峨眉山地幔柱活动的地质学、地球化学和地球物理学证据.pdf

2 0 0 5 年全国第四次火山学术研讨会·北海峨眉山地幔柱活动的地质学、地球化学和地球物理学证据徐义刚1 j 何斌1 ，肖龙1 ，黄小龙1 钟孙霖21 ．中国科学院广州地球化学研究所，广州5 1 { ) 6 4 02 ．H 湾大学地质系，台北1 0 7 7 0分布于西南三省的晚二叠纪蛾眉山玄武岩是我国唯一被国际学术界认可的大火山岩省( u P ) ，因有相关超大型V - T i - F e 矿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生物灭绝事件之间的可能联系( L oe ta 1 ．，2 0 0 2 ；Z h o ue ta 1 ．，2 0 0 2 ) 而广为学术界关注，但其成因机制仍存在不同的看法本文通过( 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，以及( 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1 地质学：对蛾眉山彖武岩下伏茅口灰岩进行了生物地层对比，发现扬子西缘茅口灰岩在玄武岩喷发前存在差异剥蚀，而且茅口灰岩等厚线呈似圆状分布。

剥蚀程度在空间上呈有规律的变化，自西到东可分为深度剥蚀带( 内带) 、部分剥蚀带( 中带) 、占风化党或短暂沉积间断带( 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通过剥蚀地层的厚度和热带环境下灰岩岩剥蚀速率估计地壳抬升发生的时限 8 0 公里．酉稳定区) 经小程度部分熔融形成( 1 ．5 ％) ，并在地壳浅部经历了辉长质组分的分异结晶作用，可能代表了热柱边部或消亡期地幔小程度部分熔融的产物地壳快速穹状隆起不仅为峨眉山玄武岩的形成的动力学机制提供了制约，而且为峨眉山大火成岩省提供了一个天然的分区方案( X ue ta I ．，2 0 0 4 ) 根据茅口组灰岩的剥蚀程度在空间上呈现的有规律的变化，将峨眉山大火成岩省分为内带( 深度剥蚀带) 、中带( 部分剥蚀带) 和外带( 古风化壳或短暂沉积间断带) 为了了解峨眉山玄武岩的分布，对峨眉山大火山岩省和周边晚占生代海相玄武岩共1 8 个火山岩剖面进行了系统采样个和地球化学分析，通过化学地层对比，发现低钛玄武岩主要局限于蛾眉山大火山岩省的内带，岩性自下而上的总体变化趋势为：低钛．> 高钛玄武岩；而2 0 0 5 年全国第四次火山学术研讨会·北海中带主要由高钛玄武岩组成。

中岩区则由高钛玄武岩和碱性玄武岩组成根据高钛和低钛玄武岩不同的熔融条件，推测地幔柱的核部内带值得一提的是，根据玄武岩岩类空间分布规律推测的地幔柱活动部位与根据地层剥蚀程度推断的地幔柱核部位置相吻合两种方法的独立性暗示所获结论的可靠性3 地球物理：考察了现有地球物理资料，发现地壳厚度随隆起区的不同位置而有规律的变化( Y u a n1 9 9 5 ；L i ue ta 1 ．，2 0 0 1 ) 在内带地壳厚度为5 5 ．6 4k m ( 平均6 1 ．5k m ) ，中带地壳厚度为3 8 ．5 4k m ( 平均4 5k m ) ，外带3 5 - 4 3 k m ( 平均3 8 k m ) 地震层析表明内带厚地壳包含有平均厚度为2 0 k m左右的高速下地壳( V p = 7 ．1 —7 ．8k l t t ] s ) 此外，在内带岩石圈地幔存在一个高速异常透镜体( V p = 8 ．2 ．8 ．6k m ／s ) ，其东西两侧的地理位置与内带和中带分界位置相重叠壳幔结构的空间变化与地壳穹隆结构之间的协调关系暗示两者受同一动力学机制．地幔柱活动的影响在内带，地幔柱头的熔融程度大，岩浆产出量大，一部分岩浆喷出到达地表．而另一部分则底侵至壳幔边界成为下地壳的一部分。

