花岗质岩浆作用及后期演化过程：来自矿物原位微区成分与同位素组成的制约

花岗岩作为大陆地壳的重要组成部分,其岩浆作用过程一直是地学领域研究的热点。传统上利用全岩地球化学和同位素数据来示踪花岗岩成因和演化过程的方法已不够准确,为此,本文系统总结了近年来报导的花岗岩中单矿物的原位微区成分——这些数据记录了全岩数据无法识别的单矿物颗粒内部和不同矿物颗粒之间元素和同位素组成的变异特征,明显提高了对花岗质岩浆作用及后期演化过程的认识。首先,矿物原位微区成分对花岗质岩浆的源区性质和混合过程具有指示意义。花岗岩中岩浆锆石Hf同位素组成的变异可能暗示其源区在深熔作用过程中发生了锆石的不平衡和选择性熔融,而未必是壳幔混合作用的结果,这是对“锆石效应”概念新的扩展;同一花岗岩样品中分选出的磷灰石颗粒可以具有完全不同的稀土元素配分模式、Eu异常、Sr含量和Sr-Nd同位素组成等,表明它们中的部分颗粒是岩浆形成和上升过程中从围岩捕获的,是小规模地壳混染作用的产物;榍石的微区成分分带记录了多种岩浆混合过程,也反映了熔体成分、氧逸度和温度等因素的变化;花岗岩与其中发育的包体、捕虏体和相关围岩的锆石Hf-O同位素和磷灰石Sr-Nd同位素组成可以记录上述岩石在形成过程中经历岩浆混合和同化...     

锆石地球化学特征及地质应用研究综述

介绍并对比了用于锆石等副矿物测试的离子探针、激光探针、电子探针、质子探针等几种微区原位测试技术各自的特点.锆石U-Pb定年实现了对同一锆石颗粒内部不同成因的锆石域进行原位年龄的分析,给出了有关寄主岩石的源岩、地质演化历史等重要信息,为地质过程的精细年龄框架的建立提供了有效的途径.锆石微量元素、同位素特征是译解岩石来源和成因的指示器.锆石Hf同位素已成功地用于地球早期历史、岩浆来源、壳幔相互作用、区域大陆地壳增长的研究等;锆石氧同位素组成能有效地约束壳幔相互作用和示踪岩浆来源等.     

湘南上堡花岗岩中电气石LA-MC-ICPMS原位微区硼同位素分析及地质意义

电气石的LA—MC—ICPMS原位微区硼同位素分析方法是最近几年新兴的一种高效经济的硼同位素分析方法。对上堡晚白垩世含电气石二云母花岗岩的电气石进行LA—MC—ICPMS原位微区的硼同位素研究发现,其具有非常均一的¨B／mB比值（3．9908～3．9979）~H万¨B值（加权平均为（一12．86＋0．19）‰）。结合区域地质资料以及其他已有的硼同位素资料,提出上堡花岗岩中硼来源于沉积岩,可能的源区是邻近花岗岩体的石炭一二叠系的沉积地层或深埋在地壳中的沉积物质。在晚白垩世,华南处于伸展的背景中,幔源岩浆的底侵带来的巨大的热源使地壳中的沉积物质发生熔融,形成强过铝质的花岗质浆,在岩浆演化的晚期形成电气石。     

花岗岩及其成矿作用的研究进展

近年来,随着大陆动力学研究的不断深入以及现代分析技术的应用,花岗岩成因与地壳演化、花岗岩成矿作用等问题成为新一轮地质科学研究的重点和热点,并取得了重大的进展。本文系统阐述了花岗岩成因、花岗岩浆源区性质及岩浆作用过程、构造背景以及花岗岩成矿作用的研究进展。     

花岗岩研究的若干新进展与主要科学问题

花岗岩研究进入到新的时期,需要寻找新的研究思路和研究方法。本文总结了近十年来国际上有关花岗岩前沿研究的新进展,归纳总结了七个方面的主要研究内容,包括:1)地球早期花岗岩与大陆演化;2)源区的不均一性与不平衡熔融;3)岩浆成分变化的同位素示踪;4)壳-幔岩浆混合与花岗岩的形成;5)地壳热带与中酸性岩的形成;6)花岗岩岩体的生长和结晶时间;7)金属稳定同位素在花岗岩研究中的应用。最后在此基础上对花岗岩的研究趋势,建议利用新视角、新方法等着重开展花岗岩源区和岩浆深部过程的精细研究,并揭示花岗岩与早期地壳形成之间的联系。     

