大火成巖省是遠古的巨型熔巖體，發(fā)源于地球歷史上那些規(guī)模最大的火山噴發(fā)。按照學界定義，一套熔巖體，只有當面積大于0.1×106km3、體積0.1×106km3，且最終形成的主體中有四分之三的物質(zhì)必須在1-5百萬年內(nèi)噴發(fā)完成者，才可稱之為“大火成巖省”。多數(shù)大火成巖省發(fā)育于板塊內(nèi)部，其噴發(fā)誘導機制牽涉到地幔柱與巖石圈的復雜關聯(lián)作用、亦是地球歷史上多次生物大滅絕的潛在誘因，是廣受地球科學界熱烈探討的國際前沿問題。我國的峨眉山大火成巖省（以下簡稱ELIP, Emeishan Large Igneous Province）發(fā)育于揚子板塊西緣，緊鄰古特提斯洋東側(cè)分支，與保存了精確古環(huán)境信息的二疊紀淺水碳酸鹽臺地序列接續(xù)發(fā)育，是探究該命題的得天獨厚對象。
大理-麗江地區(qū)保存著良好的ELIP中央帶早期噴發(fā)層序，總厚度約5400米，含有應答ELIP起源機制的潛在信息。本研究組在該地區(qū)進行了火山-沉積相研究，搭建了噴發(fā)前至噴發(fā)早期的火山-沉積地層演化格架，揭示了兩套關鍵現(xiàn)象：（1）在ELIP下伏的茅口組頂部，淺水碳酸鹽臺地層序被深水碳酸鹽重力流沉積驟然所覆。（2）ELIP早期噴發(fā)層序上覆于碳酸鹽重力流，是一套巨厚的旋回式水下噴發(fā)相序，記錄著深水至淺水噴發(fā)的漸隆過程。上述兩方面現(xiàn)象表明，在茅口晚期，地殼開始活動，形成一條沿N-S走向展布的狹窄裂谷，谷內(nèi)水深驟然加劇。ELIP中央帶早期火山活動便起始于該裂谷深水環(huán)境中，裂谷作用隨后和火山活動共同持續(xù)，導致噴發(fā)環(huán)境水深呈現(xiàn)旋回特征。在火山層序2700米層位，噴發(fā)相由水下全面轉(zhuǎn)為陸上，標志著水下裂谷充填完成、噴發(fā)早期結(jié)束。隨后，本地和揚子板塊廣大區(qū)域一同進入以陸相玄武質(zhì)熔巖溢流為特征的主噴發(fā)期。
前人研究同時闡明了以下事實：（1）這套中央帶早期噴發(fā)產(chǎn)物在地球化學上顯示為巖石圈地幔源區(qū)，而非地幔柱源區(qū)，這與明顯表現(xiàn)出地幔柱源區(qū)特征的主期溢流玄武巖截然不同。極高的巖石圈源區(qū)熔融比例無法用地幔柱加熱模型予以良好解釋（e.g. Xu et al. 2001）；（2）茅口晚期碳酸鹽重力流沉積物沿N-S走向在揚子板塊西緣展布穩(wěn)定，且皆下伏于各地的初始噴發(fā)層（e.g. Zhou and Liu, 1988），表明噴發(fā)前直接出現(xiàn)了深水裂谷，與地幔柱噴發(fā)前穹狀抬升模型不符；（3）揚子板塊西緣廣泛發(fā)育中二疊世輝綠巖墻，其優(yōu)勢走向方位同樣為N-S，且空間上與碳酸鹽重力流展布范圍良好恰合，深水枕狀熔巖、苦橄巖、以及以巖石圈地幔為源區(qū)的玄武巖也呈現(xiàn)明顯受該展布帶控制特征（e.g. Zhou and Liu, 1988）。與地幔柱上隆理應造成的同心輻射狀應力場不一致。這些現(xiàn)象充分表明：一套地幔柱之外的大地動力學機制，誘發(fā)了揚子板塊西緣碳酸鹽臺地內(nèi)部這條N-S走向的水下裂谷及爆發(fā)于其中的ELIP早期水下火山活動。
二疊紀時期，揚子板塊西緣緊鄰古特提斯洋東側(cè)哀牢山-金沙江分支洋盆，其內(nèi)發(fā)育著向東俯沖的溝弧體系，揚子板塊西緣坐落于該俯沖帶的弧后拉張區(qū)域（e.g. Jian et al. 2009）。結(jié)合區(qū)域大地構造背景，本研究認為：ELIP中央帶早期水下噴發(fā)裂谷是特提斯東緣俯沖帶弧后拉張的結(jié)果。直至主溢流期，ELIP才明顯受地幔柱作用誘導。ELIP這種先受到弧后拉張再受到地幔柱誘導的動力學演化特征，與北美洲哥倫比亞河大火成巖省十分相似。盡管從弧后拉張到地幔柱上涌的具體過渡機制尚不明朗，但它們構造-沉積格架的復雜性，使之成為進一步探究地球復雜動力學演化行為的寶貴窗口。
研究成果發(fā)表于《GSA Bulletin》。（Bei Zhu et al.,2019,What triggered the early-stage eruption of the Emeishan Large Igneous Province.Geological Society of America Bulletin. doi:10.1130/B35030.1）
