同位素地球化學在峨眉山大火成巖省研究中的應用現狀與進展

尤敏鑫，劉建民

中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081

同位素地球化學在峨眉山大火成巖省研究中的應用現狀與進展

尤敏鑫，劉建民

中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081

系統總結分析了峨眉山大火成巖省的同位素地球化學研究成果。總結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據，并結合生物地層學特征，確認我國西南峨眉山大火成巖省中的各個巖石單元的形成時代為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同位素地球化學數據表明峨眉山大火成巖省的源區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Fe-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；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，可能與地殼混染作用有關。

峨眉山大火成巖省；同位素地球化學；年代學；成因

0 前言

同位素地球化學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律的科學。其研究的基本思路是：在地球系統作用過程形成宏觀地質體的同時，還發生了同位素成分的變異，科學家則可以通過研究同位素在地質作用過程中的分異特征來反演地球物質作用發生的時間和條件［1］。同位素示蹤技術在地球內部的殼幔相互作用、巖漿演化以及成巖成礦研究中具有重要的作用。大火成巖省（large igneous provinces，LIPs）是地質歷史演化過程中由短時間內（通常認為1～2Ma內）形成的連續的、體積龐大的火成巖構成的巨型巖漿巖建造，它記錄了地質歷史演化中巨量物質和能量由地球內部向外遷移的過程，是地質學家了解地球深部殼幔物質形成和變化的窗口，也是研究地球動力學過程（地幔動力學、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）的形成相聯系。在對大火成巖省的研究過程中，同位素地球化學的重要性得到了充分的體現。峨眉山大火成巖省是國內唯一被國際地學界確認的大火成巖省［2－5］，并由于其與區域內的大規模釩鈦磁鐵礦和部分銅鎳硫化物礦床密切相關，多年來前人對峨眉山大火成巖省的年代學、巖石學、巖相學、地球化學等各個方面都進行了詳細深入的研究，其中同位素地球化學的研究對了解這一區域火成巖的活動時限、源區性質、巖漿演化進程及成礦作用等方面具有重要的科學意義。筆者詳細總結分析了峨眉山大火成巖省中同位素地球化學的研究現狀與進展。

1 地質概況

峨眉山大火成巖省（ELIP）泛指廣泛分布在中國西南四川、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。大地構造位置上，ELIP位于川滇經向構造體系（即川滇南北構造帶）北段。從板塊構造角度出發，ELIP主要發育在揚子陸塊、松潘—甘孜活動帶及三江造山帶的的結合部位（圖1），總體處于揚子陸塊西南緣。根據巖石、地層組成及構造特征，自西向東可以劃分為鹽源—麗江前路逆沖－推覆帶（龍門山—錦屏山陸內造山帶）、康滇地塊和揚子地塊3個次級構造單元。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，其余尚有苦橄質堿性玄武巖和中酸玄武安山巖。傳統上一般以甘孜—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個巖區：甘洛—小江斷裂以東為東巖區（Ⅰ）；位于甘洛—小江斷裂與菁河—程海斷裂之間的為中巖區（Ⅱ）；菁河—程海斷裂以西則為西巖區（Ⅲ）（圖1）［7］。3個巖區的巖層呈現出西厚東薄的總體趨勢。在西巖區的云南賓川上倉，玄武巖層的最大厚度達5 384m，是整個火成巖省已知的最大厚度［8］；而在東巖區的貴州境內，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，其西延部分可能因后期構造事件而被“支解”和破壞。

徐義剛等［5］最早按照TiO2質量分數的不同將峨眉山地區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種玄武巖在區域分布和剖面上均具有一定的變化。總體上來講：峨眉山玄武巖省東區巖性較為單一，主要為高鈦玄武巖；中區即攀西裂谷雙峰式火山巖區，低鈦和高鈦玄武巖共存，主要由玄武質熔巖組成，伴生有少量堿酸性火山巖；西區巖性較為復雜，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不同的地球化學特征細分為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；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簡圖（據文獻［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的侵入巖，這些侵入巖相主要表現為基性—超基性巖石，如輝長巖、橄欖巖或輝石巖，少量為正長巖。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）。

關于ELIP的形成時間，前人通過用Ar-Ar同位素測定峨眉山玄武巖和相關侵入體，確定為250～253Ma［11］，接近二疊紀—三疊紀的邊界。

有關大火成巖省的構造環境，目前多數學者傾向于利用地幔柱假說來解釋。自20世紀80年代ELIP概念提出以來，多數學者也從地幔柱概念出發討論了峨眉山大火成巖省與地幔柱之間的關系［2－5，10，12］；同時，大火成巖省與成礦之間的關系也一直是學術界討論的熱點問題。在所有這些問題中，同位素地球化學始終是重要的信息來源和研究手段。

