大火成巖省及其在古大陸重建及裂解研究中的應(yīng)用

張拴宏，趙越，裴軍令，王宏宇，胡國輝，張琪琪，蔡瑜杭，孔令昊，王森，王開

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京，100081；2)自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100081；3)中國地質(zhì)調(diào)查局極地地學(xué)研究中心，北京，100081

內(nèi)容提要：大火成巖省是地質(zhì)歷史上與地球深部過程(如地幔柱)密切相關(guān)的極端地質(zhì)事件，以相對(duì)較短時(shí)期內(nèi)形成規(guī)模宏大的板內(nèi)幔源基性巖漿活動(dòng)為主要特征，對(duì)研究全球性大氣—海洋環(huán)境的巨變與生物滅絕、大規(guī)模成礦及超大陸的重建和裂解均有重要意義。從潘吉亞超大陸的裂解過程可以看出，盡管不是所有的大火成巖省都與大陸裂解有關(guān)，但幾乎每一次重要的裂解事件都伴有大火成巖省的出現(xiàn)，因此大火成巖省對(duì)于研究前潘吉亞超大陸，特別是對(duì)于缺少古生物等重建標(biāo)志，古地磁數(shù)據(jù)偏少的前寒武紀(jì)超大陸重建及裂解研究有重要價(jià)值。近20多年來隨著年代學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及研究工作的不斷深入，大火成巖省在古大陸重建及裂解方面取得了一些重要進(jìn)展，并發(fā)揮了越來越重要的作用。前寒武紀(jì)大火成巖省由于經(jīng)歷了多次裂解事件改造及后期抬升剝蝕或覆蓋的影響，現(xiàn)今保留的是一些分散在不同大陸上的大火成巖省殘片或碎片。用大火成巖省開展古大陸重建及裂解的目標(biāo)就是通過不同陸塊大火成巖省或大規(guī)模基性巖漿活動(dòng)的年代學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)對(duì)比，結(jié)合其他證據(jù)，恢復(fù)大火成巖省形成時(shí)的時(shí)空分布特征，據(jù)此來確定這些陸塊在超大陸中的相對(duì)或絕對(duì)位置。與其他前寒武紀(jì)大陸重建標(biāo)志相似，大火成巖省也有一些局限性及不確定性，因此應(yīng)用大火成巖省開展古大陸重建及裂解研究中要與前巖漿期沉積地層中的特殊事件層(如冰磧巖、火山灰、黑色頁巖、不整合面、古生物等)對(duì)比、巖墻幾何學(xué)產(chǎn)狀、基性巖漿事件序列對(duì)比、古地磁、大型構(gòu)造(如造山帶)對(duì)比及深部地球物理等多學(xué)科方法相結(jié)合。

大火成巖省(large igneous province, LIP)或稱為大巖漿巖省(large magmatic province)代表了地質(zhì)歷史上相對(duì)較短的時(shí)期內(nèi)形成的，規(guī)模宏大的板內(nèi)幔源巖漿活動(dòng)。因?yàn)槭堑刭|(zhì)歷史上與地球深部過程密切相關(guān)的極端地質(zhì)事件，大火成巖省對(duì)研究全球性大氣—海洋環(huán)境的巨變與生物滅絕、大規(guī)模成礦及超大陸的重建與裂解(或稱裂離，即大陸相分離開并在其間形成大洋)均有非常重要的意義(如：Coffin and Eldholm, 1992, 1994; Marzoli et al., 1999; Ernst, 2014)。大火成巖省一般由基性熔巖流、巖床和巖墻組成，其最主要的特征是規(guī)模大(面積>105km2，體積>105km3)、形成時(shí)間短(一般在<1 Ma，部分可到5～15 Ma)、巖性以具有板內(nèi)地球化學(xué)特征的基性巖為主，其成因難以用傳統(tǒng)的板塊構(gòu)造理論來解釋(Coffin and Eldholm, 1992, 1994; Ernst, 2014)。

盡管傳統(tǒng)意義上的大火成巖省指的是以鎂鐵質(zhì)組分占絕對(duì)優(yōu)勢的鎂鐵質(zhì)大火成巖省(Coffin and Eldholm, 1992, 1994; Ernst, 2014)，但也有學(xué)者提出了長英質(zhì)大火成巖省或硅質(zhì)大火成巖省(silicic large igneous provinces)的概念(Bryan et al., 2000, 2002; Bryan, 2007)，并被國內(nèi)外同行所應(yīng)用(王德滋和周金城, 2005; Sheth, 2007; Bryan and Ernst, 2008; 張旗, 2013; Ernst, 2014; 薄宏澤和張招崇, 2020)。也有學(xué)者提出了過渡型大火成巖省的概念，即介于鎂鐵質(zhì)和硅質(zhì)大火成巖省之間的大火成巖省(Cheng Zhiguo et al., 2020)。筆者等所討論的大火成巖省指傳統(tǒng)意義上的大火成巖省，即鎂鐵質(zhì)大火成巖省。

