论文部分内容阅读
地幔柱和地幔柱构造的提出，为理解全球构造演化、地幔物质循环和地球不同圈层相互作用提供了新视点，同时也是对板块构造理论的有益补充。大火成岩省通常被认为是深部地幔柱活动的产物和在地球浅部典型表现之一，记录了地幔柱活动过程和壳幔物质循环的诸多信息。溢流玄武岩和侵入岩广布于大火成岩省，其成因过程、源区属性及所揭示的深部动力学机制对理解区域以致全球构造演化和地幔柱-岩石圈相互作用尤为重要。同时，对地幔柱和大火成岩省的研究还涉及到地球内部巨大热事件所引起的地球环境变化、生物灭绝事件和大型矿产资源富集区的形成等重大课题。因此，地幔柱和大火成岩省成为目前国际地球科学研究的热点和前缘。位于扬子地块西缘的峨眉山大火成岩省是我国唯一被国际学术界公认的大火成岩省。近年来对该火成岩省的研究方兴未艾，业已取得可喜的进展和丰富的研究成果。在本论文中，我们选择研究基础较为薄弱的川西北松潘-甘孜地区的二叠纪海相玄武岩(大石包组)和川西攀西地区的基性侵入岩脉为研究对象，开展精细的锆石单矿物SHRIMP U-Pb年代学和系统的岩石(相)学、元素-同位素地球化学研究。本研究主要取得以下成果和认识：
1、采自松潘-甘孜地块宝兴县境内(大石包剖面)的大石包组玄武岩代表性样品的SHRIMP锆石U-Pb年代学研究给出了262.9±2.4 Ma的加权平均年龄，代表了这套岩石的成岩年龄。这一年龄与通过其它研究途径获得的峨眉山玄武岩年龄值是一致的。这是目前为止，对该套玄武岩获得的最新的SHRIMP锆石U-Pb定年结果，对约束其喷发时代以及厘清其与峨眉山大火成岩省之间的关系提供了关键证据。
2、大石包组玄武岩SHRIMP锆石U-Pb精细年代学结果也为峨眉山溢流玄武岩提供了重要的年龄约束，综合已有年代学资料，可以认为峨眉山溢流玄武岩大规模喷发于～260Ma，相应于中-晚二叠界线年龄(260.4±0.4 Ma)。因此，该LIP火山作用可能是导致Guadalupian末期(～259Ma)的生物绝灭事件的主要诱因之一。本研究取得的新的精细定年结果为更好地认识峨眉山LIP与古生代末期的生物大灭绝事件间的联系提供重要依据。
3、产出于松潘-甘孜地块宝兴和丹巴等地的二叠纪海相玄武岩(大石包组)具有高铁、高钛特征，在球粒陨石标准化的REE图上显示LREE富集、HREE亏损的右倾型稀土配分型式，具有洋岛玄武岩(OIB)地球化学特征，其不相容元素比值如Zr/Nb、La/Nb和Ba/Nb等接近于EM1-OIB，形成于大陆板内环境。该套玄武岩的元素和Sr-Nd同位素地球化学特征和源区性质类似于峨眉山溢流玄武岩的高钛(HT)系列，其源区来自原始地幔始于石榴子石稳定区的低程度部分熔融，支持地幔柱成因。结合对该套玄武岩开展的的SHRIMP锆石U-Pb精细定年结果，可以认为，大石包组玄武岩与峨眉山玄武岩是同一次大规模岩浆事件的喷发产物，属于峨眉山大火成岩省的一部分。在柱状剖面图(包括宝兴大石包剖面和中岗剖面)上，大石包组玄武岩上下两段表现出一定的差异。相对而言，上段比下段具有更高的TiO2含量和Ti/Y比值，高钛的特征更明显；这种差异还表现在REE和微量元素配分型式以及不相容元素比值上，推测较早喷发的下段玄武岩源区熔融始于石榴子石稳定深度，部分熔融程度较大，且可能卷入了一定比例的亏损地幔组分，并在后期遭受了一定程度的壳源物质或岩石圈地幔(SCLM)成分的混染。之后，随着地幔柱活动演化(减弱或轴部转移)，部分熔融程度明显降低，生成REE丰度更高、轻重稀土分异更显著的玄武质岩浆(上段)。宝兴大石包组玄武岩这一成因机制和随时间演变的特点，与峨眉山LIP内其它溢流玄武岩及苦橄岩是相似的。
4、峨眉山LIP内除溢流玄武岩外，还伴生有大量的侵入岩体和岩脉，成分从镁铁-超镁铁质至长英质皆有出露。本研究着重对目前研究基础较薄弱的基性岩脉开展了系统的野外考察和取样，对采自川西盐源、会理、攀枝花等地的基性脉岩进行了全岩主、微量元素和Sr-Nd同位素分析，结果表明，这些基性脉岩总体上具有类似于峨眉山玄武岩的地球化学特征，结合其代表性样品(盐源，SHCL-66)给出了～262Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄，与峨眉山玄武岩喷发时代(～260Ma)近于同期，因此认为他们是地幔柱引发的峨眉山大火成岩省同期异相的产物。这些来自不同岩脉的基性岩样品的元素-同位素数据显示出一定的变化区间，暗示它们经受了不同程度的结晶分异和地壳物质混染作用。比如，盐源样品具相对最高的MgO含量(8.38-21.33wt％)和相容元素丰度(如Cr=104-2610ppm，Ni=135-496ppm)，稀土含量却比较低(如La=5-12ppm)，这些特征加上其较为亏损的Sr-Nd同位素组成(初始87Sr/86Sr=0.703752-0.703844，εNd(t)=+4.87-+5.13)，表明样品代表了来自亏损地幔源区的相对未分异和未受后期污染的原始岩浆的成分。攀枝花和会理的样品表现出相似于盐源样品的微量元素配分型式，而轻稀土(LREE)和不相容元素(如Rb、Th等)则相对富集，同时Sr-Nd同位素组成也显示出相对富集的特征(初始87Sr/86Sr=0.704354-0.705436，εNd(t)=-0.29-+4.58)，表明它们可能是原始岩浆经过了一定程度的结晶分异和后期混染的结果。总体上，这些基性脉岩表现出的元素和同位素地球化学特征，可对比于其伴生的溢流玄武岩。这些基性岩脉/岩墙贯入于大火成岩省事件活动前期，并沿着扬子地块西部边缘一线分布。地球化学特征的相似性和时间上的一致性表明，产出于峨眉山LIP的火山岩和侵入岩之间具有成因联系，都是地幔柱活动的产物。
5、松潘-甘孜地块和扬子西缘晚古生代以前地层的可比性以及峨眉山溢流玄武岩的分布特征显示，松潘-甘孜洋盆伴随着扬子克拉通的裂解而打开，并且可能都与峨眉山地幔柱的冲击效应有关，是地幔柱活动的浅部地质响应。