雷琼地区新生代玄武岩的含水性研究

Continental flood basalts (CFB) are the main constitute of the large igneous provinces on the continent. Their generation is intimately related to temperature, pressure, source lithology and water content. Elevated water content in the source can remarkably increase the onset depth of partial melting of mantle rocks and the total production of melts. The model of ‘mantle plume’ is generally proposed for the generation of CFB, but no CFB occur in many regions where the existence of plume structure has been suggested through geophysical studies. This is probably related to low water content in the source. Recent geophysical investigations have revealed a possible mantle plume from the lower mantle beneath the Leizhou and Hainan region. However, the Cenozoic basalts in this region have too low volume and long eruption duration to be typical CFB. This project will make a comprehensive investigation on water content of Leiqiong Cenozic basalts, from a new point of view, to understand the source features and basalt genesis, and further to evaluate the role of source water content in the generation of CFB.

大陆溢流玄武岩是大火成岩省在大陆的主要存在形式，影响其形成的因素有温度、压力、原岩性质和水含量；其中，源区的高水含量能够显著提高地幔岩石的起始熔融深度和熔体产生量。地幔柱模型常被用来解释大陆溢流玄武岩的形成，然而在地球物理观测显示地幔柱存在的地区，也不一定形成大规模溢流玄武岩，这可能与源区的低水含量有关。地球物理观测显示雷琼地区可能存在来自下地幔的地幔柱，而该地区新生代玄武岩喷发体量小而且时限长，并不是典型的大陆溢流玄武岩。本项目拟通过对雷琼地区新生代玄武岩进行系统的水含量分析，从另一角度探讨其成因和源区性质，进一步认识源区水含量在大陆溢流玄武岩形成中的作用。

大火成岩省 (large igneous provinces，简称LIPs) 代表地球上大规模短期喷发的岩浆事件，指示着特殊的岩浆过程，具有全球尺度上的资源、环境、构造演化等效应。LIPs的产生，通常认为需要大幅降压、大幅升温、基性源岩以及高水含量等条件。目前，结合岩石学、地球化学和地球物理等学科的研究，地幔柱是LIPs最为普遍接受的成因模型。过去关于LIPs成因的研究主要集中在温度、压力和源区组成这三个条件上，而很少考虑水含量。实验岩石学以及数值模拟等研究结果表明，水能够显著降低地幔岩石的固相线温度、降低岩浆的粘滞度，对LIPs的形成和演化产生重要影响。最近研究表明，引起大规模岩浆喷发的四个条件 (异常高温，大幅降压，易熔组分加入，源区富水) 在很多显生宙LIPs中都有体现。但是，由于前期研究的缺乏，我们并不能确定源区富水就是大火成岩省形成的必要条件。要佐证此观点，我们需研究这样的实例：具备其他三个条件（异常高温，大幅降压，源区有易熔组分加入）而没有形成大火成岩省。而海南地幔柱作用下形成的亚洲东南部玄武岩省(Southeast Asian Basalt Province，简称SABP)具备这样的特征。项目以SABP中的海南新生代玄武岩作为代表，进行地幔潜能温度和玄武岩源区组成、水含量等研究。我们发现，SABP具有高于正常地幔~170 ℃的地幔潜能温度，源区也具有辉石岩组分的加入，玄武岩初始熔体的水含量为0.28-1.24 wt.% (平均值为0.54 ± 0.29 wt.%)，据此计算得到SABP源区的水含量在84-360 ppm (平均值为207 ppm)，接近大多数洋岛玄武岩源区，远小于大多数显生宙LIPs的源区水含量。因此，我们认为，SABP的形成具备了异常高温、大幅降压、易熔组分加入这三个条件，但并没有成为大火成岩省，其关键因素应该是海南地幔柱中低的水含量。与许多显生宙LIPs相比，低水含量使海南地幔柱物质具有较高的粘滞度，使其以较低的速率上涌，降低了SABP源区物质供应速率，并可能造成了地幔柱头部在350-500 km处停滞，使整个SABP玄武岩喷发体积小、形成周期长。从而，以此反例，进一步揭示了富水地幔源区是LIPs形成的必要条件。