近30年來，大火成巖省在全球表生環(huán)境突變與生物滅絕、大規(guī)模成礦及古大陸重建及裂解標(biāo)志等方面均取得了諸多重要進(jìn)展，成為地球科學(xué)研究的重要熱點(diǎn)前沿科學(xué)問題之一(Courtillot, 1994; Marzoli et al., 1999; Wignall, 2001; Zhou Meifu et al., 2002; Blackburn et al., 2013; Ernst and Jowitt, 2013; 沈樹忠和張華, 2017; 徐義剛等, 2017; Black et al., 2018; Broadley et al., 2018; Clapham and Renne, 2019; 張拴宏和彭澎, 2022; 張招崇等, 2022)。筆者等通過對(duì)與地質(zhì)歷史上最年輕超大陸——潘吉亞超大陸裂解相關(guān)大火成巖省時(shí)空分布及特征的分析，簡要評(píng)述了用大火成巖省開展古大陸重建的思路及其在超大陸重建及裂解研究方面的主要進(jìn)展，并簡要討論了存在問題及未來發(fā)展方向。

1 與潘吉亞超大陸裂解有關(guān)的大火成巖省及其時(shí)空分布與特征

潘吉亞作為地質(zhì)歷史上最年輕的超大陸，由于重建的地質(zhì)標(biāo)志、古地磁及海底磁條帶數(shù)據(jù)多，目前對(duì)其重建及裂解過程的認(rèn)識(shí)已經(jīng)非常清楚。潘吉亞超大陸從三疊紀(jì)末期以來經(jīng)歷了多個(gè)階段的裂谷—裂解過程，其中每一階段的裂谷—裂解均伴隨有大火成巖省(圖1，Courtillot et al., 1999; Frizonde de Lamotte et al., 2015; Peace et al., 2020)。潘吉亞超大陸的裂解可大致分為以下4個(gè)階段：① 三疊紀(jì)末(約201 Ma)中大西洋巖漿巖省及中大西洋打開；② 早侏羅世(約183 Ma)Karoo—Ferrar(卡魯—費(fèi)拉爾)大火成巖省及西印度洋打開；③ 早白堊世(約135 Ma)Paraná—Etendeka(巴拉那—伊滕德卡)大火成巖省及南大西洋打開；④ 古近紀(jì)(62～55 Ma)北大西洋大火成巖省及北大西洋打開。在大陸裂解(離)之后，這些曾經(jīng)相連的大火成巖省就跨區(qū)域分布在不同的大陸上，成為超大陸恢復(fù)和重建的重要標(biāo)志之一。

圖1 潘吉亞超大陸250 Ma以來重建圖及與其不同階段裂解有關(guān)的大火成巖省(據(jù)Peace et al., 2020修改補(bǔ)充)

1.1 中大西洋巖漿巖省

三疊紀(jì)末期的中大西洋巖漿巖省(Central Atlantic Magmatic Province，CAMP)導(dǎo)致了潘吉亞超大陸初始裂解及中大西洋的打開(Marzoli et al., 1999)。該巖漿巖省以基性巖墻、巖床及熔巖流等不同產(chǎn)狀形式分布在北美洲、南美洲、非洲及歐洲等相鄰的陸塊上(圖1e、圖2)，分布面積約1000×104km2，估算的巖漿體積量約為300×104km3(Marzoli et al., 2018)。鋯石U-Pb及Ar-Ar年代學(xué)結(jié)果顯示，中大西洋巖漿巖省形成于202 Ma至198 Ma之間。其峰期年齡為201 Ma，其主要巖漿活動(dòng)可能發(fā)生在1 Ma之內(nèi)(Marzoli et al., 2011; Blackburn et al., 2013; Davies et al., 2017)。

中大西洋巖漿巖省中巖墻、巖床及熔巖流在硅—堿(TAS)分類圖解上主要為玄武巖或玄武安山巖，并位于亞堿性區(qū)域，其SiO2含量為48%～55%，酸性巖及堿性巖含量非常少(Marzoli et al., 2011)。中大西洋巖漿巖省基性巖成分主要屬拉斑系列并顯示板內(nèi)地球化學(xué)特征(Deckart et al., 1997)。位于不同大陸(北美、歐洲、非洲、南美)上的同期巖墻(床)其全巖Sr—Nd—Pb同位素及鋯石或斜鋯石Hf同位素組成有明顯差異(Whalen et al., 2015; Davies et al., 2017; Marzoli et al., 2018)，顯示其源區(qū)特征有明顯差異或者經(jīng)歷了不同程度的地殼物質(zhì)混染。

1.2 卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省

早侏羅世卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省(Karoo—Ferrar LIP)是岡瓦納古陸初始裂解及西印度洋打開的標(biāo)志，由卡魯巖漿巖省和費(fèi)拉爾巖漿巖省組成(圖1d)。而Chon Aike巖漿巖省位于南美巴塔哥尼亞及南極，形成于183～157 Ma，以流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為主要組成，被認(rèn)為是與卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省伴生的長英質(zhì)大火成巖省(圖3)。卡魯巖漿巖省主要位于南非卡魯盆地內(nèi)，延伸到了東南極的毛德皇后地，由卡魯玄武巖及同期的基性巖床和巖墻組成，其分布面積約100×104km2，估算的巖漿體積量約為(200～250)×104km3(Jourdan et al., 2005)。費(fèi)拉爾巖漿巖省主要沿橫貫?zāi)蠘O山脈分布，延伸到澳大利巖南部和新西蘭，延伸長度近4000 km，估算的巖漿體積量約為(37～57)×104km3(Encarnación et al., 1996; Fleming et al., 1997)。費(fèi)拉爾大火成巖省由位于費(fèi)拉爾群中玄武巖(Kirkpatrick)及同期的基性巖墻、巖床和層狀基性—超基性侵入體(Dufek—Forrestal)組成(Elliot and Fleming, 2008)。