山西古元古代关帝山花岗岩杂岩的成因:地球化学和Nd同位素证据

关帝山花岗杂岩包括惠家庄岩体、市庄岩体和横坚岩体等诸多不同规模的花岗岩体,它们形成于1906Ma到1848Ma,主要由早期的片麻状花岗闪长岩、二长花岗岩,晚期的块状浅色二长花岗岩组成。地球化学和Nd同位素特征证明它们形成于复杂的砂页岩和粘土岩等表壳岩的部分熔融,部分熔融的残留相主要为石榴子石、辉石、角闪石、斜长石和一些副矿物,岩浆演化经历了云母、长石等矿物的结晶分异。这些花岗岩的源区物质与大陆边缘弧有亲缘关系,岩浆形成与演化发生在同碰撞到造山后的构造背景,可能与华北克拉通中部构造带东部陆块和西部陆块拼合的地质过程有关。山西古元古代关帝山花岗岩杂岩的成因:地球化学和Nd同位素证据@刘超辉$北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871 @刘树文$北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871     

大兴安岭中部乌兰浩特地区中生代花岗岩的成因——地球化学及Sr-Nd-Hf同位素制约

大兴安岭中部中生代花岗岩成因和构造背景的确定对讨论该地区及东北地区中生代构造-岩浆演化具有重要意义。乌兰浩特地区中生代花岗岩详细的岩石地球化学及Hf、Nd同位素的研究表明:研究区中晚三叠世查干岩体是A2型花岗岩;早中侏罗世景阳岩体为I型花岗岩,而大石寨岩体是具有特殊稀土元素四分组效应的花岗岩;早白垩世花岗岩体可根据其Sr含量划分为高Sr和低Sr两类,它们具有相同或相似的源岩组成,但其起源深度不同。其中高Sr型花岗岩类似于C型埃达克质花岗岩,起源于压力较高的下地壳,而低Sr型及永和屯花岗岩则是起源于压力较低的中地壳的高分异Ⅰ型花岗岩。全岩Nd和锆石Hf同位素特征及前人的研究结果显示,乌兰浩特地区花岗岩类岩石的源区主要为显生宙新增生的年轻地壳物质,并有老的地壳物质的贡献,并且随着花岗岩侵位时间的逐渐变新,锆石的εHf(t)值逐渐减小,认为地幔上涌导致岩浆底侵以及老地壳物质的折返是造成下地壳源岩组成复杂的原因。     

磷灰石地球化学特征对花岗岩锡成矿能力的指示——以滇西腾冲 梁河锡矿带小龙河锡矿床为例

锡矿床全球空间分布高度不均,成矿与花岗岩密切相关,对花岗岩Sn成矿作用的研究受到学界高度重视。准确示踪岩浆源区和精细刻画岩浆演化过程对理解花岗岩与对Sn成矿之间的关系十分关键。磷灰石作为花岗岩类岩石中常见的副矿物,其化学组成在示踪花岗岩岩浆源区和成岩过程方面有独特优势。本文对滇西腾冲-梁河锡矿带具有代表性的小龙河锡矿床,对矿区内的花岗岩展开磷灰石原位化学成分分析。研究结果表明,小龙河锡矿区的花岗岩为一套高分异花岗岩,显示A型花岗岩特征,主要源于地壳物质熔融,花岗岩形成于相对还原的环境,富F且含有一定量的Cl元素。上述岩石地球化学特征有利于花岗岩浆演化过程中Sn的富集和迁移,说明磷灰石的成分特征可以很好地指示花岗岩浆的成因、演化及其物理化学条件,能有效评价花岗岩的Sn成矿能力。     

