中生代华北克拉通岩石圈减薄的证据——以河北武安固镇杂岩体为例

本文对位于华北克拉通中部的固镇侵入杂岩体(闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩)进行了野外地质调查、岩相学、矿物学、地球化学、锆石U-Pb定年、Sr-Nd同位素和Lu-Hf同位素研究,进而探讨其形成时代、源区和成因,以期得到关于华北克拉通中部中生代岩石圈减薄研究的新启示。研究区岩体形成时代和岩石结构有一定关联性,总体来看,等粒结构的岩体形成时代早于似斑状结构岩体,研究区岩浆活动可分为两个期次:第一期次岩浆活动形成等粒结构的深成岩体,包括中细粒闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩,形成时代约为130～135Ma;第二期次岩浆活动形成浅部的似斑状岩体,包括似斑状闪长岩和石英二长岩,形成时代约为127Ma。结合野外观察、岩相学、矿物学、地球化学等特征,讨论分析了固镇杂岩体的成因:固镇闪长岩富镁,高Mg~#值,Cr、Ni含量较高,富集LILE和LREE,亏损HFSE,铕异常不明显,具有高镁安山岩(HMA)性质,是与其相对应的侵入岩。固镇高镁闪长岩是被俯冲板片熔体和流体交代后的地幔橄榄岩部分熔融的产物,岩浆在上升途中与地壳发生了较弱的同化混染。固镇正长岩形成于加厚陆壳的部分熔融,地壳厚度约为40～67km。固镇二长岩是由区内正长岩和高镁闪长岩混合形成。研究区石英二长岩是区内高镁闪长岩与另一种更富硅的岩浆混合形成。俯冲板片物质(流体+熔体)对固镇高镁闪长岩的形成有重要贡献,显示出古太平洋板块俯冲作用的影响也涉及到了NCC中部,但受影响的程度小于NCC东部;正长岩形成于加厚陆壳部分熔融,显示出拆沉作用在中生代NCC中部岩石圈减薄过程中发挥了重要作用。结合角闪石温压计的计算结果和前人研究成果可以推测,NCC中部大规模拆沉作用发生的时间节点为127Ma。     

Fe-Cu-Ni硫化物锍在似诺里尔斯克玄武岩熔渣中界面张力大小实验研究

通过座着液滴技术, 研究锍成分变化对锍在似诺里尔斯克玄武岩岩浆中界面张力大小变化的规律. 锍的成分有两个系列: FeS-Cu₂S-Ni₃S₂和FeO-FeS. 由实验得出如下结果: 1) 在FeS-Cu₂S-Ni₃S₂系列中, 随着锍中Cu和Ni含量的增加, 其界面张力逐渐变小; 2) 在FeO-FeS系列中, 随着锍中氧含量增高, 其界面张力逐渐变大. 实验结果表明, 形成大规模岩浆 Cu-Ni硫化物矿床有两个重要条件, 一是基性及超基性母岩浆中必须富含Cu和Ni, 这样在岩浆演化早期阶段, 由于硫化物熔体的界面张力相对较小, 不易形成硫化物液滴, 或形成的硫化物液滴不易聚集; 二是岩浆定位深度较小或岩浆定位环境构造较发育, 有利于大规模岩浆硫化物矿床的形成, 因为在这种情况下, 系统中氧逸度较高, 硫化物熔体界面张力较大, 有利于硫化物熔体的分离和聚集.     

华北地区燕山期岩石圈减薄的深部过程

大陆动力学领域今后 10～ 15a的主要科学目标是 ,建立东亚大陆中新生代演化的动力学模型 ,为资源勘查、灾害减轻和环境保护提供新的预测与评价理论。未来 10～ 2 0a会诞生地幔分异作用与岩石圈成因的综合性理论 ,为建立这个理论 ,采用地质学、岩石学探针、地球化学、数字模拟等学科交叉 ,以岩浆构造事件序列和火成岩构造组合为主线 ,探索华北燕山期岩石圈巨量减薄的机制与过程 ,对流地幔物质和热注入陆壳诱发壳幔相互作用、大规模岩浆活动和岩浆热构造变形之间的反馈关系。以岩石圈巨量减薄的深部过程这个视角 ,为华北地区大地构造性质的巨大转换 ,即从稳定的克拉通突发地转变为造山带的“燕山运动”或“大陆活化”提供深部动力学的科学依据。     

