同位素填图与深部物质探测(Ⅰ):揭示岩石圈组成演变与地壳生长

固体地球科学的一个重要任务是探测地球深部过程与不同圈层协同演变。深部物质探测、地球物理结构探测和深钻一起构成深部探测的三大途径。岩浆岩“探针”及区域同位素(如全岩Nd、锆石Hf)示踪填图是深部物质探测的主要手段,可以用来揭示深部物质组成特征及时空变化,确定不同类型地壳省,划分大地构造边界,估算大陆地壳生长量、方式,分析区域成矿规律。这一技术广泛应用后,有望实现深部结构探测与物质探测结合,开展深部物质填图。中国大陆是深部物质探测的良好实验室,需要解决的重大问题包括：多块体拼合的岩石圈及陆壳深部物质组成架构,不同类型造山带地壳生长与深部物质组成结构,不同构造单元深部物质组成与成矿作用及其浅部成矿制约。文中重点总结和探讨了岩浆岩全岩Sr-Nd同位素和锆石Lu-Hf同位素区域填图以及捕获锆石信息填图的思路、方法和注意的问题,以及可以解决的重大地质问题,并探索性提出今后开展的重点研究方向。     

地壳生长及深部物质架构研究与问题:以中亚造山带（北疆地区）为例

岩浆岩区域多元同位素示踪填图是探索地球深部物质组成架构、研究地壳生长的重要途径.中亚造山带作为全球最大、最典型的显生宙增生型造山带,发育巨量岩浆岩,是研究造山带深部物质组成架构及地壳生长的天然实验室.介绍了在中亚造山带西段的北疆地区同位素示踪填图的成果,并探讨了存在和需要研究的新问题.阿尔泰-准噶尔-天山的花岗岩同位素廊带填图初步揭示,阿尔泰中部深部物质较老,准噶尔年轻,东天山-北山更老,这种物质组成结构是同造山水平生长和后造山垂向生长的结果.西天山及邻区Hf同位素填图揭示了同一微陆块内部复杂的新老地壳组成架构,提出周期性地壳生长/再循环模式.同位素填图揭示的深部物质组成类型——尤其是年轻地壳的组成类型——仍需进一步探索.需要探索多元同位素示踪、填图结果的异同、关联性及其影响因素,并与地球物理探测、岩石学实验模拟结果相结合,最终构建以岩石探针和同位素示踪填图为核心的,结合地球物理探测、深部钻探和深部过程模拟的岩石圈三维物质与结构探测的理论和技术方法体系.      

