第29卷第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀V o l.29,N o.5 2015年10月M I N E R A LR E S O U R C E SA N D G E O L O G Y O c t.,2015ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ峨眉山玄武岩成因新思考天体撞击的对冲聚合效应刘陈明,杨德敏,马绍春(云南国土资源职业学院,云南昆明㊀650093)摘㊀要:峨眉山玄武岩是目前被国内㊁国际唯一认可的大陆溢流玄武岩(C F B),关于其成因有很多解释,多数认为是 地幔柱 成因,但是也仅仅停留在地球化学的依据上,没有更多有说服力的证据㊂本文结合有关实验和数据论证 对冲聚合 理论的事实性和普遍性,认为地球另一端(撞击点)发生猛烈行星撞击,引起 对冲聚合 效应,造成对冲点巨大冲击能量重新聚合进而引起地震㊁火山活动和大规模岩浆溢流,撞击点和对冲点分别处在地球两端通过地心的对应点上,撞击发生时间和大规模岩浆活动几乎同时㊂为此,峨眉山玄武岩可能不是 地幔柱 成因,其冲破岩石圈形成溢流可能并非 地幔柱 头部作用造成穹窿上升㊁地壳减薄或者裂谷而喷溢,而可能是二叠纪/三叠纪时期地球另一端剧烈小行星撞击而引起 对冲聚合 效应形成上升通道,热流体因为外界扰动而喷溢㊂且本文也为探索 地幔柱 动力学机制和探讨地表热点分布以及和小行星撞击事件㊁全球生物大灭绝事件之间的联系,起到抛砖引玉的作用㊂关键词:峨眉山玄武岩;对冲聚合;地幔柱;热点;大陆溢流玄武岩中图分类号:P588.14+5㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001-5663(2015)05-0585-060㊀引言峨眉山玄武岩是我国目前已知的大陆溢流玄武岩(C F B),关于其成因很多学者做了不同的研究工作,有着不同的看法㊂峨眉山玄武岩是地球深部作用过程在地壳表层的表现,其动力学过程和机制比较复杂,最初由赵亚曾(1929年)提出到现今有关成因争议颇多㊂20世纪80~90年代主要观点为裂谷成因[1-3],随后随着研究的深入和新学说的兴起,提出其为 地幔柱 成因[4-6]㊂这些成因观点都基于岩石学㊁岩石化学上证据,并没有一种非此即彼的依据来说明,而且对其形成过程是否有 地幔柱 作用也有分歧[7]㊂目前大家所接受的成因观点认为是 地幔柱 ,因为目前主导的板块构造地质学无法对板内大规模溢流玄武岩进行有说服力的解释,这必然让地质学者去探求其真相㊂但是对于 地幔柱 是否真实存在的依据,目前只是仅仅停留在岩石学㊁岩石化学层面上,少量的地球物理数据也未能说明问题之所在㊂为此,按照本文中所引用的 对冲聚合 理论来思考,认为峨眉山玄武岩大火成岩省的分布是因为处在峨眉山玄武岩集中分布地区的地球另一端 撞击点 发生行星撞击事件引起 对冲聚合 效应而造成火山活动引起大规模岩浆溢流的结果㊂该理论的提出为地球物理学家㊁天体物理学家㊁矿床学家研究天体上的岩浆活动(据N A S A报道美国航天宇航局发现土卫6上的强烈岩浆活动)㊁天体之间的碰撞活动以及地球上的板内C F B等提出了新的思路㊂文中对 对冲聚合 理论进行多方面的引证和说明,旨在结合 对冲聚合 理论来探讨峨眉山玄武岩的成因以及机制,也为探讨 地幔柱 动力学机制,为地球上发生在板内的火山岩浆活动和全球热点地区以及小行星撞击事件㊁生物灭绝事件等之间的关系提供新的研究思路[8]㊂1㊀峨眉山玄武岩的地质背景峨眉山玄武岩最早由赵亚曾1929年命名,用来泛指分布于扬子地台滇㊁川㊁黔三省的二叠系玄武岩组,其位于扬子克拉通西部及西缘,主要由玄武岩和收稿日期:2014-01-23作者简介:刘陈明(1984-),男,硕士,研究方向:矿床学㊁成矿规律与成矿预测㊂E-m a i l:105578731@q q.c o m引文格式:刘陈明,杨德敏,马绍春.峨眉山玄武岩成因新思考:天体撞击的对冲聚合效应[J].