2 同位素地球化學在ELIP中的應用

同位素地球化學在ELIP中的應用主要體現在2個方面：對其地質年代學的確定和對源區以及巖漿演化過程的示蹤作用。

2.1 ELIP地質年代的確定

峨眉山玄武巖是中國西南部二疊紀末期重要的巖石地層單元，也是ELIP的主體組成。長期以來，研究者對于其噴發的時限進行了大量研究［11－14］。根據生物地層學研究結果：二疊紀玄武巖不整合于晚二疊世早期茅口組灰巖之上，并被晚二疊世早期的龍潭組、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始于晚二疊世早期，并于早三疊世結束［8－9］。除此之外，研究者開展了多種方法的同位素定年研究。早期對峨眉山玄武巖的同位素年代學研究（主要為K-Ar法）限定了211～350Ma的年齡［15］。由40Ar/39Ar法測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］對云南、四川、貴州、廣西省的茅口組頂部的牙形石進行了年代學研究，認為峨眉山玄武巖的噴發時間起始于中卡匹敦階（Capitanian）的Jinogondolella altudaensis帶（約263Ma），而在J.xuanbanensis帶（約262 Ma）噴發規模大幅增加。然而茅口組灰巖在玄武巖噴發之前是否經歷隆升階段現在還存在爭議［12］，因此茅口組頂部牙形石的年齡未必能夠代表噴發的起始時間。范蔚茗等［16］通過對桂西HT玄武巖Ar-Ar和U-Pb年代學的研究認為溢流玄武巖大規模快速噴發發生在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巖層中，利用 LA-ICP-MS U-Pb法測年，結果為（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，從而認為峨眉山玄武巖噴發結束的時間應該在P-T邊界（（251.0±2.0）Ma［26］），與西伯利亞大火成巖省的噴發時間一致。另外，古地磁的研究認為，峨眉山玄武巖的噴發位于一個正極性周期中，并在很短的時間內就位（＜1Ma［27］；＜3Ma［28］）。

除峨眉山玄武巖外，近年來，研究者對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為主的年代學研究，其主體年齡結果集中在258～262 Ma［13－14，18－21，23］。從同 位 素 年 齡 數 據 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際的接觸關系現在已經很難看到，因此有關玄武巖與侵入巖的形成時間先后一直存在著爭議。早期文獻顯示，在紅格楊鐵匠溝剖面上，可以看到玄武巖覆蓋在輝長巖之上，且玄武巖中包含著輝長巖大小不等的角礫狀捕虜體，二者之間有正長細晶巖部分充填［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的上部火山巖序列。這些現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幾乎是同時發生的［20］。

表1 ELIP中地質體年齡數據Table 1 Isotope dating data for geological bodies in ELIP

現將峨眉山大火成巖省中火山巖和部分侵入巖的年齡數據以及測試方法列于表1和圖2中。

由圖2中可以看到，ELIP中巖石年齡分布于2個區間內，分別為251～257Ma和259～263Ma。筆者認為，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）能夠較為準確地代表ELIP中侵入體的形成年齡，而整個玄武巖大規模噴出應該在基性—超基性侵入巖形成之后，在251～253Ma形成。同時可以發現，ELIP中各個巖石單元的形成時間都為251～263 Ma（圖2），顯示ELIP的年齡范圍達到約12Ma，然而傳統意義上大火成巖省的一個重要標志是短時間內的巨量噴發，也就是＜3Ma、甚至在1Ma內完成，ELIP變化范圍較寬的年齡范圍究其原因：一方面是由于ELIP概念內容的演化以及研究所獲得的年齡的積累所造成的。早期對峨眉山大火成巖省的研究僅限于對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，認為ELIP指主要在二疊紀時期大規模噴發的、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，以及正長巖、花崗巖侵入體。因此，ELIP概念所包括的內容并不是一成不變的，而是經歷了一個演化的過程。隨著對基性—超基性巖侵入體的年代學數據的積累發現，這些基性—超基性巖侵入體的形成年代比峨眉山玄武巖早，正因為如此，ELIP的年齡范圍隨著其內容的變化被拓寬了。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，從現有的數據來看，ELIP的形成時限相比較其他典型的大火成巖省（如西伯利亞大火成巖省）要寬一些，這也可以看作是ELIP的一個特點。

2.2 ELIP的成因、源區及演化過程的同位素證據

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）成因的重要假說之一。研究ELIP的學者也普遍將其作為地幔柱假說的實例做了大量工作，積累了大量數據。其中，Sr-Nd、Re-Os、Lu-Hf及O同位素數據對限定峨眉山大火成巖省源區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。結合其他地球化學特點，徐義剛等［9］認為2種類型的玄武巖是不同源區位置、熔融條件及熔融程度的產物：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深部位置經低程度部分熔融（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巖漿受到低等級的輝石、長石分餾，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。嚴再飛等［33］對二灘玄武巖的Sr-Nd-Pb同位素以及主、微量元素進行了系統研究，認為即使HT內部也顯示出2個幔源不同的組分。

