中国玄武岩时空分布规律研究(7)

中国玄武岩时空分布规律研究（7）
胡经国
㈤、峨眉山大火山岩省玄武岩
1、地幔柱学说简介
地幔柱说（Mantle Plume Theory，Plume Tectonics Hypothesis）是一种关于板块运动机制的学说，由摩根（WJMorgan，1971）提出。

地幔柱是指地幔深部物质的柱状上涌体，其直径可达150千米，由于放射热积累导致地幔深部或核幔边界的物质升温上涌形成。

地幔柱上升到岩石圈底部以后向四周扩散，从而推动板块运动。

在地质历史上，地幔柱的位置相对固定而且长期活动；其顶部引发的火山活动常常形成火山链。

这种火山链由新到老位置的迁移指示了板块运动的轨迹，即可把它当作板块运动的一个参照系。

地球上已经确证的地幔柱约有20个。

到了20世纪90年代，地幔柱这一名词被赋予了新的涵义。

有学者认为，地幔柱可以分为两类，即：在地幔范围内因板块俯冲消减和重力陷落而形成的冷地幔柱（Cold Plume）和因核幔边界处物质上涌而形成的热地幔柱（Hot Plume）。

冷地幔柱和热地幔柱的运动是地幔中物质运动的主要形式。

它控制或驱动了板块运动；导致岩浆活动、地震发生和磁极倒转；影响着全球性大地基准面变化、全球气候变化以及生物灭绝与繁衍。

热地幔柱上升可以导致大陆破裂、大洋开启；而冷地幔柱的回流则会引起洋壳俯冲和板块碰撞。

还有学者预言，地幔柱构造正在发展成为一种超越板块构造的地球动力学新模式和大地构造新理论。

然而，由于存在众多难以用地幔柱构造加以解释的地质现象，这一新理论还有待进一步验证。

2、峨眉山玄武岩概述
峨眉山玄武岩（EmeishanBasalt，OmeishanBasalt）时代属于中二叠世晚期至晚二叠世早期。

它分布于中国西南各省，如川西、滇、黔西及昌都等地区。

其命名地点是四川峨眉山。

峨眉山玄武岩主要为通过陆相裂隙式或裂隙－中心式溢流而形成的基性岩流。

分布于中国西南三省(云南、贵州、四川)的峨眉山玄武岩是中国唯一被地学界认可的大火成岩省。

其成因与地幔柱活动有关。

自地幔柱理论提出以来，对峨眉山玄武岩的研究进入了一个崭新的时期。

前人对云南、四川等地峨眉山玄武岩的研究相对较多，而对峨眉山大火成岩省东部岩区的贵州玄武岩研究相对较少。

3、峨眉山玄武岩的主喷发期
峨眉山玄武岩是地学研究的一个热点。

根据峨眉山玄武岩的岩石组合、岩
相学特征，将峨眉火成岩省分为盐源－丽江岩区、攀西岩区、贵州高原岩区和松潘－甘孜岩区。

有关研究者通过对研究区二叠纪的区域地质背景和古地理环境的分析，对峨眉山玄武岩喷发与地幔热柱的关系及其火山喷发的大地构造背景进行了进一步系统的归纳和总结。

根据地层学关系大致确定，峨眉山玄武岩的主喷发期是阳新世（中二叠世）晚期－乐平世（晚二叠世）早期；其时限大致为259 ～257 Ma。

峨眉山玄武岩微量元素地幔标准化曲线特征与OIB（洋岛型玄武岩）基本一致，反映出其成因与地幔热柱活动有密不可分的关系。

4、峨眉山地幔柱与地幔柱成矿系统
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。

峨眉山地幔柱活动形成了多种有重大资源经济价值的矿床类型。

有关研究者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。

分析研究表明：
⑴、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，并且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。

⑵、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以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，但是经历了较大程度的地壳混染作用；并且提出了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。

⑶、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以及玄武岩构造变质热液蚀变改造作用这两种方式造成铜矿化富集；岩浆气液阶段的自变质作用可能持续到236～223Ma，构造变质热液蚀变改造作用发生在139～149Ma。