特约主编致读者

岩浆岩是地球演化过程的重要物质记录,是重建板块构造过程中的大洋与大陆演化历史、揭示壳幔相互作用、地球深部高级变质作用和成矿作用等深部过程的“岩石探针”。近半个世纪,尤其是进入21世纪以来,随着分析测试技术的飞速发展,通过岩石学与同位素年代学、地球化学、矿床学等传统学科的紧密交叉融合,在对我国华北、华南、青藏高原等热点地区的深入研究中,涌现出了大量具有重要国际影响的原创性研究成果,在我国为实现从地学大国到地学强国的征程中留下了浓墨重彩的一笔。莫宣学院士在60年的岩石学研究中,提出并丰富了“岩石探针”的研究思路和方法,成功应用在青藏高原及邻区的科研实践中。本专辑论文注重“岩石探针”的研究思路与方法,围绕岩浆作用与深部过程所涉及的相关科学问题,开展了一系列深入研究,具体可以归纳为岩石探针与全球构造、岩石成因与区域演化和地质流体与成矿作用三个方面。 “岩石探针”的研究方法为揭示岩石圈结构与演化、从大洋到大陆的板块构造等全球构造中的关键科学问题提供了重要证据,专辑的9篇论文进行了这方面的综合论述。岩石组合的准确识别是进行岩石大地构造研究的基石,邓晋福等人把表征洋壳俯冲作用的英云闪长岩奥长花岗岩花岗闪长岩（TTG）岩石构造组合分为4个亚类,它们产出于不同构造环境,为重建岩浆弧壳幔物质结构与热结构、揭示洋壳俯冲有关的成矿过程提供了重要的岩石学依据。牛耀龄等人针对“俯冲带如何开始”的半个世纪难题,提出“岩石圈内横向物质组成差异导致的密度差是俯冲带形成的起因”和“所有岛弧一定有大陆（或海底高原）基底”的推论,并认为可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。岩石探针揭示了典型地区的构造演化历史,滇西羊拉花岗岩再现了金沙江古洋盆的穿时（246~213 Ma）碰撞闭合过程,而塔里木克拉通东北缘库鲁克塔格地区发育的约1 551 Ma基性岩浆活动则记录了中元古代早期的哥伦比亚超大陆裂解事件。青藏高原中、新生代冈底斯弧岩浆作用的成分与时空分布蕴含了特提斯洋俯冲到印度亚洲大陆碰撞的连续构造演化过程,而其中的约200 Ma和约90 Ma两个时间切面所代表的中生代冈底斯弧,因具有大量角闪石岩和玄武安山质平均成分,而可能成为探究中生代冈底斯弧成因、地壳垂向结构和地壳形成机制,解开大陆地壳形成与演化之谜的新例证。“岩石探针”与同位素地球化学示踪（全岩/锆石的元素和Nd Hf同位素）的高效结合,是探测深部岩石圈组成与演化、划分不同地球化学省和块体、刻画陆壳生长与造山带发育模式、分析区域成矿规律的重要手段,已经成功应用在我国华北克拉通、扬子克拉通、大别造山带、中亚造山带和青藏高原等重要地质单元,以及俄罗斯、澳大利亚、蒙古等国家的地质研究中。侯增谦等人在青藏高原地质研究中,识别出地壳物质三维架构（新生地壳/古老地壳/再造地壳）的成矿控制规律,即新生地壳控制Cu-Au-Ni矿床、古老地壳控制Mo-Pb-Zn和稀有金属、再造地壳发育Fe矿,将探究成矿作用的深部控制因素研究推到新的高度。 岩石探针方法广泛应用于阐述岩石成因与区域演化,专辑10篇论文分别在青藏高原南部的冈底斯岩浆岩带、高原东缘的滇西和川西地区,以及大别造山带、燕山造山带和兴蒙造山带开展了研究,为综合揭示区域构造岩浆变质成矿过程,提供了不可或缺的地质证据。 地质流体系统被认为是有效解剖固体地球科学问题的关键,将地质流体研究与岩浆作用、成矿作用紧密结合,是近年构造岩浆成矿作用研究的新趋势。专辑6篇论文内容涉及地质流体与成矿作用方面的研究,包括：介绍流体晶、流体岩及有效识别与流体共存的矿物岩石体系的方法,从而更好地揭示岩浆成矿作用过程;认为在胶东地区,有利的岩浆岩岩石组合、岩石成因与构造类型是区域上大型超大型金矿形成的物质基础;砂岩U矿、云南迤纳厂Fe-Cu-稀土矿床、东昆仑东山根Cu-Pb-Zn矿区的研究,为进一步阐述岩浆构造成矿的内在关联给出了新证据。     