圖3 卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省及岡瓦納重建圖(據(jù)Ernst, 2014修改)

雖然Ar-Ar測年結(jié)果顯示卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省可能形成于184～176 Ma長達(dá)8 Ma之內(nèi)(Jourdan et al., 2005, 2008)，但高精度鋯石/斜鋯石U-Pb年代學(xué)結(jié)果顯示，卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省峰期年齡為183 Ma，其主要巖漿活動(dòng)可能發(fā)生在1 Ma之內(nèi)(Encarnación et al., 1996; Pálfy and Smith, 2000; Svensen et al., 2012)。卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省總體上屬于拉斑玄武巖系列，并可劃分為高鈦和低鈦兩種類型，但卡魯與費(fèi)拉爾巖漿巖省的微量元素和同位素特征也有明顯差異，顯示二者巖漿源區(qū)不同，并且經(jīng)歷了與巖石圈及地殼不同程度的混染作用(Elliot and Fleming, 2000)。

1.3 巴拉那—伊滕德卡大火成巖省

早白堊世巴拉那—伊滕德卡大火成巖省(Paraná—Etendeka LIP)由位于南美中東部的巴拉那巖漿巖省和位于非洲西南部納米比亞伊滕德卡巖漿巖省組成(圖1c、圖4)，與南大西洋打開及非洲與南美大陸的裂解有關(guān)(White and McKenzie, 1989; Turner et al., 1994)。該大火成巖省主要由拉斑系列的基性巖(包括玄武巖和基性巖墻)組成，另外還伴生有流紋巖及少量火成碳酸巖、堿性巖及金伯利巖等，估算的巖漿體積量約100×104km3。

圖4 巴拉那—伊滕德卡大火成巖省前裂解期重建圖(a)及顯示其分布及組成的地質(zhì)圖(b)、(c)(據(jù)Thiede and Vasconcelos, 2010; Cheng Zhiguo et al., 2019修改補(bǔ)充)

盡管巴拉那—伊滕德卡大火成巖省的峰期年齡在135 Ma左右，但關(guān)于其持續(xù)時(shí)間還有很大爭議，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為該大火成巖省形成時(shí)間>4 Ma(Dodd et al., 2015)甚至>10 Ma(Turner et al., 1994)，但也有學(xué)者認(rèn)為其主期巖漿活動(dòng)形成時(shí)間<1 Ma(Thiede and Vasconcelos, 2010)或者在1.6～3.0 Ma之間(Gomes and Vasconcelos, 2021)。巴拉那—伊滕德卡大火成巖省內(nèi)的基性熔巖和巖墻根據(jù)區(qū)域分布及地球化學(xué)特征，可以劃分為高Ti—Y和低Ti—Y兩種類型，認(rèn)為其來自不同的地幔源區(qū)(Peate, 1997; Marsh et al., 2001)。

1.4 北大西洋大火成巖省

古近紀(jì)北大西洋大火成巖省(North Atlantic LIP)沿格陵蘭與歐洲及格陵蘭與加拿大之間分布(圖1b)，主要由陸上及海上基性熔巖(玄武巖為主)及伴生的基性侵入體及巖墻組成，分布面積>130×104km2，估算的巖漿體積量>180×104km3(Meyer et al., 2007)。按其形成年齡可劃分為62～57 Ma和56～54 Ma兩個(gè)階段，其中早期被認(rèn)為與地幔柱柱頭初始到達(dá)有關(guān)，而晚期則認(rèn)為與北大西洋開始裂解有關(guān)(Peate et al., 2008)。

北大西洋大火成巖省主要由拉斑玄武質(zhì)基性巖組成，有少量堿性玄武巖。早期(62～57 Ma)基性巖常有明顯的地殼物質(zhì)混染特征(Saunders et al., 1997)，而晚期基性巖(56～54 Ma)地殼混染弱，并具有類似于冰島和北大西洋玄武巖等軟流圈熔融的同位素及地球化學(xué)特征(Peate et al., 2008)。

2 用大火成巖省開展古大陸重建及裂解研究的思路

從上述潘吉亞超大陸的裂解過程可以看出，超大陸的裂解通常是多期次、逐步裂解的過程。盡管不是所有的大火成巖省都與大陸裂解有關(guān)(Coffin and Eldholm, 1992)，但幾乎每一次重要的裂解事件都伴有大火成巖省的出現(xiàn)。與裂解有關(guān)的大火成巖省除具有一般大火成巖省大規(guī)模、短時(shí)期、板內(nèi)地球化學(xué)特征及基性巖為主的特征之外(Coffin and Eldholm, 1992, 1994; Ernst, 2014)，還包括跨區(qū)域分布在不同大陸上、相似的前裂解期沉積記錄、可能的前巖漿期抬升及古地磁結(jié)果的支持等特征。在巖石地球化學(xué)組成上以拉斑玄武巖為主，可伴生少量堿性玄武巖和火成碳酸巖。