筆者通過搜集賓川、二灘以及金平的數據表明：LT玄武巖與HT玄武巖的大部分樣品都在OIB的范圍之內，LT玄武巖趨向于更加靠近地殼物質，而HT玄武巖則相對靠近虧損地幔。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域。這從某種程度上反映出ELIP玄武巖的TiO2含量可能是連續變化的，不存在明顯的分帶。同樣，郝艷麗等［39］也發現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在OIB的區域中，顯示兩者都與地幔柱成因有關。另一方面，不同地區的玄武巖如賓川、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）。位于噴發中心區的賓川、麗江玄武巖比較靠近虧損地幔區域；位于噴發中心向外的木里地區除了少數樣品之外也較靠近虧損地幔區域，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區域，表明其原始巖漿或者在演化過程中有地殼物質加入。這種空間上變化的原因包括：1）不同地區的玄武巖具有不同性質的源區；2）來自同一個不均勻源區的不同部位；3）不同地區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出不同的Sr-Nd同位素特點，且這些侵入巖與玄武巖之間具有某種親緣關系。周美夫等［19］將ELIP中的玄武巖和主要侵入體（含氧化物輝長巖侵入體，含硫化物基性—超基性侵入體）依據其地球化學性質歸結為2個巖漿序列的產物：1）HT玄武巖和富Fe輝長巖侵入體巖漿；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區域內，且明顯靠近虧損地幔物質，顯示其與峨眉山玄武巖相似的同位素性質。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，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包含一個年老的富集組分所致［4］。結合主、微量元素數據推斷，它們可能是來自于不同熔融條件下的不同地幔源區，經歷了不同的巖漿分異和混染過程而形成。周美夫等［19］則認為不同類型的2種巖漿系列來自同一個但不均一的地幔柱。與ELIP有關的中酸性巖體部分樣品落入OIB區域（如茨達巖體的絕大部分樣品），顯示其與地幔柱有關的成因；而白馬正長巖體的Sr-Nd同位素分布具有兩極分化的趨勢，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同位素近年來隨著新的測試分析技術的出現，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中。峨眉山玄武巖的數據形成2個不同的組成趨勢：LT玄武巖具極高的Os質量分數（w（Os）可達400×10－12），放射性的 Os同位素組成（γOs（t）為6.5）與OIB相似；而 HT玄武巖具有相對高的Os質量分數（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，結合Pb同位素性質，許繼峰等［4］認為LT玄武巖來自于一個地幔柱源區，而HT玄武巖來自SCLM或在巖漿上升過程中受到了SCLM物質的混染。然而首先從圖中可以看出，HT和LT玄武巖的區域重疊部分較大，從圖中并不能清晰看到兩者為不同源區。其次，許繼峰的數據并未全面體現在該圖上。實際上，HT玄武巖樣品的γOs（t）值為－1.1～813.0，且其中有多個樣品的γOs（t）值都超過了圖4的縱坐標范圍；而LT玄武巖樣品的γOs（t）值為6.5～332.0，且只有一個LT樣品的γOs（t）值為332.0，其余樣品都在圖4的范圍之內。因此，許繼峰對HT、LT峨眉山玄武巖Re-Os同位素組成特點的描述并不準確。

筆者總結峨眉山玄武巖的Re-Os同位素數據發現：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LT玄武巖所不具有的負值；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質量分數的樣品；5）HT玄武巖的Os質量分數普遍較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域。

HT玄武巖γOs（t）的負值可以解釋為它們來自于SCLM的源區，而LT玄武巖缺乏γOs（t）的負值也并不能認為它們是OIB的源區，因為不能排除地殼物質混染致使γOs（t）值變成正值的情況；HT和LT玄武巖都具有極高的γOs（t）值可能是由于經歷了大量的地殼混染所導致［4］。HT和LT玄武巖都具有極高Os質量分數的樣品，可能暗示不是所有玄武巖都經歷了地殼混染。HT玄武巖較低的Os質量分數可能是由于HT玄武巖受地殼混染程度更強所致，這也與其γOs（t）值較高相對應。Liangqi等［36］對分布于貴州省的黑石頭HT玄武巖做了同位素研究，發現玄武巖的187Os/188Os值為0.17～0.93，均 大 于 原 始 地 幔 物 質 的187Os/188Os 值（0.129±0.000 9）［42］，說明該地區 HT 玄武巖都經歷了地殼混染作用。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［36］。

圖4 ELIP中玄武巖的Re-Os同位素組成（底圖據文獻［4］，數據來自文獻［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算，結果顯示絕大多數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玄武巖來自巖石圈地幔源區的觀點。

