（通訊員 鄭勇）我校地球物理與空間信息學院鄭勇教授及其團隊，聯合中國科學院地質與地球物理研究所陳赟副研究員、廣州地球化學研究所徐義剛院士、德國地球科學中心（GFZ）袁曉暉等，在Nature 子刊《Communications Earth & Environment》上發表了題為《Translithospheric magma plumbing system fossilized in the Emeishan large igneous province》的文章，博士生汪思學為第一作者，鄭勇教授、陳赟副研究員為共同通訊作者。
大火成巖省（Large Igneous Province）是指以短時（小于幾個百萬年）、巨量噴發（覆蓋面積大于十六萬平方公里）為特征的富鎂鐵質噴出巖、侵入巖構成的大規模巖漿巖建造。一般認為如此短時、巨量的高溫巖漿作用與地幔柱活動有關，其涉及地球內部運作機制、大陸生長與超大陸演化、大規模成礦、生物環境災變等諸多前沿研究領域。地幔柱活動伴隨有顯著的高溫異常，以熱效應引起的地震波低速異常為線索，已有大量研究利用全球/區域地震成像對現今地幔柱分布及形態進行多尺度刻畫。然而，對于形成年代久遠的大火成巖省而言，由于地幔柱活動引起的熱效應已經耗散殆盡，因此在現今地幔柱探測中行之有效的、熱效應主導的地球物理異常已不再存在；而且由于板塊運動，大火成巖省與地幔柱活動時期的深部地幔在空間上不再對應，從而為利用地球物理方法探測古地幔柱作用帶來了挑戰。迄今為止，對古地幔柱作用的識別，多依據噴發前的地表隆升、放射狀巖墻群、巖漿組分特征、火山年代學等地質、地球化學信號，地球物理探測多側重提供底侵等局部關鍵結構方面的制約。大火成巖省的深部根源，即現今巖石圈內究竟是否仍可保留地幔柱作用巖漿系統、其規模及形態如何等系列重要科學問題，仍有待高分辨率地球物理成像予以回答。
峨眉山大火成巖省是我國境內第一個獲得國際學術界廣泛認可的大火成巖省，也是全球范圍內研究起步較早、研究程度最高的大陸溢流玄武巖省之一。ChinArray寬頻帶密集臺陣已對該區關鍵部位形成良好覆蓋，為開展古地幔柱作用精細探測研究提供了良好契機（如圖1所示）。
圖1 峨眉山大火成巖省大地構造位置與地震臺站分布圖
為此，研究團隊基于ChinArray臺陣、區域固定臺網等寬頻帶地震資料，開展區域面波頻散和遠震接收函數波形的貝葉斯蒙特卡洛聯合反演，構建了峨眉山大火成巖省高分辨率橫波速度模型（水平分辨約30 km），取得了如下重要進展：
圖2 峨眉山大火成巖省巖漿系統立體圖（由地震波速變化梯度圈定）
（1）發現峨眉山大火成巖省下方，存在一個孤立的、貫穿巖石圈的高速異常體（S波異常幅值>4 %，圖2），該異常體自淺表延伸至~135 km，并在不同深度層次，顯示出不同的幾何分布與異常幅值（圖2中，A,B,C,D,E各段所示），特別是在淺部地殼（深度<20 km）還存在一定程度偏離（圖2中A段所示），但在立體形態上仍總體呈現一個完整的、近垂直圓柱體，主體直徑>100 km。結合前期二維綜合地球物理剖面在地殼結構/組分特征等方面的系統約束，特別是該柱體恰位于峨眉山大火成巖省的內帶，且所在位置方位各向異性極弱（SKS波分裂時差<0.35 s，甚至檢測不到分裂）、有苦橄巖零星出露等特征，推斷該貫穿巖石圈的柱形高速體為峨眉山大火成巖省的深部根源，即二疊紀峨眉山地幔柱作用固化于大火成巖省巖石圈中的巨型巖漿系統；
（2）在巖石圈地幔深度層次（深度>60 km部分），該高速異常體呈現為直立圓柱體（圖2中D、E段），此部分直徑為100-125 km，與理論計算給出的地幔柱尾部尺寸吻合，且其軸心在地表的投影恰對應內帶的核心（圖1、圖2中紅色五角星），推斷該區對應地幔柱頭與上覆巖石圈直接接觸并發生強烈相互作用的部位。綜合前期研究揭示該區存在高密度特征，以及本項研究揭示其形態直立、方位各向異性弱、速度垂向變化小等特征，整體上指示該異常體為地幔柱巖漿快速注入的結晶，且在垂直上升過程中未經歷充分的分異作用；
（3）結合數值模擬實驗、全球主要大火成巖省主噴發期板塊運動速率的統計分析，進一步表明巖石圈中直立的巖漿系統指示地幔柱與巖石圈相互作用時期的板塊運動速率很小，以保證擁有充分的時間、足夠的熱量發生強烈作用而形成大火成巖省。
該項研究首次刻畫了大火成巖省的深部根源，給出了地幔柱作用在現今巖石圈中固化的巨型巖漿系統的全景式立體圖像，為地幔柱動力學、大火成巖省的巖漿系統等重要科學問題提供了新的約束。該研究得到科技部重點研發計劃(2022YFF0802600)，國家自然科學基金(42274082, 42030108)等項目的資助。
文章信息：
Sixue Wang., et al (2024). Translithospheric magma plumbing system fossilized in the Emeishan large igneous province. Communications Earth & Environment, 5:458, https://doi.org/10.1038/s43247-024-01631-0
鄂公網安備 42011102004169號