⑷、以云南会泽铅锌矿为重点，通过成矿时代、成矿物质来源、成矿流体来源和成矿热动力条件的综合分析，探讨了峨眉山玄武岩与铅锌成矿之间的关系，论证了川滇黔铅锌多金属成矿域成矿作用与地幔柱活动存在成因上的密切联系。

5、峨眉山大火成岩省岩浆底侵与地壳垂向生长
二叠纪是地球演化历史中的一个重要时期。

全球多个大火成岩省在这一时期喷发；若干重大全球事件（如双生物大灭绝、海水极度缺氧、海平面下降以及地磁场倒转等）也在这一时期发生。

广泛分布于中国滇、川、黔三省的峨眉山大陆溢流玄武岩，是中国境内目前唯一被国际学术界认可的大火成岩省。

研究认为，峨眉山玄武岩喷发于大约259Ma，终止于259.1±0.5Ma，对应于瓜德鲁普统－乐平统地层界限。

地幔柱模型被成功地用来解释峨眉山大火成岩省的沉积学、地球化学、古生物地层学等特征，但是有针对性的地球物理探
测工作还很缺乏。

为此，在中国科技部973项目支持下，2010年12月至2013年4月期间，中国科学院地质与地球物理研究所构造物理学科组横跨三江、峨眉山大火成岩省的内带－中带－外带，开展了系列综合地球物理剖面探测工作，包括宽频带地震流动台阵探测、人工源地震测深、重力剖面以及地磁剖面测量等。

综合地球物理探测结果表明，峨眉山大火成岩省内带的地壳组分和结构存在明显区别于周边地区的显著特征：高密度、高波速、高波速比；地壳厚度大、在上地壳底界面缺失的同时，下地壳却存在一个明显的界面。

上述物性和结构特征，以及地壳厚度－波速比交汇图的全局－局部变化、大地热流分布、重力均衡特征等均强烈暗示，内带出现的下地壳界面可能为底侵界面。

根据均衡理论及热力学原理，如果存在如此规模的底侵（15～20km厚），那么可引起地表1～1.5km的较大范围隆升；同时，也意味着底侵物质至少来自125km深度或更深（已大于该区岩石圈底界深度）。

与地幔柱活动相关的岩浆底侵，最终导致地壳的显著垂向生长；地表的千米级隆升在运动学特征上会引起域内较大范围的横向拉伸，引起包括绿汁江－元谋、小江断裂的正断裂，以及紫云－罗甸裂陷槽的进一步裂陷。

在谨慎考虑中－新生代以来，尤其是喜马拉雅运动对该区地壳结构和构造特征改造的前提下认为，“岩浆底侵＋地壳垂向生长”模型，可以较好地协调峨眉山大火成岩省的深部结构、沉积响应及区域构造特征。