同樣，學者對ELIP中的部分基性—超基性巖侵入體以及相關銅鎳（含鉑族元素）礦床也做了Re－Os同位素地球化學的研究［44－45］。在青礦山 Ni-Cu-PGE礦床內，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；網脈狀礦石的γOs（t）值最高，為102～124［45］。對 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為地幔柱（OIB）或者大陸巖石圈地幔（SCLM）的觀點。HT和LT玄武巖都經歷了地殼混染作用，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玄武巖來自于地幔柱源區。但是LT玄武巖Re-Os同位素對其地幔柱源區的證據并不充分。

除此之外，峨眉山玄武巖中巖石的Os同位素組成總的來說與Nd、Sr或Pb同位素組成變化沒有聯系性，這種現象和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性）。峨眉山CFBs形成的過程明顯導致Os與Pb、Nd、Sr同位素體系之間的解耦關系［4］。

2.2.3 ELIP的镥－鉿（Lu-Hf）及氧（O）同位素特征

Lu-Hf同位素近年來在地球化學示蹤方面的應用發展也極為迅速。Lu和Hf均為難熔的中等—強不相容性親石元素，這一點與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］對會理、米易、太和正長巖，A型花崗巖，矮郎河過鋁質花崗巖，以及賓川凝灰巖中的鋯石進行了Hf同位素研究，得出范圍很廣的εHf（t）值（－4.4～13.4），并將這些數據解釋為巖體殼幔混合的源區，認為地幔柱對這些巖體的形成只提供熱量而非物質。而Shellnutt等［48］否定了太和正長巖體來自于殼幔混合源區的觀點，理由是太和正長巖體不具有混合源區的一些地球化學數據，如Nb-Ta負異常，負εNd（t），高 Ta/Th值等，并認為太和過堿質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］也對白馬、堿質巖體和黃草、窩水偏鋁質巖體進行了Hf同位素研究，它們的εHf（t）值都為正，范圍為5.8～8.2，認為暗示其峨眉山地幔柱的源區。總之，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同位素的研究對象較窄，只針對鋯石礦物，因此在峨眉山大火成巖省中的應用僅限于中酸性和堿性巖體的示蹤。

O同位素的數據也對峨眉山玄武巖的源區做出了限制［10，49］。肖龍等［10］對峨眉山玄武巖中的斜長石和輝石斑晶的δ18O做了測定后發現：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數據解釋為LT巖漿來自于一個富集的巖石圈地幔（SCLM）源區。并認為HT來自于地幔柱。這與之前Sr-Nd，Re-Os同位素所得出的結論有很大的差異。

3 討論

3.1 ELIP的年代學研究

ELIP年代學研究的主要方法包括生物地層學方法和同位素定年。盡管不同地區與玄武巖接觸的地層不盡相同，但地層學方法總體上能夠限定出251～259.9Ma的形成時代。峨眉山玄武巖以及ELIP中各類侵入體的同位素年齡大多數也都在這一時間范圍內。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年齡結果來看，ELIP的噴發應該始于約263Ma，并在約259Ma規模擴大，約251Ma結束。從現有的同位素年齡數據來看，ELIP相比較其他大火成巖省（＜3Ma）來說具有相對長的噴發時限（263～251Ma）。

3.2 ELIP的成因、源區、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觀點。ELIP中玄武巖和富含Fe-Ti的基性侵入體的Sr-Nd同位素特征比較相似，都位于OIB區域，表明它們來源于地幔柱的源區，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，可能是經歷了地殼物質的同化混染作用，同時也有地殼硫的加入，形成了銅鎳硫化物礦床。不同地區玄武巖的Sr-Nd同位素特征有所差異。Re-Os同位素數據則更加傾向于表明殼幔混合的源區，這也與Hf同位素的結果一致。

4 結論

1）ELIP生物地層學和同位素測年結果表明，ELIP的形成時限為263.2～251Ma，較其他大火成巖省具有偏長時限的特征。

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區域內，反映HT和LT玄武巖的TiO2含量可能是連續變化的，且都與地幔柱源區有關。不同地區玄武巖的同位素卻有不同的特征，可能是由于源區不同或者不均一造成。Re-Os同位素研究表明，玄武巖大都經歷了地殼混染作用，但混染程度不同。

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

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特征，但是由于地殼作用的影響，這2種源區依靠同位素地球化學的方法還不能完全區分。

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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.同位素地球化學在峨眉山大火成巖省研究中的應用現狀與進展.吉林大學學報：地球科學版，2014，44（4）：1231-1243.

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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

科技部國際合作與交流專項（2014DFR21270）；中國地質調查局地質調查工作項目（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，主要從事礦田構造與成礦預測方面研究，E-mail：liujianmin＠vip.sina.com。