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《中国地质大学(北京)》 2012年
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峨眉山大火成岩省地幔柱动力学:基性岩墙群、地球化学及沉积地层学证据

李宏博  
【摘要】:自峨眉山地幔柱模型提出以来,围绕着该模型的一些争议问题,许多学者做了大量工作,取得了许多重要成果。然而,一些关乎峨眉山地幔柱辨认性的关键证据还没有找到或存在争议,比如是否存在巨型基性岩墙群?地幔柱引起的大规模火山作用之前是否存在千米级的地壳隆升?地幔柱的轴部位置在何处?本文在野外地质工作的基础上,对峨眉山大火成岩省(ELIP,Emeishan LargeIgneous Provinces)的基性岩墙群、峨眉山玄武岩下伏的茅口组和栖霞组进行了研究,深入探讨了峨眉山地幔柱地球动力学模型。取得如下新认识和进展: 1)首次确认了ELIP存在巨型放射状基性岩墙群及其展布特征,为峨眉山地幔柱动力学模型提供了一个关键证据。岩墙群的几何学特征表现为中心放射状,由6条巨型岩墙群组成,辐射角度近200°。其中心收敛于云南永仁一带,与地层学指示的最大隆起位置吻合,指示了导致二叠纪峨眉山玄武岩事件的地幔柱的中心位置。 2)对四川冕宁和云南富民地区的基性岩墙进行了同位素定年、地球化学研究。冕宁基性岩墙与峨眉山玄武岩为同源产物,具有密切的成因关系。冕宁基性岩墙具有地幔柱成因的特征,并遭受了轻微地壳混染。同位素测年结果表明,基性岩墙形成年龄为256.7±4.3Ma,是ELIP大规模火山作用晚期的产物。年龄测定结果还暗示了岩墙在~244Ma遭遇了一次变质事件,可能是岩浆热-机械侵蚀作用,以及印支运动诱发岩浆作用再次活跃的结果。 富民基性岩墙属于拉斑玄武岩系列,螃蟹箐岩墙为碱性二长岩,两者与峨眉山玄武岩均为同源产物,构成了岩浆演化序列,斜长石的分离结晶是主要的岩浆演化过程。三者具有密切的成因关系,构成了ELIP特征的“三位一体”岩石组合。富民基性岩墙具有地幔柱成因的特征,并遭受了轻微混染。基性岩墙测年结果为257.6±2Ma,为ELIP岩浆作用晚期产物。富民基性岩墙的形成时限和侵位机制印证了地幔柱理论框架内所建立的基性岩墙群的形成机制,为ELIP地幔柱理论模型提供了证据。 3)为大规模火山作用开始之前峨眉山地幔柱所引起的地表响应提供了新的证据。栖霞组和茅口组等厚图表明,峨眉山地幔柱导致的隆升可能在栖霞期已开始。茅口组顶部普遍存在平行不整合界面,说明广大区域内的茅口组地层均曾抬升为陆并遭受剥蚀,与经典地幔柱模型相吻合。永仁—大姚—楚雄—石屏以及宜良—曲靖一带存在二叠系地层缺失区域,可能是地壳隆升幅度最大地区。利用实验模型推导出ELIP的最大隆升幅度为1500米,与前人利用沉积学推算的结果基本一致。隆起幅度最大的中心区域存在海相玄武岩喷发现象则可能是隆升之后快速沉降造成的,并不能作为否定曾经发生隆起的证据。 4)对峨眉山地幔柱轴部位置进行了约束。峨眉山地幔柱的轴部位置应在米易—永仁一带。峨眉山地幔柱到达上地幔时轴部直径大约为65~105km,其中心区的范围约为260~300km。深大断裂带、古地貌等因素控制了溢流玄武岩的喷发和展布,使得轴部岩浆的喷发偏于西部,造成了大理-丽江一带的苦橄岩分布较多的现象。 在前人工作的基础上,结合本文的研究成果,对峨眉山地幔柱动力学模型进行了完善。峨眉山地幔柱活动分为三个阶段,即早期,大规模火山活动期和晚期,并分别对各阶段的地幔柱和岩浆作用特点进行了新约束。
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