福州复式岩体的成因:锆石U-Pb年代学、地球化学及Hf同位素约束

福州复式岩体I-A型复合花岗岩的岩石成因与源区性质目前尚未得到很好认识。本文对福州复式岩体花岗岩进行了岩石学、锆石U-Pb年代学、主量和微量元素地球化学及锆石Hf同位素研究。该复式岩体花岗岩可分为钙碱性和碱性系列。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,钙碱性系列花岗岩形成年龄为111～101Ma,是早白垩世多期次岩浆活动作用的产物;碱性系列花岗岩形成的年龄为95～93Ma,是晚白垩世岩浆活动的产物。两类岩石均具有Eu负异常、LREE富集和HREE亏损的特征,并且Rb、Th、U、K、Pb等大离子亲石元素相对富集,Ba、Sr以及高场强元素Nb、Ta、P、Ti相对亏损。其中,钙碱性系列花岗岩的轻重稀土分馏程度较之碱性系列花岗岩明显,而碱性系列花岗岩的负铕异常比钙碱性系列花岗岩明显。锆石Hf同位素组成表明,钙碱性系列花岗岩的ε_(Hf)(t)值为-3.9～0.2,地壳模式年龄表明花岗质岩浆源岩来自于新元古代古老地壳的部分熔融,并有少量的地幔组分卷入。碱性系列花岗岩的ε_(Hf)(t)值为0.04～4.8,地壳模式年龄指示花岗质岩浆源岩来自于新元古代古老地壳的部分熔融,并有大量幔源组分的混入。综合分析表明,福州复式岩体I-A型复合花岗岩具有相同的源区,其形成的差异主要是构造环境的变迁、幔源岩浆的加入以及岩浆分异演化等多种因素综合作用的结果。     

莫霍面,下地壳与岩浆作用

美国地质学会近期在意大利北部阿尔卑斯山区召开的关于地壳分异作用的Ｐｅｎｒｏｓｅ会议,以Ｉｖｒｅａ带大陆地壳剖面为样板,讨论了与大陆生长和演化有关的主要过程。文中结合会议情况,评述了岩浆作用与大陆生长、莫霍面演化和地壳动力学的关系。大陆壳特有的成分和大的花岗岩基的形成,要求下地壳有大体积的基性超镁铁质岩存在。这样的基性超镁铁质岩,既可能代表囤积在下地壳的幔源岩浆,也可能是幔源岩浆分异的堆积岩,或是在壳内分异作用过程中产生出花岗质熔体后的残余体。在伸展构造区,幔源岩浆的底侵作用强烈地影响了大陆壳的结构、组成和热状态,而在陆陆碰撞带,由于地壳加厚,下地壳的基性超镁铁质岩石会转变为“榴辉岩”,促进地壳沉没作用和下地壳拆沉作用。由于地壳岩石的榴辉岩相变质作用,地球物理莫霍面与壳幔边界可能并不对应。莫霍面和地壳对岩浆的密度过滤作用,又控制了大陆壳中岩浆的侵位和演化。     

下地壳麻粒岩包体研究进展及其意义

产于火山岩中的下地壳麻粒岩包体是人们窥视深部地壳的一个窗口 ,现已成为人们探索大陆下地壳物质组成和演化最直接的研究对象。下地壳岩石包体一般具有麻粒岩相矿物组合 ,主体由镁铁质麻粒岩组成 ,以出现紫苏辉石矿物为标志 ,下地壳包体的平衡温度为 70 0～10 4 0℃ ,平衡压力在 0 .8～ 1.4GPa之间。在绝大多数地区 ,基性下地壳包体占优势 ,其共同特征是低SiO2 、高CaO和Mg# ,过渡族元素和不相容元素含量变化很大 ,不同构造背景和不同岩石类型的包体同位素成分也有差异 ,全球各大陆下地壳包体Nd、Pb同位素组成分布具有“块体效应”特征。利用出露于地表的下地壳麻粒岩包体可以探讨下地壳物质组成和成分 ,建立下地壳物性剖面和岩石圈模型 ,并可作为幔源岩浆底侵作用的重要判据之一。世界范围内下地壳麻粒岩包体研究表明 ,在探讨下地壳的组成特点上 ,由火山岩中麻粒岩包体和出露的麻粒岩地体两类岩石样品所获得的下地壳组成特点存在比较大的差异 ,前者较后者反映的下地壳组成更偏基性。下地壳包体的类型与成因对揭示大陆地壳的增生、演化方式以及壳—幔交换作用具有重要的指示意义     

拉萨地体东南部整体地壳成分及其成因分析

造山带地壳结构和成分的基本特征对于认识大陆地壳成分演化和区域成矿背景具有重要意义.综合青藏高原拉萨地体东南部地球物理、高温高压岩石物性和岩浆岩地球化学资料,分析该地区地壳整体成分特征,并探讨其可能成因.该地区平均地壳波速显著低于全球大陆和造山带地壳的平均值,表明地壳整体具有中酸性成分,下地壳特征也可由中性岩石(残余体性质的中性含石榴石麻粒岩)解释.拉萨地体东南部整体地壳成分特征应与多阶段长英质化有关,包括碰撞前大陆弧演化阶段(以堆晶或残余体下地壳拆沉为主)和碰撞后高原垮塌阶段(以加厚下地壳拆沉为主,伴随印度古老长英质陆壳物质的俯冲回返/构造底侵).拉萨地体是研究大陆地壳成分演化的绝佳区域,亟待进一步开展多学科综合研究.     

