尤敏鑫，劉建民

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

同位素地球化學(xué)在峨眉山大火成巖省研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展

尤敏鑫，劉建民

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

系統(tǒng)總結(jié)分析了峨眉山大火成巖省的同位素地球化學(xué)研究成果?？偨Y(jié)前人研究資料中大量峨眉山大火成巖省（ELIP）中玄武巖和侵入體的同位素年齡數(shù)據(jù)，并結(jié)合生物地層學(xué)特征，確認(rèn)我國(guó)西南峨眉山大火成巖省中的各個(gè)巖石單元的形成時(shí)代為251～263Ma，其中基性—超基性侵入巖體形成于約259 Ma，而作為峨眉山大火成巖省主體的峨眉山玄武巖系形成于251～253Ma。Sr-Nd、Re-Os、Lu-Hf及O同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明峨眉山大火成巖省的源區(qū)為地幔柱或者大陸巖石圈地幔（SCLM），其中峨眉山玄武巖與富含F(xiàn)e-Ti氧化物基性侵入體的Sr-Nd同位素特征相似，具有與OIB相似的同位素性質(zhì)；而含Cu-Ni硫化物的基性—超基性巖體的同位素特征接近地殼物質(zhì)，可能與地殼混染作用有關(guān)。

峨眉山大火成巖省；同位素地球化學(xué)；年代學(xué)；成因

0 前言

同位素地球化學(xué)是研究自然體系中同位素的形成、豐度及在自然作用中分餾和衰變規(guī)律的科學(xué)。其研究的基本思路是：在地球系統(tǒng)作用過程形成宏觀地質(zhì)體的同時(shí)，還發(fā)生了同位素成分的變異，科學(xué)家則可以通過研究同位素在地質(zhì)作用過程中的分異特征來(lái)反演地球物質(zhì)作用發(fā)生的時(shí)間和條件［1］。同位素示蹤技術(shù)在地球內(nèi)部的殼幔相互作用、巖漿演化以及成巖成礦研究中具有重要的作用。大火成巖?。╨arge igneous provinces，LIPs）是地質(zhì)歷史演化過程中由短時(shí)間內(nèi)（通常認(rèn)為1～2Ma內(nèi)）形成的連續(xù)的、體積龐大的火成巖構(gòu)成的巨型巖漿巖建造，它記錄了地質(zhì)歷史演化中巨量物質(zhì)和能量由地球內(nèi)部向外遷移的過程，是地質(zhì)學(xué)家了解地球深部殼幔物質(zhì)形成和變化的窗口，也是研究地球動(dòng)力學(xué)過程（地幔動(dòng)力學(xué)、大陸增生、大陸裂解）的重要手段，并常常與巖漿礦床（Cu-Ni硫化物礦床、鉑族元素礦床（PGE）、鉻鐵礦床和釩鈦磁鐵礦床）的形成相聯(lián)系。在對(duì)大火成巖省的研究過程中，同位素地球化學(xué)的重要性得到了充分的體現(xiàn)。峨眉山大火成巖省是國(guó)內(nèi)唯一被國(guó)際地學(xué)界確認(rèn)的大火成巖?。?－5］，并由于其與區(qū)域內(nèi)的大規(guī)模釩鈦磁鐵礦和部分銅鎳硫化物礦床密切相關(guān)，多年來(lái)前人對(duì)峨眉山大火成巖省的年代學(xué)、巖石學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)等各個(gè)方面都進(jìn)行了詳細(xì)深入的研究，其中同位素地球化學(xué)的研究對(duì)了解這一區(qū)域火成巖的活動(dòng)時(shí)限、源區(qū)性質(zhì)、巖漿演化進(jìn)程及成礦作用等方面具有重要的科學(xué)意義。筆者詳細(xì)總結(jié)分析了峨眉山大火成巖省中同位素地球化學(xué)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展。

1 地質(zhì)概況

峨眉山大火成巖省（ELIP）泛指廣泛分布在中國(guó)西南四川、云南和貴州省等地，以晚二疊世峨眉山玄武巖為主，并包括相關(guān)基性—超基性（部分堿性）侵入巖相的火成巖（圖1）［6］。其中，玄武巖的分布面積為（0.25～0.30）×106km2，體積為0.25×106km3。大地構(gòu)造位置上，ELIP位于川滇經(jīng)向構(gòu)造體系（即川滇南北構(gòu)造帶）北段。從板塊構(gòu)造角度出發(fā)，ELIP主要發(fā)育在揚(yáng)子陸塊、松潘—甘孜活動(dòng)帶及三江造山帶的的結(jié)合部位（圖1），總體處于揚(yáng)子陸塊西南緣。根據(jù)巖石、地層組成及構(gòu)造特征，自西向東可以劃分為鹽源—麗江前路逆沖－推覆帶（龍門山—錦屏山陸內(nèi)造山帶）、康滇地塊和揚(yáng)子地塊3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。峨眉山大火成巖省西北以龍門山—小菁河斷裂為界，西部則以哀牢山—紅河斷裂為界，但是晚二疊世金平玄武巖也被認(rèn)為是ELIP的一部分［4］。

