大火成岩省或者說溢流玄武岩現象是怎麼形成的？近年地學界的主流對此研究有沒有新的進展？

這問題，確實隔得有點久了。我還是喜歡第一時間推薦一本書《Large Igneous Provinces》

還有百度貼吧上一神貼大陸洪流玄武岩

LIP定義Revised definition of Large Igneous Provinces (LIPs)

LIP過去25年研究進展回顧Large igneous provinces and silicic large igneous provinces: Progress in our understanding over the last 25 years

LIP我國研究新進展2012中文論文我國大火成岩省和地幔柱研究進展與展望

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切入正題

題目裡面的LIP和溢流玄武岩（flood basalt；FB），不是一回事，因為後者是噴發類型術語，2014-2015年冰島巴達本加火山和1783年冰島拉基火山噴發都屬於FB。題目LIP如何形成的，我認為要先說起源，再說形成。前者是地球物理，後者是地球化學。

非專業人士可以直接跳過圖文部分到最後的一段「時間序列整理」

LIP最新定義: LIP是面積和體積都在10萬km2和10萬km3以上的鎂鐵質（+超鎂鐵質）板內岩漿省，並全部在一個短時間脈衝或多個脈衝（持續不到1~5Ma）與最大持續時間~50Ma之內完成。可能伴有酸性岩漿活動、碳酸鹽和金伯利岩。

LIP起源

現在的LIPs起源模型數不勝數，但沒有哪個是絕對完美，可以解釋所有地質現象的。我個人傾向於地幔柱模型，也是目前學界主流的。因為能支持這個模型的證據有很多，許多LIPs在古地理是與地幔柱重合的。現在有些LIPs的古地理恢復雖然不在現今地幔柱的位置上，但都分布在「大型低切波速省」（LLSVP）的邊緣，足夠證明這裡曾有一根夭折的地幔柱。

引自Torsvik et al.,2010

幾乎所有柱都在歐非和太平洋兩塊「紅色區域」（LLSVP）邊緣。

過去542Ma金伯利岩和大火成岩省的古地理恢復。金伯利岩是一種形成深度非常大的基性侵入岩，所以它在露出地表後通常帶有一些捕虜晶—金剛石。根據金剛石的穩定性和實驗岩石學，它的形成最小深度在150km下，也有可能在1000多km下，而它們會被上升的地幔柱帶到地殼中來。如上圖，金伯利岩主要出現在LLSVP邊緣，結合其他火成岩事件的古地理恢復，和現代地幔柱分布，可以確定LIPs形成與地幔柱或LLSVP邊緣存在密切關聯，地幔柱也與LLSVP邊緣存在著某種聯繫。

於是，就有人提出了地幔柱形成帶（Plume generation zone），LLSVP的邊緣。另外，上圖中有兩個LIPs事件不在非洲LLSVP或南太平洋LLSVP邊緣，一個是~16Ma哥倫比亞河玄武岩省，另一個是~252Ma西伯利亞暗色岩。仔細觀察可以發現，雖然它們兩個是例外，但都是在「低切波速省」（Low Shear Velocity Provinces；LSVP）的邊緣。

引自Burke et al., 2008

Steinberger and Torsvik（2012）的建模，竊以為說服力比較大。當俯衝冷板片下降到核幔邊界（core-mantle boundary；CMB），會將地幔底部的重化學層推向前。由於化學層密度顯著大於下地幔，被擾動後又無法上升，因此一直聚集在地幔底部，直到俯衝板片將它們推到一起形成圓頂形結構，叫做「熱化學堆」（thermochemical pile），熱化學堆在密度、成分和溫度上都區別於下地幔，它就是LLSVP或LSVP。俯衝板片下降過程中，不僅會推走前方的熱化學層物質，同時還會把「熱邊界層」（thermal boundary layer）推向熱化學堆，熱邊界層是外地核徑向熱擴散到底部地幔產生的，它的粘度會被充分降低。當熱邊界層物質被推到熱化學堆邊緣，它會被迫沿著熱化學堆邊緣的陡峭斜坡以席狀形態上升，在地幔中席狀熱邊界物質會獨自分裂成數根柱狀熱邊界物質，而這柱狀熱邊界物質，就是地幔柱。這個模型解釋了為什麼，現代地幔柱、LIPs和金伯利岩都只出現在LLSVP或LSVP邊緣，以及LLSVP和LSVP形成機制。模型結果與現代地幔結構相似。