花岗岩:大陆地质研究的突破口以及若干关键科学问题——“岩石学报”花岗岩专辑代序

地球是宇宙中迄今唯一发现有花岗岩的星球。从物质组成而言,大洋的核心问题是玄武岩,大陆的核心问题是花岗岩。花岗岩从被发现的那一天起,围绕它的产状、成因和演化过程及其地质意义的争论就没有停止过。最早的陆壳由长英质片麻岩TTG组成,TTG不能从地幔中直接熔出,是地幔熔融的玄武岩再次熔融形成的。初始的陆壳富钠,太古宙以后的陆壳开始明显富钾。洋壳的寿命仅2~3亿年,陆壳的寿命可长达40~44亿年。花岗岩记录了大陆形成与演化的全过程,大陆演化对于认知地球具有无法替代的作用。因此,花岗岩在某种程度上可以作为陆壳的代用词。20世纪60年代兴起的板块构造理论是地球科学的一次革命,但是,板块构造理论并未解决大陆形成、演化和改造的根本问题。此外,花岗岩与大陆成矿作用关系也非常密切。花岗岩成因还存在诸多待解难题。对花岗岩的研究,只有跳出岩石学和岩石地球化学的范畴,才能真正理解大陆构造的问题。花岗岩所凝聚的科学问题是对板块构造理论的巨大挑战,也是固体地球科学理论创新的重大机遇。花岗岩研究从岩石地球化学层面跃升到陆壳演化层面,是研究思维和理论创新的突破,是21世纪花岗岩研究的重大转折。     

俯冲带岩浆作用与大陆地壳生长

大陆地壳的起源、生长和改造一直都是国际地学界广泛关注的热点问题,目前仍存在一定的争议,特别体现在陆壳增生的方式和速率上.为了探讨大陆地壳的生长方式,简要综述了俯冲带及其岩浆作用和大陆地壳生长的研究成果.俯冲带可划分为洋洋俯冲带、洋陆俯冲带和陆陆俯冲带,其岩浆作用以产出弧岩浆岩为主要特征,被广泛接受为大陆地壳生长的主要方式.目前主要有两种陆壳生长的假说:玄武岩模式和安山岩模式.玄武岩模式主要通过拆沉和底垫过程来实现新生地壳向大陆地壳的演化;安山岩模式则强调陆壳直接形成于产出安山质岩浆的俯冲带岩浆弧环境.俯冲带和碰撞带等板块汇聚边界是显生宙大陆地壳生长和改造的主要位置,俯冲带岩浆作用对陆壳生长发挥着重要的作用.      

华南花岗岩类的演化特征

从区域地质背景、岩石地质、岩石化学、同位素地球化学等方面开展的综合研究表明：华南前寒武纪至中生代的花岗岩作用，是呈阶段演变的一种历史地质过程。它与该区大陆地壳演化与运动的发展过程和大陆大地构造不同体制的深部动力过程密切相关。传统板块理论连续作用的构造模式，难以对此作出全面解释。华南花岗岩及其成矿规律性的研究，需要从大陆地壳的形成、演化与运动的历史动力学作用过程中加以解决。     

地壳放射性生热效应对大陆俯冲过程影响的数值模拟研究

岩体中的放射性生热是地幔对流和地壳变质作用的关键热源之一,但地壳放射性生热率是如何影响大陆俯冲-碰撞的动力学过程,尤其是大陆碰撞区域的热结构演化,尚未获得共识。本文使用热-力学数值模拟方法对上、下地壳放射性生热率进行系统的模拟实验,以研究其对大陆俯冲动力学演化过程的影响。模型实验表明,由于大陆上地壳富集U、Th和K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区间较大(1.0~3.0μW/m~3),导致其对大陆俯冲碰撞动力学演化过程的影响较为显著,主要包括进入俯冲通道内的上地壳体积大小、碰撞区域内地壳熔融范围、俯冲下地壳物质折返的规模和两大陆的耦合程度等四个方面。而大陆下地壳则以中-基性岩为主,相对亏损U、Th、K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区域较小(0.2~0.8μW/m~3),致使其对大陆俯冲演化过程的影响相对有限,主要通过控制俯冲下地壳以及大陆板片的粘滞度和流变强度的大小,进而制约大陆俯冲过程下地壳物质折返的规模以及板片倾角的大小。     

