综述：追踪洪流玄武岩省的来源异质性和不同起源：来自潘贾尔（Panjal）、拉杰马哈尔-锡尔赫特（Rajmahal-Sylhet）和德干地盾（Deccan Traps）地区的启示

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》：Tracking the source heterogeneities and distinct origins of flood basalt provinces: Insights from Panjal, Rajmahal-Sylhet and Deccan Traps

印度三大泛非高原玄武岩省（Panjal、Rajmahal-Sylhet、Deccan）的形成机制与地幔潜在温度、源岩类型及熔融深度密切相关。研究表明，Panjal traps由板块拉伸引发，其地幔潜在温度（1379–1470°C）较低，熔融深度较浅（81 km）；而Rajmahal-Sylhet和Deccan traps具高Tp（1545–1639°C、1519–1556°C）及深部熔融（177 km、132 km），符合地幔热异常驱动的大规模岩浆活动特征。三者均与超级大陆裂解-聚合周期关联，并受板块动力学影响。

　　大陆玄武岩省（Continental Flood Basalt, CFB）是地球历史上重要的地质现象，它们代表了大规模且快速的火山喷发事件，通常与显著的环境变化相关联，如全球气候波动和生物大灭绝。这些火山喷发事件不仅对地球表面的生态系统产生了深远影响，还对大陆构造演化、板块运动以及地幔动力学提供了关键的线索。在印度，Panjal、Rajmahal–Sylhet 和 Deccan 火山省构成了三个重要的CFB实例，它们分别形成于不同的构造-岩浆环境下，展现了大陆玄武岩省形成机制的多样性。

Panjal 火山省形成于大约2.89亿年前，被认为是由于伸展构造过程，特别是地幔减压熔融和地壳破裂所引发的。这一时期，印度板块正处于古特提斯洋俯冲带的影响之下，而Cimmerian大陆块的分离则进一步加剧了地壳的拉伸作用。在这一构造背景下，地幔柱的活动并不明显，因此Panjal火山省的形成主要归因于地壳和地幔之间的相互作用。研究发现，Panjal玄武岩的熔融温度约为1379至1470摄氏度，熔融起始深度约为81公里。这些特征表明，其熔融过程主要发生在地壳和地幔之间，而非深部地幔柱源区。

相比之下，Rajmahal–Sylhet 和 Deccan 火山省形成于较晚的地质时期，分别为约1.17亿年和6600万年前。这两个火山省的形成与地幔柱活动密切相关，特别是Kerguelen和Réunion热点。这些热点在地球内部深处形成，其热异常可以引发地幔物质的上升和熔融，从而形成大规模的玄武岩喷发。Rajmahal–Sylhet玄武岩的熔融温度较高，约为1545至1639摄氏度，而Deccan玄武岩的熔融温度则在1519至1556摄氏度之间。这些高温特征与地幔柱源区的热异常直接相关，表明这两个火山省的形成机制与深部地幔动力学密切相关。

研究还发现，Rajmahal–Sylhet 和 Deccan 火山省的玄武岩具有独特的地球化学特征，例如高Nb、Ta和轻稀土元素（LREE）含量，以及低的Nd同位素比值或高的Sr同位素比值。这些特征通常与洋中脊玄武岩（MORB）不同，更接近于岛弧玄武岩（OIB）的地球化学组成。此外，这两个火山省的玄武岩还显示出较高的氦同位素比值（3He/4He），进一步支持其与地幔柱活动的关联。这些地球化学特征不仅有助于识别火山省的来源，还为理解地幔柱对地表构造和地质演化的影响提供了重要依据。

除了地球化学证据，地震层析成像和电磁勘探也揭示了这些火山省下方存在低速和高导电异常，这些异常被解释为地幔柱通道的残留部分。这些地幔柱通道的存在进一步支持了地幔柱起源的假说，即这些火山省的形成与深部地幔的热异常密切相关。在全球范围内，许多重要的CFB省和热点区域都位于大型低剪切速度省（LLSVP）的边缘，这些LLSVP位于地幔底部，进一步支持了地幔柱起源的理论。目前，已知的两个LLSVP分别位于非洲和南太平洋下方，但也有研究指出，某些CFB省并不符合地幔柱的特征，甚至缺乏与年龄渐进的热点轨迹的关联。

