西昆仑及邻区岩石圈结构构造演——塔里木南——西昆仑多学科地学断面简要报道

通过深地震反射剖面，宽频天然深地震探测，广角折射、反射剖面，结合地表地质观察、岩石矿物和地球化学研究，以及弹性模拟计算等，对当前国际上流行的所谓高原北缘向南呈A型俯冲，南缘向北俯冲构成的青藏高原地壳加厚、隆升的“双俯冲”（two-sided subduction）模式提出质疑，认为高原北缘至少在西昆仑与塔里木（欧亚板块）之间不存在长距离的俯冲，在新生代以来的强劲挤压下，塔里木起到了一定的阻挡作用，在这里呈现南北向挤压应力场，因而青藏高原西北缘陆-陆碰撞造山、盆山的形成受到“南北双向挤压模式”所控制，也是造成青藏高原西北缘新生代后期地壳加厚、隆升的重要动力因素。     

山旺盆地的成因及其地质意义

前人一般认为山旺盆地是一个深度不大的封闭性淡水剥蚀盆地。笔者认为它是一个火山口成因的封闭—半封闭盆地。盆地的发展经历了3个发展阶段:早期为火山喷发作用形成火山口,并造成火山碎屑物堆积:中期堆积了较厚层的沉积物,主要为粘土质岩石,如硅藻质页岩、泥岩,此外,还有少量的砂岩、砾岩;晚期为玄武岩充填,致使整个盆地完全封闭。在盆地发展过程中,早期为封闭环境,中、晚期为半封闭环境。火山碎屑物的再堆积和分解对于生物死亡和埋藏可能具有重要的意义;该区第三纪中心式火山作用非常强烈,通过详细的区域地质调查,有可能找到更多的化石产地和硅藻土矿。     

青藏高原新生代形成演化的整合模型——来自火成岩的约束

深部过程是青藏高原演化的主导因素,其他地质过程都可以看作是对深部过程的响应。因此,一个构造旋回(阶段)的地球动力学事件链可以概括为深部地质过程—幔源岩浆活动—壳源岩浆活动—陆壳增厚—地表隆升—表层剥蚀与沉积,其中幔源岩浆活动的研究成为追索青藏高原演化历史的关键环节。据此,青藏高原演化的关键性时间坐标为80、45、27、17、9和4Ma。青藏高原新生代火成岩具有三种展布形式:与雅鲁藏布缝合带平行的岩浆带、沿深大断裂展布的岩浆带和藏北离散性岩浆分布区,它们分别受控于大陆碰撞、大规模走滑和岩石圈拆沉构造体制,且都受控于印度—亚洲软流圈汇聚过程。据此,文中提出了一个描述青藏高原演化的整合模型:南北向地幔对流汇聚控制了岩石圈块体的相对运动,并最终导致印度—亚洲大陆的碰撞和沿碰撞带的大规模岩浆活动;碰撞之初(白垩纪末期),大陆岩石圈块体的刚性属性有利于应力的远程传递和块体旋转,沿块体边界分布的大型走滑断裂控制了岩浆活动的发生;随着挤压过程的持续进行,岩石圈块体的受热和变形,高原岩石圈的重力不稳定性增加,最终导致拆沉作用和软流圈物质的大规模上涌以及藏北高原的离散性岩浆活动。在高原演化中,岩石圈拆沉作用具有重要意义,许多地质事件的发生都与此有关。同时,软流圈的汇聚还导致软流圈物质的向东挤出,并因此造成青藏高原岩石圈的向东挤出和晚新生代的伸展构造。     

康定杂岩黑云母、角闪石^39Ar-^40Ar年龄及其意义

通过对康定杂岩黑云母、角闪石 Ar-Ar 年龄研究,得出康定杂岩黑云母、角闪石中 Ar 同位素组成明显存在地质离散,有过剩氩;Ar-Ar 年龄并不反映矿物形成后的变质冷却历史。坪的产生可能是由过剩~(40)Ar 存在于非晶粒边缘的缺陷之中,使其与放射性成因~(40)Ar 具有相似活化能,从而使不同种 Ar 组分等比例释气所致。经计算,样品中过剩氩约占氩总量的16%左右。     

