峨嵋山洪流玄武岩之洪荒世界
110年11月09日
【本篇報導由地球科學系 謝奈特（J.G.Shellnutt）教授研究團隊提供】 地球為太陽系中唯一具有固態大陸地殼的行星，而大陸地殼的形成及演化是極重要卻未被完全理解的議題。隨板塊學說的發展，一般認為大陸地殼形成於聚合性板塊邊界，亦隨板塊內部高溫玄武岩質岩漿噴發而形成，這些大陸地殼中大規模火成岩堆積也稱為大型火成岩區。晚二疊紀形成的峨嵋山大型火成岩區位於中國西南方及越南北部，覆蓋面積約30萬平方公里，岩體組成為洪流玄武岩、超基性與酸性的熔岩流、層狀火成岩與深成岩，成因與淺部岩石圈地函及深部地函的岩漿源混合相關，峨嵋山大型火成岩區也因擁有世界級礦藏並與大滅絕事件相關而有龐大研究潛力。 大陸地殼形成原因是長期難解的謎題，由於缺少超過40億年前的地質紀錄，大陸地殼成因的推論以太古宙的岩石紀錄為主，隨著板塊構造演化，在與聚合性板塊邊界的相關作用下，形成大量矽鋁質大陸地殼。此外，由於大量的高溫原始岩漿噴發，大陸地殼也形成並循環於板塊內部。此種大規模玄武岩質岩漿在數百萬年內侵入地殼或噴出至地表，形成連續、分布廣泛的巨大火成岩堆積，稱為大型火成岩區（Large Igneous Province，LIP）。 部分研究認為大型火成岩區是因為地函–地核交界地函柱上湧而形成，其他研究則認為與板塊張裂導致的地函減壓熔融現象相關。大型火成岩區的快速噴發事件常與大陸張裂或大滅絕事件相關。因此，研究大型火成岩區不僅可解明板塊運動的熱機制，對於理解岩漿活動對生物圈的影響也有重大助益。 圖一：峨眉山大型火成岩區（ELIP）、哀牢山-紅河剪切帶和Tu Le-Phan Si Pan地區地圖。 A：東亞縫合帶。 B： ELIP 簡易地圖，顯示板塊分布、洪流玄武岩相對於已位移的Tu Le-Phan Si Pan區域位置（來自 Shellnutt 等，2020）。 晚二疊紀（大約2億6千萬年前）形成的峨嵋山大型火成岩區（Emeishan Large Igneous Province，ELIP）主要覆蓋揚子古陸的東方邊界約30萬平方公里的區域，部分殘塊分布於西藏高原及越南北部Song Da區域（圖一），因其富含世界級鹼金屬礦床，且岩漿活動與卡匹敦期晚期的大滅絕事件相關，具有龐大研究價值（圖二）。ELIP的岩體組成以洪流玄武岩為主，基於鈦-釔比例以及全岩二氧化鈦含量可細分成高鈦以及低鈦玄武岩，另有最早期噴發的少量超基性岩體分布於火成岩序列下部，以及多在序列上部的酸性岩體。ELIP最初在2億6千3百萬年前噴發，在中二疊紀時石灰岩沉積於揚子古陸的前寒武紀地層之上，最年輕的岩漿約在2億5千7百萬年前噴發。此區的深成及侵入岩包含了花崗岩、蘊藏氧化鐵-鈦-釩礦藏的層狀基性至超基性侵入岩以及基性岩脈。 圖二：峨眉山大型火成岩區岩漿噴發及深成岩作用綜述。賓川凝灰岩（白色方塊）沉積時間為吳家坪－卡匹敦期交界處，噴發時間介於2億6000年(260 Ma)至2億5730萬年(257.3 Ma)間。攀西基性岩脈（綠色三角形）和矽質侵入岩（綠色方形）的形成年代介於2億5960萬年至2億5760萬年間。Tu Le 流紋岩 (TLR)、Muong Hum 花崗岩 (MH)、Phan Si Pan 花崗岩 (PSP) 的新定年結果表明，岩漿作用在卡匹敦期結束後又持續了150萬年，並導致全球寒化（來自Shellnutt等人，2020 年） ELIP的演化概括如下。在晚二疊紀時，揚子陸塊位於熱帶地區，為穩定石灰岩平台，大型熔岩在2億6千萬年前侵入揚子陸塊並噴發至地表，岩漿活動持續到2億5千7百萬年前，岩漿來源與地函熱柱有關。主要元素、微量元素及同位素分析結果顯示ELIP為異質性岩漿，與高鈦玄武岩一樣富含揮發性成分（例如CO2、F），代表大陸性岩石圈地函對此岩漿源有不可忽視的影響。高溫基性岩漿侵入揚子陸塊造成地殼的部分熔融並形成花崗岩的侵入岩，基性岩漿與地殼熔融體的混合產生另一部分的花崗岩，侵入地殼淺處（小於地表3公里）但未噴發的基性岩漿冷卻結晶，形成基性-超基性複合岩體（圖三）。層狀侵入岩礦床的形成取決於岩漿侵入深度、原始岩漿成分及地殼同化作用的時間、規模大小與圍岩揮發物的流動。若岩漿事件發生在短暫時間內，則圍岩極有可能產生脫氣作用，導致氣候變遷並危害全球生態系統。 圖三：峨眉山火成岩大型火成岩區岩漿構造演化概論。在2億6千萬年前(260 Ma)時，ELIP地函柱頂部到達岩石圈底部，導致地殼抬升和地函柱減壓熔融。基性岩漿侵入下部地殼/上部地函形成岩漿庫。部分岩漿噴發到地表，而另一部分岩漿則在相對較淺的深度，形成含氧化礦的層狀侵入岩和含硫化礦的侵入岩。基性岩漿的長期侵入導致地殼部分熔化，從而形成地殼衍生的矽質岩體及矽質混合岩體（來自 Shellnutt，2014）。 Source: Shellnutt, J.G., Pham, T.T., Denyszyn, S.W., Yeh, M.-W., Tran, T.A., 2020. Magmatic duration of the Emeishan large igneous province: insight from Northern Vietnam. Geology 48, 457-461. Shellnutt, J.G. 2014. The Emeishan large igneous province: a synthesis. Geoscience Frontiers 5, 369-394.