王德滋院士经典论文-大火成岩省研究新进展

　2005年3月,第11卷第1期1-8页高　校　地　质　学　报　

　March 2005,V ol.11,N o.1,p1-8G eological Journal of China Universities

大火成岩省研究新进展

王德滋,周金城

(南京大学地球科学系,南京210093)

摘要:大火成岩省的含义是指连续的、体积庞大的火成岩(包括镁铁质和长英质火成岩)所构成的巨型岩浆岩建造。镁铁质大火成岩省可分为:大陆溢流玄武岩、火山被动陆缘、大洋高原玄武岩、大岩墙群和大层状侵入体。镁铁质大火成岩省是地幔柱岩浆活动的直接产物,一般与聚敛板块边界无关。长英质大火成岩省主要由酸性、中酸性熔结凝灰岩及与之有成因联系的花岗岩构成,与岩石圈伸展构造和玄武岩浆底侵作用有不可分割的联系。今后研究方向包括大火成岩省的形成与地幔动力学的联系以及它与大陆增生、大陆裂解和生物绝灭的关系。此外还包括大火成岩省与成矿作用研究。

关键词:大陆裂解与增生;生物绝灭;地幔动力学;大火成岩省

中图分类号:P588.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7493(2005)01-0001-08

收搞日期:2004-12-01;改回日期:2004-12-09基金项目:国家自然科学基金项目(40272036;40132010)

作者简介:王德滋,男,1927年生,教授,中国科学院院士,主要从事岩石学研究。

大火成岩省(Large igneous province ,缩写为LIPs )的含义是指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造,包括大陆溢流玄武岩、火山被动陆缘、大洋高原、海岭、海山群和洋盆溢流玄武岩,覆盖面积在105km 2以上(C offin ,1994)。如此庞大的镁铁质火成岩省用板块构造理

论已难以解释其成因,它们在很大程度上与来自深部的地幔柱活动有关,是地幔柱岩浆活动的直接产物。地幔柱构造和板块构造是地幔内部两种不同形

式物质对流的反映,板块构造受地幔(主要是上地幔)内部物质球状对流所支配,而地幔柱构造是受穿越整个地幔的柱状物质对流所支配,二者基本上呈独立活动(Hill ,1991)。Stein 和H ofmann (1994)提出一种宏观的地幔翻转模型(Major overturn m odel )以区别于板块构造模型(图1)。图1(a )为板块构造模型,示大洋开合(威尔逊旋回)与上地幔对流的关系,上、下地幔对流分层进行;图1(b )为地幔翻转模型,示冷的地幔物质因板块俯冲不断下沉堆积,至一定程度即自660km (上、下地幔界限)处下降进入下地幔,导致地幔热柱由核幔边界处升起至地球表面形

成大火成岩省。除了镁铁质大火成岩省外,近期文献中还出现有关长英质大火成岩省的报道,后者由酸性、中酸性熔结凝灰岩及与之有成因联系的花岗岩构成,其体积可与镁铁质大火成岩省比拟。这类熔结凝灰岩省分布于环太平洋中、新生代火山岩带的后缘位置,与岩石圈伸展构造和玄武岩浆的底侵作用有不可分割的联系。玄武岩浆作为热源促使中、下地壳广泛熔融形成长英质岩浆,并不同程度地发生两个端元岩浆之间的岩浆混合作用。因此,有关大火成岩省的含义可以扩充如下:所谓大火成岩省,顾名思义,是指由连续的、体积庞大的火成岩(包括镁铁质和长英质)所构成的巨型岩浆岩建造。

1　镁铁质大火成岩省

镁铁质大火成岩省一般认为属于地幔柱成因,其基性岩浆活动的规模十分巨大,它们的形成可以

消耗掉来自地幔的5%～10%的热和岩浆(C ondie ,2001)。图2标绘了250Ma 以来世界上主要的镁铁

质大火成岩省,主要包括大陆溢流玄武岩、被动陆缘火山岩和大洋高原玄武岩,此外还有大岩墙群和大

(a)板块构造模型(Plate tectonic m odel) (b)地幔翻转模型(M ajor overturn m odel)

