长白山火山岩浆柱岩浆上升作用过程

长白山火山岩浆柱是一个在长白山区地下总体呈串珠状排列的向东南倾斜的层状富岩浆集合体,岩浆柱宽度宽者300～500km,窄者30～50km,深度延伸可达上千km。在这个岩浆柱内,热物质聚集与挥发份富集可以发生部分熔融而形成不同成分与密度的岩浆,岩浆聚集上升至某个深度时的停滞聚集又可形成水平向扩展的岩浆房,压力作用下岩浆房内岩浆演化出密度较轻的岩浆则可进一步上升直至喷出地表。天池火山的母岩浆粗面玄武岩来自地幔岩浆库,由其演化形成的碱型系列粗面岩类和碱流岩类岩石则来自地壳岩浆房。拉斑玄武岩系列的偏酸性岩石来源的地壳岩浆房与碱型系列碱流岩来源的地壳岩浆房深度位置也不相同。天池火山造盾玄武岩TiO2含量和SiO2含量之间反相关关系不能单纯用岩浆房分异结晶来解释,TiO2含量较高的样品代表了源区地幔的较低熔融程度的熔体,而低程度熔融的岩浆来源于更深的位置。玄武质岩浆"熔融结束"的深度随时间的增加而增加的过程控制了岩浆形成深度随时间的增加而增加并且岩浆形成速率随时间的增加而降低的规律。天池火山碱流质岩浆房千年大喷发时岩浆超压极大值Δpmax=6.25MPa,层状岩浆房半径3.5km,喷出岩浆层厚700m,喷出岩浆体积30km3;粗面质喷发的岩浆房超压极大值Δpmax=15MPa以上。天池火山千年大喷发时临界喷发熔体黏度μcmrit>2.7×1010Pa.s-1,碱流质岩浆是从一个粗面质岩浆母体经几万年的结晶分异时间演化得来的。气象站寄生火山活动喷发前临界熔体黏度μcmrit=1.2×1011Pa.s-1,这极高的熔体黏度与喷发物中含有大量晶体与气泡相吻合。千年大喷发级别的大规模喷发周期上万年,远大于小规模喷发几百年以内的时间周期。天池火山作用造盾阶段因为玄武岩都直接喷出了地表,多数传导与扩散的岩浆热都没有用于加热深地壳,所以早期加热效率不高。在1～1.6Ma之后造锥阶段在深地壳内形成残余的部分熔融带并阻止了玄武岩的喷发,系统的热效率变得很高,残余熔体生产率也就得到了加速。全新世造伊格尼姆岩喷发阶段大量的演化的碱流质残余熔体因重力不稳定而侵入上地壳内,并且形成大得足以引起造破火山口喷发的岩浆房。

塔西南玄武岩年代学和地球化学特征及其对二叠纪地幔柱岩浆演化的制约

本文通过对塔西南达木斯剖面中玄武岩进行 K-Ar 同位素定年,获得年龄为289.6Ma,并结合 Ar-Ar 坪年龄结果(290.1Ma)和古生物以及沉积特征,认为290Ma 的年龄代表了塔西南玄武岩形成于早二叠世,对应于盆地内下二叠统库普库兹满组下段层位的年龄。地球化学特征显示塔西南熔岩为分异的碱性玄武岩并含45%SiO_2和4%MgO 含量。塔西南玄武岩与盆地内柯坪玄武岩具有相近的主量元素含量和稀土配分与微量元素蜘蛛网图型、无 Eu 异常、富集轻稀土元素、较高的其它不相容元素(如高场强元素)。但塔西南玄武岩比柯坪玄武岩具有较高的 Al_2O_3和 CaO 含量及稀土总量(288×10^(-6)～358×10^(-6)),偏低的 Na,O,P_2O_5和 FeO 含量。K、Rb 和 Cs 丰度的无系统性变化主要受这些元素丰度本身变化的影响。对其它不活动组分,塔西南玄武岩具有高 Ti(Ti/Y=522～624)和 Nb 含量(30×10^(-6)～40×10^(-6))及低 Zr/Nb 比值,暗示其来自富集的地幔源区。其 Nb 含量相对 La 含量无显著变化以及相对低的 Nb/U(近30)和 Ce/Pb 比值(近15),指示塔西南玄武熔岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染。塔里木盆地大规模的火山喷发以及富集不相容元素的地球化学特征支持这样一种假设,即塔西南玄武岩来自地幔柱火山作用,或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成。且岩浆作用过程以部分熔融为主,结晶分异作用较弱。基于塔西南玄武岩和柯坪玄武岩相近的时代、源区成分和/或岩浆作用过程以及处于陆内稳定构造环境,笔者认为塔里木二叠纪玄武岩的分布范围可以从塔里木盆地内的塔中、柯坪一带一直延伸到塔西南地区。

二叠纪峨眉山地幔柱岩浆成矿作用的多样性

二叠纪峨眉山地幔柱形成了规模巨大的大火成岩省、并伴随众多具有经济价值的矿床。地幔柱岩浆分别形成了高钛和低钛2个主要玄武质岩浆系列,并显示了一定的成矿专属性,赋存铜镍硫化物矿床的小型镁铁-超镁铁质岩体原始岩浆的成分类似区内低钛苦橄岩,而赋存钒钛磁铁矿矿床的层状岩体,其原始岩浆成分特征与高钛苦橄岩类似。不同含矿岩体的岩石学、地球化学和含矿性各有差异,这主要取决于岩浆源区特征、岩浆演化过程、地壳混染和岩浆侵位过程。本文对峨眉山地幔柱岩浆成矿作用近年来在上述几方面的研究进展进行了综合和评述,指出地幔柱成矿作用研究存在的一些值得研究的问题。

