花岗岩成因与成矿理论研究进展——原地重熔说与元素地球化学场简介

原地重熔说从与传统理论不同的角度,系统地阐述了组成大陆地壳重要部分的花岗岩以及与花岗岩有关的各种地质、地球化学现象的成因。花岗岩浆形成的原地重熔模型、与原地重熔模型相适应的成矿理论、以及在此基础上提出的元素地球化学场,三者构成了一个完整的逻辑体系。并对这一体系做了简单的介绍。     

特约主编致读者

科学探索的目标是自然界的未知现象与未知规律。现象的发现很大程度上依赖于技术手段的进展,规律的发现则依赖于逻辑思维的创新。有关花岗岩成因的“原地重熔说”,是与广为流行的“岩浆侵入说”不同逻辑思维的产物。十分感谢《地学前缘》对这项非传统研究的关注,更为刊物能一如既往地坚持“双百”方针而高兴。本期目次中的《岩石成因与岩石圈演化思考》一文试图透过对地质学知识系统的结构分析,从岩石圈层面思考作为大陆地壳标志的花岗岩的起源问题。其后4篇文章分别阐述了4种不同的区域大地构造现象及其起因,可以看到四者是一个相互关联的整体。原地熔融(重熔)造成老岩石消亡和新岩石(花岗岩)诞生,这一过程留下的某些岩石地球化学踪迹     

多次重熔的成矿作用:对甘肃中川岩体成岩成矿过程的再认识

在花岗岩原地重熔成因理论的基础上,对甘肃中川岩体的地质、地球化学和成矿学资料进行重新“编码”,证实中川花岗岩体的形成是该区地壳于早中生代两次原地熔融或重熔的结果。陆壳的多次熔融(重熔)不但造成复式岩体的同心圆状构造和岩体化学成分的规律性变化,同时造成不同元素的成矿作用。富金地层被卷入的中生代早期的地壳熔融事件,使印支-燕山早期的成矿作用主要形成金或金多金属硫化物矿床。根据岩体内部发育的NNE向破裂体系特征及沿断裂发生的热液活动,推断该区深部在晚白垩世-古近纪尚发生过一次重熔事件或尚存在重熔岩浆。晚期的重熔岩浆具有较高的氧逸度f(O2),此为铀元素在热液中大量存在的必要条件,因而本阶段的成矿作用主要导致铀的富集,在岩体内部的断裂中形成脉状的“花岗岩型”铀矿床。     

花岗岩演化与铀钍元素富集的关系:以粤北贵东岩体为例

对粤北贵东岩体铀钍丰度变化特征的研究表明,原地重熔过程导致铀钍元素向花岗岩体的上方汇聚富集,并造成铀、钍元素在空间上的分离,即在花岗岩体中,铀的丰度带位处钍丰度带之上。陆壳多次原地熔融(重熔)不但导致复式花岗岩体形成,同时造成铀元素在晚期岩体中的富集。贵东岩体内燕山早期岩体铀钍含量的东西差异被认为与卷入熔融的铀源层(寒武-震旦系)的初始埋深有关,而复式岩体铀含量的南北差异,则被解释为与晚期重熔界面倾斜方向所导致的晚期岩体的剥蚀深度有关。高铀含量和高铀钍比值并存往往是晚期岩体埋深较浅的表现,对于深部隐伏矿床的寻找有重要指示作用。     

紫金山矿集区花岗岩“原地重熔”成矿模式探讨

传统地质学理论认为花岗岩是由异地深熔的花岗岩浆沿构造侵入至地壳浅部冷凝结晶形成的,"原地重熔-壳内对流"理论认为熔融的花岗岩浆并没有离开源区,而是原地重熔,熔融岩浆层内的热能对流形成大规模层状或似层状花岗岩浆,岩浆层冷凝结晶形成花岗岩,花岗岩体是岩浆层界面(MI)凸起形成的。燕山晚期花岗闪长斑岩是紫金山矿集区成矿母岩,在温度差和压力差作用下,成矿元素和挥发分在MI凸起界面上部富集形成含矿流体,在沿构造裂隙向上向外逃逸过程中与围岩产生水岩反应,形成从高温到低温热液蚀变分带,而不同成矿元素则在不同温度、压力(深度)和Eh、pH区间沉淀成矿,形成罗卜岭斑岩型铜钼矿、紫金山高硫化中低温热液型铜金矿和悦洋低硫化低温热液型银多金属矿,它们是同一斑岩-浅成热液成矿体系的产物。     

陆壳多次重熔的成岩、成矿作用——以甘肃中川岩体为例

本文拟从花岗岩‘原地重熔说'的角度,以甘肃中川岩体为例,探讨陆壳多次重熔的成岩、成矿效应.     