图1　地幔内部的物质对流(据S tein和H ofmann,1994)

Fig.1M odel showing the convection in mantle

层状侵入体。

1.1　大陆溢流玄武岩

全球大陆溢流玄武岩分布状况如图2所示,它们的基本特征如分布面积、形成时代和岩石组合等已被众多学者研究确认。(a)北美“哥伦比亚河玄武岩”的体积175000km3,其中85%以上是在16.5～15.5Ma期间喷发,构成了哥伦比亚河高原。该火成岩省主要由拉斑玄武岩组成,含少量碱性玄武岩和玄武安山岩(Chesley et al.,1998),被很多人认为与“黄石热点”有关。多数研究者认为巨量的玄武岩浆来自不同的储源(H ooper,1997;C ondie,2001)。

(b)“西伯利亚暗色岩”的玄武岩浆是在二叠纪—三叠纪间的1Ma期间喷溢的。该玄武岩省面积为4×106km2,平均厚度为1km。一个重要特征是含有大量基性火山碎屑岩,在某些盆地中玄武质凝灰岩与角砾岩的最大厚度达700m,有的地方火山碎屑岩的量超过熔岩。从化学成分看,主要为拉斑玄武岩、碱性玄武岩、苦橄岩和玄武安山岩,且伴有少量A2型花岗岩(Lightfoot et al.,1993)。西伯利亚暗色岩的形成与二叠纪末期的生物绝灭有关(C ondie, 2001)。(c)印度中西部“德干高原暗色岩”的溢流玄武岩喷发于65Ma前(白垩纪—第三纪)的1Ma期间,当时位于Réunion热点之上。其体积为8.2×106 km3(Chandrasekharam,2003),主要由拉斑玄武岩组成,碱性玄武岩较少,其次有少量超镁铁质岩和碱性长英质岩。这种溢流玄武岩在白垩纪末的喷发可能造成了大规模生物绝灭(C ondie,2001)。(d)中国西南“峨眉山玄武岩”是在259～261.5Ma期间喷发的,其体积为3×105km3,岩石类型主要为拉斑玄武岩,含少量苦橄岩、玄武安山岩、流纹岩和粗面岩(Xu et al.,2001)。Wignall(2001)认为,中国峨眉山玄武岩的喷发造成晚二叠世早期的大规模生物绝灭。(e)巴西南部的“Paraná溢流玄武岩”和非洲纳米比亚的“E tendeka溢流玄武岩”是与南大西洋T ristan热点有关的巨大溢流玄武岩省的残留。其面积分别为1.2×106km2和0.8×105km2(Peate, 1997)。其中拉斑玄武岩占90%,出现一些流纹岩、中性岩、碱性杂岩(G arland et al.,1995)和大的岩墙群。Paraná2E tendeka大火成岩省熔岩的喷发与南大西洋在150Ma前后开始裂开有关(Hawkesw orth et al.,1992;C ondie,2001)。(f)G ondwana大陆侏罗纪时的裂解在非洲和南极留下的溢流玄武岩构成“K a2 roo2Ferrar大火成岩省”(Hergt et al.,1991)。南非K aroo省溢流玄武岩的范围达3×106km2,熔岩以拉斑玄武岩为主,有一定量的苦橄岩、流纹岩、霞石岩。出现辉绿岩、辉长岩、花岗岩、正长岩和碱性岩的岩墙。玄武岩浆分别在195Ma和180～177Ma喷发。南极洲的Ferrar省主要由基性岩流、岩墙和岩床构成,体积超过106km3。分别在193Ma和180～170 Ma期间喷发(C ondie,2001)。(g)非洲东北部

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