雅鲁藏布江蛇绿岩中地幔柱型岩浆作用——来自氦、氩同位素的证据

雅鲁藏布江蛇绿岩的氦、氩同位素组成分别是:蛇绿岩中变质橄榄岩的He/He比值为1.104～3.384Ra,平均为2.383Ra;玄武岩的He同位素组成比较均一,3He/4He平均值为5.359Ra;辉绿岩的3He/4He比值变化较大,为1～5Ra。由于各岩石样品有不同程度的蚀变,造成放射性成因He的加入,因此大多数样品He同位素组成比低于亏损地幔大洋中脊玄武岩的值(MORB≈8Ra),不能真实反映源区特征。而采自吉定的辉绿岩样品3He/4He比值平均高达31.57Ra,与夏威夷发现的热点地幔源区的样品比值接近;分步加热法进一步测试,其高比值的He是在低温区段释放的。这种高3He/4He比值He的捕获,表明雅鲁藏布江蛇绿岩形成时存在地幔柱型富集地幔岩浆作用。

塔里木盆地麻扎尔塔格碱性杂岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

采用阴极荧光图像分析、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定方法,对塔里木盆地中央隆起北西部麻扎尔塔格碱性杂岩体中辉石正长岩和呈脉状产出的细粒钾长花岗岩中锆石进行了内部结构、微量元素组成分析和U-Pb年龄测定,表明这两类岩石的成岩年龄分别为283.3±1.8Ma和281.2±3.7Ma,揭示塔里木盆地北缘二叠纪早期存在碱性基性岩浆活动,为塔里木地区石炭纪—二叠纪地幔柱岩浆活动及金刚石、石油天然气等相关矿产找矿方向研究提供了重要证据。

塔里木西南缘棋盘河乡玄武岩锆石U-Pb年代学和地球化学研究

通过对塔西南棋盘河乡尤勒巴斯地区玄武岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素研究.获得锆石206Pb/238U同位素年龄为298.3±2.8 Ma（MSWD=2.6）,代表玄武岩的结晶年龄.本次研究的玄武岩具有高的Ti、Nb：Ti/Y为513.86～577.35、Nb含量为28×10-6～35.7×10-6、La/Nb为5.06～6.25以及低的Zr/Nb比值（10～10.86）,表明该玄武岩的形成与富集岩石圈地幔有关.而相对低的Nb/U（近30）和Ce/Pb（近15）比值,指示研究区玄武岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染.尤勒巴斯地区玄武岩具有高TiO2和P2O5,富集轻稀土和Rb、Ba,指示具有地幔柱的地球化学成分特征.基于塔里木地区大规模的火山岩喷发以及富集不相容元素的地球化学特征和岩相古地理特征支持,塔西南玄武岩可能是由地幔柱火山作用,或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成。

上地幔风对地幔柱形态及热点轨迹影响的数值模拟

地幔热柱在上升过程中可能受地幔侧向流(地幔风)的作用倾斜、偏移乃至断离,进而改变上覆板块岩浆活动等各种地质响应与地表热点轨迹的空间分布,影响板块绝对运动历史约束的可靠性.前人对地幔柱倾斜偏移的研究主要集中在下地幔,全地幔或分层地幔对流形成的地幔柱在上地幔内是否会产生侧向倾斜偏移,并如何影响地表热点轨迹内岩浆活动的生成以及地幔柱相关构造的排布,是地幔热柱动力学以及板块构造理论重要的科学问题.为此,本研究利用ASPECT软件构建了热-Stokes流体耦合动力学演化模型,并引入符合矿物热演化物理规律的地幔岩物性参数,量化分析了在上覆板块运动(Couette)与上地幔内地幔回流风(Poiseuille)共同作用下,地幔柱在上地幔内的倾斜偏移形态与热点位置演化特征.结果发现,上地幔内地幔风作用可导致:(1)地幔柱相对于过渡带内地幔柱根沿上覆板块运动方向反向移动,以使岩浆活动的分布间距增大;(2)侧向移动的地幔柱通道产生近周期性断离上升,其周期主要取决于地幔柱本身的热化学浮力;(3)在主“父”地幔柱热化学浮力与上地幔风相互作用的特定条件下,两处相距数百公里的次级“子”地幔柱可以在很短的时间内(2~4Myr)于上地幔内依次/近同时上升.这种热点位置沿上覆板块运动方向摆动/跳跃的行为,可以用来解释地球上一些火成岩区和热点轨迹(例如Kerguelen热点)热点相关构造:(i)较老构造位于较年轻构造之间(热点移动或地幔柱偏移距离大于上覆板块移动距离);(ii)相距较远但年龄接近(来自同一地幔柱根的两处较远的“子”地幔柱近同时上升)的观测事实.研究表明在通过移动热点框架来约束板块绝对运动时,尤其是当这些热点位于洋中脊和俯冲带附近时,还需要充分考虑上地幔内复杂的动力学环境的影响.