6、峨眉地区峨眉山玄武岩岩石学特征
在川、滇、黔三省广泛出露的二叠纪峨眉山玄武岩系，自20世纪70年代以来广受国内外学者的关注。

尤其是在该岩系地幔柱成因说提出以后，众多学者从岩石学、地球化学、地球物理等多角度，对该岩系进行了大量的研究。

而关于峨眉山玄武岩概念的提出地峨眉地区玄武岩的研究则较为薄弱。

有关研究者在野外地质调查的基础上，对峨眉地区玄武岩的岩石学、岩石地球化学特征进行了研究，并且由此对该区岩浆起源演化特征及大地构造背景进行了探讨。

另外，与峨眉山玄武岩系相关的矿产资源丰富。

通过收集研究前人资料，对与之相关的矿产资源概况进行了分析，着重探讨了峨眉山玄武岩系自然铜矿的成矿作用方式，并且由此划分出了部分成矿远景区。

通过野外地质调查发现，峨眉地区玄武岩柱状节理发育，厚度在200～400m不等，为陆相环境下岩浆喷溢的产物。

根据玄武岩的产出和分布特点，该区玄武岩可划分为３个喷溢旋回和９个溢流期次。

在早期旋回阶段，发育结晶较好的斑状玄武岩；在中期旋回阶段，发育微晶玄武岩；在晚期旋回阶段，发育气孔－杏仁状玄武岩。

其中，区内玄武岩以发育斑状玄武岩和隐微晶玄武岩为主。

该区玄武岩类型包括：微晶玄武岩、气孔－杏仁状玄武岩和斑状玄武岩三大系列。

经在显微镜下进一步划分，玄武岩包括粗玄岩（粒玄岩）、斜斑玄武岩、辉斑玄武岩等系列。

7、峨眉山玄武岩区两剖面同位素地球化学研究
有关研究者选择峨眉山玄武岩区2个出露最全的云南永胜大迪里剖面和宾川上仓剖面进行了Sr、Nd、Pb同位素地球化学研究。

结果表明，少数样品的Pb同位素与Hanan和Graham定义的C组分相似，而大多数样品则不在C组分
范围之内。

这说明，除了地幔柱物质以外，有岩石圈物质的加入。

在多元同位素图解上，峨眉山玄武岩位于EMⅠ、EMⅡ和DMM三端元之间。

这表明，其源区可以由地幔柱、富集的岩石圈地幔和地壳不同程度的混合来解释。

结合已有的微量元素资料分析，其中的地壳组分主要为下地壳，而早期玄武质岩浆在上升过程中由于通道不畅通，有较多的上地壳组分的混染。

岩石圈地幔的富集作用可能与地幔柱释放出的小体积富Na、P而贫K的流体交代作用有关。

粗面岩的同位素组成和玄武岩接近。

这说明，粗面岩是由玄武质岩浆分离结晶作用形成的。

8、峨眉山大火成岩省的磁性年代学研究
广泛分布于中国西南三省的晚二叠世峨眉山大火成岩省，是中国唯一被国际地学界认可的大火成岩省。

相关文献选择了该大火成岩省中峨眉山玄武岩出露厚度最大的宾川地区和该大火成岩省内部带的盐源地区开展了磁性年代学研究，并且配合部分同位素年代学和地球化学研究。

宾川地区的锆石年代学研究表明，该地区锆石来源和成分复杂，初步结果显示其年龄跨度比较大。

其中，在火山碎屑岩中，锆石SHRIMP年龄为259.3±3.8 Ma，很可能代表峨眉山玄武岩的喷发年龄。

峨眉山玄武岩的年代学研究结果，与瓜德鲁普统－乐平统地层界线年龄接近，推测峨眉山玄武岩的喷发可能与二叠纪晚期瓜德鲁普统末期的生物灭绝事件相关。

宾川地区玄武岩的磁性地层研究，首次获得了该大火成岩省中部地区的磁性年代学结果，即峨眉山玄武岩下部的低钛玄武岩记录了正极性期；中、上部低钛和高钛玄武岩记录了反极性期。

根据盐源地区地球化学研究结果，将盐源地区的玄武岩分为高钛玄武岩和低钛玄武岩。

代表该区玄武岩中、下部的骡马铺剖面相当于宾川地区的LT2低钛玄武岩；而该区玄武岩上部的公母山剖面则相当于宾川地区的HT高钛玄武岩。

该地区磁性地层研究结果再次表明，玄武岩下部记录了正极性期，而中、上部低钛和高钛玄武岩则记录了反极性期。

新获得的该大火成岩省内带磁性地层结果，与前人已发表的该大火成岩省中带的古地磁结果总体一致。

9、峨眉山玄武岩与铅锌矿床成矿的关系
有关研究者以云南会泽铅锌矿床为例，从成矿时代、成矿物来源、成矿流体来源和成矿热动力等方面，初步讨论了峨眉山玄武岩与会泽铅锌矿床成矿的关系。

结果表明，该矿床成矿时代可能与峨眉山玄武岩岩浆活动时代相近；峨眉山玄武岩在成矿过程中提供了部分成矿物质；伴随峨眉山玄武岩岩浆活动过程的去气作用（包括地幔去气作用和岩浆去气作用）形成的流体参与了会泽铅锌矿床成矿流体的形成；峨眉山玄武岩岩浆活动为该矿床成矿热动力的主要来源。