峨眉山玄武巖以拉斑玄武巖（占95%）為主，其余尚有苦橄質(zhì)堿性玄武巖和中酸玄武安山巖。傳統(tǒng)上一般以甘孜—小江斷裂和菁河—程海斷裂為界將峨眉山玄武巖劃分為東、中、西3個(gè)巖區(qū)：甘洛—小江斷裂以東為東巖區(qū)（Ⅰ）；位于甘洛—小江斷裂與菁河—程海斷裂之間的為中巖區(qū)（Ⅱ）；菁河—程海斷裂以西則為西巖區(qū)（Ⅲ）（圖1）［7］。3個(gè)巖區(qū)的巖層呈現(xiàn)出西厚東薄的總體趨勢(shì)。在西巖區(qū)的云南賓川上倉(cāng)，玄武巖層的最大厚度達(dá)5 384m，是整個(gè)火成巖省已知的最大厚度［8］；而在東巖區(qū)的貴州境內(nèi)，玄武巖的厚度僅為幾十至幾百米，暗示地幔柱作用的中心部位在ELIP的西巖區(qū)，其西延部分可能因后期構(gòu)造事件而被“支解”和破壞。

徐義剛等［5］最早按照TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同將峨眉山地區(qū)的玄武巖劃分為高鈦（HT）（w（TiO2）大于2.8%）和低鈦（LT）玄武巖（w（TiO2）小于2.8%）。2種玄武巖在區(qū)域分布和剖面上均具有一定的變化?？傮w上來(lái)講：峨眉山玄武巖省東區(qū)巖性較為單一，主要為高鈦玄武巖；中區(qū)即攀西裂谷雙峰式火山巖區(qū)，低鈦和高鈦玄武巖共存，主要由玄武質(zhì)熔巖組成，伴生有少量堿酸性火山巖；西區(qū)巖性較為復(fù)雜，底部為高鈦玄武巖，往上是低鈦玄武巖，在巖層上部有高鈦玄武質(zhì)巖石和中酸性巖漿，其中低鈦玄武巖代表了峨眉山火成巖的主體。隨著研究的需要，高鈦和低鈦玄武巖又根據(jù)不同的地球化學(xué)特征細(xì)分為HT1，HT2，HT3和LT1，LT2等若干亞類。HT1具 有較 高的w（TiO2）（3.65% ～4.7%）、w（TFe2O3）（12.7%～16.4%）、Nb/La值（0.75～1.10），以 及 高εNd（t）值 （1.1～4.8）和 較 低 的w（SiO2）（45%～51%）；HT2在組成上與 HT1相似，但是具有U、Th顯著虧損的特點(diǎn)；而HT3則具更高的 Mg＃值（0.51～0.61）［9］。LT1具較高的Mg＃值（51～67）、（87Sr/86Sr）i值（0.706～0.707），低Nb/La值（＜0.9）和初始εNd（t）值（－6.74～－0.34）；LT2 的 Nb/La 值 大 于 1.1，εNd（t）＝－1.17～0.43［10］。

圖1 峨眉山大火成巖省地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)［7］修改）Fig.1 Sketch map showing the regional geology of Emeishan large igneous province（modified from reference［7］）

在ELIP中，除了廣泛分布的玄武巖，還有一系列與之相關(guān)的侵入巖，這些侵入巖相主要表現(xiàn)為基性—超基性巖石，如輝長(zhǎng)巖、橄欖巖或輝石巖，少量為正長(zhǎng)巖。其中基性—超基性巖主要沿著南北向斷裂帶分布，與溢流玄武巖的中心分布特征一致，暗示它們共同受南北向斷裂帶的控制。在這些侵入體中發(fā)育一系列巖漿型礦床，如Cu-Ni-（PGE）元素礦床和Fe-Ti-V礦床等，但是不同侵入體的礦床類型有很大的差異。如：力馬河和朱布巖體中賦存Cu-Ni-（PGE）硫化物礦床，且力馬河以巖漿型硫化物為主，朱布則以PGE元素為主；攀枝花、白馬、太和、紅格等巖體賦存巨量Fe-Ti-V礦床（圖1）。

關(guān)于ELIP的形成時(shí)間，前人通過用Ar-Ar同位素測(cè)定峨眉山玄武巖和相關(guān)侵入體，確定為250～253Ma［11］，接近二疊紀(jì)—三疊紀(jì)的邊界。

有關(guān)大火成巖省的構(gòu)造環(huán)境，目前多數(shù)學(xué)者傾向于利用地幔柱假說(shuō)來(lái)解釋。自20世紀(jì)80年代ELIP概念提出以來(lái)，多數(shù)學(xué)者也從地幔柱概念出發(fā)討論了峨眉山大火成巖省與地幔柱之間的關(guān)系［2－5，10，12］；同時(shí)，大火成巖省與成礦之間的關(guān)系也一直是學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)問題。在所有這些問題中，同位素地球化學(xué)始終是重要的信息來(lái)源和研究手段。

2 同位素地球化學(xué)在ELIP中的應(yīng)用

同位素地球化學(xué)在ELIP中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：對(duì)其地質(zhì)年代學(xué)的確定和對(duì)源區(qū)以及巖漿演化過程的示蹤作用。