揭示三维岩石圈物质架构的技术方法体系框架

长期以来，岩石圈深部探测主要依赖地球物理手段和深部钻探，缺乏深部物质探测技术。对深部物质的了解也主要局限于两种途径：一类是地球物理推测方法，依据地表获得的深部岩石的物性测定，解释或推测深部物质的某些特征；另一类是捕虏体方法(Xenolith- based methodology)，直接获取深部物质信息。本文重点探索的第三种途径，即充分利用地表出露的岩浆岩，通过岩石探针和同位素填图，示踪深部物源(物质)特征。特别是利用大数据分析和数字填图，了解深部物质三维架构及四维演变。在此基础上，总结上述三种途径，构建较完整的以岩石探针和同位素填图为核心的揭示岩石圈三维物质组成架构的方法体系。研究显示，在岩相学研究的基础上，通过系统开展Sr、Nd、Hf、Pb等多元同位素示踪填图，结合地球物理资料，可有效揭示岩石圈深部物质组成架构。通过中亚增生造山带(北疆)、青藏高原碰撞造山带(冈底斯- 三江)和华北- 扬子克拉通三个典型大地构造单元关键地区的实践，显示多元同位素示踪深部物质的一致性和有效性，以及同位素填图结果与地球物理探测结果的对应性。基于这些成果，笔者初步提出了揭示岩石圈三维物质组成架构的方法体系框架。该方法体系具有良好应用前景，有望成为与地球物理探测相结合和匹配的深部物质架构探测技术，为规范开展深部物质架构探测、物质演变过程及深部动力学过程研究提供技术支撑。     

锆石Hf和全岩Nd同位素填图研究进展:以三江特提斯造山带为例

近年来,区域性的Nd-Hf同位素填图正成为探索岩石圈结构和演化,制约陆块边界位置和壳-幔相互作用以及它们与金属成矿作用耦合关系的重要研究方法。目前的研究主要集中于中国的拉萨地体以及澳大利亚太古宙尤冈克拉通,包括地体地壳性质与空间变化规律、成矿系统约束和区域找矿潜力等方面。本文以三江特提斯造山带为例,使用克里格插值法在MAPGIS平台完成同位素等值线图,基此解析三江地区岩石圈结构以及大规模成矿作用。Nd-Hf同位素填图支持昌宁-孟连缝合带为冈瓦纳和泛华夏古陆的分界。昌宁-孟连缝合带划分了两个εNd(t)同位素明显不同的异常区,缝合带以西表现为古老地壳基地组成,而缝合带以东部表现为较年轻的地体。三江特提斯造山带中不同类型与岩浆岩有关的发矿床大多汇聚在同位素边界处,这些同位素边界可能代表着地体边界或缝合带、岩浆弧。沿金沙江-哀牢山缝合带分布的斑岩型或斑岩-矽卡岩型Cu-(Mo)矿床,具有高εHf(t)正值和较高εNd(t)负值的特征,对应始新世钾质斑岩及有关的矿化。在腾冲-保山地块、义敦岛弧和临沧次地块,具有低εHf(t),低εNd(t)值岩浆岩分布特征,主要形成与过铝质花岗岩型有关的锡-钨矿床。因此,我们认为区域尺度的同位素填图对研究岩石圈结构和演化、解剖壳-幔相互作用机理、解析深部动力学机制和成矿机制、总结区域成矿规律和指导区域成矿潜力具有重要意义。     

华北克拉通东部及苏鲁造山带的地壳生长: 来自现代河流碎屑锆石的U-Pb定年和Hf同位素证据

来自年轻沉积物或现代河流的碎屑锆石是研究大陆地壳生长演化的理想载体.为揭示华北克拉通东部和苏鲁造山带大陆地壳的生长演化, 采集了中国东部大清河、潮白河、辽河、大沽河和胶莱河的5个地方的河沙样品, 并对分选出来的碎屑锆石进行了LA-ICP-MS和MC-LA-ICP-MS U-Pb定年和Hf同位素微区原位分析, 获得了396个锆石U-Pb谐和年龄及其对应的Hf同位素组成.2.4~2.5 Ga和1.8~1.9 Ga两个年龄特征峰指示大清河、潮白河和辽河的碎屑锆石来源于华北克拉通东部.辽河一部分100~500 Ma的锆石具有正的ε_Hf(t)值和年轻的Hf模式年龄, 显示出显生宙的地壳生长.苏鲁造山带大沽河和胶莱河的碎屑锆石U-Pb年龄分布相对比较复杂, 但锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征表明其为华北克拉通和扬子克拉通的混合来源.来自大清河、潮白河和辽河的锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据, 表明华北克拉通东部地壳生长的主要时期为2.4~3.0 Ga, 并在2.6~2.7 Ga时处于生长的最高峰, 次一级的生长期为1.3~2.3 Ga, 而在其他阶段几乎没有地壳的生长或者不明显.华北克拉通东部现存大陆地壳的80%来源于太古代和古元古代的生长, 而自古元古代开始大陆地壳的演化就以古老地壳的重熔再改造为主.此外, 大沽河碎屑锆石的Hf同位素组成揭示出苏鲁造山带在古生代(300~500 Ma)存在明显的地壳生长.      

