Eruption of the Continental Flood Basalts at -259 Ma in the Emeishan Large Igneous Province, SW China： Evidence from Laser Microprobe ^40Ar/^39Ar Dating

A suite of continental flood basalts sampled over a vast exposure and stratigraphic thickness in the Emeishan large igneous province (LIP), SW China was investigated for laser microprobe 40Ar/39Ar dating. There are two 40Ar/39Ar age groups for these basalts, corresponding to 259-246 Ma and 177-137 Ma, respectively. A well-defined isochron gives an eruption age of huge quantities of mafic magmas at 258.9±3.4 Ma, which is identical to previous dating and paleontological data. Much younger 40Ar/39Ar ages for some basalts with low-greenschist metamorphic facies probably recorded a late thermo-tectonic event caused by collision between the Yangtze and Qiangtang continental blocks during the Mesozoic, which resulted in the reset of argon isotope system. The 40Ar/39Ar age data, we present here, combined with previous dating and paleontological data, suggest relatively short duration (about 3 Ma) of mafic volcanism, which have important implication on mantle plume genesis of the Emeishan continental flood basalts in the LIP.     

峨眉山大火成岩省“高钛玄武岩”和“低钛玄武岩”成因探讨

大量的岩石化学资料分析表明，峨眉山大火成岩省玄武岩的TiO2含量是连续变化的，不存在明显的间断。野外地质特征表明高钛和低钛玄武岩既不存在空间分带，也不存在时间分带。其Sr、Nd和Pb同位素组成也没有明显的区别，推测它们可能是同源岩浆分离结晶的产物。根据MgO和TiO2的相关关系，可将苦橄岩和玄武岩的演化划分为4个趋势，并采用分离结晶模式对其进行了成因模拟，表明高钛和低钛玄武岩是同—母岩浆(苦橄—玄武岩浆)通过不同矿物相分离结晶的产物。     

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。     

峨眉山大火成岩省太和花岗岩的成因及构造意义

攀西地区的太和花岗质岩体和赋存超大型钒钛磁铁矿矿床的辉长岩体在空间上共生,成因上均与峨眉山地幔柱头的上升密切相关.太和花岗质岩体主要由超碱质花岗岩和石英正长岩及少量正长岩组成;富含高场强元素并具高Ga/Al值(3.74～5.63),显示典型A型花岗岩的特征.花岗岩、正长岩和辉长岩的Nb/Ta和Zr/Hf值与洋岛玄武岩(OIB)的相应比值近似.花岗质岩石具较低的87Sr/86Sr初始值(0.7025～0.7049)和正的εNd(t)值(1.9～3.5),与辉长岩的值相近[(87Sr/86Sr)i =0.7049～0.7052; εNd(t) =2.4～3.3].太和花岗质岩体的εNd(t)为正值,显示地幔柱来源的底侵玄武质岩浆对其形成起主要作用.辉长质和花岗质岩石具相似的钕同位素组成,表明其母岩浆来自于同一源区.我们认为太和花岗质侵入体主要由底侵于下地壳的玄武质岩浆分异出的花岗质熔体侵位及随后经结晶分异而形成.因此,晚古生代时幔源岩浆底侵造成的地壳增生在峨眉山大火成岩省中表现极为显著.     

Petrology, Mineralogy and Geochemistry of the Emeishan Continental Flood Basalts, SW China: Evidence for Activity of Mantle Plumes

Electronic microprobe analyses for olivine, clinopyroxene and Cr-spinel in picrites, which we have discovered recently in the Emeishan continental flood basalt province (ECFBP), show that the olivine is rich in Mg, and that Cr-spinel is rich in Cr. Based on the olivine-melt equilibrium, the primary parental melt compositions are calculated. The high-Mg olivine-hosted picrite can be regarded as parental melt. Thus, the melting temperature and pressure are estimated: T=1600℃ and P=4.5 GPa. It suggests that the picrites are connected with the activity of mantle plumes. Their major element composition is comparable to many other CFBs by their high Fe8, (CaO/Al2O3)8 and low Na8, indicating a high pressure. All rocks display a similar chondrite-normalized REE patterns, i.e., enrichment of LREE, relative depletion of HFSE and absence of negative Nb and Ta but depletion in P and K. Some incompatible element ratios, such as La/Ta, La/ Sm, (La/Nb)PM, (Th/Ta)PM, are in a limited range, show that they were derived     