西南天山托云盆地新生代玄武岩中巨晶的研究

西南天山托云盆地新生代玄武岩中同时产出有深源岩石包体和辉石、角闪石、长石、金云母等高压巨晶. 巨晶主要产于火山活动早期形成的锥状岩席中, 辉石巨晶主要产于剖面下部, 角闪石、金云母以及深源岩石包体主要分布在中部, 长石巨晶主要分布在上部. 晶体的完整性、缺乏变形组构及其与寄主岩的关系表明, 它们是从寄主岩浆中晶出并快速上升到地表的. 矿物学研究表明, 辉石巨晶为铝质普通辉石, Al₂O₃含量高(>9%); 角闪石TiO₂含量很高(>4.5%), 为钛闪石; 长石巨晶主要为歪长石, 双晶发育. 部分普通辉石和钛闪石巨晶发育磁黄铁矿包裹体. 巨晶辉石结晶温度为1185~1199℃, 压力约为1.53~1.64 GPa, 为壳幔边界晶出的产物; 巨晶角闪石结晶压力约为0.85 GPa, 温度约为1000℃, 大致于30 km处晶出. 巨晶歪长石结晶压力在0.8~1 GPa, 温度为900℃左右. 角闪石巨晶中没有金红石等富钛包裹体, 反映了岩浆的快速上升. 辉石巨晶和斑晶成分计算的温压条件位于玄武岩液相线附近, 其大致的P-T轨迹斜率较大, 也可以作为岩浆快速上升的证据之一. 但是, 角闪石巨晶形成温度明显低于同等压力条件下的辉石巨晶, 可能暗示角闪石巨晶形成于岩浆活动前锋温度较低且富含挥发分的环境. 因此, 托云新生代玄武岩应当形成于拉张环境中, 巨晶的形成和上升具有较为复杂的历史.     

东昆仑白金沟金矿床特征及找矿方向

白金沟金矿床位于区域昆南断裂带北缘,区内广泛分布中三叠统闹仓坚沟组板岩和灰岩。影响较大的断裂构造为三条压扭性断层,按先后成生次序分别是F1为210°∠35°~60°;F2为290°~300°∠25~30°;F3为10°~20°∠40°~55°,同时相应发育三组张裂隙。矿体产于千枚状碳质板岩中,主要矿体为含金石英脉,部分为蚀变岩。矿脉在地表倾同25°左右,在深部与F1产状基本一致。成矿期主要在″ 活动期间,赋矿构造主要是沿F1结构面形成的张裂隙,并形成走向290°~300° 的矿化石英脉带。另外在F3活动晚期,亦形成一部分走向NE- NNE的矿化石英脉,属于辅助成矿期。矿体规模与品位变化大。找矿预测主要应考虑″ 成矿构造和F3对矿体的破坏作用。     

玄武质岩石的单颗粒锆石U-Pb年龄谱

报道了托云、东浮山、羊角、雪花山和山旺5处新生代玄武岩的SHRIMP锆石U-Pb测年结果。位于西南天山造山带的托云新生代玄武岩的14个测点年龄值十分发散,最大值与最小值分别为857.1和203.4Ma,它们与其余4件玄武岩样品49个SHRIMP锆石测点年龄一同构筑了涵盖各个地质时期几乎贯穿整个地质时间的复杂年龄谱。位于华北克拉通中部区域南太行山造山带的东浮山、羊角和雪花山新生代玄武岩3件样品累计36个锆石测点形成的锆石年龄谱相对简单,其中35个测点的年龄集中在1719.9～2641.6Ma,唯一的古生代年龄(311.3Ma)出现在雪花山玄武岩7.1测点。位于华北克拉通东部裂谷带内山旺玄武岩6件样品27个测点的单颗粒锆石年龄构筑的锆石年龄谱形成3个集中时间段,分别为新太古代—古元古代(2595.4～1852.2Ma)、古生代(385.8～271.1Ma)和中生代(109.4Ma)。3个年龄谱中大部分单颗粒锆石U-Pb年龄均能在各自所处区域内发现与之对应的岩浆-热事件,部分单颗粒锆石年龄可能暗示所在区域至今未发现的岩浆热事件,托云、东浮山-羊角-雪花山、山旺新生代玄武岩的复杂单颗粒锆石年龄谱再造了各自所处区域的地质演化史。3个锆石年龄谱的复杂程度与各自区域地表出露岩浆岩的规模和期次复杂程度相关,天山造山带内岩浆岩发育,托云玄武岩锆石年龄普最复杂,记录了天山造山带的演化,而华北克拉通中部区域南太行山造山带地表零星出露岩浆岩,东浮山-羊角-雪花山玄武岩的锆石年龄普最简单。处于后期遭受破坏改造的华北克拉通东部裂谷带内的山旺玄武岩的单颗粒锆石年龄谱,其复杂程度明显低于托云玄武岩的年龄谱,而又高于东浮山-羊角-雪花山玄武岩的年龄谱。鉴于玄武质岩浆同化混染围岩过程中能量消耗和地球化学印记以及玄武质岩浆上升的耗时限制,认为托云、东浮山、羊角、雪花山和山旺新生代玄武岩中具有复杂年龄信息的锆石捕掳晶不是玄武质岩浆在快速上升过程中从围岩中捕获的,而是在岩石圈拆沉过程中进入软流圈地幔中,随着具原生岩浆性质的玄武质岩浆喷发到达地表。     