大陸的裂解均是從陸內(nèi)裂谷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除以基性巖床、熔巖流為組成的大火成巖省或基性巖漿作用之外，在裂谷盆地內(nèi)也保留了超大陸恢復(fù)與重建的關(guān)鍵信息，特別是裂谷盆地內(nèi)特殊沉積標(biāo)志層(如大規(guī)模黑色頁巖沉積、火山灰夾層、古生物、區(qū)域性不整合面等)可以為大陸重建提供重要依據(jù)(圖5)。另外，由于大火成巖省或大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)通常與地球深部過程(如地幔柱等)密切相關(guān)，因此大火成巖省或基性巖漿事件序列可以作為不同大陸的“條形碼”，其精細(xì)對(duì)比可以為確定這些大陸在某一時(shí)期的親緣性提供重要依據(jù)(Bleeker and Ernst, 2006; Ernst et al., 2008, 2016; Ernst and Bleeker, 2010)。結(jié)合巖墻群幾何學(xué)產(chǎn)狀、古地磁及其他地質(zhì)標(biāo)志，可以應(yīng)用大火成巖省開展兩個(gè)或多個(gè)前寒武紀(jì)陸塊在古大陸中相對(duì)位置的重建(如：Peng Peng et al., 2011a; Peng Peng, 2015; Buchan and Ernst, 2019; Zhang Shuanhong et al., 2022)。用大火成巖省開展古大陸重建及裂解研究的目標(biāo)就是通過不同陸塊大火成巖省及大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)年代學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)對(duì)比，結(jié)合其他證據(jù)，恢復(fù)其形成時(shí)的時(shí)空分布特征，確定這些陸塊在超大陸中的相對(duì)或絕對(duì)位置。

圖5 大陸從裂谷發(fā)展成大洋的演化過程示意圖

3 大火成巖省在超大陸重建及裂解研究方面的主要進(jìn)展

大火成巖省作為超大陸重建及裂解的關(guān)鍵證據(jù)之一，對(duì)于研究前潘吉亞超大陸，特別是對(duì)于缺少古生物等重建標(biāo)志，古地磁數(shù)據(jù)偏少的前寒武紀(jì)超大陸的重建及裂解有重要價(jià)值。近20多年來，隨著基性巖定年技術(shù)的進(jìn)步及研究調(diào)查工作的不斷深入，越來越多的前寒武紀(jì)大火成巖省或大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)被識(shí)別出來，為開展古大陸重建及裂解研究提供了重要依據(jù)。筆者等僅列舉了一些通過大火成巖省年代學(xué)及地球化學(xué)特征對(duì)比，結(jié)合其他地質(zhì)證據(jù)開展古大陸重建及裂解研究的實(shí)例。

3.1 早白堊世約132 Ma措美—班伯里(Bunbury)大火成巖省與早白堊世東岡瓦納重建及裂解

措美大火成巖省位于西藏東南部特提斯喜馬拉雅帶東段，由早白堊世玄武巖、鎂鐵質(zhì)巖墻(床)、輝長巖侵入體以及少量中—酸性火山巖組成，分布面積4～5×104km2(Zhu Dicheng et al., 2009; 朱弟成等, 2013)。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示巖漿活動(dòng)發(fā)生在136～130 Ma，峰期年齡約為132 Ma(Zhu Dicheng et al., 2009; 朱弟成等, 2013)。通過與澳大利亞西南部同期Bunbury玄武巖的年代學(xué)和地球化學(xué)對(duì)比，結(jié)合前人早白堊世岡瓦納古陸古地理重建，Zhu Dicheng 等(2009)首次提出西藏東南部特提斯喜馬拉雅帶的措美大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)與澳大利亞西南部的Bunbury玄武巖為與Kerguelen地幔柱早期活動(dòng)有關(guān)的同一個(gè)大火成巖省，并將其命名為措美—班伯里大火成巖省(圖6)。以約132 Ma措美—班伯里大火成巖省為標(biāo)志，印度大陸開始從澳大利亞大陸分離，東岡瓦納古陸開始裂解(Zhu Dicheng et al., 2009; 朱弟成等, 2013)。

圖6 措美—班伯里(Bunbury)大火成巖省與早白堊世(約132 Ma)岡瓦納古陸重建圖(據(jù)Zhu Dicheng et al., 2009; 朱弟成, 2013)

3.2 約1.11 Ga大火成巖省或基性巖漿活動(dòng)對(duì)比與Umkondia巨大陸重建

約1.11 Ga大火成巖省或基性巖漿活動(dòng)包括分布在南非卡拉哈里及東南極毛德皇后地的Umkondo大火成巖省(Hanson et al., 2004, 2006; de Kock et al., 2014)、亞馬遜克拉通Rincon del Tigre—Huanchaca輝綠巖床(墻)及Rio Perdido基性巖墻(Teixeira et al., 2015, 2019)、剛果克拉通Epembe—Huila Angola輝長巖—蘇長巖巖墻(Ernst et al., 2013; Salminen et al., 2018)、印度克拉通的Mahoba基性巖墻(Pradhan et al., 2012)、北美大陸中部巨型裂谷系巖漿活動(dòng)(Keweenawan大火成巖省，Davis and Green, 1997; Heaman et al., 2007)及澳大利亞中部及西部的Warakurna大火成巖省等(Wingate et al., 2004)。通過地球化學(xué)特征對(duì)比，結(jié)合部分克拉通的古地磁數(shù)據(jù)，Choudhary et al.(2019)提出這些位于卡拉哈里、亞馬遜、剛果和印度的約1.11 Ga基性巖可能是被大陸裂解分割開來的同一個(gè)大火成巖省，即這四個(gè)克拉通在約1.11 Ga期間相鄰，并構(gòu)成了一個(gè)名為Umkondia的巨大陸。

