塔里木早二叠世大火成岩省形成的深部地质过程与大陆动力学

塔里木板块早二叠世发生了大规模的玄武质岩浆作用，残余面积达20万km2，构成了大火成岩省。本项目在前期玄武岩研究的基础上，采用多学科理论与方法和多种现代测试技术，重点开展大火成省组成单元中的超基性岩、大规模岩墙群和碱性花岗岩类的形成年代、岩石学和地球化学研究，揭示大火成岩省形成的时间序列和深部物质来源及其壳－幔相互作用等深部地球动力学演化过程；分析塔里木板块晚古生代时期的抬升过程、岩墙群的发育特征和火山作用的物理特征等，揭示塔里木大火成岩省与地幔柱成因联系；开展与同处于提斯造山带东北缘的晚二叠世峨眉山大火成岩省发育特点和所代表的地球动力学过程对比研究，揭示揭示两个大火成岩省岩浆作用特点及其时空关联性，探讨两个大火成岩省的形成在冈瓦纳大陆裂解和古特提斯造山带演化中所扮演的角色。所取得的成果对研究晚古生代时期特提斯构造、中亚构造域乃至全球大陆动力学研究具有重要的科学价值。

该项目在大量的野外地质调查、钻进资料分析、岩石地球化学分析和同位素年代学测定的基础上，系统地开展了塔里木大火成岩省形成的时间序列、深部物质来源及其壳－幔相互作用、深部地质过程的浅部响应、演化模式及其成矿作用等方面的研究。提出了塔里木大火成岩省形成于290~277Ma期间，但大规模玄武岩的喷出发生在290~288 Ma期间，属于快速喷发的大火成岩省岩浆事。发现了塔里木大火成岩省的玄武岩和辉绿岩岩墙的微量元素特征与OIB的特征相似，但在地球化学特征上明显的可以分为两大类，即：柯坪地区玄武岩具有负的εNd值，重稀土值相对较高，来自富集型地幔；塔北玄武岩和辉绿岩具有正的εNd值和相对低的重稀土值，来自亏损型地幔。提出了塔里木大陆溢流玄武岩强烈亏损铂族元素和其他亲铜元素的主要原因是由于其源区地幔物质低程度的部分熔融造成过饱和硫化物在地幔源区的残留。发现了塔里木盆地存在强烈抬升导致的石炭系顶部差异剥蚀和下二叠统早期下碎屑岩段沉积厚度空间变化，确认了该提升事件与塔里木早二叠世大火成岩省的发育存在着时空的关联性，为厘定大火成岩省的成因机制提供了重要依据。结合大火成岩省中各岩石单元的时空演化、岩石地球化学特征和Nd-Hf同位素研究，建立了早期以岩石圈熔融形成的岩浆作用为主，后期以地幔柱岩浆作用为主的塔里木大火成岩省岩浆演化模式，这一演化模式是与“德干型”和“巴哈纳型”两种演化模式不同的第三种大火成岩省成因模式。揭示了塔里木盆地瓦吉里塔格钒钛磁铁矿的形成与大火成岩省密切相关，认为地幔源区低程度部分熔融产生富铁富钛的原始岩浆以及岩浆上升侵位过程中广泛的结晶分异作用应该是造成瓦吉里塔格基性–超基性层状岩体富含钒钛磁铁矿的主要原因。这些成果的取得为揭示塔里木板块乃至中亚构造域晚古生代时期的地球动力学过程具有重要的意义。