锆石Hf同位素填图对东昆仑造山带地壳性质和成矿潜力的约束

文章收集了东昆仑造山带发表的锆石Hf同位素数据,利用Surfer 10软件填制的锆石Hf同位素等值线图显示,东昆仑造山带整体自西向东呈现出古老地壳与新生地壳交替分布的特征,东昆南地体研究程度较低,其东段的布青山—温泉一带的地壳性质与北侧较为相似,显示较低的锆石Hf同位素值(新生地壳)的特征。大量数据和已有研究成果表明,地壳性质(新生地壳或古老成熟地壳)很可能是控制成矿作用类型的关键因素。根据东昆仑造山带地壳性质和成矿作用类型,提出布青山—温泉一带可能是东昆南地体最有潜力的Cu-Au成矿地带。     

湘东北栗山地区新元古代岩浆活动及其地质意义:锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素证据

湘东北地区与赣西北地区共同组成江南造山带中段,是探讨江南造山带大地构造演化的关键区域。采用LA-ICP-MS定年方法厘定湘东北地区栗山片麻状黑云母花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄为(838.6±5.6)Ma(MSWD=3.2,n=21),表明其成岩于新元古代,证实幕阜山岩体范围内存在新元古代岩浆活动;相应的锆石Lu-Hf同位素分析显示εHf(t)为5.8~13.8,一阶段模式年龄T_(DM1)为1 169~841Ma,二阶段模式年龄T_(DM2)为1 357~845Ma,fLu/Hf值为-0.97~-0.9,推测岩浆源区以中新元古代新生地壳物质为主。结合江南造山带东、中、西段最新岩浆岩年代学和锆石Hf同位素研究成果,认为造山带东、中、西段广泛存在近同期(830~820 Ma)新元古代岩浆活动,且岩浆源区地幔物质贡献程度以东段最高,中段次之,西段最低,推测湘东北地区在新元古代时期可能具有与造山带东段类似的岛弧构造环境。     

蚌埠隆起区中生代花岗岩的岩石成因：锆石Hf同位素的证据

对蚌埠隆起区中生代不同时期的花岗岩中6个岩体的锆石LA-MC-ICP MS原位Hf同位素的研究,据此限定它们的岩浆源区和重建华北克拉通东南部的构造格架。结果表明,中生代不同时期的花岗岩中岩浆锆石的初始Hf同位素组成(ε_(Hf)(t))可以分成两组:第一组的女山(130Ma)和西庐山花岗岩(130Ma)的ε_(Hf)(t)值分别为-18.4和-16.1;第二组的曹山(110Ma)、锥山二长花岗岩(110Ma)和蚂蚁山花岗岩(110Ma)以及淮光花岗闪长岩(130Ma)的ε_(Hf)(t)值分别为-22.3、-23.1和-21.1以及-28.1,这些岩浆锆石低的ε_(Hf)(t)值表明它们可能来源于古老的大陆下地壳。女山和西庐山岩体中早古生代—新元古代继承锆石具有低的ε_(Hf)(t)值(-2.3～-7.7)和1.52Ga～1.79Ga的Hf同位素两阶段模式年龄,表明它们的岩浆源区主要以扬子克拉通下地壳物质为主。曹山、锥山和蚂蚁山以及淮光岩体中岩浆锆石的Hf同位素两阶段模式年龄为1.89Ga～2.58Ga,结合淮光岩体中古元古代继承锆石和3400Ma捕获锆石中低的ε_(Hf)(t)值(-5.7～-6.8,-0.6、-0.9)和古老的Hf同位素两阶段模式年龄(2.44Ga～2.80Ga,3.7Ga),表明它们主要来源于华北克拉通下地壳物质的部分熔融。淮光和女山岩体中古元古代—新太古宙继承锆石中正的ε_(Hf)(t)值(0.3～6.7)以及高的ε_(Hf)(t)值(16.9～21.7)的存在,暗示形成这些古老继承锆石的初始物质中有幔源物质的涉入。蚌埠隆起区深部地壳中扬子克拉通基底物质的存在暗示扬子克拉通可能沿着郯庐断裂带向西或北西方向俯冲于华北克拉通之下。     

黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学、地球化学特征及地质意义

为了厘清翠中铁钨多金属矿床浅部的粗粒碱长花岗岩和深部的细粒碱长花岗岩与成矿之间的关系，本次工作对这2种岩浆岩分别进行了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析，对岩石和矿石开展了Pb同位素研究.粗粒碱长花岗岩和细粒碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为503±2.9 Ma和201±6.4 Ma，表明其侵入时代分别为加里东中期和印支晚期-燕山早期.辉钼矿Re-Os同位素模式年龄为202±2.9 Ma，与细粒碱长花岗岩锆石U-Pb年龄基本一致.粗粒碱长花岗岩中锆石的ε_Hf（t）值变化于-8.31~0.57，指示其来源于中元古代古老地壳部分熔融，细粒碱长花岗岩中锆石的ε_Hf（t）值为2.84~4.78，表明其起源于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融.综合成岩成矿时代、成矿元素趋势面分析以及岩矿石Pb同位素对比，我们认为翠中铁钨多金属矿床的成矿作用与深部的细粒碱长花岗岩有关.结合区域构造演化历史，推测成矿作用可能形成于佳木斯地块向松嫩地块俯冲挤压的构造环境.      

松辽盆地林深3 井火山岩的锆石U——Pb 年龄与Hf 同位素组成

根据松辽盆地北部林深3 井火山岩的岩相、全岩主微量元素、锆石U--Pb 同位素和锆石Hf 同位素特征的分析结果,探讨了该火山岩的形成时代和岩浆源区。锆石LA--MC--ICPMS U--Pb 研究结果表明: 林深3 井火山岩形成时代约为120 Ma,处于早白垩世中晚期,属于营城组火山岩。锆石的LA-- MC--ICPMS Hf 同位素研究显示,本区火山岩的锆石εHf ( t) 全部为较高的正值,二阶段Hf 模式年龄为789 ～ 1 494 Ma,表明其主要起源于中--新元古代增生的地壳物质,暗示中--新元古代时期兴蒙造山带东段存在地壳增生事件。     

西藏雄村斑岩铜金矿集区火山-岩浆岩锆石Hf同位素组成

通过对西藏雄村斑岩铜金矿集区内各期次火山—岩浆岩开展锆石Hf同位素研究,结合岩浆锆石U-Pb年龄,可将矿集区内火山—岩浆岩划分为两组。第一组为早—中侏罗世火山—岩浆岩:包括富矿安山质凝灰岩、成矿早期角闪石英闪长玢岩、成矿期石英闪长斑岩、含粗粒石英斑晶的石英闪长斑岩、以及穿插矿体的安山岩脉。第二组为始新世黑云母花岗闪长岩。第一组火山—岩浆岩锆石Hf同位素具有高度亏损的Hf同位素组成以及年轻的单阶段模式年龄,初始εHf(t)值分别为+13.76~+17.50、+12.24~+18.79、+14.39~+17.64、+12.50~+16.26、+10.66~+15.44之间,高度亏损的铪同位素组成表明该组火山-岩浆岩起源于亏损地幔的部分熔融。同时相对均一的Hf同位素组成暗示该组火山-岩浆岩并未经历过壳源物质的混染,即该组火山岩浆岩形成于洋壳之中的岛弧环境,火山-岩浆岩可能受控于深部同一岩浆房。第二组始新世黑云母花岗闪长岩初始εHf(t)值介于+5.75~+9.42之间,与冈底斯南缘同期岩体εHf(t)组成类似,起源于新生下地壳的部分熔融。     