3.3 約1.32 Ga大火成巖省與華北及北澳大利亞克拉通重建與裂解

近十多年來斜鋯石及鋯石U-Pb/Pb-Pb年代學(xué)結(jié)果顯示，華北克拉通北部燕遼地區(qū)中元古代下馬嶺組、鐵嶺組、高于莊組及霧迷山組內(nèi)的大規(guī)模輝綠巖床群侵位于中元古代中期，其峰期侵位年齡在1.32 Ga左右(李懷坤等, 2009; Zhang Shuanhong et al., 2009, 2012, 2017; Wang Qinghai et al., 2014; 蘇犁等, 2016; Zhu Yusheng et al., 2020)。Zhang Shuanhong等在對(duì)這些大規(guī)?；詭r床分布面積、累積厚度、侵位時(shí)代、前巖漿期抬升及地球化學(xué)特征等綜合分析的基礎(chǔ)上，提出這些大規(guī)模輝綠巖巖床群構(gòu)成了一個(gè)形成于約1.32 Ga、分布面積達(dá)12×104km2的燕遼大火成巖省(Zhang Shuanhong et al., 2017; 張拴宏和趙越, 2018)(圖7a、7b)。除燕遼地區(qū)的輝綠巖床群之外，在山西大同發(fā)現(xiàn)有約1.32 Ga侵位的近NE走向輝綠巖墻(Peng, 2015)；在遼東甜水—青城子一帶還發(fā)現(xiàn)了約1.32 Ga侵位的基性巖墻和巖床(Wang Xinping et al., 2022; Hu Guohui et al., 2022)，表明燕遼大火成巖省還可以向東、西兩側(cè)延伸(圖7a、7b)。

圖7 華北燕遼大火成巖省(a)、(b)與北澳大利亞代理姆—加里溫庫大火成巖省地質(zhì)圖(c)及華北—北澳大利亞約1.32 Ga 地質(zhì)及古地磁重建圖(d)、(e)(據(jù)Zhang Shuanhong et al., 2017, 2022; 張拴宏和趙越, 2018修改補(bǔ)充)

除華北克拉通之外，約1.32 Ga基性巖主要分布在北澳大利亞克拉通(Sweet et al., 1999)。在波羅地克拉通也有少量該期侵位的基性巖墻(丹麥Kelseaa基性巖墻)，其斜鋯石U-Pb年齡為1326±10 Ma(Holm et al., 2005)。北澳大利亞克拉通約1.32 Ga基性巖由侵位到麥克阿瑟盆地中元古代沉積地層中的代理姆(Derim Derim)輝綠巖床群及加里溫庫(Galiwinku)放射狀的巖墻群組成，分布面積超過24×104km2(圖7c)。代理姆輝綠巖床的斜鋯石U-Pb年齡為1326.7±1.1 Ma至1312.9±0.7 Ma(Sweet et al., 1999; Yang Bo et al., 2020; Bodorkos et al., 2021)，而加里溫庫基性巖墻的斜鋯石U-Pb年齡為1325±36 Ma(Whelan et al., 2016)，二者構(gòu)成了一個(gè)約1.32 Ga的代理姆—加里溫庫大火成巖省。張拴宏等在綜合分析華北克拉通燕遼盆地與北澳大利亞克拉通麥克阿瑟盆地中元古代沉積地層序列的基礎(chǔ)上，通過對(duì)華北燕遼大火成巖省與北澳大利亞代理姆—加里溫庫大火成巖省及沉積地層對(duì)比，結(jié)合前人的古地磁重建結(jié)果(Zhang Shihong et al., 2012; Xu Huiru et al., 2014)，提出這兩個(gè)大火成巖省是被大陸裂解分隔開的同一個(gè)大火成巖省，即哥倫比亞超大陸重建圖中，華北克拉通東北部與北澳大利亞克拉通北部在約1.32 Ga是相鄰近的(圖7d、7e)，以約1.32 Ga燕遼—代理姆—加里溫庫大火成巖省為標(biāo)志，華北克拉通從哥倫比亞超大陸發(fā)生了裂解，導(dǎo)致了燕遼與代里姆—加里溫庫大火成巖省的分離(Zhang Shuanhong et al., 2017; 張拴宏和趙越, 2018)。華北克拉通東北部與北澳大利亞克拉通北部這一連接關(guān)系也得到了近年來諸多地質(zhì)及古地磁研究結(jié)果的支持(Wang Chong et al., 2019; Yang Bo et al., 2020; Bodorkos et al., 2021; Ding Jikai et al., 2020; Mitchell et al., 2021; Kirscher et al., 2021; Nixon et al., 2022)。燕遼盆地的下馬嶺組與麥克阿瑟盆地的Velkerri組均發(fā)育有近同期大規(guī)模黑色頁巖沉積，并且均被約1.32 Ga輝綠巖床侵入，表明這些大規(guī)模黑色頁巖可能沉積于連通的巨型盆地，并且具有重要的古環(huán)境及經(jīng)濟(jì)價(jià)值(Zhang Shuanhong et al., 2018, 2021; 張拴宏等, 2019; Mitchell et al., 2021)。