2.1 ELIP地質(zhì)年代的確定

峨眉山玄武巖是中國(guó)西南部二疊紀(jì)末期重要的巖石地層單元，也是ELIP的主體組成。長(zhǎng)期以來(lái)，研究者對(duì)于其噴發(fā)的時(shí)限進(jìn)行了大量研究［11－14］。根據(jù)生物地層學(xué)研究結(jié)果：二疊紀(jì)玄武巖不整合于晚二疊世早期茅口組灰?guī)r之上，并被晚二疊世早期的龍?zhí)督M、晚二疊世宣威組、早三疊世沉積巖所覆蓋，并由此確定峨眉山玄武巖噴發(fā)始于晚二疊世早期，并于早三疊世結(jié)束［8－9］。除此之外，研究者開展了多種方法的同位素定年研究。早期對(duì)峨眉山玄武巖的同位素年代學(xué)研究（主要為K-Ar法）限定了211～350Ma的年齡［15］。由40Ar/39Ar法測(cè)定的峨眉山玄武巖年齡為251～253Ma［11，13，16－17］（表1）；四川盆地朝天剖面晚二疊世宣威組和中晚二疊世黏土層的地層對(duì)比和SHRIMP鋯石U-Pb定年得出，宣威組的底界年齡是（257±3）Ma；Sun等［24］對(duì)云南、四川、貴州、廣西省的茅口組頂部的牙形石進(jìn)行了年代學(xué)研究，認(rèn)為峨眉山玄武巖的噴發(fā)時(shí)間起始于中卡匹敦階（Capitanian）的Jinogondolella altudaensis帶（約263Ma），而在J.xuanbanensis帶（約262 Ma）噴發(fā)規(guī)模大幅增加。然而茅口組灰?guī)r在玄武巖噴發(fā)之前是否經(jīng)歷隆升階段現(xiàn)在還存在爭(zhēng)議［12］，因此茅口組頂部牙形石的年齡未必能夠代表噴發(fā)的起始時(shí)間。范蔚茗等［16］通過對(duì)桂西HT玄武巖Ar-Ar和U-Pb年代學(xué)的研究認(rèn)為溢流玄武巖大規(guī)模快速噴發(fā)發(fā)生在253～256Ma。朱江、張招崇等［25］在ELIP東部的貴州盤縣峨眉山巖系剖面頂部的凝灰?guī)r層中，利用 LA-ICP-MS U-Pb法測(cè)年，結(jié)果為（251.0±1.0）Ma，并與浙江煤山剖面中二疊系—三疊系邊界處黏土層或火山灰層的鋯石U-Pb年齡接近，從而認(rèn)為峨眉山玄武巖噴發(fā)結(jié)束的時(shí)間應(yīng)該在P-T邊界（（251.0±2.0）Ma［26］），與西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)時(shí)間一致。另外，古地磁的研究認(rèn)為，峨眉山玄武巖的噴發(fā)位于一個(gè)正極性周期中，并在很短的時(shí)間內(nèi)就位（＜1Ma［27］；＜3Ma［28］）。

除峨眉山玄武巖外，近年來(lái)，研究者對(duì)ELIP中的侵入體（如攀枝花、紅格、白馬、太和、新街、朱布、金寶山等侵入體等）開展了以鋯石U-Pb為主的年代學(xué)研究，其主體年齡結(jié)果集中在258～262 Ma［13－14，18－21，23］。從同 位 素 年 齡 數(shù) 據(jù) 上 看，ELIP 中這些侵入體的鋯石U-Pb年齡比玄武巖的40Ar/39Ar年齡要老（圖2a）。

由于峨眉山大火成巖中玄武巖和侵入體兩者在野外實(shí)際的接觸關(guān)系現(xiàn)在已經(jīng)很難看到，因此有關(guān)玄武巖與侵入巖的形成時(shí)間先后一直存在著爭(zhēng)議。早期文獻(xiàn)顯示，在紅格楊鐵匠溝剖面上，可以看到玄武巖覆蓋在輝長(zhǎng)巖之上，且玄武巖中包含著輝長(zhǎng)巖大小不等的角礫狀捕虜體，二者之間有正長(zhǎng)細(xì)晶巖部分充填［29］。紅格和丙谷侵入體切過了峨眉山玄武巖快速堆積的下部，但是并沒有延伸到攀西地區(qū)的上部火山巖序列。這些現(xiàn)象表明峨眉山大火成巖省中的侵入體的侵位和峨眉山玄武巖的噴發(fā)幾乎是同時(shí)發(fā)生的［20］。

表1 ELIP中地質(zhì)體年齡數(shù)據(jù)Table 1 Isotope dating data for geological bodies in ELIP

