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3.2 峨眉地幔热柱的基本特征
所属图书：《贵州峨眉山玄武岩差异性成矿研究》 出版日期：2014-11-01

3.2 峨眉地幔热柱的基本特征

峨眉地幔热柱最初提出的根本原因在于广布于我国西南地区的峨眉山玄武岩，而峨眉山玄武岩的地球化学特征与先期发现的属于地幔柱成因的玄武岩类似（王登红，2003）。近年来，随着地球物理和地震解析技术的不断发展，已经证实广布于扬子地台西缘的峨眉山玄武岩是目前我国唯一的被国际地质学界公认的大火成岩省（徐义刚，2002）。峨眉火成岩省的分布面积至少达50万km2，从西到东厚度逐渐减薄，最厚处达5km。峨眉地幔热柱的一些基本特征简要介绍如下：

3.2.1 峨眉地幔热柱的形态结构特征

现在认为，地幔热柱一般起源于核幔边界的D层（傅容珊，1993），如图3-2所示，在上升过程中逐渐扩大，当上升至岩石圈底部时，地幔流便向外撤离扩散，形成具火山活动的热区，可使岩石圈发生上隆；当地幔热柱内集中的上升流平衡回流时，由地幔其余部分非常缓慢地往下运动来完成；地幔热柱上升点呈放射状流体所施加给岩石圈板块的合力以及板块沿边界相互制约所产生的力，确定了板块运动的方向（牛树银 等，2002）。

图3-2 地幔热柱动力系统图（傅容珊，1993）

地幔热柱最新理论认为，地幔热柱在空间上可分为3个层次：近地表的板块构造、中间的地幔喷流柱、深部的地核生长构造。板块俯冲到670km深度时，可在那里停留100～400Ma。滞留的板块有时出现大规模的破坏性重力塌陷，并可形成一个冷的下插地幔流。下沉地幔流一旦达到核幔边界，就使其受干扰而破坏原有平衡（图3-3），加上下降地幔流的影响，便可激发起地幔物质上涌，形成上升地幔热流柱（Maruyama，1994；王登红，1998）。

图3-3 地幔热柱构造模式图（Maruyama，1994）

以峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔热柱，是中国典型的地幔热柱之一。据地震层析成像编制的地幔热柱三维速度结构图，较好地反映了峨眉地幔热柱深部形态结构（李红阳 等，2002），见图3-4，峨眉地幔热柱在纵向上表现为几个深度不同的大范围低速异常与透镜状的低速、高速组合异常交替出现，空间上组成多级次的低速复合柱。这一低速复合柱反映了峨眉地幔热柱的纵向与横向不均匀性和多级演化特征。地壳上部的速度异常与峨眉山玄武岩浆的喷发或侵入活动有关，其高速异常反映了峨眉地幔热柱的蘑菇状头部作用区（峨眉山玄武岩分布区）和尾柱区。

图3-4 峨眉地幔热柱的速度结构与三维分布及我国西南地区超大型矿床和矿集区（李红阳 等，2002）

（注： 1.峨眉地幔热柱尾柱区 2.峨眉地幔热柱头部作用区 3.峨眉山玄武岩（1）滇黔桂卡林型金汞锑矿集中区（2）川甘陕卡林型金汞锑矿集中区（3）滇西上芒岗卡林型金汞锑矿成矿区 ①广西大厂超大型锡多金属矿床 ②云南都龙超大型铅锌矿床 ③云南白牛厂超大型银矿床 ④云南个旧超大型锡多金属矿床 ⑤云南老王寨超大型金矿床 ⑥云南临沧超大型锗矿床 ⑦四川攀枝花超大型钒钛磁铁矿床 ⑧云南金顶超大型铅锌矿床 ⑨西藏玉龙超大型铜矿床 ⑩甘肃厂坝超大型铅锌矿床

[图中实线表示高速异常等值线（单位为%）及轴线；虚线表示低速异常等值线（单位为%）]）

3.2.2 峨眉地幔热柱的岩浆活动

峨眉地幔热柱活动诱发的大规模岩浆活动，包括基性岩浆活动和酸性岩浆活动。据卢记仁（1996）的研究并结合地震层析成像资料和腾冲等地幔亚热柱的构造岩浆活动综合分析，峨眉地幔热柱始于晚古生代泥盆纪-石炭纪，主体活动时期为二叠纪和整个中生代，其地质效应一直持续到新生代早期。具体可划分为7个时期（李红阳 等，2002）：