華北與北澳大利亞克拉通1800～800 Ma期間的大火成巖省或大規(guī)模基性巖漿活動(dòng)及黑色頁巖的時(shí)空分布及精細(xì)對(duì)比結(jié)果顯示，1800～1300 Ma期間這兩個(gè)克拉通的基性巖漿事件序列非常相似，大規(guī)模黑色頁巖沉積的時(shí)代也近一致，但在1300 Ma之后，二者巖漿基性活動(dòng)序列出現(xiàn)明顯差別(Zhang Shuanhong et al., 2022)。結(jié)合近年來華北及北澳大利亞獲得的古地磁結(jié)果(Ding Jikai et al., 2020; Kirscher et al., 2021)及1.78～1.32 Ga古地磁重建，進(jìn)一步確定了華北克拉通北東緣與北澳大利亞克拉通北緣在1800～1300 Ma近500 Ma期間長期相鄰(或相連)，但在1300～1200 Ma期間發(fā)生了裂解(Zhang Shuanhong et al., 2022)。

3.4 約2.45 Ga及約2.10 Ga大火成巖省與Superia超級(jí)克拉通重建及裂解

Heaman(1997)最早提出分布在北美蘇必利爾(Superior)、懷俄明(Wyoming)克拉通與歐洲波羅地的卡累利阿(Karelia)克拉通約2.45 Ga輝綠巖巖墻及同期基性熔巖流可能是同一個(gè)Matachewan大火成巖省被改造剝蝕后的殘留體，即這三個(gè)克拉通在2.45 Ga相鄰，并構(gòu)成了地球歷史上最早的超級(jí)克拉通Superia。此后開展的Matachewan大火成巖省相似的地球化學(xué)特征對(duì)比也支持這一重建方案(Ciborowski et al., 2015)。2.50～2.10 Ga基性巖漿事件序列精細(xì)對(duì)比，結(jié)合巖墻幾何學(xué)重建結(jié)果表明，Superia超級(jí)克拉通在2.45 Ga至2.11 Ga期間可能長期存在，并且還包括了北美的赫恩(Hearne)克拉通和波羅地的科拉(Kola)克拉通(Bleeker and Ernst, 2006; Ernst and Bleeker, 2010; Davey et al., 2020)。近期對(duì)蘇必利爾、赫恩、懷俄明、卡累利阿和科拉克拉通2.135～2.101 Ga基性巖墻(床)及熔巖流的年代學(xué)及地球化學(xué)結(jié)果顯示，這些基性巖屬于跨Superia超級(jí)克拉通分布的同一個(gè)約2.11 Ga大火成巖省的組成部分，表明Superia超級(jí)克拉通在約2.11 Ga仍然存在，但在約2.11 G之后發(fā)生了裂解(Davey et al., 2022)。

此外，Ernst 等(2016)通過西伯利亞與勞倫1900～700 Ma大火成巖省及基性巖漿事件的精細(xì)對(duì)比，建立了西伯利亞南緣與勞倫北緣在1900～700 Ma期間長達(dá)1200 Ma期間相連的重建關(guān)系，這一重建方案也得到了古地磁結(jié)果的支持(Evans et al., 2016; Pisarevsky et al., 2021)。彭澎等(Peng Peng et al., 2011a, 2011b; Peng Peng, 2015)根據(jù)華北克拉通中部及東南緣新元古代早期(0.92～0.90 Ga)基性巖漿活動(dòng)與其他克拉通對(duì)比，結(jié)合巖墻的幾何學(xué)產(chǎn)狀，提出華北克拉通新元古代早期基性巖漿活動(dòng)與圣弗朗西斯科克拉通Bahia基性巖墻和剛果克拉通西部Gangila—Mayumbian火山巖可能為受同一個(gè)地幔柱控制的大火成巖省殘片，即新元古代早期華北克拉通東南緣與圣弗朗西斯科—?jiǎng)偣死ㄎ髂暇壪噙B接，但在900 Ma二者發(fā)生裂解，這一認(rèn)識(shí)也得到了部分后續(xù)研究成果的支持(Cederberg et al., 2016; Chaves et al., 2019; Su Xiangdong et al., 2021)。

4 存在問題及未來發(fā)展方向

盡管大火成巖省在古大陸重建及裂解方面取得了一些重要的進(jìn)展，但也存在一些問題，這些問題主要包括：

(1)用大火成巖省開展古大陸重建的一個(gè)核心目標(biāo)是確定分布在不同地區(qū)的大火成巖省殘片或碎片是否是被大陸裂解分割開來的同一大火成巖省，但一些時(shí)代和地球化學(xué)特征相同的大火成巖省在古地理重建中可能并不相鄰或者受不同的地幔柱控制，如巴拉那—伊滕德卡大火成巖省與措美—班伯里大火成巖省盡管形成時(shí)代接近，但前者位于西岡瓦納，后者位于東岡瓦納，這兩個(gè)大火成巖省在早白堊世古地理重建圖上明顯不相鄰，且受不同的地幔柱控制(圖6)。

(2)運(yùn)用超大陸重建或裂解研究的大火成巖省或者基性巖漿活動(dòng)在巖漿分布面積及體積量方面必須有較大規(guī)模，用很小規(guī)模的基性巖漿活動(dòng)或者用花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)來討論古大陸重建及裂解是沒有意義的。對(duì)于那些后期改造強(qiáng)烈的前寒武紀(jì)大火成巖省來說，要估算其巖漿體積量有很大難度，但至少要求這些用于大陸重建或裂解研究的基性巖有較大的分布面積，并且在橫向及縱向上有較好連續(xù)性。