峨眉山大火成岩省中高Os苦橄岩的发现及地质意义

本文对峨眉山大火成岩省中苦橄岩及其共生的玄武岩进行了铂族元素(PGE)分析,结果表明苦橄岩比玄武岩的PGE含量要高至少一个数量级,并且具有明显高的Os含量,不仅比熔融程度最高的科马提岩要高,而且比原始地幔还要高,另外,还显示出超球粒陨石的Os/Ir比值(2.84～3.88)。其高的Os/Ir比值可能与岩浆上升过程中混入黑色页岩有关。部分熔融计算表明,含有0.01%硫化物的原始地幔 0.5%的外核在7%的熔融程度下,然后又被约10%的黑色页岩混染可以模拟原始岩浆的PGE含量。其Os含量及其他地球化学特征与其同时代的西伯利亚暗色岩系的相似性可能暗示了这两个大火成岩省来自于同一个起源于核-幔边界的超级地幔柱。另外,还根据苦橄岩和玄武岩PGE的含量估算了该地区PGE的成矿潜力。     

峨眉山大火成岩省中的苦橄岩:地幔柱活动证据

峨眉山大陆溢流玄武岩省中新发现的苦橄质熔岩中的橄榄石和铬尖晶石分别以富镁和富铬为特征。利用橄榄石熔体平衡原理恢复得到原生岩浆的MgO含量约为22％．表明该地区既有代表原生岩浆成分的苦橄岩,也有代表演化和堆晶成因的苦橄岩,根据有关实验估算其形成的T=1600℃,p=4．5GPa。如此高的温度指示了苦橄岩的形成与地幔柱作用有关。其稀土和微量元素配分模式以轻稀土富集和高场强元素(HFSE)相对亏损．不存在Nb、Ta负异常,而以P和K负异常为特征。其La／Ta、La／Sm、(La／Nb)PM、(Th／Ta)PM值变化范围小,均指示其地幔柱成因,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,是石榴二辉橄榄岩经大约7％的部分熔融的产物。地幔柱的轴部位置可能位于现今云南丽江县城一带。     

峨眉山大火成岩省晚期酸性火山岩的岩石地球化学特征

峨眉山大火成岩省出露有少量酸性火山岩,它们与基性火山岩共生,表现出双峰式的特征,为研究峨眉山地幔柱晚期岩浆活动提供了重要的窗口。本文通过对双峰式火山岩主、微量元素和斑晶电子探针分析研究表明,基性火山岩属于碱性玄武岩,酸性火山岩主要由粗面岩组成;相对玄武岩,粗面岩中MgO、Fe2O3、P2O5、TiO2、CaO含量明显降低;粗面岩与玄武岩具有相互平行的REE配分模式,但粗面岩出现明显的Eu负异常,以及Sr、Ti等元素的强烈亏损;粗面岩与玄武岩具有同源的特征,通过稀土元素模拟计算表明粗面岩可以由玄武质岩浆经过80%分离结晶作用(辉石、斜长石和Fe-Ti氧化物)而形成。在峨眉山大火成岩省晚期出现双峰式火山岩,可能与地幔柱活动晚期岩浆供给少,在地壳岩浆房中停留时间长,岩浆发生强烈分离结晶作用有关。     

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。     

与地幔柱有关的A型花岗岩的特点——以峨眉山大火成岩省为例

通过地幔柱条件(攀西地区)和非地幔柱条件下(华南、北方造山带)A型花岗岩岩石学、地球化学特征的系统对比,厘定了与地幔柱有关的A型花岗岩的一些特点:(1)与基性-超基性岩体在时间和空间上紧密伴生;(2)具有较高的锆石饱和温度(860～960 ℃);(3)具有较高Nb/Th和Ga/Al比值;(4)通常显示正的εNd(t)值(但不超过5),其模式年龄和岩体形成年龄相差不大.这些特点与岩浆源区或母岩浆的性质以及岩浆演化条件有关,为自然界同类岩石的甄别提供了依据.     