地中海地区明显反差的岩石圈变形与岩浆活动的共存:陆-陆碰撞过程中地幔流的响应与表现

基于2004年参加意大利举行的第32届国际地质大会以及会后参加的野外地质考察期间学习和了解到的许多新成果,阐述了地中海地区明显反差的岩石圈变形和岩浆作用的共存,及其随时间的同步—同方向迁移,提出了陆 陆碰撞过程中地幔流的初步工作模型。     

镁铁质—超镁铁质岩浆作用与成矿作用的新进展

镁铁质—超镁铁质岩浆作用与Cu、Ni、Co、PGE(铂族)、V、Ti、Cr、Fe等金属成矿作用关系密切。镁铁质—超镁铁质岩浆能否成矿主要由岩浆源区的性质、构造背景以及是否存在古老且一直活动的深大断裂等因素决定。介绍了一些世界上典型矿床的新的成矿模型及寻找与镁铁质—超镁铁质岩有关的PGE矿床的新技术与新方法。     

中国大陆科学钻探主孔0~2000 m榴辉岩的退变质过程

中国大陆科学钻探主孔位于大别-苏鲁这条典型的超高压变质带上，孔内0-2000m的岩心中，各种榴辉岩占到50％以上。榴辉岩大多经历了不同程度的退变质。依据榴辉岩中主要矿物绿辉石和石榴石的退变质程度，0-2000m榴辉岩的退变质过程可分为2个大阶段，4个亚阶段：第一大阶段(又分为轻微退变质、部分退变质)、第二大阶段(又分为退变质和强退变质)。总的退变质趋势是：石榴石逐渐被韭角闪石或黑云母 绿帘石替代；绿辉石逐渐被角闪石 钠长石后成合晶替代，硬玉(1d)含量逐渐减少，并部分转化为霓辉石。榴辉岩在退变质过程中所经历的温压条件为：峰期变质温度为697-831℃，压力3．0Gpa左右；部分退变质阶段温度为629-776℃，压力1．2-1．6Gpa；退变质阶段温度为550-650℃，压力O．5-0．7Gpa；强退变质阶段温度为300-400℃，压力0．30-0．35Gpa。综合岩石、矿物及形成温压条件等特征，推断榴辉岩的折返过程经历了两个大阶段：第一大阶段是近等温降压的快速折返(榴辉岩在此期间经历了第一大阶段的退变质)，第二大阶段是降温降压的缓慢抬升(榴辉岩继而经历了第二大阶段的退变质)。绿辉石的完全退变质，既是划分榴辉岩两大退变质阶段的标志，同时也是区分两大折返阶段的标志。     

岩浆成矿系统的尺度效应

小岩体成大矿理论强调了岩浆侵入体的几何尺度与内生金属成矿作用的有机联系,但这种联系的实质尚理解甚少。简要分析了岩浆成矿系统的基本问题,聚焦于侵入体几何尺度与几种关键控矿因素的内在联系。利用前人提出的固相线前锋迁移距离与冷却时间之间的函数关系估算了岩浆侵入体固结的时间尺度,发现小岩体的存活时间尺度与超大型矿床的形成时间尺度一致。基于斯托克定律的估算,含有暗色微粒包体的小岩体以岩浆快速上升为特征,符合流体中成矿金属溶解度与压力(P)、温度(T)正相关的实验结果。分析了岩浆产量与源区减压速率和所产生岩浆中挥发分含量之间的关系,提出大规模岩浆活动之后岩浆产量必然逐渐减少,因而流体-熔体比值逐渐增加。据此认为,超大型矿床可形成于紧接着大规模岩浆活动之后,并以长英质岩浆成矿系统为例将其称为岩基后成矿作用。因此,岩浆成矿系统的尺度效应是一种重要的地质效应,尺度效应分析支持小岩体成大矿理论。     