胶东西北部玲珑、郭家岭超单元花岗岩成因探讨

玲珑、郭家岭超单元花岗岩的源岩均为胶东岩群变质岩;玲珑超单元花岗岩表现出岩石的不均匀性,其成因为原地、半原地交代-重熔型花岗岩;郭家岭超单元花岗岩则属于有幔源物质参入的同熔型花岗岩.两个花岗岩均经历了多期构造-岩浆作用,最终形成于燕山期;郭家岭超单元最终形成晚于玲珑超单元花岗岩.     

大别-苏鲁造山带、华南晚中生代花岗岩时空分布及应力场对比

花岗岩原地重熔学说为解释华南晚中生代(晚侏罗世-早白垩世)花岗岩时空分布的大地构造成因提供了一种新的视角.而通过对比可以发现,大别-苏鲁造山带及其以北附近区域(尤其是苏鲁造山带及其以北附近区域)与华南晚中生代花岗岩时空分布规律及应力场具有高度的相似性和一致性,即花岗岩展布方向以北东向为主,从北西到南东方向由老变新;而且...     

广东长坑金银矿床氧同位素组成特征及矿床成因讨论

通过对长坑金银矿床16线部分钻孔进行较系统的氧同位素分析,发现岩石的δ¹⁸O值有自矿体下部（银矿体）向浅部（金矿体）、自矿体中心向围岩逐渐增大的趋势。全岩δ¹⁸O值的这种变化,与围岩蚀变强度减弱的方向一致。据此以及本区成矿元素的分带特征,结合近年提出的花岗岩原地重熔说所阐明的成矿元素分带规律,提出长坑金银矿床应为岩浆热液矿床、成矿热液流体应来自深部隐伏花岗岩的见解,并指出在银矿体的下部有寻找铅锌铜矿床的可能性。     

胶东西北部玲珑、郭家岭超单元花岗岩成因探讨

玲珑、郭家岭超单元花岗岩的源岩均为胶东岩群变质岩；玲珑超单元花岗岩表现出岩石的不均匀性，其成因为原地、半原地交代一重熔型花岗岩；郭家岭超单元花岗岩则属于有幔源物质参人的同熔型花岗岩。两个花岗岩均经历了多期构造一岩浆作用，最终形成于燕山期；郭家岭超单元最终形成晚于玲珑超单元花岗岩。     

大别造山带核部天堂寨和九资河花岗岩的成岩模拟

选用大离子亲石元素 Rb、Sr对大别造山带核部天堂寨和九资河花岗岩进行成岩模拟 ,结果表明 :( 1)天堂寨花岗岩主要与非平衡熔融有关 ,偏基性片麻岩可能是天堂寨花岗岩的主要原岩 ;( 2 )九资河花岗岩主要由片麻岩的平衡非实比批式熔融作用形成 ,但也不排除由偏基性片麻岩发生非平衡熔融形成九资河花岗岩的可能性 ;( 3 )天堂寨与九资河花岗岩熔融方式的差异可能反映了大别造山带燕山晚期不同地壳层次变质岩熔融方式的差别 ,即中下地壳以高温非平衡部分熔融为主 ,而中地壳以低温平衡熔融为主 ,并伴随有局部偏基性片麻岩的非平衡熔融     

Geochemistry and Petrogenesis of Granitoids at Sharang Eocene Porphyry Mo Deposit in the Main‐Stage of India‐Asia Continental Collision,Northern Gangdese,Tibet