（1）中晚泥盆世海底玄武岩浆喷发，主要发育于右江裂谷盆地。

（2）石炭纪玄武岩浆喷发和层状基性-超基性岩体侵位，前者主要发育于右江裂谷盆地，后者以攀西地区红格岩体为代表。

（3）早二叠世、晚二叠世之间大规模峨眉山玄武岩浆喷发，其分布面积约50万km2，为基性岩浆活动的高峰期。在贵州西部、中部、南部到东南部的凯里一带都有峨眉山玄武岩或火山凝灰物质的产出。

（4）晚二叠世酸性火山喷发，火山灰沉积遍及整个华南地区，为酸性岩浆喷发高峰期。

（5）早三叠世、中三叠世之间的酸性火山喷发，火山灰形成绿豆岩。

（6）晚三叠世基性岩浆喷发和侵入以及酸性岩浆侵入，在贵州南部也见此期的玄武岩喷浆发。

（7）中生代中晚期至新生代早期，是酸性及碱性岩浆侵入活动的高峰期，小规模的基性岩浆侵入活动常常与酸性、碱性岩浆侵入活动并存，可呈基性-超基性岩体和岩墙（脉）群等形式出现。

基性-超基性岩浆和大规模玄武岩浆的喷发是由于地幔柱头部的减压熔融作用，而大规模的酸性岩浆喷发则是地幔柱对深部地壳的热改造作用引起的，这些酸性岩浆甚至可以形成数百千米长的酸性岩浆岩带。以红格岩体为代表的攀西地区的层状基性-超基性岩体属于碱性橄榄玄武岩浆的演化产物。酸性岩浆喷发除了带来流纹岩之外，还有遍及整个华南地区的火山灰。

峨眉地幔热柱活动引发的大规模的基性-酸性岩浆活动，其中早期（晚古生代）是以大规模的基性岩浆喷发为主，而晚期（中生代、新生代早期）是以酸性岩浆喷发为主，同时也伴随着少量的基性-超基性岩浆侵入活动，如辉绿岩体（李红阳 等，2002）。在晚期，岩浆喷发主要是酸性和基性岩浆活动交织，地幔柱的脉冲活动可能导致岩浆活动的脉动性，当然也可能与地壳运动的脉冲性有关，还可能与两者都有关。从岩浆来源上，早期主要是以幔源物质由于核幔边界的不稳定性而造成岩浆上涌，晚期则有壳幔混合来源。从岩浆演化上来看，从早期到晚期主要呈现由幔源到壳幔混合来源的特点（卢记仁，1996）。

总之，峨眉地幔热柱的岩浆活动持续时间长，从晚古生代开始到中生代，一直延续到新生代早期。岩浆活动总体演化趋势为：从基性到酸性至碱性，由喷发到侵入，由幔源到以幔源为主的壳幔混合来源。

3.2.3 峨眉地幔热柱的裂谷作用

峨眉地幔热柱活动会产生地壳上隆的响应，大规模的地幔物质上涌和巨大的热异常导致岩石圈底部岩石软化变薄，从而引起岩石圈破裂解体并发生裂谷作用。裂谷作用导致玄武岩浆喷发，当上涌的地幔物质能量逐渐减弱，裂谷作用随之而减弱，最后导致裂谷闭合，继而转化为陆相盆地开始发育。正是由于峨眉地幔热柱强烈的上涌和岩石圈软化变薄导致了攀西裂谷的形成。