超级喷发(超级侵入)后成矿作用

本文仿照超级喷发的概念定义了超级侵入,并将超级火山对应于大型岩基.文章聚焦于这样一个科学问题:为什么大规模成矿作用发生在紧接着超级喷发和超级侵入之后？为此,首先探讨了峨嵋山地幔柱系统的活动规律.尽管少数学者对玄武质岩浆大规模喷出之前的千米级地壳隆升提出了质疑,峨嵋山火山岩系第一旋回底部玄武岩直接覆盖在喀斯特之上的新观察支持千米级隆升的认识.这表明,峨嵋山地幔柱快速上涌之初期,岩石圈子系统在相当长一段时间没有作出伸展响应,尽管局部已经发生了地壳岩石的部分熔融.因此,岩浆通道形成之后,首先喷出了巨厚层玄武岩,并且后者裹挟了部分长英质岩浆.此后,岩浆喷发的规模振荡性减小,直至消失和地表沉降.斜长石巨斑玄武岩和苦橄岩中橄榄石斑晶与基质间的不平衡表明这些晶体属于循环晶,暗示岩浆曾经在深部岩浆房滞留了相当长的时间,这将导致岩石圈受热膨胀和再次隆升以及岩浆的冻结.因此,下一阶段岩浆活动的开始要求有一个冻结岩浆房的活化机制.依据野外地质学和岩相学观察,文章详细描述了流体活化机制,并强调了提出这种机制的必要性.虽然多数作者偏好升温活化机制,流体活化机制对长英质和镁铁质岩浆成矿系统都是必需的.进而,结合地幔名义无水矿物的H₂O丰度及其对岩浆产生过程的贡献,提出岩浆产量与减压速率正相关而与流体产量反相关的观点.尽管水流体可以有效降低地幔橄榄岩的固相线温度从而有可能提高岩浆产量,新生代玄武岩中橄榄岩包体依然含有未分解的角闪石和云母且名义无水矿物依然含有较多的H₂O,表明快速减压条件下含水暗色矿物的分解反应和名义无水矿物的脱水作用都是低效的.将这种认识与峨嵋山地幔柱系统的振荡性运动结合在一起,结合成矿作用的基本解是成矿金属从流体中析出的认识,可以得出超大型矿床必然形成于超级喷发和超级侵入之后.攀枝花式铁矿的观察表明,两类代表性矿床都具有铁矿浆侵位发生在成矿系统演化最后阶段的特点.因此得出结论:超大型矿床的形成取决于岩浆通道向流体通道的转换.如果岩浆通道在尚未完全封闭之前被含矿流体所利用,大规模流体快速上升将产生超大型矿床.含矿流体透过残留于通道中的熔体上升,不仅冲刷通道中的残留熔体并使其聚集在火山岩系之下或侵位于其下部形成含矿小岩体,而且持续注入于小岩浆体中的含矿流体可以导致岩浆强烈分异形成层状岩体.当通道中残留熔体被消耗殆尽,沿着通道上升的只有含矿流体.这些含矿流体充填在自生长裂隙中并强烈排气,最终可形成矿浆型富矿体.考虑到通道的规模与关闭速率的关系,推测超级喷发/侵入发生时的岩浆主通道更容易转换为含矿流体通道,因而是圈定找矿靶区的首选目标.该模型似乎与观察结果相吻合,并可与岩浆成矿系统的复杂性、小岩体成大矿理论、透岩浆流体成矿理论和通道成矿假说有机地结合在一起,较合理解释了超级喷发/侵入后成矿作用的地球动力学背景和成矿过程.由于长英质和镁铁质岩浆系统中均可见岩基,我们建议将这类成矿作用统称为岩基后成矿作用.     