金川岩浆铜镍（铂）硫化物矿床铂族金属富集过程及富集机制

金川岩浆铜镍（铂）硫化物矿床是我国最主要的铂族等战略性关键金属宝库。金川矿床中铂族金属的富集过程和富集机制还存在很多争论。本文通过详细的矿物学及矿床学研究,厘定了金川矿床成矿阶段。成矿阶段可划分为硫化物矿浆结晶阶段、挥发分流体作用阶段及热液改造阶段。其中硫化物矿浆结晶阶段的主要矿物组合为镍黄铁矿（Pn- a）- 磁黄铁矿（Po- a）- 黄铜矿（Ccp- a）;挥发分流体作用阶段的主要矿物组合为镍黄铁矿（Pn- b）- 磁黄铁矿（Po- b）- 黄铜矿（Ccp- b）- 黄铁矿（Py- Ⅰ）- 磁铁矿（Mag- Ⅰ）- 菱铁矿- 叶蛇纹石- 磷灰石- 铬铁矿- 白云石- 方解石（Cal- Ⅰ）- 金云母。热液改造阶段的矿物组合为透闪石- 绿泥石- 蛇纹石- 方解石（Cal- Ⅱ）- 磁铁矿（Mag- Ⅱ）。高倍电子探针镜下发现,金川矿床铂族矿物与磁铁矿（Mag- Ⅰ）、黄铁矿（Py- Ⅰ）、铬铁矿、磷灰石、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿及菱铁矿等共生。金川铜镍硫化物矿床中铂族元素(PGM)矿物主要包括硫砷铱矿（IrAsS）、钯的铋化物、碲化物和硒化物、钯的金属互化物（PdAu2）、砷铂矿（PtAs2）、铂单质以及铂的金属合金（Pt- Fe）。其中大量的PGM分布于镍黄铁矿的裂隙中,或产于镍黄铁矿、磁黄铁矿及蛇纹石裂隙中。与磁铁矿、菱铁矿、铬铁矿、黄铜矿、磷灰石以及叶蛇纹石等矿物共生,指示PGE富集与氧化性流体加入密切相关。金川矿石镍黄铁矿（Pn- b）、磁黄铁矿（Po- b）、黄铜矿（Ccp- b）、黄铁矿（Py- Ⅰ）、磁铁矿（Mag- Ⅰ）以及菱铁矿中高Co含量,表明流体在Co的超常富集过程中也起到了决定性作用。金川矿石中大量碳酸盐矿物、叶蛇纹石、金云母、磁铁矿、黄铁矿、铬铁矿以及富Cl磷灰石的出现;S、Mg元素呈网脉状分布于蚀变橄榄石和硫化物中,推测流体组分可能是一种富C富Cl的富含挥发分的高氧逸度流体。金川铬铁矿、磁铁矿（Ⅰ）、菱铁矿等矿物中高Ti、高Nb含量和高Nb/Ta比值,暗示此流体可能是一种高温的超临界流体。以上特征综合表明该特征流体对金川铜镍硫化物矿床中铂族元素等关键金属的超常富集起到了关键控制作用。当挥发分流体与残余硫化物矿浆相互作用及改造先存硫化物及橄榄石时,不仅会促使Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd进一步活化、富集,还会导致流体中PGE强烈富集,使得流体中的Pd、Se、Te、Bi、Pt含量不断提高,最终形成大量的PGM。综上所述,本文认为在岩浆演化晚期可能存在一种高氧逸度的富Cl富C的深源流体注入岩浆房,该深源挥发分流体对PGE及Co的迁移和超常富集起到了关键控制作用。     