扬子克拉通北缘神农架群火山岩锆石Hf同位素特征

报道神农架群安山质熔结凝灰岩中锆石的Hf同位素数据,以此对其岩浆来源与岩石成因进行约束.结果显示,Nd-Hf同位素之间存在脱耦现象,虽然各样品之间显示出较为一致的元素地球化学和Nd同位素组成,但同一样品中具有高度变化的锆石εHf(t)值,对应锆石Hf同位素模式年龄为2587～1608 Ma,表明岩浆在形成和上升过程中可能受到了陆源碎屑物质组分的混染.该组分改变了岩浆结晶时部分锆石中的Hf同位素组成,然而未改变全岩地球化学及Nd同位素组成,可能表明锆石原位Hf同位素在反映岩浆形成和演化过程中对于碎屑沉积岩混染的识别比全岩Nd同位素具有更为灵敏的指示意义.结合该岩石的全岩地球化学特征,认为神农架安山质熔结凝灰岩来自深部幔源岩浆上涌引起的元古宙基性下地壳岩石部分熔融,且在上升过程中受到了俯冲碎屑沉积岩的混染.     

新疆南天山克孜尔河沉积物碎屑锆石U‐Pb年代学研究及其地质意义

新疆克孜尔河流经南天山造山带南缘,其河流沉积物中记录了流域内地质体的重要信息。为进一步约束南天山造山带的构造演化历史,探讨该造山带古生代地壳生长与演化,对克孜尔河沉积物中的碎屑锆石进行U‐Pb定年。结果表明锆石年龄主要集中分布在460~390 Ma和310~260 Ma,少量分布在前寒武纪,暗示南天山造山带在古生代期间发生了强烈的岩浆活动。物源分析表明克孜尔河沉积物中的碎屑锆石主要源于南天山造山带和塔里木克拉通北部,年龄为460~390 Ma的碎屑锆石很可能记录了南天山洋在晚奥陶—早泥盆世期间向南俯冲到塔里木克拉通之下的弧岩浆作用。南天山洋闭合以及塔里木克拉通与伊犁—中天山地块的最终碰撞可能发生在晚石炭世,随后发生同碰撞和后碰撞岩浆作用,以样品中大量310~260 Ma的碎屑锆石为代表。结合南天山造山带内已有的古生代岩浆岩锆石的Hf同位素数据分析表明,晚奥陶—早泥盆世南天山造山带的大陆地壳演化主要以古老地壳的再造和部分新生地幔物质的加入为主,晚石炭—早二叠世该造山带地壳演化则以前寒武纪古老基底岩石的改造为主,仅有限的新生组分加入到岩浆的形成过程中。     

扬子克拉通北部前泥盆纪地壳演化：来自碎屑锆石U- Pb和Hf同位素证据

扬子克拉通前泥盆纪地壳演化过程一直是地学界研究的热点。本文报道了扬子克拉通北部武汉地区玉笋山剖面的志留系坟头组和泥盆系云台观组碎屑沉积岩中锆石U- Pb年龄和Hf同位素组成。结果表明，武汉地区坟头组和云台观组样品中最年轻的碎屑锆石年龄分别为430±5 Ma和415±5 Ma，将该地区坟头组和云台观组的沉积时代各限定在中志留世和晚泥盆世。碎屑锆石Hf同位素特点表明，沉积物源区在中太古代、新太古代以及新元古代形成了少量初生地壳，而古老地壳的再造主要发生在新太古代、新元古代和古生代，区域上最显著的初生地壳生长时期则是古元古代。综合对比扬子克拉通北部东、西两侧具有明显不同的锆石U- Pb年龄、微量元素和Hf同位素组成，暗示扬子克拉通可能由多个相对独立地壳演化过程的部分构成，而不具有统一的早前寒武纪基底。     