現(xiàn)將峨眉山大火成巖省中火山巖和部分侵入巖的年齡數(shù)據(jù)以及測(cè)試方法列于表1和圖2中。

由圖2中可以看到，ELIP中巖石年齡分布于2個(gè)區(qū)間內(nèi)，分別為251～257Ma和259～263Ma。筆者認(rèn)為，ELIP中部的攀枝花及新街基性—超基性巖體的鋯石U-Pb SHRIMP年齡（約259Ma）能夠較為準(zhǔn)確地代表ELIP中侵入體的形成年齡，而整個(gè)玄武巖大規(guī)模噴出應(yīng)該在基性—超基性侵入巖形成之后，在251～253Ma形成。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，ELIP中各個(gè)巖石單元的形成時(shí)間都為251～263 Ma（圖2），顯示ELIP的年齡范圍達(dá)到約12Ma，然而傳統(tǒng)意義上大火成巖省的一個(gè)重要標(biāo)志是短時(shí)間內(nèi)的巨量噴發(fā)，也就是＜3Ma、甚至在1Ma內(nèi)完成，ELIP變化范圍較寬的年齡范圍究其原因：一方面是由于ELIP概念內(nèi)容的演化以及研究所獲得的年齡的積累所造成的。早期對(duì)峨眉山大火成巖省的研究?jī)H限于對(duì)峨眉山玄武巖的研究，如Chung等［2］將ELIP的概念局限于峨眉山溢流玄武巖，V.Courtillot等［30］只將ELIP稱為峨眉山暗色巖系（traps），而后來(lái)的研究者如徐義剛等［5］將前者所研究的峨眉山玄武巖系認(rèn)為是ELIP。侯增謙等［31］開始將基性—超基性巖體納入ELIP的概念之中，認(rèn)為ELIP指主要在二疊紀(jì)時(shí)期大規(guī)模噴發(fā)的、以峨眉山玄武巖為主體的、廣布于川滇黔三省的巨量火成巖套。此后，周美夫等［19］、鐘宏等［20］所提出的ELIP概念則既包括巨量的溢流玄武巖，又包括大量的基性—超基性巖侵入體，以及正長(zhǎng)巖、花崗巖侵入體。因此，ELIP概念所包括的內(nèi)容并不是一成不變的，而是經(jīng)歷了一個(gè)演化的過程。隨著對(duì)基性—超基性巖侵入體的年代學(xué)數(shù)據(jù)的積累發(fā)現(xiàn)，這些基性—超基性巖侵入體的形成年代比峨眉山玄武巖早，正因?yàn)槿绱?，ELIP的年齡范圍隨著其內(nèi)容的變化被拓寬了。另一方面，也可能是由于ELIP是多期次巖漿作用的產(chǎn)物［32］。

圖2 峨眉山大火成巖省中巖石鋯石U-Pb年齡和40 Ar-39 Ar年齡對(duì)比圖（a）以及同位素年齡頻率分布圖（b）Fig.2 Comparison of the zircon U-Pb with 40 Ar-39 Ar results（a）and frequency distribution（b）of radioisotopic age date for the rocks of ELIP

總之，從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)看，ELIP的形成時(shí)限相比較其他典型的大火成巖?。ㄈ缥鞑麃喆蠡鸪蓭r省）要寬一些，這也可以看作是ELIP的一個(gè)特點(diǎn)。

2.2 ELIP的成因、源區(qū)及演化過程的同位素證據(jù)

地幔柱至今仍然是解釋洋島玄武巖（OIB）和大陸溢流玄武巖（CFB）成因的重要假說(shuō)之一。研究ELIP的學(xué)者也普遍將其作為地幔柱假說(shuō)的實(shí)例做了大量工作，積累了大量數(shù)據(jù)。其中，Sr-Nd、Re-Os、Lu-Hf及O同位素?cái)?shù)據(jù)對(duì)限定峨眉山大火成巖省源區(qū)及演化過程都起到了重要的制約作用。

2.2.1 ELIP的鍶－釹（Sr-Nd）同位素特征及意義

前文已述及，峨眉山玄武巖可以劃分為高鈦（HT）和低鈦（LT）玄武巖［5］。研究表明，HT 玄武巖和LT玄武巖在鍶－釹同位素特征上具有明顯的差異性：HT玄武巖的（87Sr/86Sr）i值約為0.704，εNd（t）值約為5；而 LT 玄武巖的（87Sr/86Sr）i值較高，約為0.705，而εNd（t）值則較低，約為2。結(jié)合其他地球化學(xué)特點(diǎn)，徐義剛等［9］認(rèn)為2種類型的玄武巖是不同源區(qū)位置、熔融條件及熔融程度的產(chǎn)物：HT玄武巖起源于巖石圈較厚、溫度低的條件下地幔柱外圍地幔在相對(duì)深部位置經(jīng)低程度部分熔融（熔融程度1.5%）形成；而LT玄武巖起源于巖石圈較薄、溫度較高條件下地幔柱軸部在淺部經(jīng)較高程度的部分熔融（最大熔融程度是16.5%）而形成的。并且HT巖漿受到低等級(jí)的輝石、長(zhǎng)石分餾，并受到了巖石圈地幔的混染；而LT巖漿受橄欖石、輝石分餾的控制，并受到上地殼的混染。嚴(yán)再飛等［33］對(duì)二灘玄武巖的Sr-Nd-Pb同位素以及主、微量元素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為即使HT內(nèi)部也顯示出2個(gè)幔源不同的組分。

