南建水地区高镁火山岩包体的成因和构造背景

在滇东南建水地区发现产于峨眉山玄武岩中的高镁火山岩包体,这对于地幔柱的形成演化具有重要研究意义.对这些包体进行了锆石U-Pb年代学、地球化学和岩矿分析.高镁火山岩包体具斑状结构,致密块状构造,斑晶主要为贵橄榄石和透辉石.13颗锆石U-Pb LA-ICP-MS加权平均年龄为259±2Ma(MSWD=1.9),显示与寄主岩石同期形成.包体岩石具有高镁(Mg~#=68～75)、低硅(SiO_2=45.11%～45.93%)特征,轻稀土元素(LREE)、高场强元素(HFSE)富集而重稀土元素(HREE)亏损,属于亚碱性、拉斑玄武岩系列,具有板内玄武岩(IPB)特征.火山岩包体的原始岩浆起源于石榴子石二辉橄榄岩低程度部分熔融的产物,岩浆演化过程中发生了橄榄石和单斜辉石的分离结晶作用,在侵位上升过程中未受明显的地壳混染作用.该高镁火山岩的存在,显示地幔柱除了垂直上升运动外,在地球深部不同的边界还有多次侧向扩展移动,表明滇东南晚二叠世存在峨眉山地幔柱的一个分支-地幔枝活动.     

岩浆底侵的热-流变学效应及对峨眉山大火成岩省的启示

岩浆底侵在大陆地壳的形成和演化过程中起着非常重要的作用。本文基于二维热传导方程模拟不同规模的地壳底侵产生的热-流变学效应,以及幔源岩浆温度和含水量对底侵厚度的影响;并以现有的岩石地球化学分析、深部地球物理探测结果为约束,模拟了峨眉山大火成岩省内带幔源岩浆底侵对应的地表热流随时间演化,探讨了形成幔源岩浆底侵的潜温和初始熔融的深度制约。结果显示:1)幔源岩浆底侵引起的热扰动的耗散时间取决于岩浆底侵的初始厚度。以幔源岩浆侵入温度为1300℃,20km厚的地壳底侵为例,热扰动完全耗散需经历约150Myr;而5km厚的地壳底侵,只需经历50Myr热扰动已基本耗散殆尽。2)在初始阶段,岩浆底侵会造成岩石圈强度的显著降低;随着热耗散的进行,岩石圈强度会逐渐恢复;在热扰动耗散殆尽之后,岩石圈强度反倒比底侵前的岩石圈强度更大。这表明岩浆底侵不但可以导致地壳增厚,还会最终导致岩石圈的强化。3)温度对地壳底侵厚度的影响比含水量的影响要大得多。将我们的模型应用于峨眉山大火成岩省,结果表明内带地壳底侵的热耗散需持续上百个百万年,岩浆潜温超过1500℃,初始熔融深度超过200km。