二连盆地巴彦乌拉铀矿区花岗岩锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征及地质意义

二连盆地中部巴彦乌拉地区位于中亚造山带东段,发育有多个砂岩型铀矿床(点)。利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素和Hf同位素分析对巴彦乌拉地区巴音宝力格隆起东部花岗岩开展了年代学研究。结果显示,2个样品的锆石U-Pb年龄在292±3～288±2 Ma之间,与巴彦乌拉地区巴音宝力格隆起中西部发育的早二叠世花岗岩及流纹岩的年龄范围基本一致。结合区域成岩年代学数据可知,巴彦乌拉地区巴音宝力格隆起发育一条主要由晚石炭世—早二叠世花岗岩及火山岩组成的岩浆岩带。锆石Hf同位素数据显示,2个花岗岩样品的εHf(t)值为+10.6～+18.2,表明其源区为新生下地壳物质。综合区域地质特征可知,中亚造山带东段显生宙的构造-岩浆活动与二连盆地中部及巴彦乌拉地区赛汉组上段砂岩型铀成矿作用关系密切,为砂岩型铀矿床的形成提供了一系列有利条件。     

湖南益将稀土-钪矿的石英闪长岩锆石U-Pb定年和Hf同位素特征:湘南加里东期岩浆活动的年代学证据

湖南汝城益将REE-Sc矿是中国华南重要的稀有稀土金属矿床类型,其赋矿岩石石英闪长岩的锆石SHRIMPU-Pb年龄为(424±3)Ma,代表中志留世的侵位年龄,为该区存在加里东期岩浆活动提供了同位素年代学的新证据。锆石εHf(t)值为-1.9～-7.6,锆石Hf同位素地壳模式年龄(1.5～1.9Ga)。εHf(t)值主要为负值,揭示其源区可能主要为陆壳物质或者富集地幔。部分锆石的εHf(t)值约为-1.9,说明在其形成过程中可能有一定比例亏损地幔物质的加入;源区同位素的不均一,可能是壳幔相互作用的结果,即幔源岩浆与古老地壳物质混合的结果。锆石Hf同位素数据显示古元古代—中元古代(1.5～1.9Ga)的两阶段模式年龄揭示湘南地区存在至少为古元古代的地壳增生。这些新资料为理解华南地壳演化和区域成矿提供了重要的同位素年代学和地球化学制约。     

A Preliminary study on deep geodynamic process of Xar Moron tectonic belt in eastern Central Asia Orogenic BeltSCIEI北大核心CSCD

板块汇聚边缘的陆壳厚度变化与构造和岩浆过程的动态相互作用有着错综复杂的联系,也是对深部地球动力学背景的直接响应。西拉木伦构造带是中亚造山带东部重要的汇聚板块边界,查明其浅部构造变形及深部动力学过程对于理解中亚造山带构造演化具有重要意义。本文通过野外地质工作查明晚二叠世-早三叠世西拉木伦构造带的上地壳发育一系列北东向、轴面向南东倾的宽缓褶皱以及向南东逆冲的断层,变形样式属于薄皮构造,显示出由北西向南东挤压的单向构造应力背景,平衡剖面恢复显示此时期构造变形造成地表~30%的缩短以及~4km的浅部地壳增厚。利用林西地区火成岩全岩La/Yb比值和锆石Eu/Eu*参数构建的年龄-地壳厚度曲线揭示,二叠纪早-中期地壳厚度从49km连续减薄到33km,反映此时期整体处于伸展环境。二叠纪晚期至三叠纪初期,地壳厚度增加了~15km,峰值厚度达~48km,这个迅速的地壳增厚过程可能是岩浆作用导致的地壳垂向增生和构造作用产生的造山带物质堆叠综合作用的结果。本文根据构造带同汇聚期岩浆岩面积和地壳厚度估算造山作用形成了~11%的新生陆壳。同时,两个时期的深部壳幔相互作用方式也有不同,二叠纪早期西拉木伦构造带火成岩锆石的εHf(t)值相对较高(6.1~19.9;均值10.1),δ^(18 )O值较分散(5.1‰~8.3‰),指示岩浆在形成过程中有幔源物质的加入,示踪了林西地区深部与软流圈上涌有关的伸展过程;而晚二叠世至三叠纪初期花岗岩锆石εHf(t)值相对下降(-1.1~17.2;均值9.3),δ^(18 )O值仍高于幔源值(>5.9‰),揭示同源地幔岩浆的持续重融改造过程。综合沉积环境、地壳厚度变化、岩浆岩同位素变化、地壳增生量及地表单向构造应力背景等特征,本文提出西拉木伦构造带可能经历了地幔俯冲;而早-中二叠世的软流圈上涌和晚二叠世-早三叠世的下地壳及岩石圈地幔密度增大,可能是发生地幔俯冲的深部地球动力学原因。     