筆者通過搜集賓川、二灘以及金平的數(shù)據(jù)表明：LT玄武巖與HT玄武巖的大部分樣品都在OIB的范圍之內(nèi)，LT玄武巖趨向于更加靠近地殼物質(zhì)，而HT玄武巖則相對(duì)靠近虧損地幔。但是HT玄武巖和LT玄武巖在Sr-Nd同位素上的這種差異性并不是十分明顯（圖3a），兩者之間具有很大的重疊區(qū)域。這從某種程度上反映出ELIP玄武巖的TiO2含量可能是連續(xù)變化的，不存在明顯的分帶。同樣，郝艷麗等［39］也發(fā)現(xiàn)TiO2含量不同的玄武巖和苦橄巖的Sr、Nd、Pb同位素沒有明顯的區(qū)別。不過可以肯定的是，HT玄武巖和LT玄武巖的大部分樣品都出現(xiàn)在OIB的區(qū)域中，顯示兩者都與地幔柱成因有關(guān)。另一方面，不同地區(qū)的玄武巖如賓川、麗江、木里、金平玄武巖等，在Sr-Nd同位素圖上有一定的差異性（圖3b）。位于噴發(fā)中心區(qū)的賓川、麗江玄武巖比較靠近虧損地幔區(qū)域；位于噴發(fā)中心向外的木里地區(qū)除了少數(shù)樣品之外也較靠近虧損地幔區(qū)域，且比麗江玄武巖的εNd（t）值要高；而位于大火成巖省外緣的黑石頭和金平玄武巖（尤其是金平玄武巖）則明顯靠近地殼物質(zhì)區(qū)域，表明其原始巖漿或者在演化過程中有地殼物質(zhì)加入。這種空間上變化的原因包括：1）不同地區(qū)的玄武巖具有不同性質(zhì)的源區(qū)；2）來(lái)自同一個(gè)不均勻源區(qū)的不同部位；3）不同地區(qū)玄武巖的母巖漿受地殼的混染程度存在差異。

除了玄武巖之外，ELIP中的各類侵入巖相也表現(xiàn)出不同的Sr-Nd同位素特點(diǎn)，且這些侵入巖與玄武巖之間具有某種親緣關(guān)系。周美夫等［19］將ELIP中的玄武巖和主要侵入體（含氧化物輝長(zhǎng)巖侵入體，含硫化物基性—超基性侵入體）依據(jù)其地球化學(xué)性質(zhì)歸結(jié)為2個(gè)巖漿序列的產(chǎn)物：1）HT玄武巖和富Fe輝長(zhǎng)巖侵入體巖漿；2）LT玄武巖和含硫化物基性—超基性侵入體巖漿。不同侵入體巖石的Rb－Sr，Sm-Nd同位素組成大不相同（圖3c）。

從圖3c中可以看到，以含磁鐵礦為主的攀枝花、白馬基性侵入體的（87Sr/86Sr）i值較低，為0.704～0.705，εNd（t）值較高，為－0.1～4.6，全部位于OIB區(qū)域內(nèi)，且明顯靠近虧損地幔物質(zhì)，顯示其與峨眉山玄武巖相似的同位素性質(zhì)。而以Cu-Ni硫化物（PGE元素）為主的基性—超基性侵入體如力馬河、新街、朱 布、金 寶 山 的 （87Sr/86Sr）i值 較 高，為0.706～0.711；εNd（t）值較低，為－5.9～3.7［24］，偏向于地殼物質(zhì)，暗示這些侵入體的巖漿在上升過程中受到了較大程度的地殼混染，也可能是由于其源區(qū)包含一個(gè)年老的富集組分所致［4］。結(jié)合主、微量元素?cái)?shù)據(jù)推斷，它們可能是來(lái)自于不同熔融條件下的不同地幔源區(qū)，經(jīng)歷了不同的巖漿分異和混染過程而形成。周美夫等［19］則認(rèn)為不同類型的2種巖漿系列來(lái)自同一個(gè)但不均一的地幔柱。與ELIP有關(guān)的中酸性巖體部分樣品落入OIB區(qū)域（如茨達(dá)巖體的絕大部分樣品），顯示其與地幔柱有關(guān)的成因；而白馬正長(zhǎng)巖體的Sr-Nd同位素分布具有兩極分化的趨勢(shì)，一部分與以含磁鐵礦為主的基性侵入體相似，另一部分則與含Cu-Ni（PGE元素）硫化物為主的基性—超基性巖體相似。

2.2.2 ELIP的錸－鋨（Re-Os）同位素特征

錸－鋨（Re-Os）同位素體系是基性火成巖和硫化物礦床成因以及演化過程的有效示蹤劑［38，40－41］。除了Sr、Nd同位素以外，Re-Os同位素近年來(lái)隨著新的測(cè)試分析技術(shù)的出現(xiàn)，在ELIP中的研究也得到了充分的利用。