The Sharang porphyry Mo deposit is the first discovered Mo porphyry‐type deposit in the Gangdese Metallogenic Belt. The orebody is hosted by the Eocene multi‐stage composite intrusive complex which is emplaced in the Upper Permian Mengla Formation and cut by the Miocene dykes. Granite porphyry is recognized as the ore‐bearing porphyry in the complex, which consists of quartz diorite, quartz monzonite, granite, prophyritic granite and post‐mineral lamprophyre. Granodiorite porphyry and dacite porphyry intrude the granite porphyry. Geochemical data indicate that Sharang complex has a High‐K calc‐alkalinc to shoshonitic, metaluminous to slightly peraluminous composition. The Sharang complex rocks are enriched in large ion lithophile elements, depleted in high‐field strength elements, Nb, Sr, P and Ti. REE patterns show slight enrichments in light REE relative to heavy REE and weak negative Eu anomalies. All rocks in this complex have a wide range of initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.705605～0.712496) and lower ε_Nd(t) values (?0.61～?7.80). The geochemical data suggest highly oxidized‐evolved magma and old continental materials may have been the magma source for the Sharang intrusive complex that host porphyry Mo mineralization. Eocene pre‐ore and ore‐forming rocks at Sharang may have formed by partial melting of mantle wedge and by mixing with old continental crust at the lower crust level. In contrast the post‐ore rocks may have formed by partial melting of enriched lithospheric mantle.     

Partial melting of ultrahigh-pressure metamorphic rocks at convergent continental margins: Evidences,melt compositions and physical effects

Ultrahigh-pressure(UHP) metamorphic rocks are distinctive products of crustal deep subduction,and are mainly exposed in continental subduction-collision terranes. UHP slices of continental crust are usually involved in multistage exhumation and partial melting, which has obvious influence on the rheological features of the rocks, and thus significantly affect the dynamic behavior of subducted slices. Moreover,partial melting of UHP rocks have significant influence on element mobility and related isotope behavior within continental subduction zones, which is in turn crucial to chemical differentiation of the continental crust and to crust-mantle interaction.Partial melting can occur before, during or after the peak metamorphism of UHP rocks. Post-peak decompression melting has been better constrained by remelting experiments; however, because of multiple stages of decompression, retrogression and deformation, evidence of former melts in UHP rocks is often erased. Field evidence is among the most reliable criteria to infer partial melting. Glass and nanogranitoid inclusions are generally considered conclusive petrographic evidence. The residual assemblages after melt extraction are also significant to indicate partial melting in some cases. Besides field and petrographic evidence, bulk-rock and zircon trace-element geochemical features are also effective tools for recognizing partial melting of UHP rocks. Phase equilibrium modeling is an important petrological tool that is becoming more and more popular in P-T estimation of the evolution of metamorphic rocks; by taking into account the activity model of silicate melt, it can predict when partial melting occurred if the P-T path of a given rock is provided.UHP silicate melt is commonly leucogranitic and peraluminous in composition with high SiO_2,low MgO, FeO, MnO, TiO_2 and CaO, and variable K_2 O and Na_2 O contents. Mineralogy of nanogranites found in UHP rocks mainly consists of plagioclase + K-feldspar + quartz, plagioclase being commonly albite-rich.Trace element pattern of the melt is characterized by significant enrichment of large ion lithophile elements(LILE), depletion of heavy rare earth elements(HREE) and high field strength elements(HFSE),indicating garnet and rutile stability in the residual assemblage. In eclogites, significant Mg-isotope fractionation occurs between garnet and phengite; therefore, Mg isotopes may become an effective indicator for partial melting of eclogites.     

黑龙江省西北部晚古生代I-A型花岗岩的成因及构造意义

本文以黑龙江省西北部大兴安岭塔源镇和小兴安岭二站乡地区花岗岩为研究对象,通过岩石学、U-Pb年代学及地球化学分析,揭示了古亚洲洋在该地区的俯冲—碰撞过程。塔源黑云母二长花岗岩U-Pb年龄为308 Ma,为晚石炭世侵入体,具有高硅、高碱的特征,富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损重稀土元素和高场强元素,ε_Hf（t）为0.8~2.5,地球化学特征显示其来源于增生的下地壳物质;二站乡二长花岗岩、碱长花岗岩U-Pb年龄分别为305和293 Ma,同样为高硅、高碱系列,富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损重稀土元素和高场强元素,地球化学特征显示其来源于新生地壳。晚石炭世花岗岩为Ⅰ型花岗岩,早二叠世花岗岩为A型花岗岩。利用锆石δEu定量限定了塔源二长花岗岩和二站乡二长花岗岩的形成深度,分别为38.8 和34.7 km,而碱长花岗岩形成深度为28.7 km,暗示晚石炭世至早二叠世该地区经历了地壳的拉张减薄,记录了古亚洲洋的俯冲消亡与之后的后碰撞伸展作用。     

Migration-circulation processes and enrichment-mineralization mechanism of lithium-beryllium elements in the continental crust.SCIEI北大核心CSCD