壳幔结构还暗示地幔柱产生的岩浆在水平方向上没有大的流动，可能与当时岩石圈缺乏大的伸展有关参考文献C a m p b e l l ．I ．H ．＆G r i f f i t h s ．R ．W1 9 9 0 ．I m p l i c a t i o n so fm a n t l ep l u m es t r u c t u r ef o rt h ee v o l u t i o no ff l o o db a s a l t s ．E a r t hP l a n e t ．S c i ．L e t t ．9 9 ．7 9 - 9 3H eB ．X uY _ GC h u n gS —L ．X i a o ，L ．a n dW a n gY2 0 0 3 ．S e d i m e n t a r ye v i d e n c ef o rar a p i d ，k i l o m e t e rs c a l ec r u s t a ld o m i n gp r i o rt ot h ee r u p t i o no f t h eE m e i s h a nf l o o db a s a l t s ．E a r t ha n dP l a n e t a r yS c i e n c eL e t t e r s2 1 3 ：3 8 9 - 4 0 3H e B ．，Y G X u ，Y a - M e i W a n g ，Z b e n Y u —L u o ，2 0 0 5 ．S e d i m e n t a t i o na n d l i t h o f a c i e sp a l e o g e o g r a p h y i nS W C h i n a b e f o r ea n da f t e rt h eE m e i s h a nf l o o dv o l c a n i s m ：N e wi n s i g h t si n t os o l ' f a c er e s p o n s et om a n t l ep l u m ea c t i v i t y ．J o u r n a lo fG e o l o g y( a c c e p t e d )L i u ，1 ．．L i u ’E ．H e ．J ．C h e n H ．＆Y o u ，Q ．2 0 0 0 S ．S t u d y o fs e i s m i c t o m o g r a p h y i nP a n x ip a l e r i f t a r e a o f s o u t h w e s t e r n C h i n a—s t r u c t u r a lf e a t u r e so f c r u s ta n dm a n t l ea n dt h e i re v o l u t i o nS c i e n c ei nC h i n a ．( S e r i e sD ) ，4 4 ：2 7 ％2 8 8 ．L o ，C ．H ．，C h u n g ．S ．L ．．L e e ．TY ，W u ，GY2 0 0 2 ．A g eo ft h eE m e i s h a nf l o o dm a g m a t i s ma n dr e l a t i o n st oP e r m i a n - T r i a s s i cb o u n d a r ye v e n t s ．E a r t hP l a n e t ．S 0 1 ．L e t t ．1 9 8 ：4 4 9 —4 5 8 ．X u ，YG ．C h a n g ，S ．- L ．，J a h n ，B ．M ＆W u ，G X ．2 0 0 1 ．P e t r o l o g i ca n dg e o c h e m i c a lc o ．s f f a i n so nt h ep e t r o g e n e s i so fe e r m o - T r i a s s i eE m e i s h a nf l u o db a s a l t si ns o u t h w e s t e r nC h i n a ．L i t h u s5 8 ．1 4 5 一1 6 8 ．X uY a , H eB ，C h u n gS L ，M e n z i e sM Aa n dF r e yF A ．2 0 0 4 ．T h eg e o l o g i c ，g e o c h e m i c a la n dg e o p h y s i c a lc o n s e q u e n c e so fp l u m ei n v o l v e m e n ti nt h eE m e i s h a nf l o o db a s a l tp r o v i n c e ．G e o l o g y3 2 ：9 1 ％9 2 0Y u a n ，X ．C ．G e o p h y s i c a lm a p so f C h i n a ( G e o l o g i c a lP u b l i s h i n gH o u s e ，B e i j i n g ，1 9 9 5 ) ．·Z h o u ，M ．e ta 1 ．2 0 0 2 ．At e m p o r a ll i n kb e t w e e nt h eE m e i s h a nl a r g ei g n e o u sp r o v i n c e ( S WC h i n a ) a n dt h ee n d —G u a t i a l u p i a nm e s s e x t i n c t i o n ．E a r t h P l a n e t ．S c i ．L e t t ．1 9 6 ．1 1 3 ．1 2 2 ．1 0 7。