根据晚古生代到中生代早期峨眉山玄武岩浆活动的时空分布与沉积作用分析，由峨眉地幔热柱诱发的裂谷作用包括3个演化期：①初始活动期。泥盆纪晚期，由于峨眉地幔热柱活动对岩石圈地幔和地壳的作用，引发右江裂谷盆地开始发育。该裂谷盆地广泛发育泥盆纪-石炭纪海相溢流玄武岩、二叠纪浅海相至陆相峨眉山玄武岩和三叠纪玄武岩。②强烈活动期。早二叠世，盐源-丽江陆缘裂谷开始发育。该裂谷广泛发育海相峨眉山玄武岩，最大厚度逾5000m。晚二叠世，也是峨眉地幔热柱活动的高潮期，同时也是裂谷作用的主要发育时期，并且逐渐形成攀西裂谷。在这一时期的广大区域内喷发的是陆相峨眉山玄武岩，在其中心地带，峨眉山玄武岩厚逾2000m，并发育双峰式火山岩组合。但是，由于峨眉地幔热柱的自身演化和脉冲式活动，攀西裂谷未能开裂成类似于红海的大洋裂谷。晚二叠世到早中三叠世，由于峨眉地裂运动，巴颜喀拉边缘海裂开形成甘孜-理塘有限洋盆。③裂谷闭合期。晚三叠世，右江、盐源-丽江、攀西等裂谷几乎同时闭合，褶皱回返。伴随裂谷闭合，在裂谷盆地中主要为规模不大的基性-超基性及碱性岩体、岩墙和岩脉群，在裂谷盆地的周边地区出现大规模酸性-碱性岩浆侵入活动（李红阳 等，2002）。

3.2.4 峨眉地幔热柱活动的地质效应

峨眉地幔热柱起源于赤道附近，它的动力学特征主要反映在4大地质事件上（卢记仁，1996）：①峨眉地幔热柱的垂直上升导致康滇地区大幅度隆升，变质基底大面积出露，泥盆-石炭纪地层广泛缺失。②岩石圈破裂解体，峨眉地幔热柱中轴顶部岩石圈发育“三联点”构造（图3-5），一支构成攀西裂谷的主要断裂系；另一支为龙门山断裂，沿其发生大规模走滑；第三支为炉霍-道采断裂，沿其发育蛇绿混杂岩堆积。③峨眉山玄武岩浆快速巨量喷发溢流，相应基性-超基性岩大规模侵位，构成面积达50万km2的火成岩省。④海西-印支期陆壳深熔，酸性岩浆强烈喷发，其火山灰沉积（沉凝灰岩、黏土岩、绿豆岩）广布整个华南地区。据研究，峨眉地幔热柱孕育于泥盆-石炭纪，主体发育于二叠纪。

图3-5 二叠纪时期形成的峨眉火成岩省及其与地幔热柱的关系（卢记仁，1996）

（注： ①金沙江-哀牢山缝合带 ②甘孜-理塘缝合带 ③锦屏山-小金河断裂 ④箐河-程海断裂 ⑤攀枝花-楚雄断裂 ⑥磨盘山-绿汁江断裂 ⑦安宁河-易门断裂 ⑧普渡河-普雄河断裂 ⑨甘洛-小江断裂 ⑩鲜水河断裂 ⑾龙门山断裂

[图中带点虚线区为峨眉溢流玄武岩分布区，细虚线为峨眉地幔热柱（中轴）分布区，两个地幔热柱分布区可能为同一峨眉地幔热柱于不同时期在地表迁移而遗留的轨迹]）

3.2.5 峨眉地幔热柱的成矿效应

近年来，地幔热柱成矿作用已被地质学界普遍关注。李红阳等（1996）以冀西北金、银多金属成矿区为典型事例论述了地幔热柱与成矿的关系，通过分析地幔热柱构造标志特征，以及地幔热柱的岩浆作用、成矿作用及其时空演化规律，建立了地幔热柱构造的壳幔成矿模式。王登红等（1996）指出我国华南地区的钨锡矿、白云鄂博稀土矿以及阿尔泰与碱性岩有关的锡多金属成矿系列等，都可能与地幔柱作用有关。侯增谦等（1998）以三江特提斯成矿域为例，提出了“幔柱构造成矿体系”的观点，并根据成矿体系、成矿系列和矿床3个方面对三江特提斯成矿域主要矿床形成条件和成矿规律进行了全新分析。毛景文等（1998）认为我国华南地区巨型多金属成矿可能与中生代地幔热柱活动有关。王登红等（1999）从地幔热柱的角度，探讨了我国胶东和滇黔桂两大金矿集中区的找矿远景。众多学者通过不同的角度，以不同的矿床实例论述了地幔热柱与成矿之间的关系，极大地丰富了地幔热柱成矿理论。