矿产与地质,2015,29(5):585-590.相伴生的基性―超基性侵入岩组成,主要形成于晚二叠系㊂峨眉山玄武岩的分布范围,主要有西南和西北边以大的断裂与西南三江构造带相连,西南为红河断裂;西北为小金河―龙门山大断裂,面积为2.5ˑ105k m2,体积为0.3ˑ106~0.6ˑ106k m3[9]㊂峨眉山玄武岩的下伏岩石均为茅口组,上为上二叠统到上三叠统㊁侏罗系所覆盖㊂上扬子区峨眉山玄武岩通常分成西㊁中㊁东三大岩区[8]㊂自西到东玄武岩的厚度逐渐变薄,说明岩浆作用也有自西往东逐渐减弱的特点,东区岩性单一,主要为高钛玄武岩,而西区岩性较复杂,下部为低钛玄武岩,在岩层上部有高钛玄武岩和中酸性岩浆[5]㊂认为峨眉山玄武岩集中喷发在晚二叠纪,时限在259~257M a之间[10],是一种在短时间内(喷发前后时间可能为1~2M a)巨量喷发的特点[11-13],根据野外地质研究显示,峨眉山玄武岩直接覆盖于早二叠世茅口组岩之上,并被下三叠统覆盖,它的喷发时代应该处在早二叠世至早三叠世之间,然而,对于峨眉山玄武岩的准确喷发时段尚有争论㊂2㊀峨眉山玄武岩岩石学和地球化学特征综合前人研究成果,峨眉山玄武岩组厚度多达千米,可分为4个旋回,最上部多为含气孔状熔岩㊁凝灰质沉积岩和火山角砾岩,总体上以巨厚堆积的玄武岩为主,主要岩石类型有橄榄拉斑玄武岩㊁玄武岩㊁碱性玄武岩㊁斜斑中长玄武岩和安粗玄武岩,总体属于拉斑玄武岩系列和偏碱性高原玄武岩系列,并且喷发特征明显,广泛发育集块岩㊁角砾岩㊁凝灰岩等[14]㊂据卢记仁(2009)[15]研究表明,峨眉山玄武岩主要为弱碱性玄武岩㊁拉斑玄武岩和碱性玄武岩,平均成分属于弱碱性玄武岩,F e和T i含量高,M g含量低,自西向东表现为F e㊁T i㊁K㊁P等高含量,M g㊁C a含量低㊂张昭崇等(2002)[16]在丽江发现两处苦橄岩,呈现夹层状产出于峨眉山玄武岩系底部,该岩石地球化学特征为含M g高(M g O含量16%~20%),轻稀土表现为富集但变化大((C e/Y b)N=4~25)㊂苦橄岩和共生玄武岩具有相同地球化学特征,微量元素㊁稀土元素配分曲线特征为轻稀土元素富集㊁H F S E元素亏损㊁同位素成分变化范围窄,并认为玄武岩与苦橄岩两者为同源岩浆的产物,主要来源于地幔㊂峨眉山玄武岩的总平均成分与世界大陆裂谷碱性玄武岩的平均成分接近,属弱碱性玄武岩;富不相容元素,主要为L R E E和大离子亲石元素,依据其稀土元素配分特征,认为其大地构造环境判别为大陆板内玄武岩㊂3㊀ 对冲聚合 理论对冲聚合 理论,最早由美国天体物理学家马克㊃博斯劳(M a r k.B o s l o u g h)所提出㊂该理论的提出,对于天体物理学㊁碰撞物理学㊁古生物学家研究地球历史中所遭遇的碰撞和强烈的火山活动以及地质历史时期内的全球物种灭绝事件,也为研究外太空天体上发生的火山岩浆活动提出了新的思路㊂目前我国还没有专门研究球体 对冲聚合 效应的实验和有关数据,并且有关与球体高速碰撞的实验数据也很稀少㊂但是,即使是少数的有关球体的高速碰撞试验数据也同样表明这样一个理论事实,即在球体高速碰撞中,被撞一方,在短暂激烈撞击时间内,会有大量能量通过冲击波传导在撞击点的 对冲点或者对冲部位 重新聚合造成破坏,该 对冲点 的位置是撞击点穿过球体中心在球体表面的对应点,这就是马克.博斯劳所提出这一理论的精髓㊂M a r k.B o s l o u g h是专门从事小行星防御研究的碰撞天体物理学家㊂历史上的一些撞击事件和恐龙的灭绝给博斯劳一个很大的启发,他认为,行星撞击地球一端时,在与撞击点相对的地球另一端出现了巨大的能量集中,其强大的冲击力导致了火山喷发㊂博斯劳通过实验模型和计算机模拟验证了自己的想法,并提出 对冲聚合 理论的设想;他在实验室用一个较小的钢球以高速正面撞击一个体积较钢球大很多的玻璃球,以验证在撞击点的对应点 对冲点 是否会出现破坏性的裂痕㊂该实验用高速摄像机记录了在钢球高速撞击玻璃球时,除了在撞击点撞击瞬间出现明显指向球心柱状㊁簇状裂痕和玻璃碎屑飞溅以外,在玻璃球撞击点的 