(3)與顯生宙大火成巖省不同，大多數(shù)前寒武紀(jì)大火成巖省或其殘片通常有較大的年齡跨度范圍(Ernst, 2014)，并且缺少高精度ID-TIMS U-Pb年齡數(shù)據(jù)，影響了不同區(qū)域大火成巖省的精確對(duì)比。如華北克拉通新元古代早期的基性巖漿活動(dòng)，其鋯石及斜鋯石U-Pb/Pb-Pb年齡變化于948±8 Ma至886±5 Ma(Liu Yongqing et al., 2006; Peng Peng et al., 2011a, 2011b; Wang Qinghai et al., 2012; Zhang Shuanhong et al., 2016; Su Xiangdong et al., 2018, 2021; Zhu Renzhi et al., 2019; Zhao Hanqing et al., 2020; 張琪琪等, 2021)，跨度>50 Ma。這種寬泛的年齡范圍一方面可能與前寒武紀(jì)大火成巖省脈沖式、多階段活動(dòng)有關(guān)，另外一方面可能與不同測年方法的精度和誤差有關(guān)。

(4)大陸從裂谷到裂解(裂離)的演化需要一定的時(shí)間，因此洋盆打開、洋殼出現(xiàn)及被動(dòng)陸緣沉積的時(shí)代比與裂解有關(guān)大火成巖省的年齡明顯滯后，造成了不同學(xué)科對(duì)大陸裂解時(shí)間認(rèn)識(shí)的差異。如北美與非洲之間最古老洋殼的年齡為185～180 Ma(Withjack et al., 1998; Schettino and Turco, 2009)，表明中大西洋打開時(shí)間比中大西洋巖漿巖省要晚15～20 Ma；東岡瓦納(南極、澳大利亞、印度)與西岡瓦納(非洲、南美)的分離時(shí)間比卡魯—費(fèi)拉爾大火成巖省滯后約10 Ma(Encarnación et al., 1996)。

(5)如前所述，幾乎每一次重要的裂解事件都伴有大火成巖省的出現(xiàn)，但并不是所有的大火成巖省都與大陸裂解有關(guān)，其原因是什么？受哪些因素控制？前人研究結(jié)果表明，盡管巖漿作用可以促進(jìn)大陸的裂解(Guan Huixin et al., 2021)，但繼承性構(gòu)造，特別是先存的巖石圈薄弱帶或者古老的造山帶可能在大陸裂解中發(fā)揮了重要作用(Vauchez et al., 1997; Corti et al., 2003; Whalen et al., 2015; Will and Frimmel, 2018; Schiffer et al., 2020; Festa et al., 2020)，而地幔柱似乎不是大陸裂解的必要條件。

針對(duì)以上這些問題，未來需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究，以進(jìn)一步促進(jìn)大火成巖省在大陸重建及裂解研究方面更好地應(yīng)用。

(1)在甄別不同大陸分布的大火成巖省或基性巖漿活動(dòng)是否為被大陸裂解分割開來的同一大火成巖省時(shí)，除年代學(xué)及地球化學(xué)對(duì)比之外，還要結(jié)合前巖漿期沉積地層中的特殊事件層(如冰磧巖、火山灰、黑色頁巖、不整合面、古生物等)、巖墻幾何學(xué)產(chǎn)狀、古地磁、大型構(gòu)造(如造山帶)對(duì)比及地球物理資料等綜合考慮。

(2)基性巖的規(guī)模是確定其是否構(gòu)成大火成巖省的最重要要素之一，對(duì)于經(jīng)歷了多次大陸裂解及后期抬升剝蝕或覆蓋影響的前寒武紀(jì)基性巖，要通過野外地質(zhì)調(diào)查、地球物理及鉆孔等資料分析其橫向及縱向延伸，結(jié)合模擬計(jì)算、構(gòu)造恢復(fù)等估算其分布面積及體積量。一些分布面積較小或者難以確定分布面積的基性巖漿活動(dòng)，盡管不能作為大陸裂解的標(biāo)志，但作為不同大陸基性巖漿事件序列對(duì)比的標(biāo)志之一，對(duì)確定這些大陸在某一段時(shí)期內(nèi)的親緣性仍有一定的參考價(jià)值(Bleeker and Ernst, 2006; Ernst et al., 2008, 2016; Ernst and Bleeker, 2010)。

(3)大火成巖省時(shí)代的精確厘定，特別是峰期巖漿活動(dòng)的時(shí)代是開展其精細(xì)對(duì)比的基礎(chǔ)，對(duì)于研究其環(huán)境效應(yīng)也有重要價(jià)值(Marzoli et al., 1999, 2011; Burgess and Bowring, 2015; Schoene et al., 2015, 2019; Sprain et al., 2019)。大多數(shù)顯生宙大火成巖省(如西伯利亞暗色巖系、峨眉山、中大西洋、德干、卡魯—費(fèi)拉爾)的活動(dòng)時(shí)代均被限定在1 Ma或1～2 Ma之內(nèi)(Encarnación et al., 1996; Pálfy and Smith, 2000; Kamo et al., 2003; Marzoli et al., 2011; Svensen et al., 2012; Shellnutt et al., 2012; Blackburn et al., 2013; Davies et al., 2017; Zhong Yuting et al., 2014; Burgess and Bowring, 2015; Schoene et al., 2015, 2019; Sprain et al., 2019; Heimdal et al., 2020; Huang Hu et al., 2022)，但也有一些大火成巖省(如塔里木)具有多期次、脈沖式活動(dòng)特征(Xu Yigang et al., 2014; Shangguan et al., 2016; Zhang Dongyang et al., 2013; Zhong Yuting et al., 2022)。對(duì)于年齡跨度較大(>20 Ma)的前寒武紀(jì)大火成巖省，要在野外接觸關(guān)系調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合高精度年代學(xué)確定巖漿峰期活動(dòng)的時(shí)代，分析其年齡跨度大的原因及時(shí)空變化規(guī)律。

