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针对目前大火成岩省研究中的薄弱环节,本文对峨眉山大火成岩省中的中酸性侵入岩进行了系统的年代学、岩石学和地球化学研究,勾画出了三期酸性岩浆事件,并对不同期次岩浆活动的起因和机制进行了探讨,对于深化峨眉山大火成岩省的研究具有重要意义。
峨眉山大火成岩省中的中酸性侵入岩类型复杂,包括猫猫沟霞石正长岩、米易辉石/石英正长岩、太和碱性花岗岩和矮郎河钾长花岗岩。这些中酸性侵入岩都与峨眉山地幔柱存在成因上的联系,但具体来说,不同的岩石类型具有不同的成因。猫猫沟霞石正长岩具有与峨眉山玄武岩相似的Sr-Nd同位素特征[(87Sr/86Sr)i=0.705375~0.705549,εNd(t)=-0.73~1.36]和与地幔非常接近的Nb/Ta比值(16.7~19.5),说明霞石正长岩具有与峨眉山玄武岩相似的源区。霞石正长岩体缺少一套连续的岩石演化序列以及富集Sr的特征暗示为新生的下地壳中辉长质堆晶岩部分熔融形成。主量元素模拟和稀土元素反演的结果进一步证实了这一观点。
岩石地球化学特征表明,米易辉石/石英正长岩和太和碱性花岗岩属于A型花岗岩中的Al型亚类。A型花岗岩在时间和空间上与基性-超基性层状侵入岩体紧密伴生,在微量元素图解上也显示出良好的互补关系.。米易辉石/石英正长岩的主、微量元素都显示出与SiO2良好的线性相关性,表明其成分变化来自于结晶分异作用。数值模拟结果进一步证实峨眉山玄武质岩浆经由结晶分异作用可以形成这套米易辉石/石英正长岩。但太和碱性花岗岩仍不能很好的区分是结晶分异还是部分熔融成因。
钾长花岗岩属于I型花岗岩,主量元素上与太和碱性花岗岩相似,但微量元素上存在显著不同。Nb-Ta负异常,较高的初始87Sr/S6Sr比值(0.7102-0.7111)和较负的εNd(t)值(-6.34~-8.16)说明它主要来自地壳古老变质火山岩的部分熔融。
锆石SHRIMP U-Pb定年显示峨眉山大火成岩省存在三期酸性岩浆事件。第一期发生于~260 Ma左右,主要代表性岩石为霞石正长岩和A型花岗岩。第二期活动以I型花岗岩为代表,发生于255-251Ma左右。最晚一期发生于238 Ma左右,以宾川流纹质凝灰岩为代表,比第一期岩浆活动晚了整整20个百万年。如果认为太和A型花岗岩来源于地壳熔融,那么三期酸性岩浆事件中除米易正长岩来源于玄武质岩浆在上地壳浅部的结晶分异外,其它类型岩石的形成都与地壳熔融有关,这记录了峨眉山地幔柱对岩石圈的贡献在物质和能量传递方式上发生的三次变化。~260Ma霞石正长岩和太和A型花岗岩的锆石Hf同位素变化较大(εHfl(t)=-1.4~+13.4),对应模式年龄为400-900 Ma。最高的εHf(t)值仅仅略低于同时代的亏损地幔值,其模式年龄也仅略高于锆石结品年龄,暗示其熔融源区可能以峨眉山火山作用时底侵的新生下地壳为主,并有少量新元古代古老地壳卷入。幔源岩浆底侵引发的对流性加热为这期新生下地壳的熔融提供了热能。第二期I型花岗岩(255-251Ma)具有较低的εHf(t)值(-1.7~-4.4)和~1400 Ma的TDM2年龄,表明下地壳中元古代岩石可能是其主要物质来源,地幔柱对岩石圈的贡献开始从提供物质和能量转变为仅提供传导性加热。238Ma的凝灰岩具有极低的εHf(t)值(-9~-13)和最老的模式年龄(1794~2237Ma),暗示其来源于早元古代古老地壳的部分熔融,地幔柱传导性加热仍是这次熔融事件的热量来源。
三次熔融事件涉及的岩浆源区越来越古老,暗示峨眉山大火成岩省的地壳可能存在反转的层状构造,即下地壳最底部是由峨眉山地幔柱底侵形成的新生地壳,上覆古老的新元古代地壳,再往上则被更古老的中、早元古代地壳覆盖。这种反转的层状构造指示该地区曾发生过多次向下的地壳增生事件,其中有两次事件分别与新元古代地幔柱和晚二叠系峨眉山地幔柱有关。