对冲点 也出现了明显的指向玻璃球体中心的一定深度簇状裂痕,仿佛在撞击同时有另外一钢球从相反相对方向撞击所形成的痕迹,这显然验证了 对冲聚合 所设想的事实是存在的(该试验没有收集到有关数据,笔者只看过实验过程视频)㊂博斯劳认为某些小行星撞击地球事件和大型火山喷发是同一时期发生的,它们之间还存在着一定的关联性㊂他用目前世界上最先进的美国圣地亚哥国家实验室超级计算机 红色风暴 再次进行实验,模拟小行星撞击地球(图1,该图是按照实验模拟碰撞时间从开始到结束顺序截图),又一次的实验结果还是支持博斯劳的理论㊂碰撞产生的巨大能量足以导致撞击点在地球上对应的 对冲点 一端发生猛烈的火山喷发㊂碰撞发生后,冲击波会以每小时大约1.2万公里的速度穿越地球,1.5小时后,在 对冲点 重新聚合,由于撞击的巨大能量部分在 对冲点 重新聚685矿产与地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2015年㊀合,导致在 对冲点 足以引起火山喷发㊁地震㊂科学家已经证实,历史上的西伯利亚境内的大火山与物种大灭绝出现在同一时期㊂火山喷发后,火山岩覆盖了西伯利亚方圆150万平方公里的区域㊂按照 对冲聚合 理论,西伯利亚火山喷发是地球另一端遭受剧烈撞击的结果,它的大致对冲点应该位于南半球的某个地点㊂与此同时,博斯劳刚刚做出对冲点是在南半球的推断时,正在那里考察的美国加州大学圣芭芭拉分校的化学家露安㊃贝克①也同时得出了相同的结论,南半球的某个地区的确遭受过严重的星体撞击㊂遗憾的是,马克㊃博斯劳所做的实验笔者没有收集到有关的论文和数据㊂(文中关于马克.博斯劳所做的研究,读者可浏览h t t p ://w w w.s a n d i a .go v 网站有关内容以及在视频网站搜索其实验视频资料)㊂图1㊀计算机模拟行星撞击地球实验结果图版(按撞击时间先后顺序,据M a r k .B o s l o u gh )F i g .1㊀T h e c h a r t o f e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f t h e c o m pu t e r s i m u l a t i o no f a s t e r o i d s t r i k e s o n t h e e a r t h (i no r d e r o f t h e i m pa c t t i m e )785㊀第29卷㊀第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘陈明等:峨眉山玄武岩成因新思考:天体撞击的对冲聚合效应①据2004年5月14日,英国‘独立报“报道被新浪科学探索转载㊀㊀陈千一等(2009)[17]有关球体高速撞击实验也证实了博斯劳的理论,其中在做关于高速球体撞击石英玻璃的实验中,发现撞击后除了在玻璃板的正面撞击点出现撞击坑和破碎裂纹以外,在玻璃板撞击点的背面相对应撞击点的位置也同样发现了层裂或者挤凿型破坏(图2),说明在撞击瞬间能量在撞击点释放并且造成破坏,并在极短的时间内通过介质传导在撞击点对应点 对冲点 重新聚合;如果撞击点能量损失小,介质的能量传导性较好,在对冲点重新聚合的能量也较大,会造成相当的破坏,碰撞的能量或者破坏性决定于撞击体所携带动量,并且成正比的关系㊂但是,对于像宇宙空间中的天体来说,其质量之大,速度之快,其撞击时的能量和破坏性更是难以定量描述,特别是对于宇宙空间的天体来说,撞击体和被撞击体都是具有极大的质量和运行速度的,其碰撞时的能量和破坏性以及对撞击的天体表面和内部的破坏性难以用数据说清楚,但是足以引起天体,如地球撞击点和对冲点浅层地壳强烈的地震㊁火山岩浆活动,甚至引起地球内部的扰动都有可能㊂图2㊀高速钢球撞击玻璃实验截面图(据陈千一等)F i g .2㊀T h e s e c t i o nv i e wo f t h eh i gh s p e e d s t e e l b a l l h