当然，作为我国典型的地幔热柱之一，峨眉地幔热柱与成矿的关系也备受关注。陈毓川等（1996）将分散元素形成独立矿床（四川大水沟碲金矿床）与峨眉地幔热柱活动联系起来，在扬子地台的西缘的独立碲矿床、碲化物金矿床以及与碱性岩有关的稀土矿床在空间上呈4个环形分布，很可能反映出不同的地幔柱、枝环境，认为峨眉地幔热柱是造成分散元素形成独立矿床的主要原因。高振敏等（2004）分析了地幔柱的成矿作用，将地幔柱活动形成的矿床类型分为地幔柱影响直接形成的岩浆矿床和地壳响应间接形成的矿床，初步勾画了峨眉地幔柱成矿作用的基本框架。张成江等（2004）对峨眉地幔热柱的成矿效应也作了较好的分析总结，形成了峨眉地幔热柱的一套成矿系统（如图3-6）。聂爱国（2009）将峨眉地幔热柱活动与黔西南卡林型金矿的形成联系起来，作了较为系统深入的研究，认为峨眉地幔热柱活动是导致黔西南卡林型金矿形成的重要原因。可以将峨眉地幔热柱成矿作用总结为以下几个成矿系统：

图3-6 峨眉地幔热柱与成矿关系示意图（张成江 等，2004）

（1）与基性-超基性岩有关的岩浆-热液成矿系统，主要形成与层状岩体有关的V-Ti-Mt矿床（如四川攀枝花钒钛磁铁矿床）和Cu-Ni-PGE矿床（如四川杨柳坪Cu-Ni-PGE矿床）及产于峨眉山玄武岩构造蚀变带中的金、锑、铜、铅、锌多金属热液矿床。

（2）与深部古异常热流场有关的中-低温热液改造成矿系统，形成金、砷、锑、汞、铊、碲、硒等热液-热液改造型矿床（如黔西南低温成矿域）。

（3）峨眉山玄武岩浆的喷发带来了大量的成矿物质，对该区一些沉积型矿床的成矿也有很大作用。如四川会理、云南楚雄中生代盆地中的砂岩型铜矿床，其在空间分布上与峨眉山玄武岩有密切的关系。

（4）峨眉地幔热柱活动除对岩石圈的作用，其引起的海平面的大幅度上升以及强烈裂陷拉张对大气圈、水圈、生物圈也会产生重大的影响（如P-T交界期生物大灭绝等），由此引起的成矿作用（直接的或间接的）也值得重视。如晚二叠世龙潭组、威宁组含煤地层的形成以及与黑色岩系有关的锰及PGE矿化等（张成江等，2004）。

总之，对峨眉地幔热柱理论的深入研究将有助于深化幔柱构造理论，也能极大地丰富成矿理论并且指导找矿。峨眉地幔热柱的主要特征见表3-1。

表3-1 峨眉地幔热柱的主要特征（李红阳 等，2002；张成江 等，2004）

（注： 三维速度结构 50～450km为一复合低速柱深部结构 由若干呈梅花状的刺激亚热柱组成，具多级演化特征活动时期 晚古生代中生代新生代早期岩浆活动 基性酸性碱性喷发侵入海相海陆间互相陆相幔源幔源为主壳幔混合来源热地幔物质直接大规模上涌喷发热地幔物质对深部地壳重熔改造裂谷作用 泥盆纪早二叠-早三叠世晚三叠世新生代早期裂谷初始期强烈活动期闭合期陆相裂陷盆地发育期右江裂谷盐源-丽江裂谷攀西裂谷甘孜-理塘有限洋盆陆相盆地）

续表

（注： 成矿作用 与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆-热液型V-Ti-Mt矿床和Cu-Ni-PGE矿床与热流体有关的中-低温热液及热液改造型金、砷、锑、汞、铊、碲、硒等矿床与峨眉地幔热柱活动间接有关的沉积型矿床）

贵州峨眉山玄武岩差异性成矿研究