二滩玄武岩的水含量：峨眉山大火成岩省地幔源区水含量的区域性分布特征

近期对科马提岩以及许多大火成岩省中的苦橄岩进行的水含量分析以及地幔潜能温度的研究表明,无论是太古宙还是显生宙的大火成岩省的形成都和含水的地幔柱有关。晚二叠纪的峨眉山大火成岩省（ELIP）位于扬子克拉通西缘,目前主流观点认为其是由地幔柱形成的。前人根据大量的岩石地球化学工作将ELIP分为西区、中区和东区;证明了位于西区的大理、宾川的苦橄岩和玄武岩地幔源区的水含量高于2500×10^-6。然而对于其他区域玄武岩源区的含水性还不清楚。文章以位于中区的二滩剖面底部高钛型玄武岩为研究对象,采用单斜辉石斑晶反演的方法研究恢复了其原始岩浆的水含量。结果表明,单斜辉石斑晶水含量范围为76×10^-6 ~424×10^-6, 对应的平衡熔体水含量为3.01 wt%。在考虑分离结晶影响后,恢复的原始岩浆水含量达到2.71±0.95 wt%。该水含量略低于大理苦橄岩水含量,与宾川苦橄岩相当。而计算的地幔源区水含量最低估计为1357×10^-6,该值低于大理、宾川苦橄岩的源区水含量,但仍显著高于正常洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩源区。ELIP中不同区域的苦橄岩和玄武岩都存在高水含量,这表明在ELIP的形成和演化过程中水都扮演了很重要的角色。     

峨眉山大火成岩省的形成机制及空间展布:来自沉积地层学的新证据

对西南地区茅口灰岩生物地层对比和峨眉山玄武岩与茅口灰岩之间的界面特征的研究表明,上扬子西缘茅口灰岩在玄武岩喷发前存在差异剥蚀,自西到东可分为深度剥蚀带(内带)、部分剥蚀带(中带)、古风化壳或短暂沉积间断带(外带)和连续沉积带;整个剥蚀区的范围同峨眉山玄武岩分布区基本一致。差异剥蚀是中二叠世晚期上扬子西缘一次快速地壳抬升和穹状隆起的结果,这说明峨眉山大火成岩省的形成与地幔柱活动有关。根据上升地幔柱地表抬升模型对峨眉山大火成岩省空间展布进行了讨论,并推算出该大火成岩省的规模。     

同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展

系统总结分析了峨眉山大火成岩省的同位素地球化学研究成果。总结前人研究资料中大量峨眉山大火成岩省（ELIP）中玄武岩和侵入体的同位素年龄数据,并结合生物地层学特征,确认我国西南峨眉山大火成岩省中的各个岩石单元的形成时代为251~263 Ma,其中基性-超基性侵入岩体形成于约259 Ma,而作为峨眉山大火成岩省主体的峨眉山玄武岩系形成于251~253 Ma。Sr-Nd、Re-Os、Lu-Hf及O同位素地球化学数据表明峨眉山大火成岩省的源区为地幔柱或者大陆岩石圈地幔(SCLM),其中峨眉山玄武岩与富含Fe-Ti氧化物基性侵入体的Sr-Nd同位素特征相似,具有与OIB相似的同位素性质;而含Cu-Ni硫化物的基性-超基性岩体的同位素特征接近地壳物质,可能与地壳混染作用有关。     

