峨眉山大火成岩省苦橄岩的水含量及其对成因的制约

The genesis of the Permian Emeishan Large Igneous Province (ELIP) has been one of the hot-spots in the community. There are several places in the ELIP where picrites accompany more abundant flood basalts. The recovered potential temperature for these picrites by many previous works are significantly higher than that of the global average mid-ocean ridge mantle, which provide the strongest evidence that the ELIP were produced in the head of mantle plume. Recently, more and more experimental and theoretical works have shown that water could largely suppress the solidus temperature of the mantle and the recovered P-T condition of the mantle melting. Thus, quantification of the water content of the “primary” magma is necessary to accurately determine the thermal condition of ELIP mantle. In this project, the magma water content of picrites in ELIP would be for the first time quantitatively determined, based on which the potential temperature of their mantle source would be re-examined. Combined with other elemental and isotopic data, the genesis model and the source characteristic would be constrained.

二叠纪峨眉山大火成岩省（ELIP）的成因一直是学术界关注的热点之一。ELIP中存在多产地、多期次喷发的苦橄岩，它们是大火成岩省中最接近原始岩浆成分的岩石。前人据其计算的地幔潜能温度明显高于正常地幔的潜能温度，这为判定ELIP的地幔柱成因提供了最直接的依据。然而，近年来越来越多的实验和理论工作表明，地幔源区中即使只存在少量的水，其熔融温度也会显著降低。在反演地幔熔融条件的计算中，1 wt.%的岩浆H2O含量会使恢复的温度降低约60°C，压力降低约0.3GPa。因此，为准确恢复ELIP的产生条件（熔融的温度和压力），必须定量分析“原始”岩浆的水含量。本项目将详细调查ELIP中苦橄岩的“原始”水含量的时空格架，在此基础上准确恢复其形成的温压条件，并结合元素同位素特征为探索ELIP的成因模式和源区属性提供新的制约。

大火成岩省(Large Igneous Provinces, LIPs)是由短时间内(<1-2百万年)巨量(>百万立方公里)喷发的巨量岩浆构成的，是地球内部岩浆活动在地表最宏伟的展现。LIPs的成因一直以来都是地球科学界最具争议的热点问题之一。理论上，引起地幔发生大规模熔融的因素有四个：1)异常高温；2)大幅降压；3)地幔内存在大量低熔点的组分；4)地幔内具有高的水含量。对这些因素在LIPs形成中所起作用的不同认识导致了两种极端的成因模型：地幔柱模型和非地幔柱模型，究其原因是前人很少对具体的LIP综合考虑以上多种因素的影响。另一方面，大火成岩省中的原始熔体常常有大的变化范围，最为特征的表现是高低钛型的成分特征。峨眉山大火成岩省中的苦橄岩也存在这样的变化，前人的研究考虑了不同熔融程度，或者岩石圈地幔的不同程度影响。本项目以峨眉山大火成岩省西区内的大理、宾川、丽江等地的苦橄岩和玄武岩为研究对象，采用单斜辉石斑晶反演的方法恢复了其原始岩浆水含量，橄榄石Al温度计计算了橄榄石液相线温度，并考察了源区水含量与苦橄岩成分之间的关系。用这些数据，系统考察了大火成岩省形成过程中温度、源区易熔组分，以及水含量等因素对大火成岩省形成的影响，并探索了ELIP原始岩浆成分与地幔源区水含量之间的关系。结果表明：ELIP的源区是普遍水化的，在大火成岩省的形成中，挥发份、易熔组分和异常高温都扮演了重要角色，而非前人常常认为的单一模型所能解释；在含有再循环洋壳组分(榴辉岩/辉石岩)的含水地幔柱减压熔融时，源区的水含量差异造成不同组分的熔融比例不同，进而导致形成的岩浆存在明显的地球化学差异。该工作首次针对特定大火成岩省综合考察影响LIP形成的多个因素的作用，认识到大火成岩省的形成需要源区富水、异常高温、易熔组分和一定程度的降压这几种因素同时起作用；揭示了地幔源区水含量的不同也是造成大火成岩省中原始岩浆成分变化的重要原因，而对峨眉山大火成岩省来说，水的因素是主导地位的。