10、峨眉山地幔柱上升的沉积响应
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所造成的。

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度较好，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的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的佐证，同时深化了对晚古生代上扬子西缘构造的认识。

11、峨眉地幔柱和岩石圈的相互作用与峨眉山玄武岩
峨眉山玄武岩总体具有较高的87Sr/86Sr比值和较低的εNd(t)值，并且具有富集地幔源区的特点。

而低钛玄武岩（LT）与高钛玄武岩（HT）之间又表现出一定的差异性；即早期低钛玄武岩（LT1）的87Sr/86Sr比值最高（0.7063～0.7078），而其εNd(t)最低（-6.74～-0.34）；晚期高钛玄武岩（HT）具有最低的87Sr/86Sr比值（0.7049～0.7064）和最高的εNd(t)值（-0.71～1.5）。

在峨眉山低钛玄武岩中，单斜辉石的氧同位素变化范围为 6.2‰～7.86‰，高于洋岛型拉斑玄武岩的平均值5.4‰。

研究样品较地幔岩石偏高的δ18O值说明，在其形成和演化过程中有壳源物质的参与。

结合前人的研究成果和对元素地球化学的研究认为，壳源物质可能主要来自于新元古代富集的扬子西缘次大陆岩石圈地幔。

峨眉山地幔柱－岩石圈的相互作用过程，表现在时间和空间的系统变化，即：早期在西岩区形成含大量壳源组分的低钛玄武岩；晚期为壳源组分相对较少的高钛玄武岩。

在空间上低钛玄武岩仅分布在西岩区，而中岩区和东岩区则皆为高钛玄武岩。

壳源组分随着时间演化逐渐减少，在空间上由西而东也逐渐减少。

这表明，在峨眉山火成岩省形成早(主)期，地幔柱头卷入并且熔融了较多交代富集的次大陆岩石圈物质；而在峨眉山火成岩省形成晚期则只有较少的壳源物质参与。

有关研究者根据上述研究结果，建立了峨眉地幔柱和大陆岩石圈作用的工作模型。

12、峨眉山大火成岩省中两类岩浆分异趋势及其成因
二叠纪峨眉山大火成岩省存在两种岩浆分异趋势。

其中，在攀西古裂谷带内的岩浆显示Bowen分异趋势（即朝富Si贫Fe的流纹质岩浆演化），在时空上与含V-Ti-Fe矿床的基性－超基性岩体密切相关。

而峨眉山大火成岩省东区的玄武岩则具有Fenner分异趋势（即朝富Fe贫Si方向演化），最终分异产物中Fe2O3含量高达23%，SiO2含量低至44%。

这一成分岩浆的发现为富Fe贫Si 岩浆在自然界的客观存在提供了直接的证据。

具有Bowen分异趋势的岩浆系列的氧逸度较高，并且经历了较大程度的地壳混染作用；而具有Fenner分异趋势的岩浆的氧逸度则较低，地壳混染作用不明显。

这暗示，地壳混染程度可能是造成幔源岩浆具有不同分异趋势的重要原因。

具有不同分异趋势的岩浆的空间分布特征，为西南地区V-Ti-Fe矿床的形
成机制提供了新的制约。

13、峨眉山地幔柱活动证据和方式的研究
分布于西南三省的晚二叠纪峨眉山玄武岩，是中国唯一被国际学术界认可的大火山岩省（LIP）。

由于有相关超大型V-Ti-Fe矿床和基韦诺型铜矿床的产出以及峨眉山玄武岩的喷发与晚二叠世生物灭绝事件之间的可能联系（Lo et al.，2002；Zhou et al.，2002），因而广为学术界关注。

但是，其成因机制仍存在不同的看法。

有关文献通过：①、峨眉山玄武岩喷发前的地壳运动特征的重建；②、玄武岩的时空分布特征，原始岩浆性质反演，深部地幔的热状态和熔融条件的确定；③、该火山岩省中高速下地壳的岩石学解释等几个方面，论证了地幔热柱参与形成峨眉山玄武岩的证据和方式。

2019年11月30日撰写于重庆
2019年12月21日修改于重庆。