大火成巖省是短時(shí)、巨量噴發(fā)的鎂鐵質(zhì)巖漿建造，代表了地球內(nèi)部巨量物質(zhì)和能量的集中釋放。地質(zhì)記錄表明，大火成巖省可以通過(guò)大規(guī)模火山脫氣（包括H2O、SO2、CO2、F和Cl）對(duì)全球環(huán)境產(chǎn)生重大影響，可能造成生物大滅絕等重大災(zāi)變事件。大火成巖省的成因目前還沒(méi)有一致看法，早期科學(xué)家們都強(qiáng)調(diào)了過(guò)量的熱或者減壓熔融的作用，但是后來(lái)的研究者強(qiáng)調(diào)巖漿中高的水含量對(duì)大火成巖省的形成才是最重要的因素。位于我國(guó)西南地區(qū)的峨眉山大火成巖省是我國(guó)第一個(gè)世界公認(rèn)的大火成巖省，其源區(qū)和原始巖漿水含量存在較大的爭(zhēng)議。傳統(tǒng)上認(rèn)為峨眉山大火成巖省非常干，根據(jù)橄欖石和熔體中Ca的分配系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，其源區(qū)幾乎不含水。但是通過(guò)紅外光譜測(cè)試的單斜輝石斑晶的水含量推斷的大理苦橄巖原始巖漿中的水含量可能高達(dá)3.4%，相當(dāng)于島弧巖漿。因此水對(duì)峨眉山大火成省形成的貢獻(xiàn)仍然存在爭(zhēng)議。
為了厘清峨眉山大火成巖省原始巖漿中的水含量，以及水在大火成巖省形成中扮演的角色，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、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的陳綺靜博士研究生在夏小平和任鐘元研究員的指導(dǎo)下，研究了峨眉山大火成巖省中大理苦橄巖橄欖石中的熔體包裹體的主、微量元素、揮發(fā)分和氫同位素組成，發(fā)現(xiàn)熔體包裹體記錄的水含量為0.01-1.73 wt.%；氫同位素為 D=87 11‰至-267 14‰，均具有很大的變化范圍（圖1）。最低的氫同位素比值低于平均地幔（-80 10‰），與脫水板塊及深部地幔源區(qū)（<-200‰）的氫同位素比值相當(dāng)，表明大理熔體包裹體大多經(jīng)歷了H +擴(kuò)散丟失和H 2O脫氣的影響，但是一些熔體包裹體可能經(jīng)歷了快速冷卻，仍然保留了其原始巖漿的氫同位素和水含量特征。根據(jù)這些數(shù)據(jù)恢復(fù)的大理苦橄欖巖原始巖漿H 2O含量約為1.35 wt.%，低于前人對(duì)峨眉山大火成巖省原始巖漿的估計(jì)（3.44 0.89 wt.%或4.0–5.6 wt.%；圖2），支持峨眉山大火成巖省原始巖漿為中度富水的洋島玄武巖型（OIB），而不是高度富水的島弧型，其源區(qū)的H 2O/Ce比跟其他中度富水的大火成巖省如塔里木，Karoo，Columbia River， Snake River Plain相當(dāng)（圖3），遠(yuǎn)小于科馬提巖，可能說(shuō)明水在峨眉山大火成巖省形成過(guò)程中所起的作用與其他大火成巖省差不多，沒(méi)有科馬提巖那么明顯。
圖1 大理熔體包裹體水含量和氫同位素圖解
圖2 大理苦橄巖巖漿水含量與不同構(gòu)造巖漿水含量對(duì)比。
圖3 科馬提巖、大火成巖省等不同來(lái)源巖漿的H 2O/Ce比對(duì)比圖（修改自Liu et al., 2017）。
該成果近期發(fā)表在JGR：Solid Earth上，本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFA0702600）和國(guó)家科學(xué)基金項(xiàng)目（41672057；41973021）的資助。
論文信息：Qijing Chen (陳綺靜), Zhong-Yuan Ren (任鐘元), Xiao-Ping Xia* (夏小平), Le Zhang (張樂(lè)), Qing Yang (楊晴), Chao Yuan (袁超) (2023). Water content and hydrogen isotopes of olivine-hosted melt inclusions in the Dali picrites, SW China: Reassessing the role of water in the formation of the Emeishan large igneous province. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128, e2023JB027547
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