引自Steinberger and Torsvik, 2012

LIPs形成

具體說說為什麼地幔柱能在極短時間內產生如此多的岩漿。我這裡分別舉一些例子，印度66 Ma Deccan LIP事件主噴發期持續~75萬年，Jawhar到Ambenali組玄武岩全部在這個時期形成，體積~108萬km3，噴發速率大致為~1.5km3/yr；~201 Ma CAMP事件主噴發期持續~61萬年，幾乎整個CAMP都在這個時間段內完成，噴發速率大致為~3.9km3/yr；~252 Ma Siberian LIP事件主噴發期持續~34萬年，Noril』sk-Maymecha-Kotuy剖面中6km厚玄武岩其中~4km在這個時間段內噴發估算約~170萬km3，噴發速率大致為~5.1km3/yr。作為比較，2014年冰島巴達本加火山在8月~11月間的平均岩漿通量為≥100m3/s，要達到最低大火成岩省標準是要連續保持這樣的噴發速率超過~3萬年，要達到Deccan-CAMP-Siberian的標準需要34萬-76萬-54萬年。值得一提的是，上面三個例子只考慮了LIP形成過程中噴出岩形成速率，並沒有考慮侵入岩形成速率，實際岩漿通量可能是上述兩倍或三倍。說這麼多廢話，實際上是為了清楚地幔柱生產岩漿速率到底達到了多快。快速岩漿產生+長時間保持=LIP形成，沒錯，就這麼簡單，仔細再回去看看LIP的定義是什麼。

題主的問題「LIP是怎麼形成的」，應該就是在問怎樣才會在短時間內產生大量岩漿。

LIP是地幔異常高速融化產生的，包含三種觸發因素：地幔水含量增高，壓力降低（減壓熔融），和地幔溫度上升。增加上地幔水含量會降低地幔固相線，並有可能導致大量熔體形成，但是上地幔水含量非常低，特別是這種距離俯衝帶遠的板內背景，說明水是不太可能引發LIP事件的；地幔減壓熔融，比如中洋脊岩漿活動，也可以產生大體積岩漿但相比LIP它的熔融程度太低，而且熔體速率也遠遠達不到LIP。目前能成功解釋LIP形成假說的只有極高溫下地幔開始發生熔融，從CMB升起的高溫地幔柱的確符合這一論點。事實上，LIP和洋島玄武岩中橄欖石晶體的位溫至少超過周圍地幔溫度100K，大部分溫度都超過周圍地幔250K。

引自

引自Large Igneous Provinces

那麼，在地幔柱的高溫下，地幔哪些部分熔融形成了LIP岩漿？這裡主要說LIP的地幔源。LIPs岩漿必須是來自下面5個地幔端元中的一個：DMM（虧損MORB地幔），HIMU（高U/Pb地幔），EM1（I型富集地幔），EM2（II型富集地幔），FOZO（地幔集中帶）。EM1、EM2和HIMU是俯衝的大洋岩石圈被上升地幔柱捕獲，最終同化，也有可能它們本身就是地幔柱一部分。這些地幔端元就是在地幔柱高溫和減壓下開始發生熔融形成LIP岩漿的，但是它們的熔體成分又是另一回事。主要構成LIP的拉斑岩漿是干橄欖岩30%高度熔融的產物，其中夾帶的榴輝岩熔融也是關鍵。鹼性玄武岩和其他鹼性岩漿系列是相對富集玄武岩/榴輝岩質源區低度熔融產生的。科馬提岩是形成於極大深度下無水源區的高度熔融。金伯利岩是富集鎂，不兼容元素和揮發份流體（CO2和H2O）在極大深度下低度熔融產生。

時間序列整理

俯衝冷板片下降到CMB後將地幔底部化學層向前推直到聚集在一起構成圓頂形結構的熱化學堆。推走化學層物質同時也把熱邊界層物質推向熱化學堆，熱邊界層物質開始沿著圓頂狀熱化學堆的陡峭邊緣呈席狀上升，在一定高度下席狀熱邊界層物質自己分裂成數根柱狀熱邊界層物質——地幔柱。地幔柱上升過程中，將捕獲到的俯衝大洋板片融合成為地幔柱一部分。來自地幔底部的地幔柱溫度比周圍地幔高出~100~300K，在到達岩石圈底部後，引起周圍地幔局部熔融，而地幔柱頭自己也因為減壓開始熔融。在不同背景下形成成分各樣的熔體，且體積巨大以橄欖岩熔融後的拉斑岩漿佔主導。大量熔體產生後迅速以侵入和噴出的方式進入地殼，結束後會留下世界上規模最大的岩漿岩區域——大火成岩省