锂铍金属是世界关键金属资源,矿床类型多样,成矿作用发生在大陆地壳。但大陆地壳中锂铍元素的迁移-循环规律及不同锂铍矿床间的成因联系尚不清楚。本文系统地总结与梳理了大陆地壳结构与物质循环特征和不同类型锂铍金属矿床间的成因联系,提出大陆地壳锂铍循环-成矿系统的概念与模型,并将大陆地壳锂铍的迁移与循环划分为四个过程:变质过程、深熔过程、花岗岩浆过程、花岗质岩浆岩风化、淋滤与蚀变的浅-表生过程。沉积岩中锂铍元素在变质过程中可富集到一些变质矿物中,一些富锂铍黏土矿物也在变质过程转变成新的富锂铍变质矿物(如绿泥石、云母与堇青石);地壳深熔过程使得锂铍元素从变质矿物中释放出来并聚集在花岗岩浆中,麻粒岩相深熔(如黑云母脱水熔融与堇青石分解熔融)可能是锂铍大规模成矿的主要熔融方式;绝大多数锂铍矿床与花岗岩浆及其岩浆岩有关,是花岗岩浆与花岗质岩浆岩在不同演化阶段与不同方式富集成矿的结果;浅-表生过程对锂铍花岗岩-伟晶岩和流纹岩与流纹质凝灰岩的物理化学改造,可形成盐湖卤水型锂矿床、黏土型锂矿床以及各种次生锂铍矿床。变质过程中锂铍的迁移与富集机制,大型-超大型花岗岩-伟晶岩型锂铍矿床形成条件与关键控制因素等问题,是亟待研究与思考的科学问题。     

扬子地台西缘淌塘花岗岩的地球化学特征及锆石U-Pb定年

淌塘花岗岩岩体位于扬子地台西缘,岩石类型为钾长花岗岩.为了揭示其成因意义,本文对淌塘花岗岩体进行了SHRIMP锆石U-Pb定年和地球化学研究.地球化学及岩石学研究的结果显示淌塘花岗岩具有高硅(SiO2=72.70％～77.95％)、高碱(ALK=5.68％ ～7.32％)、过铝质(ASI =1.41～ 1.78)的特征,K2O/Na2O平均值为1.18,CaO、MgO含量偏低,其岩石系列为高钾钙碱性系列,属于强过铝质S型花岗岩,其稀土元素含量偏低且轻重稀土元素差异较大(LREE/HREE=2.71 ～4.09),部分微量元素的含量显著区别于地壳平均值.锆石SHRIMP U-Pb定年结果获得其成岩年龄为1 063.2±6.9 Ma,属于格林威尔造山期运动产物.地球化学研究表明该花岗岩是由地壳中的泥质岩经过部分熔融形成的,其双峰式的岩浆岩组合模式和Al2O3 - SiO2构造环境判别图的投图结果均显示该花岗岩的形成与裂谷环境密切相关,这与1.0Ga时扬子地台西缘的大地构造背景相呼应,其形成也对应了Rodinia超大陆的汇聚事件.     

大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩部分熔融的证据——微量元素和铅同位素

俯冲玄武质洋壳的部分熔融作用是一种重要的大陆生长作用，但是陆壳物质在俯冲过程中能否发生部分熔融缺少直接的证据。笔者利用已有的微量元素分配系数，讨论了岛弧玄武岩在脱水和部分熔融2种过程中微量元素行为和铅同位素演化的差异。Pb在2种过程中都属于不相容元素，但在脱水过程中其不相容性明显高于Rb、Ba、Th、U，而在熔融过程中则低于上述元素，在ω(Rb)/ω(Pb)-ω(Rb)、ω（Ba)/ω(Pb)-ω(Ba)、ω（Th)/ω(Pb)-ω(Th)、ω（U）／ω(Pb)-ω(U)相关图上2种过程的演化方向差别明显。此外，Pb和Th、U的相容性的差异也使得石榴石和绿辉石的单矿物铅同位素在2种过程中明显不同。在此基础上，结合大别－苏鲁榴辉岩的实测数据，认为大别－苏鲁榴辉岩可能部分是岛弧玄武岩部分熔融后的残余体，部分为单纯脱水的产物。大陆玄武质岩石在俯冲过程中也可能发生部分熔融作用。     