云南富民晚二叠世中—基性岩年代学、地球化学特征：对峨眉山大火成岩省岩浆作用过程的指示意义

本文对云南富民地区晚二叠世中—基性岩体、峨眉山玄武岩进行了同位素年代学、岩石学和地球化学的研究。富民基性岩体为辉绿岩,中性岩墙为碱性二长岩。两者均富集LREE、LILE和HFSE,具有OIB的特征,以及相似的Sr-Nd同位素特征,基性岩体的(87Sr/86Sr)i为0.70565~0.70626,εNd(t)为-0.06~+0.49,中性岩墙的(87Sr/86Sr)i为0.70564~0.70567,εNd(t)为-0.32~+0.41。基性岩LA-ICPMS锆石U-Pb测年结果为257.6±2Ma,表明富民中—基性岩体形成于峨眉山大火成岩省大规模岩浆作用的末期。地球化学证据表明富民中—基性岩体是高Ti型玄武质岩浆经连续演化形成的。富民中—基性岩的原始岩浆是地幔柱在石榴子石稳定区经小程度部分熔融的产物。同位素比值与抗蚀变不相容元素比值(如Nb/U)的相关性表明,基性岩在岩浆形成过程中未遭遇地壳混染,而二长岩遭受了少量地壳混染。富民地区晚二叠世中—基性岩体,尤其是螃蟹箐二长岩的发现,证实了ELIP地区"双峰式"火山岩组合中普遍缺失的中性岩体的存在,为长英质岩体的分离结晶成因模型提供了关键证据。     

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。     

The Principles for Discrimination of the Source Composition of Mantle-Derived Igneous Rocks and the Nature of the Mantle Source Region of the Emeishan Basalts

This paper discusses the discrimination principles. deduction and methods for probing into the source composition of mantle-derived magma. The magmatophile (incompatible) source elements are not all optimal tracers for mantle source composition. The ratios of two strong magmatophile elements (D<1) or the ratios of two trace elements with the same D value are not controlled by the formation mode and evolution degree of a magma, but maintain the characteristics of their composition in mantle source region prior to the magma formation. The ratios are related to different mantle-crust structures and dynamics. The mantle source composition of the Emeishan Basalt series is similar to that of the South Atlantic Rio Grande Rise-Walvis Ridge Basalts and Brazil continental-margin basalts. This may indicate that these basalt series might have similar source regions and tectonic environments.     

一种改进的简单的估算原始岩浆的方法

利用橄榄石和熔浆的Fe—Mg分配系数,制作了MgO—FeO演化图解。根据MgO—FeO体系中Fo橄榄石的Fo值:Fo=n(Mg)÷n(Mg)+n(Fen(Mg)/n(Mg)+n(Fe))等值线与Fe—Mg演化曲线交点确定原始岩浆成分。该图解优点在于可以更简单、直观地判别原始岩浆成分,适用于橄榄石分离结晶体系。同时介绍了该图解的使用方法,并以峨眉山大火成岩省丽江地区的大具与仕满两个剖面的苦橄岩为例,说明如何应用该图解来恢复原始岩浆以及解释岩石的成因。研究结果表明,仕满地区原始岩浆MgO、FeO含量分别为23.5%和12.8%,部分熔融程度较高,SM-14和SM-15是由仕满原始岩浆经过轻度橄榄石分离结晶形成的,基本可以代表原始岩浆成分。大具地区原始岩浆可分为两类,一类部分熔融程度较低,MgO、FeO含量分别为19.8%和11.3%;另一类部分熔融程度较高,MgO、FeO含量分别为23%和13.3%,与仕满原始岩浆成分类似。大具地区的岩石样品成分均不能代表该地区的原始岩浆成分,而是经历了明显的橄榄石分离结晶作用。另外,峨眉山大火成岩省中绝大多数的玄武岩中CaO含量不符合橄榄石分离结晶关系,并且MgO含量一般都低于8%,以及岩石中普遍出现单斜辉石和斜长石矿物等都表明这些玄武岩不可能由地幔部分熔融形成的原始岩浆直接通过橄榄石分离结晶作用形成。     