东昆仑小灶火软玉中热液锆石U-Pb年龄及Hf同位素特征:对成矿时代的制约

小灶火软玉矿床位于东昆仑造山带西段,同新疆和田玉处于昆仑山脉同一条成矿带上。该矿床软玉种类主要为青玉,其中透闪石含量达99%以上,为特殊的镁矽卡岩矿床。对该矿区青玉及其相关的黑云二长花岗岩进行了系统的LA-MC-ICP-MS锆石微量元素、U-Pb及Lu-Hf同位素研究。结果显示,黑云二长花岗岩中均为具典型韵律振荡环带的岩浆成因锆石,锆石U-Pb定年得到其成岩年龄为415.8±1.7 Ma;锆石ε_(Hf)(t)值为1.5~6.6,亏损地幔Hf模式年龄(tDM)为779~965 Ma,指示黑云二长花岗岩为东昆仑原特提斯造山带后碰撞阶段新生的新元古代地壳物质熔融的产物。青玉中的锆石可分为两类,其中主要锆石群——I类锆石呈补丁状环带、面状环带或无环带,且具有与黑云二长花岗岩中的岩浆锆石明显不同的稀土元素及Hf同位素特征,显示典型的热液锆石特点,其U-Pb年龄416.4±1.5 Ma代表了青玉的形成时间;II类锆石(416 Ma、471 Ma、818 Ma)呈韵律振荡环带,为热液流体从围岩中捕获的继承锆石。小灶火地区成岩-成矿作用的同时性(~416 Ma)表明岩浆岩侵入是软玉矿床形成的岩浆岩条件,软玉成矿作用方式为热液交代和充填作用。值得注意的是,用热液锆石的Hf同位素来示踪软玉成矿流体性质时应十分谨慎,因为成矿热液中的Hf元素在同时结晶的两种不同矿物(热液锆石和透闪石)间发生了重新分配。     

大兴安岭南段敖仑花斑岩钼(铜)矿床成矿流体来源与成矿作用:稳定同位素C、H、O、S和放射性Pb同位素约束

基于稳定同位素C、H、O、S和放射性Pb同位素的测试和分析,对大兴安岭南段敖仑花斑岩钼(铜)矿床成矿流体的来源进行了示踪,探讨了流体演化与成矿作用过程。新的稳定同位素数据显示:敖仑花矿床成矿热液具有混合来源性质;脉石矿物石英中流体的C、H、O同位素和矿石硫化物的S同位素组成指示成矿络合剂主要来自地幔,同时在热液期经历了地壳流体参与的过程;辉钼矿中放射性成因的Pb同位素组成表明,成矿物质(Mo)主要来自造山带物质,部分来自深部幔源。根据H、O同位素组成变化和已有流体包裹体资料,认为敖仑花矿床早、中阶段两次矿化的成矿机制不同:早阶段金属矿化主要与岩浆水和大气降水的流体混合有关,而中阶段大规模成矿作用主要是由流体沸腾所致。综合区域地质演化认为:敖仑花矿床是大兴安岭南段在晚侏罗世—早白垩世时期演化为弧后伸展背景、陆内造山带物质重新活化、壳幔岩浆-热液相互作用的产物,同时暗示壳幔作用强烈的地区利于内生金属矿床成矿。