中国西北部塔里木盆地北部新发现的二叠纪玄武岩-辉长岩组合的来源可能是地幔柱作用

《Journal of Asian Earth Sciences》：A mantle plume origin for the newly discovered Permian basalt-picrite suite in the Northern Tarim Basin, NW China

塔里木盆地北缘发现玄武岩- picrite组合，锆石U-Pb年龄273–283 Ma，与塔里木大型岩省（TLIP）时限一致，揭示两者成因联系。玄武岩高钛、低镁，显示浅层低度分熔+显著地壳混染-分异结晶（AFC）；picrite低钛、高镁，指示深层高度分熔且AFC弱。地球化学特征与洋岛玄武岩（OIBs）相似，支持地幔柱驱动成因及地壳-地幔相互作用动力学模型。

　　本研究聚焦于中国西北部塔里木盆地北部发现的一套新的玄武岩-苦橄岩组合，通过对该岩组合的地球化学数据进行分析，揭示其与塔里木大火成岩省（Tarim Large Igneous Province, TLIP）之间的成因关系。这一发现不仅丰富了我们对TLIP的认识，也为理解大火成岩省的形成机制提供了新的视角。通过锆石铀-铅测年技术，研究人员确定了玄武岩和苦橄岩的形成年代，分别在276至283百万年以及273至278百万年之间。结合野外地质关系，这些年代数据进一步支持了该火山组合属于TLIP的解释。此外，该研究还通过对岩石成分、同位素特征以及地质构造的综合分析，揭示了玄武岩和苦橄岩在成因和演化过程上的显著差异。

在成分方面，玄武岩和苦橄岩均属于碱性、高钛系列，但它们的地球化学特征表现出明显的区别。玄武岩显示出轻微的Sr-Nd同位素富集，其初始的Sr同位素比值（87Sr/86Sr）范围为0.7064至0.7075，而Nd同位素比值（?Nd(t)）范围为-1.37至-2.61。这些数据表明玄武岩可能来源于地幔柱活动所引发的浅部地幔部分熔融，并在喷发前经历了显著的地壳混染和分异结晶作用。相比之下，苦橄岩则表现出Sr-Nd同位素的亏损，其初始的Sr同位素比值（87Sr/86Sr）范围为0.7048至0.7049，Nd同位素比值（?Nd(t)）范围为0.16至0.48。此外，苦橄岩具有较高的MgO含量（11.79至12.59 wt%），以及较低的TiO2（2.27至2.43 wt%）、Fe2O3（12.4至13.0 wt%）和P2O5（0.34至0.39 wt%）含量。这些地球化学特征表明，苦橄岩可能源于地幔柱活动所引发的深部地幔部分熔融，且在喷发过程中受到的地壳混染作用较为有限。

总体来看，玄武岩和苦橄岩的地球化学数据表明它们在成分上与洋中脊玄武岩（Ocean Island Basalts, OIBs）相似，这暗示了它们可能具有共同的源区，即地幔柱作用影响下的软流圈地幔。这种相似性不仅反映了岩石在成因上的关联，也揭示了它们在演化过程中的不同路径。研究者认为，玄武岩的形成可能与浅部地幔的部分熔融以及随后的地壳混染和分异结晶作用密切相关，而苦橄岩则可能源于更深部地幔的高程度熔融，并且在喷发前受到的地壳混染作用较少。这种差异为理解TLIP的成因机制提供了关键线索。

进一步地，研究者指出，该玄武岩-苦橄岩组合的广泛分布支持了地幔柱活动在TLIP形成中的关键作用。通过对地层、年代和地球化学数据的综合分析，研究团队构建了一个强调地幔柱上升对地壳破坏以及地壳-地幔相互作用的地质动力学模型。这一模型不仅有助于解释该区域火山活动的成因，也为理解TLIP的演化过程提供了新的框架。该研究还强调，塔里木盆地北部的玄武岩-苦橄岩组合是研究地幔柱活动及其对大陆地壳影响的重要样本，其分布范围比以往认为的更为广泛。

研究者还指出，尽管塔里木盆地的火山活动在地质历史上具有重要意义，但由于该地区广泛覆盖着厚层风成沉积物，导致苦橄岩在TLIP中的分布情况一直难以准确界定。因此，本研究通过工业钻探和系统采样，对玄武岩和苦橄岩的分布范围进行了详细调查，并获得了更加精确的年代和地球化学数据。这些数据不仅有助于厘清TLIP的形成时间，也为理解其成因提供了更坚实的证据。研究者认为，这些结果进一步支持了地幔柱活动在TLIP形成中的主导作用，并为未来相关研究提供了重要的参考。