拉萨地体南缘错布拉果花岗岩体锆石U-Pb年龄、地球化学特征及成岩动力学背景

本次研究文对拉萨地体南缘错布拉果岩体进行了两件锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析,揭示了错布拉果花岗岩类型、岩浆源区与演化,并讨论了区域成岩动力学背景。分析结果显示,错布拉果岩体二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为61 Ma^59 Ma,与区域上冈底斯南缘岩浆弧为同一时期。在地球化学组成上,错布拉果花岗岩w(SiO2)70.09%~72.64%,具有高w(Al2O3)14.40%~15.99%,低w(TiO2)0.08%~0.24%,w(MgO)(0.41%~0.76%),w(Fe2O3T)6.82%~29.9%,w(P2O5)0.07%~0.12%和w(CaO)1.06%~1.75%的特征;属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。错布拉果花岗岩轻稀土元素(LREE)含量介于133.69×10^-6~226.64×10^-6之间,重稀土元素(HREE)含量介于17.36×10^-6~32.11×10^-6之间,LREE/HREE介于5.05~7.83之间,富集轻稀土(LREE)和Rb,K,U等大离子亲石元素(LILE),亏损P,Nb,Ta等高场强元素(HFSE),具有弧型岩浆岩的地球化学组成。另外,错布拉果花岗岩体的铝饱和指数(A/CNK=1.06~1.11)属于弱过铝质的Ⅰ型花岗岩。综合分析表明,错布拉果花岗岩是在印度-亚洲板块碰撞的开始,俯冲下插的新特提斯洋板块由于重力作用造成与大陆板块脱离,引起软流圈上涌,导致岩石圈地幔下地壳底部发生部分熔融从而形成母岩浆,最终在侵位与成岩后期主要经历分离结晶作用。     

埃达克岩：关于其成因的一些不同观点

埃达克岩的概念是十多年前提出来的,指由俯冲的年轻洋壳熔融形成的火成岩。自从最初在现代岛弧近十几个地方报道埃达克岩以来,新近又在几个地方发现有埃达克岩（如日本西南部,外墨西哥火山岩带,等等）。但是,过去十 多年的研究也表明,埃达克岩可以由俯冲期间的其它过程产生（例如,沿俯冲板片的撕裂边,留在上地幔中的板片残余等）。另外,埃达克岩似乎与一些岩石呈共生组合,这些岩石包括高镁安山岩、富Nb的弦玄武岩（NEAB）,还可能有玻安岩（几个研究者已在玻安岩中发现有埃达克岩的组分）。高镇安山岩不是来自埃达克与地幔的相互作用（Adak-type),就是来自此相互作用期间地幔的熔融（Piip-type);富Nb的弦玄武岩,据认为是来自一种被埃达我岩广泛交代的地幔的部分熔融。作为一个新的岩套,埃达克岩交代火山岩系列已被建议用来解释各种岩石组合。此外,大量的富Pb弧玄武岩也已被发现包含有超镁铁质的地幔包体,而这些包体有高亏损地幔与埃达克反应的明显证据。关于主要与下地壳熔而不是冲板片有关的埃达克岩的起源已提出几种假说,一个模型认为,下地壳熔融出现在玄武质岩浆底侵下地壳时。但是,有许多理由似乎可以排除这种模式。另一种模型认为,在大陆地壳很厚的区域,下地壳可能变成榴辉岩,从而拆离并下沉到地幔中（拆沉）。这个拆沉过程将导致下地壳下中拆沉的下地壳的上部与相对热的地幔接触,进而可引起下地壳熔融和埃达克岩的形成。这使我们认为,在中国东部发现的与俯冲作用无关的白垩纪埃达克可能是下地壳熔融与拆沉作用的产物。我们 还要强调,如果下地壳熔融与拆沉作用真能形成埃达克岩,那么埃达克岩这一术语不应该仅仅局限于与板片熔融有关的过程,而应包括那些与下地壳熔融有关的过程。太古宙的大陆地壳主要由奥长花岗岩、英云闪长岩和英安岩（TTD）组成。这种大陆地壳是来自板片熔融还是下地壳熔融仍是有争议的。然而,我们认为,太古宙期间地幔的较高温度会导致较多的洋中脊的形成,从而产生比今天“更多”的年轻洋壳的俯冲。据此,我们认为,太古宙TTD大陆地宙主要由板片熔融形成。我们也注意到,太古宙是广泛金矿化的时期。有些研究者还发现,金和铜的矿化与埃达克质交代火山岩系列有关。因此,该火山岩系列可能会寻找金属矿床的一个重要标志。