峨眉山玄武巖的w（Os）-γOs（t）圖（圖4）顯示，峨眉山玄武巖的大部分樣品都落在了地幔柱和巖石圈地幔源區(qū)中。峨眉山玄武巖的數(shù)據(jù)形成2個(gè)不同的組成趨勢(shì)：LT玄武巖具極高的Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（Os）可達(dá)400×10－12），放射性的 Os同位素組成（γOs（t）為6.5）與OIB相似；而 HT玄武巖具有相對(duì)高的Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（Os）＞50×10－12），非放射性成因的 Os同位素組成（γOs（t）為－1.4～－0.8），表明為陸下巖石圈地幔（SCLM）的性質(zhì)，結(jié)合Pb同位素性質(zhì)，許繼峰等［4］認(rèn)為L(zhǎng)T玄武巖來(lái)自于一個(gè)地幔柱源區(qū)，而HT玄武巖來(lái)自SCLM或在巖漿上升過程中受到了SCLM物質(zhì)的混染。然而首先從圖中可以看出，HT和LT玄武巖的區(qū)域重疊部分較大，從圖中并不能清晰看到兩者為不同源區(qū)。其次，許繼峰的數(shù)據(jù)并未全面體現(xiàn)在該圖上。實(shí)際上，HT玄武巖樣品的γOs（t）值為－1.1～813.0，且其中有多個(gè)樣品的γOs（t）值都超過了圖4的縱坐標(biāo)范圍；而LT玄武巖樣品的γOs（t）值為6.5～332.0，且只有一個(gè)LT樣品的γOs（t）值為332.0，其余樣品都在圖4的范圍之內(nèi)。因此，許繼峰對(duì)HT、LT峨眉山玄武巖Re-Os同位素組成特點(diǎn)的描述并不準(zhǔn)確。

筆者總結(jié)峨眉山玄武巖的Re-Os同位素?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：1）峨眉山玄武巖中低濃度Os值的樣品一般都具有高的γOs（t）值；2）HT玄武巖樣品的γOs（t）值普遍較LT玄武巖高，但它們的γOs（t）值出現(xiàn)LT玄武巖所不具有的負(fù)值；3）HT和LT這2種玄武巖都具有極高γOs（t）值的樣品；4）HT和LT玄武巖都具有極高Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品；5）HT玄武巖的Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍較LT玄武巖低；6）上述HT和LT玄武巖的差異性并不十分明顯，兩者具有很大的重疊區(qū)域。

HT玄武巖γOs（t）的負(fù)值可以解釋為它們來(lái)自于SCLM的源區(qū)，而LT玄武巖缺乏γOs（t）的負(fù)值也并不能認(rèn)為它們是OIB的源區(qū)，因?yàn)椴荒芘懦貧の镔|(zhì)混染致使γOs（t）值變成正值的情況；HT和LT玄武巖都具有極高的γOs（t）值可能是由于經(jīng)歷了大量的地殼混染所導(dǎo)致［4］。HT和LT玄武巖都具有極高Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品，可能暗示不是所有玄武巖都經(jīng)歷了地殼混染。HT玄武巖較低的Os質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能是由于HT玄武巖受地殼混染程度更強(qiáng)所致，這也與其γOs（t）值較高相對(duì)應(yīng)。Liangqi等［36］對(duì)分布于貴州省的黑石頭HT玄武巖做了同位素研究，發(fā)現(xiàn)玄武巖的187Os/188Os值為0.17～0.93，均 大 于 原 始 地 幔 物 質(zhì) 的187Os/188Os 值（0.129±0.000 9）［42］，說(shuō)明該地區(qū) HT 玄武巖都經(jīng)歷了地殼混染作用。且Sr、Nd同位素以及微量元素比值都反映在該HT玄武巖剖面上，地殼混染程度自下而上有降低的變化趨勢(shì)［36］。

圖4 ELIP中玄武巖的Re-Os同位素組成（底圖據(jù)文獻(xiàn)［4］，數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)［4，34，37］）Fig.4 Re-Os isotope composition of basalts from ELIP（The underlying graph is from reference［4］，the data are from reference［4，34，37］）

史仁燈等［43］用 Os含量最低、187Os/188Os最高的HT玄武巖作為地殼端元，用鎂質(zhì)隕石、原始上地幔（PUM）和虧損地幔（DMM）作為地核和各種地幔端元分別作二元混合計(jì)算，結(jié)果顯示絕大多數(shù)玄武巖和所有苦橄巖及科馬提巖都落在地殼和DMM混合曲線附近，認(rèn)為ELIP火成巖的形成和演化主要是由地殼和虧損地幔相互作用控制，這也支持了HT玄武巖來(lái)自巖石圈地幔源區(qū)的觀點(diǎn)。

