科学研究

程志国:塔里木二叠纪过渡型大火成岩省的提出与成因【JGR,2020】
2020-10-12 阅读:111

大火成岩省是巨量体积的岩浆在短时间内侵位和喷发的板内岩浆事件的产物。依据大火成岩省中长英质岩石的比例不同,可将其分为镁铁质大火成岩省和硅质大火成岩省,它们分别代表了大火成岩省的两个端员,但并没有发现介于两者之间的过渡类型。镁铁质大火成岩省以镁铁质岩石为主,可含有少量长英质岩石(一般<10%),一般被认为与地幔柱的活动有联系,而硅质大火成岩省以长英质岩石为主,可以有少量镁铁质岩石。对硅质大火成岩省大体积长英质岩石的成因,还存在不同的认识,但部分学者认为是大规模的幔源岩浆底侵作用导致富水下地壳发生高程度部分熔融的产物,而大规模的幔源岩浆则来自隐伏的镁铁质大火成岩省。然而,迄今为止,尚未发现镁铁质大火成岩省和硅质大火成岩省时空上共生的实例,所以该认识缺乏关键的地质证据支持。

塔里木大火成岩省是我国继峨眉山大火成岩省之后发现的又一大火成岩省,其镁铁质岩石的分布面积大约265,000 km2,而长英质岩石的面积大约48,000 km2。基于塔里木大火成岩省高比例长英质岩石的地质事实,中国地质大学(北京)“岩浆热液演化与成矿”求真研究群体的程志国博士在张招崇教授的指导下,首次提出塔里木应属于介于两类大火成岩省端员之间的过渡型大火成岩省(Transitional LIP)。为进一步揭示该大火成岩省镁铁质岩石和长英质岩石的成因关系以及大体积长英质岩石的形成机制,该群体以其中的碧玄岩-粗面安山岩-流纹岩岩石组合为研究对象,开展系统的矿物学、岩石学和同位素地球化学研究工作,获得如下主要认识:

1)精细的矿物学研究和EC‐AFC模拟揭示出镁铁质岩石和长英质岩石存在着紧密的成因联系:底侵的玄武质岩浆诱发下地壳发生熔融,并经历广泛的MASH过程,从而产生占主体的具有壳源地球化学信号的长英质岩石;少量的玄武质熔体也可通过发生分离结晶-地壳混染(AFC)作用向富硅熔体演化,进而形成具有幔源地球化学信号的长英质岩石(图1)。

2)使用斜长石-熔体湿度计对全球6个镁铁质大火成岩省和1个硅质大火成岩省中的长英质岩石的水含量进行估算,结果表明,硅质大火成岩省中的长英质岩石水含量明显要比镁铁质大火成岩省中的长英质岩石水含量高,且多个镁铁质大火成岩省可同时发育低水和高水含量的长英质熔体,表明其具有复杂的成因机制(图2a)。结合(87Sr/86Sr)i组成与水含量的正相关关系,表明富水下地壳对大规模长英质岩石的产出具有重要意义(图2b)。

3)研究还提出高比例的长英质岩石使得该过渡型大火成岩省呈现出典型的双峰式火山岩特征,具有强裂谷属性,从而与中亚造山带晚石炭-早二叠世裂谷系共同构成中亚地区双裂谷系统:以塔里木大火成岩省为中心发育三叉裂谷或放射状裂谷系统,以中亚造山带为中心发育东西向的后造山拉伸裂谷系统。主要的物质和能量传递将沿这些裂谷系统进行,这对认识塔里木地幔柱与中亚造山带之间的潜在相互作用具有重要指示意义。

1.塔里木大火成岩省镁铁质岩浆与长英质岩浆成因关系示意图


2. (a)基于斜长石-熔体湿度计对全球典型的镁铁质大火成岩省和硅质大火成岩省的长英质岩石水含量估算结果;(b)长英质岩石水含量和全岩(87Sr/86Sr)i组成呈正相关关系


上述成果近期发表在国际地学Top期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上:Cheng, Z. G., Zhang, Z. C., Wang, Z. C., Wang, F. Y., Mao, Q., Xu, L. J., Ke, S., Yu, H.M., & Santosh, M., 2020. Petrogenesis of transitional large igneous province: Insights from bimodal volcanic suite in the Tarim large igneous province. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125, e2019JB018382 [IF=3.64].

全文链接:https://doi.org/10.1029/2019JB018382