新元古代地幔柱事件在Rodinia超大陆西缘的响应:来自马达加斯加的初步证据

对于Rodinia超大陆西缘在裂解过程中是否发育巨长安第斯型陆弧存在较大争议.马达加斯加即位于古地理再造Rodinia的西缘位置,其太古宙结晶基底中出露有大量新元古代侵入体,是澄清这一争议的理想研究区.由于基性岩浆岩组分识别不足等原因,前人曾认为这些侵入岩形成于俯冲带陆弧环境.但笔者在中北部Alaotra湖地区野外考察期间发现了大量辉长质岩石,对其中典型岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明其结晶于798~778Ma之间(最大误差估计).因此,这些辉长岩体事实上与岛内其他新元古代侵入体构成了双峰式侵入岩套,暗示了可能的陆内伸展环境.在此基础上,笔者重新审视了前人已发表的地球化学数据,发现该双峰式侵入岩套的基性组分显示富钾特征和拉斑演化趋势,局部甚至发育了强烈地钒钛磁铁矿化;酸性组分则显示富铁、偏铝-过铝质和碱钙-钙碱性特征,并具有相对较高的K₂O/Na₂O和Ga/Al比值以及高场强元素含量,属于A型花岗岩(铁质花岗岩).这些特征进一步表明该双峰式侵入岩套形成于陆内伸展环境而非陆弧环境.结合本文的初步研究结果和区域地质演化历史,笔者认为马达加斯加这一双峰式侵入岩套很可能是新元古代地幔柱事件在Rodinia超大陆西缘的响应.     

东升庙多金属硫化物矿床主要含矿岩系地质地球化学特征及对矿床成因的指示意义

东升庙矿床是内蒙古狼山-渣尔泰山成矿带上最大的锌多金属矿床,主要含矿岩系是狼山群第2岩组。通过对矿区地质现象的野外观察和钻孔样品地球化学特征的研究,结合国际上同类矿床最新研究进展,对东升庙矿床主矿体的成矿过程提出了新观点。岩、矿石样品的岩相学研究结果显示,不同岩段的岩、矿石有不同的组构特征：第4岩性段中部菱铁矿矿石为典型的细粒镶嵌结构和块状构造,具明显的化学沉积特征;第4岩性段底部②号矿体中的闪锌矿矿石具半自形-它形晶粒结构或溶蚀结构,多为角砾状构造或块状构造,有明显的充填-交代现象;第3岩性段以绢云石墨片岩为主的黑色岩系网脉状矿化普遍,常见后期热液充填现象。岩矿石样品的地球化学研究结果显示,菱铁矿矿石和闪锌矿矿石有相似的微量元素富集特征和稀土元素配分曲线,可能具有同一物质来源。而第3岩性段的绢云石墨片岩有不同的微量元素富集特征和稀土元素配分曲线,可能是多期热液活动作用的结果。值得一提的是,在②号主矿体硫化物矿石中不但发现有来自于矿体下部的有一定磨圆度的绢云石墨片岩碎屑角砾,还有一些来自上部围岩的含炭质白云大理岩角砾。此类碎屑角砾可能是交代残余或者交代过程中垮塌的产物,无法用同时沉积解释。综合分析认为第3岩性段的网脉状矿化是后期热液充填的结果,而第4岩性段底部的②号矿体是含矿热液选择性交代碳酸盐地层而成矿,菱铁矿矿体是富铁热液运移到海底后沉积生成。相对于传统的喷流沉积成矿方式,本文认为交代作用对东升庙主矿体的形成起到了关键作用。