同樣，學(xué)者對(duì)ELIP中的部分基性—超基性巖侵入體以及相關(guān)銅鎳（含鉑族元素）礦床也做了Re－Os同位素地球化學(xué)的研究［44－45］。在青礦山 Ni-Cu-PGE礦床內(nèi)，不同類型的巖礦石的Os同位素組成也不盡相同：不含硫化物的橄輝巖具低γOs（t）值（15.3～40.3）；致密塊狀和浸染狀硫化物礦石相近，γOs（t）值在260左右；海綿隕鐵狀礦石具有最高的放射性 Os同位素組成，γOs（t）在1 000左右［44］。在力馬河 Ni-Cu礦床中：PGE不虧損的橄欖巖γOs（t）值為5～8；PGE虧損的橄欖巖γOs（t）值約為30；浸染狀硫化物礦石的γOs（t）值接近77；網(wǎng)脈狀礦石的γOs（t）值最高，為102～124［45］。對(duì) Re-Os同位素的研究表明，在基性—超基性巖體的成巖成礦作用以及巖漿演化過程之中，硫化物的熔離和地殼混染作用都起到了重要的作用。

總之，Re-Os同位素支持了峨眉山玄武巖的源區(qū)為地幔柱（OIB）或者大陸巖石圈地幔（SCLM）的觀點(diǎn)。HT和LT玄武巖都經(jīng)歷了地殼混染作用，但是混染程度有所不同。HT玄武巖可能起源于大陸巖石圈地幔，也可能在巖漿上升過程中被大陸巖石圈地幔混染，而LT玄武巖來(lái)自于地幔柱源區(qū)。但是LT玄武巖Re-Os同位素對(duì)其地幔柱源區(qū)的證據(jù)并不充分。

除此之外，峨眉山玄武巖中巖石的Os同位素組成總的來(lái)說(shuō)與Nd、Sr或Pb同位素組成變化沒有聯(lián)系性，這種現(xiàn)象和Gorgona、Curacao島LIP相似，但與OIB不同（OIB巖石的Os、Nd、Pb、Sr同位素組成之間有很好的相關(guān)性）。峨眉山CFBs形成的過程明顯導(dǎo)致Os與Pb、Nd、Sr同位素體系之間的解耦關(guān)系［4］。

2.2.3 ELIP的镥－鉿（Lu-Hf）及氧（O）同位素特征

Lu-Hf同位素近年來(lái)在地球化學(xué)示蹤方面的應(yīng)用發(fā)展也極為迅速。Lu和Hf均為難熔的中等—強(qiáng)不相容性親石元素，這一點(diǎn)與Sm-Nd體系有很大的類似性。因此Hf同位素示蹤的基本原理與Nd同位素相同［46］。

徐義剛等［47］對(duì)會(huì)理、米易、太和正長(zhǎng)巖，A型花崗巖，矮郎河過鋁質(zhì)花崗巖，以及賓川凝灰?guī)r中的鋯石進(jìn)行了Hf同位素研究，得出范圍很廣的εHf（t）值（－4.4～13.4），并將這些數(shù)據(jù)解釋為巖體殼幔混合的源區(qū)，認(rèn)為地幔柱對(duì)這些巖體的形成只提供熱量而非物質(zhì)。而Shellnutt等［48］否定了太和正長(zhǎng)巖體來(lái)自于殼幔混合源區(qū)的觀點(diǎn)，理由是太和正長(zhǎng)巖體不具有混合源區(qū)的一些地球化學(xué)數(shù)據(jù)，如Nb-Ta負(fù)異常，負(fù)εNd（t），高 Ta/Th值等，并認(rèn)為太和過堿質(zhì)巖體可能代表了峨眉山HT玄武巖分異之后的殘余巖漿。此外，Shellnutt［48］也對(duì)白馬、堿質(zhì)巖體和黃草、窩水偏鋁質(zhì)巖體進(jìn)行了Hf同位素研究，它們的εHf（t）值都為正，范圍為5.8～8.2，認(rèn)為暗示其峨眉山地幔柱的源區(qū)?？傊?，Hf同位素與Nd同位素在示蹤方面的作用具有相似性，但是Hf同位素的研究對(duì)象較窄，只針對(duì)鋯石礦物，因此在峨眉山大火成巖省中的應(yīng)用僅限于中酸性和堿性巖體的示蹤。

O同位素的數(shù)據(jù)也對(duì)峨眉山玄武巖的源區(qū)做出了限制［10，49］。肖龍等［10］對(duì)峨眉山玄武巖中的斜長(zhǎng)石和輝石斑晶的δ18O做了測(cè)定后發(fā)現(xiàn)：LT玄武巖輝石斑晶中的δ18O值為6.2‰～7.86‰，基本與OIB重疊，但是比普通地幔（5.7‰±0.5‰）高很多。在用微量元素地球化學(xué)方法排除地殼同化混染作用之后，肖龍等［10］將峨眉山玄武巖較地幔高的δ18O數(shù)據(jù)解釋為L(zhǎng)T巖漿來(lái)自于一個(gè)富集的巖石圈地幔（SCLM）源區(qū)。并認(rèn)為HT來(lái)自于地幔柱。這與之前Sr-Nd，Re-Os同位素所得出的結(jié)論有很大的差異。