(4)古地磁視極移曲線的變化及被動(dòng)陸源沉積的出現(xiàn)是判斷大陸是否發(fā)生裂解的關(guān)鍵證據(jù)之一(Coffin and Eldholm, 1992; Boillot and Froitzheim, 2001; Evans and Pisarevsky, 2008)，但由于其出現(xiàn)時(shí)間比同裂解期大火成巖省時(shí)代明顯滯后，因此研究中要注意用大火成巖省確定的裂解時(shí)間與古地磁及被動(dòng)陸緣沉積證據(jù)的差異。由于導(dǎo)致大陸裂解的裂谷通常均伴隨有前裂解期區(qū)域性抬升(Esedo et al., 2012; Frizonde de Lamotte et al., 2015)，加強(qiáng)與大火成巖省相伴的前巖漿期抬升研究，也有利于認(rèn)識(shí)大陸從裂谷向裂解的發(fā)展過程。

(5)從潘吉亞超大陸的裂解過程來看，超大陸的裂解是逐步擴(kuò)展，分階段裂解的過程。從中大西洋巖漿巖省導(dǎo)致中大西洋打開至北大西洋大火成巖省導(dǎo)致北大西洋打開，其持續(xù)時(shí)間近150 Ma，形成了大西洋—卡魯巨型裂谷系。對(duì)前寒武紀(jì)超大陸來說這一裂解過程持續(xù)的時(shí)間可能更長，如1600～1300 Ma及900～700 Ma分別是哥倫比亞和羅迪尼亞超大陸裂解的最主要時(shí)期(Roger and Santosh, 2002; Zhao Guochun et al., 2002, 2003, 2004; Li et al., 2008)，加強(qiáng)這些與超大陸裂解期大火成巖省時(shí)空分布的研究，有利于更好地認(rèn)識(shí)超大陸的裂解過程及機(jī)制。

(6)加強(qiáng)大火成巖省分布地區(qū)先存構(gòu)造(如深大斷裂、大規(guī)模剪切帶及古老造山帶等)及深部巖石圈結(jié)構(gòu)研究，一方面有利于確定大火成巖省是否與裂解有關(guān)，另一方面也有利于更好地認(rèn)識(shí)大陸裂解的誘發(fā)因素及機(jī)制。

5 總結(jié)及展望

作為地質(zhì)歷史上與地球深部過程密切相關(guān)的極端地質(zhì)事件，大火成巖省對(duì)古大陸重建及裂解，特別是缺少古生物等重建標(biāo)志，古地磁數(shù)據(jù)較少的前寒武紀(jì)超大陸重建及裂解研究具有非常重要的價(jià)值，并取得了諸多重要進(jìn)展。從潘吉亞超大陸的裂解過程可以看出，盡管只有少量大火成巖省與大陸裂解有關(guān)，但每一次重要的裂解事件均伴隨有大火成巖省的出現(xiàn)。大陸裂解導(dǎo)致曾經(jīng)相連的同一個(gè)大火成巖省跨區(qū)域分布在不同的大陸上。用大火成巖省開展古大陸重建及裂解研究的目標(biāo)就是通過不同陸塊大火成巖省及大規(guī)?；詭r漿活動(dòng)年代學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)對(duì)比，結(jié)合其他證據(jù)，恢復(fù)大火成巖省形成時(shí)的時(shí)空分布特征，以此確定這些陸塊在超大陸中的相對(duì)或絕對(duì)位置。另外，大火成巖省或基性巖漿事件序列可以作為不同大陸的“條形碼”，其精細(xì)對(duì)比可以為確定這些大陸在某一時(shí)期的親緣性或連接關(guān)系提供重要的依據(jù)。

盡管大火成巖省在前寒武紀(jì)古大陸重建及裂解研究方面有一定優(yōu)勢，但與其他重建標(biāo)志一樣，也有其局限性及不確定性。特別是前寒武紀(jì)大火成巖省，由于經(jīng)歷了多期裂解事件改造及受后期變形變質(zhì)、抬升剝蝕或被覆蓋等因素的影響，保留的信息殘缺不全，增加了重建工作的難度。因此，用大火成巖省開展古大陸重建及裂解研究時(shí)，要結(jié)合前巖漿期沉積地層中的特殊事件層(如冰磧巖、火山灰、黑色頁巖、不整合面、古生物等)、巖墻幾何學(xué)產(chǎn)狀、基性巖漿事件序列對(duì)比、古地磁、大型構(gòu)造(如造山帶)對(duì)比及地球物理所揭示的深部結(jié)構(gòu)等證據(jù)綜合考慮。

致謝：謹(jǐn)以此文祝賀楊文采主編80華誕！審稿專家提供了很多有益的意見和建議，在此表示誠摯的感謝。