i t t i n gg l a s s e x p e r i m e n t 但是,无论是马克㊃博斯劳还是陈千一的实验都很好的论证了 对冲聚合 理论的事实性,也说明该现象在大自然界可能具有的普遍性特征,比如将一块石头扔进一个湖泊,撞击瞬间能量就以波浪的形式以撞击点为中心成圆环状传播,假设湖泊足够大,大到从高空看去类似一个球面,那么设想下,在一定时间后撞击形成的波浪必然会在撞击点穿过球体中心的对应点重新集合再次引起水体激烈震荡㊂也说明若将对冲聚合 效应延伸到天体,延伸到行星之间的撞击活动,延伸到历史上地球曾经经历过的行星撞击活动,那么一次剧烈的行星撞击地球的碰撞,除了在撞击点留下明显的撞击痕迹和足以引起的地震㊁火山活动外,同时在 对冲点 的这种巨大的能量聚合也足以引起剧烈的地震,特别是火山活动,因而一次撞击可能带来两次剧烈的破坏活动,撞击所带来的这种能量聚集足以造成一定深度的岩石圈层的强烈压裂㊁层裂,形成一定深度的断裂破碎带,这为深层的炙热流体 岩浆猛烈上升提供了通道或者薄弱地带㊂硬度大的刚性岩石圈层包裹之下是软流圈,地球物理资料显示该层有明显低速体(地震波资料),这可能是地壳深部或者发育于上地幔的岩浆,在岩石圈层封闭下,当地壳表层遭受剧烈行星撞击事件时,受到撞击传导影响,处于软流圈相对封闭环境下的岩浆流体必然受到巨大的挤压应力表现出更强烈的 对冲聚合 效应,在对冲点有巨大的冲破上升的趋势,若此时地壳岩石圈层无法阻挡,就会形成剧烈的火山㊁岩浆活动㊂这也许为解释所谓板内 热点 或者板内火山活动的机制提供了依据,也为研究 地幔柱 动力学机制和小行星撞击事件以及地质历史时期全球灭绝事件提供了一定的线索㊂4㊀峨眉山玄武岩成因探讨峨眉山玄武岩自从被人们发现至今都是研究㊁讨论的焦点,其原因是关于在对来自地球深部的岩浆活动,其动力学机制以及诱因有着诸多的疑问㊂峨眉山玄武岩是地球深部动力学作用在地表的反应,对于它的研究和探讨必将帮助我们深入认识地球,了解地球圈层活动,因其复杂性,对其成因解释主要有以下两种:(1)裂谷成因主要发展于20世纪80~90年代,以张云湘等(1988)㊁从柏林(1988)㊁熊舜华等(1994)㊁H u a n g e t a l (1992)㊁C o u r t i l l o t e t a l (1999)㊁T h o m p-s o n e t a l (2001)为主[1-3;18-20],提出了峨眉山玄武岩的形成,是由攀西裂谷形成㊂在区域构造上他们认为攀西裂谷的形成同古特提斯洋向上扬子板块的俯冲有关,并与巴颜喀拉边缘海的张开和闭合同步发展,成为主动大陆边缘沟㊁弧㊁盆㊁谷体系的一个不可分割的一部分㊂对于该成因解释,何斌等(2003,2006)就峨眉山玄武岩的分布和裂谷的展布不一致以及裂谷形成时间与喷发时间不一致提出了质疑[21,9]㊂(2)地幔柱成因主要发展于现今,C h u n g an d J a h n (1995)㊁徐义刚等(2001)㊁宋谢炎等(2001)㊁X i a oe t a l (2003)[4-6;22]经过研究提出峨眉山玄武岩为地幔柱成因否定了裂谷成因,并且被很多人所接受㊂其主要证据:①峨眉山玄武岩分布不是呈现为裂谷成因的线状展布,而是近似圆状;②从岩石学㊁沉积学角度得出峨眉山玄武岩大规模喷发之前,地壳有明显的抬升㊁隆起,超过岩石圈引张形成攀西裂谷的规模㊂但885矿产与地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2015年㊀是张昭崇等(2001)[16]对在峨眉山玄武岩形成过程有没有地幔柱作用提出质疑㊂在 对冲聚合 理论影响下,笔者认为峨眉山玄武岩大火成岩省的分布可能并非为大家所接受的 地幔柱 成因,也没有见到因为峨眉山地区曾经发生小行星撞击而引起火山岩浆活动的报道,而可能是处在峨眉山玄武岩集中分布区的地球另一端(撞击点)发生猛烈行星撞击而引起的 对冲聚合 效应,导致该区(对冲点)巨大冲击能量重新聚合造成地震㊁火山活动引起大规模岩浆溢流的结果,这可能就是峨眉山玄武岩其主喷发期的直接诱因㊂5㊀ 