河北武安坦岭多斑斜长斑岩的成因:冻结岩浆房活化机制

流变学实验表明,当岩浆中晶体体积分数达到约50vol%时,岩浆体实际上处于冻结状态,不再具有整体迁移的能力。但在自然界中仍存在含大量斑晶的浅成火成岩和火山岩。因此,富晶体岩浆的上升过程和侵位机制是近年来地球科学领域关注的热点之一。目前,冻结岩浆房的活化机制主要有二种:升温活化机制和流体活化机制。河北武安坦岭地区新发现的多斑斜长斑岩为揭示冻结岩浆房的活化提供了契机。野外观察和晶体粒度分布(CSD)分析表明,坦岭斜长斑岩中斜长石斑晶高达70vol%,基质为显微晶质结构。斜长石斑晶粒径分布均一,大小约为3.1×1.7mm;显微镜观察和背散射图像揭示,斜长石斑晶具环带结构,由宽广的斜长石核部+宽度可变的条纹长石边部组成,且无熔蚀现象;电子探针成分剖面分析表明,斑晶核部成分为更长石(An_(27)Ab_(71)Or_2),幔部为更长石(An_(13)Ab_(83)Or_4),边部为条纹长石。边部条纹长石的成分有一定变化,从内侧到外侧,主晶钠长石成分由Ab_(53)Or_(47)变为Ab_(99)Or_1,客晶钾长石成分由Ab_(48)Or_(51)变为Ab3Or97。斑晶斜长石核部存在细长条状或斑点状钾长石,且越靠近中心,钾长石斑点的数量越少。这些特点表明,边部条纹长石为交代成因。稀土和微量元素分析则显示,边部条纹长石具弱正Eu异常,相对富集LREE和K、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,亏损Th、Zr、Nb的特点。CSD相关图解及以上特征表明,斜长石斑晶形成于稳定,封闭的结晶环境,并受到晚期碱交代作用的改造。基质主要由微粒钙质角闪石,条纹长石,石英,钾长石和钠长石组成,含少量自形-半自形磁铁矿和钛铁矿、磷灰石、榍石、金红石和锆石等11种矿物组成。11种矿物相和结构特征暗示基质形成于极端不稳定的结晶环境,与斜长石斑晶形成条件鲜明对照。根据基质的矿物组成,推测形成基质的岩浆具有富含K、Na、Fe、Si和挥发分的特征。这种特征与上述关于条纹长石环边形成条件的判断一致。据此,本文认为:产生斜长石斑晶的岩浆曾经在地壳深部作过长时间滞留,导致了斜长石的稳定结晶,增加了岩浆的粘度和密度,使岩浆处于冻结状态;富碱高铁熔体-流体流的注入大幅降低了岩浆的总粘度,并提高了岩浆的浮力,从而促使冻结岩浆房迅速活化和上升侵位;同时,富碱高铁熔体-流体流强烈交代了先存的斜长石斑晶,使其边部形成条纹长石;这种熔体-流体流则在快速排气,冷却过程中迅速结晶,形成了具有不平衡矿物组合的显微晶质基质。在岩浆侵入体较深部位,富碱高铁熔体-流体经历了很缓慢的固结过程,而相分离产生的流体有可能萃取携带岩浆中的铁质,形成富Fe流体流,后者可能对区内"铁矿浆"型铁矿的形成具有重要的贡献。     

早白垩世华北克拉通东部岩石圈减薄过程和机制:来自河北西石门杂岩体的证据

白垩纪华北克拉通岩石圈经历了巨大的减薄事件,但减薄过程及机制仍存在较大争论。早白垩世的西石门杂岩体是华北克拉通东部与岩石圈减薄相关的重要杂岩体。根据西石门杂岩体形成时代和岩石结构特征将其划分为两套岩石组合。早期岩套由二长闪长岩-二长岩-正长岩系列组成,具等粒结构,形成时代约为135. 6Ma,岩石地球化学成分为SiO_2=51. 72%～68. 56%、MgO=0. 17%～4. 88%,少部分样品表现出C型埃达克岩的特征;晚期岩套由斑状二长岩-斑状正长岩系列组成,具似斑状结构,形成时代约为125. 3Ma,岩石地球化学成分为SiO_2=57. 00%～67. 51%、MgO=0. 61%～3. 37%,其中还存在大量年龄约2500Ma的继承锆石。两套侵入岩均为高钾钙碱性系列但早期岩套多具埃达克质岩特征,晚期岩套岩石中锆石具有更负的ε_(Hf)(t),显示其具有更多的壳源物质组成。角闪石温度计、压力计显示,早期岩套的定位环境为T=883. 66℃、P=194. 95MPa,相当于7. 36km深处;晚期岩套的定位环境为T=642. 34℃、P=26. 81MPa,相当于1. 01km深处。从135. 6Ma至125. 3Ma,地壳快速抬升了约6. 35km。研究认为,在约135. 6Ma时陆内岩浆作用开始影响研究区,软流圈地幔上涌促使地壳物质熔融、混合形成了早期岩套,同时大规模的岩浆活动及地壳褶皱变形导致陆壳加厚。之后岩石圈地幔发生拆沉作用,地壳快速抬升。在约125. 3Ma后,软流圈地幔继续上涌,回弹的陆壳开始发生大规模的熔融形成了晚期岩套。据此认为拆沉作用是中生代华北克拉通岩石圈减薄的主要机制。