近日，南方科技大学海洋科学与工程系副教授郭震团队针对峨眉山大火成岩省取得重要研究进展，相关研究成果以“Mantle Plume-Lithosphere Interactions Beneath the Emeishan Large Igneous Province”为题在国际学术期刊Geophysical Research Letters上发表。

大火成岩省指的是在相对较短的时间内（几个百万年以内）形成的大范围（上千公里）在地表喷发的大量玄武岩浆。大火成岩省是地球上最大规模的火山作用，记录了在特定地质历史时期地球内部巨量物质和能量迁移到地表的过程。研究表明世界上大火成岩省的形成，主要是与来自下地幔的地幔柱活动有关。地幔柱活动与大火成岩省事件不仅影响着全球的构造演化和成矿作用，同时也能导致全球尺度的气候变化，影响全球生态系统，形成大规模的生物灭绝事件。

峨眉山大火成岩省是中国大陆唯一被国际学术界认可的大火成岩省，形成于晚二叠纪（2.65亿年前）的一次规模巨大的火山喷发事件。峨眉山大火成岩省位于扬子块体的最西端，毗邻青藏高原东南缘，由溢流玄武岩所形成，出露面积为2.5×10⁵ km²，根据地表侵蚀状态，峨眉山大火成岩省在结构上可以分为内带，中带和外带（图1a）。许多研究表明瓜德鲁普统末灭绝事件与峨眉山大火成岩省大规模火山活动有关。

大量的地质与地球化学研究普遍支持峨眉山大火成岩省的形成与古地幔柱柱头抵达岩石圈底部形成的大规模部分熔融有关，但缺乏深部地球物理观测资料的定量约束，同时也不清楚地幔柱柱头以及大规模上涌的玄武质岩浆是如何改造上覆大陆岩石圈的组分与结构。本研究利用基于热动力模拟的非线性联合反演方法，通过联合反演瑞雷面波相速度、地表热流、大地水准和绝对高程等多种地球物理观测数据，构建峨眉山大火成岩省深部热化学结构三维模型。结果显示岩石圈地幔的组分与峨眉山大火成岩省的同心带之间有明显的相关性，即内带岩石圈地幔的镁数较低，对应较为富集的地幔，而外带岩石圈地幔的镁数较高，对应较为亏损的地幔（图1b）。该结果表明岩石圈地幔的化学组分受到了地幔柱的强烈改造，峨眉山大火成岩省内带岩石圈地幔的富集特征是由于地幔柱在岩石圈底部熔融产生的岩浆上涌渗透到周围亏损的岩石圈地幔，并进行了化学再补给作用所造成的，基于以上观测，该研究提出了地幔柱导致大陆岩石圈地幔再富集的新模型（图1c）。

图1. 峨眉山大火成岩省岩石圈热边界（a）和岩石圈组分结构（b），以及地幔柱导致岩石圈地幔再富集模型（c）。

同时该研究的结果也显示了由地幔柱改造的岩石圈化学组分结构变化能够在长期的地质演化历史中被保留下来，而现今的岩石圈温度结构则主要受控于后续热构造活动的影响。该研究的温度模型揭示了峨眉山大火成岩省西南部存在薄的岩石圈，且其下方存在明显的高温异常（图1a），指示了大规模的、持续的软流圈上涌，这种上涌与岩石圈相互作用触发了小尺度的热对流。该研究揭示了大火成岩省下方古老地幔柱与上覆大陆岩石圈之间复杂的热-化学相互作用。对于地幔柱改造大陆岩石圈的结构和演化的认知具有重要意义。

该论文的第一作者是地球与空间科学系研究助理教授张安琪，通讯作者为海洋科学与工程系副教授郭震，合作者包括地球与空间科学系教授杨英杰、荷兰特温特大学教授Juan Carlos Afonso和台湾师范大学教授J. Gregory Shellnutt。南科大是论文第一单位。以上研究得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.7644990

通讯员：颜莎

供稿：海洋科学与工程系

主图：丘妍

编辑：韩文嘉