此外，CFB省的形成与大陆裂解和超级大陆的演化密切相关。大陆裂解过程中，地壳被拉伸，导致地幔减压熔融，从而产生大规模的玄武岩喷发。这一过程通常伴随着长期的大陆隔离，使得地幔源区的温度升高。例如，中央大西洋玄武岩省（CAMP）、北美玄武岩省（NAIP）和卡鲁玄武岩省都与大陆裂解事件相关，表明这些CFB省的形成与超级大陆的解体密切相关。同样，在欧亚大陆，塔里木、扬子、拉萨等地的CFB省也与泛大陆的形成过程同时发生，进一步支持了这一观点。

尽管地幔柱起源假说得到了广泛支持，但也有其他模型被提出，以解释CFB省的形成机制。其中，边缘驱动对流（Edge-Driven Convection, EDC）模型认为，地壳厚度的横向不均可能导致小规模对流，从而引发大规模的岩浆活动。这种对流通常发生在厚大陆块的边缘，与较薄的地壳区域相邻。局部地壳的下沉可能引发地幔物质的上升，导致减压熔融，从而产生岩浆。然而，EDC模型所解释的CFB省往往显示出混合的地球化学特征，如来自大陆地壳的贡献、地幔交代作用或地壳中玄武质区域的影响，这使得区分岩浆活动是由于地幔柱与地壳的混合还是由于EDC变得困难。此外，EDC模型在实际应用中通常需要结合多种过程，而数值模型表明，EDC本身无法产生CFB省中常见的巨大熔融体积和高喷发速率。

另一种模型是板内应力驱动的机制，认为地壳扩展和裂解过程可以引发地幔物质的被动上升，从而导致大规模的岩浆活动。这一机制在某些CFB省中表现得尤为明显，例如哥伦比亚河玄武岩省，其形成可能与后弧对流有关。这些模型表明，CFB省的形成不仅与地幔柱活动有关，还可能受到地壳构造和应力场的显著影响。

综上所述，印度的三个CFB省——Panjal、Rajmahal–Sylhet 和 Deccan——展现了两种不同的形成机制。Panjal火山省的形成主要归因于地壳和地幔之间的构造-岩浆相互作用，而Rajmahal–Sylhet 和 Deccan火山省则与深部地幔柱活动密切相关。这些火山省的形成过程不仅受到地幔源区的控制，还与地壳扩展、板块运动以及超级大陆的演化密切相关。通过研究这些火山省的地球化学特征、熔融温度和熔融深度，可以更深入地理解地幔柱和地壳构造在地球演化中的作用。

此外，研究还发现，地幔柱起源的CFB省通常显示出较高的熔融温度和特定的地球化学组成，而构造-岩浆相互作用形成的CFB省则表现出较低的熔融温度和不同的地球化学特征。这些差异不仅有助于区分不同形成机制，还为理解地幔柱对地表地质活动的影响提供了重要依据。例如，Rajmahal–Sylhet和Deccan火山省的玄武岩显示出与Kerguelen和Réunion热点相关的地球化学特征，而Panjal火山省的玄武岩则与Cimmerian大陆块的分离和古特提斯洋的俯冲相关。

在实际研究中，科学家们通过分析玄武岩的矿物成分和地球化学特征，结合地震层析成像和电磁勘探数据，来识别这些火山省的形成机制。例如，钛元素在CFB省中的浓度常被用作评估地幔源区异质性的指标。在没有残留钛富集相（如金红石或磁铁矿）的情况下，钛通常作为不相容元素在部分熔融过程中进入熔融相。因此，较低程度的熔融可能产生较高的钛浓度，而较高程度的熔融则可能导致钛浓度降低。这种现象为理解地幔源区的熔融过程提供了重要的线索。

总之，印度的三个CFB省为研究大陆玄武岩省的形成机制提供了丰富的案例。它们不仅展示了不同构造-岩浆环境下的火山活动，还揭示了地幔柱和地壳构造在地球演化中的重要作用。通过综合分析这些火山省的地球化学、地质和构造特征，可以更全面地理解地幔动力学和板块运动之间的复杂关系，以及这些过程对地球表面环境和生物演化的影响。这些研究不仅有助于深化对地球历史的认识，还为预测未来的地质活动提供了科学依据。