黄虎，侯明才
峨眉山大火成岩省是我国最早被国际认可的大火成岩省。早在1929年，著名地质学家赵亚曾先生就命名了“峨眉山玄武岩”，该词一直沿用至今。峨眉山玄武岩广泛分布在我国西南和越南北部地区，出露面积大于25万平方公里（图1; Xu et al., 2001）。由于大规模岩浆活动可能诱发包括生物灭绝和气候变化等重大地质事件，受到了众多学者的广泛关注。峨眉山大火成岩省大规模岩浆活动被认为是中-晚二叠世之交生物危机和古气候变化的潜在驱动因素（Zhou et al., 2002; He et al., 2007; Wignall et al., 2009; Wang et al., 2020）。大火成岩省活动的持续时间是判断其动力学的重要指标（徐义刚等，2013），也是评估其与其它重要地质事件关系的关键要素。目前，已经有非常多的研究对峨眉山大火成岩省开展了年代学研究工作，特别是近年来牙形石地层年代学、磁性地层年代学、40Ar/39Ar年代学以及锆石高精度U-Pb年代学研究工作（Sun et al., 2010; Zhong et al., 2014; Li et al., 2018; Yang et al., 2018; Shellnutt et al., 2012, 2020; Xu et al., 2021），对认识峨眉山大火成岩省的形成时间具有非常重要的意义。然而，目前仍缺少高精度年龄数据来约束大火成岩省火山喷发的持续时间以及喷发速率，特别是来自同一个火山序列顶部和底部的数据，这限制了我们认识峨眉山大火成岩省与中-晚二叠世之交重大地质事件之间的关系。
图1 （A）峨眉山玄武岩分布范围图（据Ali et al., 2010; Shellnutt et al., 2020）；（B）宾川地区地质简图（据云南省地质局，1973）。Pe1到Pe8代表从低到顶的8个火山序列
云南宾川地区位于峨眉山大火成岩省的西部，保存了目前最完整的大火成岩省火山序列。该火山序列出露厚度大于5300 m，从底到顶被分为8个序列（图2）。其中，最顶部主要由流纹岩组成，与上覆下三叠统碎屑岩呈不整合接触（图3A），而最底部由玄武岩、火山碎屑岩夹红层组成，与下伏中二叠统茅口组灰岩整合接触（图3B）（Sun et al., 2010; Zhu et al., 2014; Huang et al., 2022a）。Huang等（2022b）选择了该地区火山序列最底部红层样品（Wpg3）和最上部2个流纹岩样品（Scg2-3和Scg0-2）中的锆石开展高精度CA-ID-IRMS U-Pb定年分析（图2, 3）。最顶部两个流纹岩样品Scg2-3和Scg0-2的年龄分别为256.91 ± 0.77 Ma (MSWD = 0.37)和257.22 ± 0.37 Ma (MSWD = 0.29) （图4）。考虑到这两个年龄在误差范围内一致，而样品Scg0-2具有更小的误差值且位于火山序列最顶部，其锆石U-Pb年龄被用来评估火山活动持续时间和喷发速率。剖面最底部红层样品Wpg3锆石年龄相对复杂，其所分析的14颗锆石U-Pb年龄的MSWD值高达9.5。地球化学和矿物学（图3D）特征指示该红层样品为基性火山岩风化产物（Huang et al., 2022a, 2022b）。自形的锆石颗粒形态也暗示这些锆石可能是岩浆作用的产物（Huang et al., 2022a, 2022b）。宾川地区火山序列下部玄武岩，包括样品Wpg3，可能经历了地壳混染作用的影响（Xu et al., 2001; Huang et al., 2022a），导致基性岩浆在局部结晶出锆石（Davies et al., 2021）。与此同时，地壳混染作用下伴随的富U流体也可能导致锆石在结晶过程中发生Pb丢失（Gaynor et al., 2022）。样品Wpg3最年轻的3颗锆石具有相对低的放射性Pb含量和Pb*/Pbc值，也暗示该样品中部分锆石可能经历了Pb丢失的影响，剩下的11颗锆石的年龄在误差范围内具有相对的一致性（图4）。更重要的是，相对均一的锆石微量元素和Hf同位素特征（Huang et al., 2022a）暗示了样品Wpg3中年龄约260Ma的锆石可能形成于同一期次的火山喷发。因此，为了避免Pb丢失的影响，根据9颗最老的锆石计算出的年龄值260.55±0.07 Ma（MSWD=1.03）来指示火山岩的喷出年龄。
图2 宾川地区峨眉山大火成岩省火山序列柱状图及火山喷发历史