Introduction to tectonics of China

The continental crust of China is a mosaic of cratonic blocks and orogenic belts, containing small cratons and terranes with various tectonic settings. They have diverse origins and complex histories of amalgamation, and often suffered repeated reworking after multiple episodes of amalgamation. In the last three decades, extensive geological, geochemical and geophysical investigations have been carried out on these cratonic blocks and intervening orogenic belts, producing an abundant amount of new data and competing interpretations. This provides important insights into understanding the formation and evolution of the Chinese continents. The papers assembled in this volume present a timely and comprehensive overview on major advancements and controversial issues related to the formation and evolution of continental crust in China. Complex tectonic histories were experienced not only by the large-scale cratonic blocks and orogenic belts, but also by small-scale terranes and orogens between and inside these blocks. Nevertheless, our understanding of lithotectonic units and geological processes has been greatly advanced by recent studies of zirconology and geochemistry for various rock types from major petrotectonic units in China. It has been further advanced from integrated interpretations of geochemical and petrological data for petrogenesis of magmatic rocks. An overview of these observations and interpretations provides new insights into understanding the continental plate tectonics and the chemical geodynamics of subduction zones.     

地壳早期演化的研究进展

地壳早期演化研究的主题是探讨早期大陆形成、生长和再循环的地质过程及其地球化学和地球物理模式。由于陆上古老岩石分布极为有限,围绕着陆壳生长速率的争论持续了30多年。地球化学家基于陆壳从地幔萃取而成并导致被萃取后的地幔在地球化学上产生亏损的认识,提出了许多重要的大陆形成、生长、再循环模式。近年来发展起来的高精度MC ICPMS分析技术,使单颗粒锆石Lu Hf同位素系统分析为评价早期地壳演化提供了更多的信息和更为可靠的证据。不同大陆早前寒武纪地壳及地幔地球物理和地球化学状态研究表明,陆壳再循环作用、壳—幔以及壳内（如古老的地壳重熔作用及其与相对较新的地壳发生广泛的混合作用）相互作用是早期大陆演化的重要地质过程。     

岩浆补给作用对硅质火山岩浆系统演化的制约

硅质火山喷发作为大陆地壳岩浆活动的重要表现，在研究大陆地壳形成与演化、探讨岩浆过程与动力学机制等方面具有重要的价值，其通常所表现的强烈爆炸式喷发，甚至可以导致全球性的环境和气候变迁。硅质岩浆系统在开放体系中不同来源岩浆的贡献和相互作用是目前研究的热点问题。持续的岩浆补给可以延长岩浆存储的时间，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化以及晶体 熔体的分离和晶粥的再活化，同时也是触发火山喷发的重要机制之一。此外，岩浆补给以及硅质岩浆的晶体 熔体演化过程也是火山喷发产物多样性的原因，导致同一火山在其活动过程中喷发产物规律性的变化，如富晶体火山岩、贫晶体火山岩、火山岩成分分层、以及复活岩穹和中央侵入体等。因此，岩浆补给作用是制约硅质火山岩浆系统演化和火山岩成分多样性的重要因素，也是活动火山监测和灾害评估的重要依据。岩石学、岩石地球化学、矿物(长石、石英、石榴子石、锆石等)同位素及成分变化，以及模拟实验、地震层析成像等研究为揭示硅质岩浆系统中的岩浆补给作用和复杂岩浆过程提供了多种视角。     

花岗岩研究与大陆动力学

花岗岩是大陆地壳的主要物质组成之一 ,蕴含着探索大陆动力学的重要信息。成因研究特别是混合成因研究可以提供探索大陆结构、生长及壳幔相互作用演化的信息 ;花岗岩形成演化揭示了构造动力学演化、大陆动力学演化及壳幔相互作用演化的某些特点 ;岩浆上升、迁移是大陆内部能量传播、物质迁移和调整的一种形式 ;岩浆的聚集及岩体生产方式与大陆块体运动学、动力学密切相关 ;岩体定时、定位对大陆块体时空定位提供了限制条件 ;变形岩体可作为区域应变标志体和时间标志体 ,研究大陆的变形 ,并有助于古老块体早期构造的解析。这些研究涉及到大陆的形成、演化、内部物质再分配、热动力效应和构造变动等动力学等问题 ,是花岗岩研究与大陆动力学研究的结合点。