峨眉山溢流玄武岩省高钛玄武岩的两种不同地幔源特征

为探讨和揭示峨眉山高钛玄武岩的幔源特征,以二滩高钛玄武岩为研究对象进行了主要元素、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素的系统研究。研究表明:二滩高钛玄武岩可分为A和B两组玄武岩;两组岩石间的微量元素(Rb﹑K﹑Ba﹑Th﹑Nb和Ta)富集程度和微量元素比值(Ba/Nb﹑Ba/Th﹑Zr/Nb﹑Th/La、Zr/Hf)以及同位素比值(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、²⁰⁸Pb^*/206Pb^*)均存在较为明显的差异。造成这种差异的原因不是岩浆过程(结晶分异、地壳混染、部分熔融)的不同,而是A组和B组具有不同的地幔源。A组具有EM II特征,可能为富含辉石岩的交代地幔部分熔融所形成;B组则具有EM I和C组分的混合特征,可能为交代谱系较宽的地幔物质熔融所形成。     

亚洲3个大火成岩省(峨眉山、西伯利亚、德干)对比研究

峨眉山(～260Ma)、西伯利亚(～250Ma)和德干(～66Ma)大陆溢流玄武岩是世界上3个重要的大火成岩省。大火成岩省至少具有4个通常被用于识别古地幔柱的标志:(1)先于岩浆作用的地表隆升;(2)与大陆裂谷化和裂解事件相伴;(3)与生物灭绝事件联系密切;(4)地幔柱源玄武岩的化学特征。虽然这3个大火成岩省都是来源于原始地幔柱,但是它们的地球化学特征有本质上的差异,反映其地幔柱曾与不同的上地幔库相互作用。(1)峨眉山和西伯利亚大陆溢流玄武岩的母岩浆,在上升过程中经受了与地球化学上和古老克拉通岩石圈地幔相同的上地幔库(EM1型幔源)的相互作用;(2)而德干大火成岩省没有受到地壳(或岩石圈)混染的原生玄武岩则显示地幔柱和EM2之间的Sr-Nd同位素变化。这种差异有可能制约了3个大火成岩省的成矿潜力。峨眉山和西伯利亚大火成岩省含有世界级岩浆矿床,而德干大火成岩省则不含矿。     

Geochemistry of Picritic and Associated Basalt Flows of the Western Emeishan Flood Basalt Province, China

Picritic lava flows near Lijiang in the late Permian Emeishanflood basalt province are associated with augite-phyric basalt,aphyric basalt, and basaltic pyroclastic units. The dominantphenocryst in the picritic flows is Mg-rich olivine (up to 91·6%forsterite component) with high CaO contents (to 0·42wt %) and glass inclusions, indicating that the olivine crystallizedfrom a melt. Associated chromite has a high Cr-number (73–75).The estimated MgO content of the primitive picritic liquidsis about 22 wt %, and initial melt temperature may have beenas high as 1630–1690°C. The basaltic lavas appearto be related to the picritic ones principally by olivine andclinopyroxene fractionation. Age-corrected Nd–Sr–Pbisotope ratios of the picritic and basaltic lavas are indistinguishableand cover a relatively small range [e.g. _Nd(t) = –1·3to +4·0]. The higher _Nd(t) lavas are isotopically similarto those of several modern oceanic hotspots, and have ocean-island-likepatterns of alteration-resistant incompatible elements. Heavyrare earth element characteristics indicate an important rolefor garnet during melting and that the lavas were formed byfairly small degrees of partial melting. Rough correlationsof isotope ratios with ratios of alteration-resistant highlyincompatible elements (e.g. Nb/La) suggest modest amounts ofcontamination involving continental material or a relativelylow-_Nd component in the source. Overall, our results are consistentwith other evidence suggesting some type of plume-head originfor the Emeishan province. KEY WORDS: Emeishan; flood basalts; picrites; mantle plumes; late Permian