上沧剖面据Zhu et al. (2014)修改；酸性熔结凝灰岩高精度年龄及中晚二叠世之交界线（GLB）年龄据Zhong et al. (2014)；宾川地区火山岩古地磁数据据Xu et al. (2021)；MK代表茅口组；LT代表下三叠统
通过梳理已有的与峨眉山玄武岩年龄相关的牙形石生物地层学（Sun et al., 2010）和磁性地层学(Thomas et al., 1998; Xu et al., 2021)研究，并结合最新的卡匹敦阶牙形石带年龄-地层模型（Wu et al., 2020），Huang等（2022b）认为宾川地区火山序列最底部红层的年龄(260.55±0.07 Ma)可能代表了峨眉山大火成岩省最早的火山喷发年龄。该年龄与已报告的巧家剖面底部玄武岩斜长石斑晶40Ar/39Ar年龄（260.1±1.2 Ma）（Li et al., 2018）在误差范围内一致，但比目前已报告的侵入岩年龄都老（图5）（Shellnutt et al., 2012, 2020）。宾川地区火山序列最顶部流纹岩的年龄与越北Tu Le流纹岩顶部的年龄（257.1 ± 0.6 Ma）（Shellnutt et al., 2020）在误差范围一致。考虑到宾川地区火山序列顶部流纹岩与上覆地层为不整合接触，而Tu Le流纹岩上覆地层并未完全出露，因此，对于峨眉山大火成岩省火山喷发结束时限来说，这些年龄只能提供最老的时间约束。
图3 宾川地区火山-沉积序列代表性野外和镜下照片
（A）火山序列顶部峨眉山流纹岩与下三叠统砾岩不整合接触；（B）火山序列底部红层与茅口组灰岩接触；（C）火山序列最底部红层；（D）红层样品Wpg3正交偏光镜下矿物组成特征
结合宾川地区酸性凝灰岩的年龄（259.1±0.5Ma）（Zhong et al., 2014）以及前人估算的峨眉山大火成岩省喷发体积（约0.6 × 106 km3），新的年龄数据将峨眉山大火成岩省早期喷发速率约束在0.35 km3/a，代表了大火成岩省的主喷发期；晚期喷发速率约束在0.048 km3/a（图2），代表了大火成岩省的喷发减弱阶段。同时，约85%的岩浆在早期短时间内（1.45 ± 0.50 Ma）快速完成了喷发。峨眉山大火成岩省早期平均喷发速率与哥伦比亚河大火成岩省平均喷发速率（Kasbohm et al., 2018）相似，但明显低于德干和西伯利亚大火成岩省平均喷发速率（Burgess et al., 2015; Schoene et al., 2019）。
图4 样品锆石U-Pb年龄谐和图以及加权平均年龄图（绿色代表锆石颗粒用于加权平均年龄计算）
新的高精度年龄数据指示峨眉山大火成岩省火山早期喷发的时间早于中-晚二叠世之交的海相和陆相生物危机事件，并持续到整个生物危机之后（图5），支持峨眉山大火成岩省与中-晚二叠世之交生物危机的时间耦合关系。与此同时，峨眉山玄武岩在早期快速喷发阶段可能释放大量温室气体(Ganino and Arndt, 2009; Wignall et al., 2009)，进而导致中二叠世末期的气候变暖事件。尽管峨眉山大火成岩省晚期玄武岩和流纹岩的喷发可以分别释放温室气体和富硫气体，进而可能分别导致气候变暖和变冷。但是过低的喷发速率可能限制了它们在气体排放以及全球气候变化中的角色。与之相反，新的研究结果支持峨眉山大火成岩省玄武岩的快速风化可能造成了晚二叠世早期气候变冷的观点（Yang et al., 2018）。
图5 中-晚二叠世之交重要地质事件及峨眉山大火成岩省相关的高精度年代学数据汇总图
牙形石带时限据Wu et al. (2020)；海相和陆相生物灭绝事件据Shen和Shi (2009), Wignall et al. (2009), Day et al. (2015)；古海水温度变化据Chen et al. (2011), Wang et al. (2020); 冰期和间冰期气候据Metcalfe et al. (2015)；侵入岩年龄据Shellnutt et al. (2012, 2020)；酸性熔结凝灰岩高精度年龄及中晚二叠世之交界线年龄据Zhong et al. (2014)；越北Tu Le流纹岩年龄据Shellnutt et al. (2020)；磁性地层据Hounslow和Balabnov (2018)，Shen et al. (2019)修改
本文第一作者系成都理工大学副教授，第二作者系成都理工大学教授。本文属作者认识，相关问题交流可通过邮箱118huanghu@163.com与本人联系。欲知更多详情，请进一步阅读参考下列参考文献。
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