对冲聚合 效应下的 地幔柱 探讨地球上其它已知热点的成因以及 地幔柱 的真正含义,在 对冲聚合 理论的影响下,应该给予重新思考㊂现代地球物理的资料,特别是地震波速测定,不少地区在上地幔100k m左右的深度及中下地壳的深度存在有地震波速下降的低速带(l o w v e l o c i t y z o n e,简称L V Z),这些低速带多数被解释为在固态岩石中存在有液态物质,导致地震波速明显下降,这些液态物质就是初始熔融的岩浆物质㊂说明这些炙热流体在很多地区都有分布,但是为什么大都没有发育成为具有头部㊁尾部的 地幔柱 ?没有在地表形成C F B或热点?这是值得思考的问题㊂很明显,要让形成于地幔或深部地壳的炙热流体上侵冲破岩石圈大量溢流,必须要有有利的 通道 ,在板块内部形成这种通道可能有两种情况:①小行星撞击下的 对冲聚合 效应可以形成一定深度的断裂㊁裂隙,还对流体起到扰动作用;②地幔化学物质不均一造成局部 热点 形成地幔柱,形成上升穹窿,发生重熔,地壳减薄进而衍生裂谷,构成通道㊂所以,形成C F B,不一定是 地幔柱 成因,并且很多 热点 地区,没有任何过热岩浆的岩石学证据㊂那些认为造成异常高温 热点 ,是因为地幔中化学成分的不均一,但是要知道地幔中物质是在不停的对流循环的,因而 热点 不可能固定,也不可能持续作用㊂笔者认为 地幔柱 可能不是早就存在既定的地质体,而是随着上覆岩石圈中薄弱地带(断裂带)上侵或冲破围岩的类似柱状或者蘑菇云或者放射状的上升热流体而已,当巨量溢流就形成了玄武岩㊂6㊀结论(1)峨眉山玄武岩大火成岩省的分布可能并非为大家所接受的 地幔柱 成因,也没有见到峨眉山地区曾经发生小行星碰撞的报道,而可能是处在峨眉山玄武岩分布区的地球另一端(撞击点)发生猛烈行星撞击而引起的 对冲聚合 效应,导致该区(对冲点)巨大冲击能量重新聚合造成地震㊁火山活动引起大规模岩浆溢流的结果,但是目前缺乏关于撞击点经历同期发生过强烈小行星撞击的有力证据,且现今峨眉山玄武岩区所对应的行星撞击点的实际位置也应该考虑板块漂移的影响,还需要结合古地理恢复来确定撞击点位置㊂(2) 对冲聚合 理论为我们带来了新的研究思路,但是对于其事实性和正确性,仍然有待更进一步的研究来肯定,若其成立将为板块构造地质学提供很好的补充和完善,有助于重新认识地球历史上发生的小行星撞击㊁火山岩浆活动和物种灭绝之间的关系㊂(3)关于 地幔柱 的研究和讨论从未停止过,认为 地幔柱 可能不是早就存在既定的地质体,而是随着上覆岩石圈中薄弱地带(断裂带)上侵或冲破围岩的类似柱状或者蘑菇云或者放射状的上升热流体而已,当巨量岩浆溢流就形成了玄武岩㊂(4)希望本文能起到抛砖引玉的作用,将更多的目光投向和板内火山㊁岩浆活动有关的研究工作中,进一步探讨和验证 对冲聚合 理论,为有关的地质研究工作提供新的思想㊂参考文献:[1]㊀张云湘,骆耀南,杨崇喜.攀西裂谷[M].北京:地质出版社,1988.[2]㊀从柏林.攀西古裂谷的形成和演化[M].北京:科学出版社,1988.[3]㊀熊舜华,李建林.峨眉山区晚二叠世大陆裂谷边缘玄武岩的特征[J].成都地质学院学报,1994(1):43-57.[4]㊀C HU N GSL,J a h nBM.P l u m e-l i t h o s p h e r e i n t e r a c t i o n i n g e n e r-a t i o no ft h e E m e i s h a nf l o o db a s a l t sa tt h e P e r m i a n-T r i a s s i cb o u n d a r y[J].G e o l o g y,1995,23:889-892.[5]㊀徐义刚,钟孙霖.二叠纪峨眉山大火成岩省的形成:地幔热柱活动的证据及其熔融条件[J].地球化学,2001,30(1):12-9. 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