大火成巖省（Large Igneous Porvince，LIP）主要由分布廣泛和巨量的基性巖漿巖組成，地幔柱是來自下地幔甚至是核幔邊界的熱異常，能夠?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)噴發(fā)巨量巖漿提供所需要的大量的熱，是目前解釋大火成巖省最成功的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。巖石圈-地幔柱相互作用在大火成巖省形成過程中扮演了非常重要的角色，其相互作用的程度和方式主要有兩種，取決于上覆巖石圈的厚度：（1）主要提供物源。地幔柱到達(dá)巖石圈底部時(shí)，迅速發(fā)生扁平化，地幔柱頭直徑可達(dá)~2000 km，隨后發(fā)生減壓熔融形成巨量的巖漿。這種模式下巖漿噴發(fā)速率高（在1 ~ 2 Ma內(nèi)完成），具有洋島玄武巖的地球化學(xué)特征。（2）如果上覆巖石圈比較厚（>120 km），就會(huì)阻礙地幔柱繼續(xù)上升，從而阻礙其減壓熔融。上覆巖石圈在地幔柱的傳導(dǎo)加熱下，富集組分會(huì)發(fā)生熔融。這種模式下巖漿產(chǎn)出率低，成分主要受控于巖石圈地幔。
目前尚無一個(gè)合理的機(jī)制來解釋塔里木大火成巖省明顯的時(shí)空分布和地球化學(xué)特征。針對(duì)這一科學(xué)問題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員徐義剛課題組研究生位荀對(duì)代表兩期巖漿活動(dòng)的柯坪玄武巖和巴楚輝綠巖進(jìn)行了系統(tǒng)的Ar-Ar年代學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素研究。
他們的研究表明塔西北地區(qū)早二疊世兩期明顯不同的基性巖漿活動(dòng)可以采用地幔柱側(cè)向流動(dòng)模型進(jìn)行合理解釋。塔里木具有較厚的巖石圈地幔（>200 km），當(dāng)?shù)蒯Ｖ仙翈r石圈底部時(shí)，巨厚的巖石圈地幔會(huì)阻止其繼續(xù)上升，從而阻礙其減壓熔融；但不斷積累在巖石圈底部的地幔柱物質(zhì)提供足夠的熱，將促使早期富集交代的巖石圈地幔發(fā)生部分熔融，形成~290 Ma的玄武巖；塔里木克拉通內(nèi)部巨厚巖石圈底部的地幔柱物質(zhì)將向巖石圈厚度較薄的邊緣地區(qū)側(cè)向流動(dòng)，從而發(fā)生減壓熔融，形成的熔體侵位到上地殼形成超基性-基性-長(zhǎng)英質(zhì)雜巖體和巖墻群，并誘發(fā)地殼的熔融形成長(zhǎng)英質(zhì)火山巖。同時(shí)，該模型可以解釋兩期巖漿活動(dòng)的空間展布特征，即早期（~290 Ma）具巖石圈地幔源區(qū)特征的玄武巖主要分布在盆地內(nèi)部，而晚期（~280 Ma）具OIB特征的巖脈以及和成礦作用緊密相關(guān)的侵入巖位于盆地邊緣。
該研究成果于2014年1月發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊American Journal of Science上（Wei et al. Plume-lithosphere interaction in the generation of the Tarim large igneous province, NW China: geochronological and geochemical constraints. American Journal of Science, 2014, 314(1): 314-356）
研究區(qū)以及柯坪玄武巖和巴楚輝綠巖采樣位置
塔里木大火成巖省形成過程中巖石圈-地幔柱相互作用動(dòng)力學(xué)機(jī)制卡通圖