3 討論

3.1 ELIP的年代學(xué)研究

ELIP年代學(xué)研究的主要方法包括生物地層學(xué)方法和同位素定年。盡管不同地區(qū)與玄武巖接觸的地層不盡相同，但地層學(xué)方法總體上能夠限定出251～259.9Ma的形成時(shí)代。峨眉山玄武巖以及ELIP中各類侵入體的同位素年齡大多數(shù)也都在這一時(shí)間范圍內(nèi)。峨眉山玄武巖的Ar-Ar年齡和侵入體的鋯石U-Pb年齡有一定的差距。從更為可靠的鋯石U-Pb年齡結(jié)果來(lái)看，ELIP的噴發(fā)應(yīng)該始于約263Ma，并在約259Ma規(guī)模擴(kuò)大，約251Ma結(jié)束。從現(xiàn)有的同位素年齡數(shù)據(jù)來(lái)看，ELIP相比較其他大火成巖?。ǎ?Ma）來(lái)說(shuō)具有相對(duì)長(zhǎng)的噴發(fā)時(shí)限（263～251Ma）。

3.2 ELIP的成因、源區(qū)、演化過程的初步判定

Sr-Nd、Re-Os以及 O和 Lu-Hf同位素基本上支持了ELIP地幔柱成因以及地幔柱和大陸巖石圈地幔的源區(qū)觀點(diǎn)。ELIP中玄武巖和富含F(xiàn)e-Ti的基性侵入體的Sr-Nd同位素特征比較相似，都位于OIB區(qū)域，表明它們來(lái)源于地幔柱的源區(qū)，而含銅鎳硫化物的基性—超基性巖體則更加傾向于地殼物質(zhì)，可能是經(jīng)歷了地殼物質(zhì)的同化混染作用，同時(shí)也有地殼硫的加入，形成了銅鎳硫化物礦床。不同地區(qū)玄武巖的Sr-Nd同位素特征有所差異。Re-Os同位素?cái)?shù)據(jù)則更加傾向于表明殼幔混合的源區(qū)，這也與Hf同位素的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

1）ELIP生物地層學(xué)和同位素測(cè)年結(jié)果表明，ELIP的形成時(shí)限為263.2～251Ma，較其他大火成巖省具有偏長(zhǎng)時(shí)限的特征。

2）ELIP中的 HT和LT玄武巖的Sr-Nd、Re-Os同位素并不存在明顯的差別，都位于OIB區(qū)域內(nèi)，反映HT和LT玄武巖的TiO2含量可能是連續(xù)變化的，且都與地幔柱源區(qū)有關(guān)。不同地區(qū)玄武巖的同位素卻有不同的特征，可能是由于源區(qū)不同或者不均一造成。Re-Os同位素研究表明，玄武巖大都經(jīng)歷了地殼混染作用，但混染程度不同。

3）峨眉山玄武巖與富含F(xiàn)e-Ti基性侵入體的Sr-Nd同位素特征相似，且大部分位于OIB區(qū)域內(nèi)；而含Cu-Ni硫化物的基性—超基性巖體接近地殼物質(zhì)。

4）Re-Os、O、Lu-Hf同位素都反映了 ELIP地幔柱或者大陸巖石圈的源區(qū)特征，但是由于地殼作用的影響，這2種源區(qū)依靠同位素地球化學(xué)的方法還不能完全區(qū)分。

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Application Status and Progress of Isotopic Geochemistry in Research of Emeishan Large Igneous Province（ELIP）

You Minxin，Liu Jianmin

InstituteofGeomechanics，ChineseAcademyofGeologicalSciences，Beijing100081，China

The authors had systematically summarize and analyze the previous research results of isotopic geochemistry in Emeishan large igneous province（ELIP）.According to the isotopic geochemical data of basalt and intrusions in ELIP，combined with its biostratigraphy，we propose a rough period of 251-263Ma as the formation age of each rock unit in ELIP.Mafic-ultramafic instrusions in ELIP formed in～259Ma，and the basalts，which was viewed as the bulk of ELIP formed in 251-253Ma.The isotopic geochemical data of Sr-Nd，Re-Os，Lu-Hf and O indicate that the ELIP originate from either mantle plume or subcontinental lithosphere mantle（SCLM）.The Emeishan basalts show similar Sr-Nd isotopic characteristcs to the mafic intrutions which is rich of Fe-Ti oxide；and the mafic-ultramafic instrusions bearing Cu-Ni sulfides are closer to crust material，which might be related to crust contamination.

Emeishan large igneous province；isotopic geochemistry；geochronology；causes

10.13278/j.cnki.jjuese.201404115

P597

A

尤敏鑫，劉建民.同位素地球化學(xué)在峨眉山大火成巖省研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2014，44（4）：1231-1243.

10.13278/j.cnki.jjuese.201404115.

You Minxin，Liu Jianmin.Application Status and Progress of Isotopic Geochemistry in Research of Emeishan Large Igneous Province（ELIP）.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2014，44（4）：1231-1243.doi：10.13278/j.cnki.jjuese.201404115.

2013-10-20

科技部國(guó)際合作與交流專項(xiàng)（2014DFR21270）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目（1212011120183）

尤敏鑫（1989—，男，碩士，主要從事基性—超基性巖及成礦方面研究，E-mail：you－minxin＠qq.com

劉建民（1964—，男，研究員，主要從事礦田構(gòu)造與成礦預(yù)測(cè)方面研究，E-mail：liujianmin＠vip.sina.com。