地幔源区中的水与大陆溢流玄武岩的形成：以塔里木早二叠世玄武岩为例

Continental flood basalts (CFB) are the main constituent of large igneous provinces (LIPs) and characterized by huge eruptive volumes within a relatively short time span. Temperature, pressure, source lithology and water content are the main factors influencing the generation of CFB. The former three factors have been extensively discussed, although debated, for three decades, but we know little about the role of water. This project will in detail investigate the initial water content of the early Permian Tarim CFB (NW China), through the early crystallized clinopyroxene phenocrysts. Combining the temporal and spatial distribution of the initial water content with elemental and isotopic compositions of the Tarim early Permian CFB, we attempt to (1) constrain the source (lithospheric mantle vs. convecting mantle) of the Tarim CFB and the source lithology (peridotite vs. pyroxenite); (2) address the compositional evolution of the Tarim CFB and the origin of water (crust-derived vs. mantle-derived); and (3) evaluate the genesis model of the Tarim early Permian large igneous province, from a new point of view. Finally, we try to answer “Whether and how water affects the generation of CFB”?

大陆溢流玄武岩是大火成岩省的主要组成部分，影响其形成的因素包括温度、压力、源岩性质和水含量。虽然对于温度、压力和源岩性质已有广泛的讨论，但是对于地幔源区中的水是否影响以及如何影响大陆溢流玄武岩，目前还知之甚少。本项目将详细研究塔里木早二叠世溢流玄武岩的初始水含量，结合元素-同位素组成，了解塔里木早二叠世玄武岩初始水含量的时空分布特征；从新的角度制约塔里木早二叠世玄武岩的来源（岩石圈地幔 vs. 对流地幔）、源岩性质（橄榄岩 vs. 辉石岩）、成分变化的原因以及塔里木早二叠世大火成岩省的成因模式；示踪塔里木早二叠世玄武岩源区水的来源（壳源 vs. 幔源）。最终回答“水是否影响、如何影响大陆溢流玄武岩的形成？”这个科学问题。

本项目以早二叠世塔里木大火成岩省的喷发序列为研究主体，横向对比了同样属于大火成岩省的峨眉山苦橄岩以及地幔柱来源但未能形成大火成岩省的东南亚新生代玄武岩省（以海南新生代玄武岩为代表），并综合分析了西伯利亚、Karoo、哥伦比亚河等显生宙大火成岩省的相关数据，重点考察了水在大火成岩省形成中的作用，探讨了水如何影响大火成岩省中巨量岩浆的成分变化和喷发过程。.项目执行期内，对塔里木大火成岩省中各玄武质岩浆岩、峨眉山苦橄岩和海南新生代玄武岩进行了详细的野外考察和系统采样，对其中的单斜辉石/斜长石斑晶进行了水含量和主微量元素成分分析；同时，对橄榄石斑晶开展了高精度主要元素分析。对于相应的全岩样品，开展了主微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析。结合水在矿物（单斜辉石/斜长石）和熔体之间的分配系数，计算得到了大火成岩省中原始岩浆的水含量。.项目总体上完成了既定的研究目标，从水的含量、来源和效应等方面加深了对大火成岩省形成机制的理解。具体来说，取得的主要认识有：（1）包括塔里木、峨眉山在内的世界上大火成岩省不同喷发时期的原始岩浆水含量都要高于一般的洋岛玄武岩水含量，达到了岛弧玄武岩的水平；（2）高水含量是大火成岩省形成的必要条件；（3）大火成岩岩省中水主要来自位于核幔边界的大型低剪切波速省（LLSVPs），LLSVPs的总水量可能超过1个海洋；（4）水显著影响大火成岩省中岩浆的喷发和成分变化。