在地质背景方面，塔里木盆地位于中国新疆维吾尔自治区，其南部和东南部被西昆仑山和阿尔金山脉所环绕，而北部则由天山山脉构成。该盆地的面积超过60万平方公里，是一个典型的叠置盆地，其基底为复杂的前寒武纪岩石，覆盖着显生宙的沉积岩层。这种复杂的地质结构为研究地幔柱活动及其对地壳的影响提供了良好的地质条件。在塔里木盆地北部的Awati-Manjar过渡带，研究人员发现了一套玄武岩-苦橄岩组合，该组合位于火山岩序列中，并与下部沉积岩层和上部沉积岩层之间存在不整合关系。

研究团队对这些岩石进行了系统的岩石学、年代学和地球化学分析，包括全岩主、微量元素含量、Sr-Nd-Pb同位素组成以及锆石铀-铅测年。这些分析不仅揭示了玄武岩和苦橄岩的形成时间，还进一步明确了它们的成因和演化过程。通过这些数据，研究者能够重建导致该火山事件的地质动力学机制。研究结果表明，塔里木盆地北部的玄武岩-苦橄岩组合不仅具有广泛的分布，还表现出与地幔柱活动相关的显著特征，这进一步支持了TLIP的形成与地幔柱活动之间的密切关系。

此外，研究团队还强调，该区域的火山活动与地壳结构的变化密切相关。Awati-Manjar过渡带位于塔里木盆地北部，处于Awati凹陷和Manjar凹陷之间的结构低隆起区。该区域的火山岩序列不仅厚度较大，而且覆盖面积广泛，表明该地区的火山活动具有重要的地质意义。研究者认为，该区域的地质条件为理解地幔柱活动及其对地壳的影响提供了独特的研究机会。通过对该区域的系统研究，可以进一步揭示地幔柱活动在TLIP形成中的作用，并为相关地质模型的构建提供支持。

在研究方法上，研究团队采用了多种分析手段，包括高精度的全岩主、微量元素分析以及Sr-Nd-Pb同位素测定。这些分析工作主要在南京福测科技有限公司和南京宏创地质勘探技术服务有限公司完成。通过这些分析，研究人员能够获得更加精确的年代和地球化学数据，从而更好地理解该区域火山活动的成因和演化过程。研究团队还特别指出，这些分析方法的高精度和系统性是确保研究结果可靠性的关键因素。

研究者还提到，该研究在方法上具有一定的创新性，尤其是在处理深部地幔物质与地壳物质之间的相互作用方面。通过对玄武岩和苦橄岩的详细分析，研究团队能够区分出两种岩石在形成过程中的不同机制，并进一步探讨它们在地壳演化中的作用。此外，研究团队还对地质动力学模型进行了优化，以更好地解释地幔柱活动对塔里木盆地北部地质结构的影响。这种模型不仅有助于理解TLIP的形成过程，也为未来相关研究提供了理论支持。

该研究的成果不仅对塔里木盆地的地质演化具有重要意义，也为理解地幔柱活动在大陆构造中的作用提供了新的证据。研究者认为，玄武岩和苦橄岩的分布和成分特征反映了地幔柱活动对地壳的深刻影响，并为探讨地幔柱活动与大陆裂解之间的关系提供了重要线索。此外，研究团队还指出，该区域的火山活动可能与地壳结构的变化密切相关，这种变化可能在地幔柱上升过程中发生。通过对这些地质现象的综合分析，研究者能够更全面地理解TLIP的形成机制及其对区域地质的影响。

研究者还强调，该研究在数据获取和分析方面具有一定的挑战性。由于塔里木盆地的火山岩序列被厚层沉积物覆盖，研究团队必须依赖工业钻探和高精度的年代学与地球化学分析来获取可靠的数据。这些数据不仅有助于厘清火山活动的时间范围，还能够揭示其成因和演化过程。研究团队认为，这些数据的系统性和准确性是确保研究结论可靠性的关键因素。

此外，研究团队还对地质动力学模型进行了详细讨论，以更好地解释地幔柱活动对塔里木盆地北部地质结构的影响。他们指出，地幔柱的上升可能导致地壳的破坏和重组，这种过程可能与火山活动的形成密切相关。通过对这些地质现象的综合分析，研究者能够更全面地理解TLIP的形成机制，并为未来相关研究提供理论支持。研究团队还提到，该研究在方法上具有一定的创新性，尤其是在处理深部地幔物质与地壳物质之间的相互作用方面。

综上所述，本研究通过对塔里木盆地北部玄武岩-苦橄岩组合的详细分析，揭示了其与TLIP之间的成因关系，并为理解地幔柱活动在大陆构造中的作用提供了新的证据。研究结果表明，地幔柱活动可能是TLIP形成的主要驱动力，而玄武岩和苦橄岩的分布和成分特征则反映了这一过程在不同深度和不同条件下的表现。这些发现不仅有助于深化我们对TLIP的认识，也为未来相关研究提供了重要的参考。