花岗岩的Sr-Yb分类及其地质意义

研究表明,中酸性岩浆岩(包括 SiO_2>56%的中酸性火山岩和侵入岩)的 Sr 和 Yb 是两个非常有意义的地球化学指标,如果大致按照 Sr=400×10~(-6)和 Yb=2×10~(-6)为标志,可以划分出4类花岗岩,即:高 Sr 低 Yb(Sr>400×10~(-6),Yb<2×10~(-6))、低 Sr 低 Yb(Sr<400×10~(-6),Yb<2×10~(-6))、低 Sr 高 Yb(Sr<400×10~(-6),Yb>2×10~(-6))和高 Sr 高 Yb(Sr>400×10~(-6),Yb>2×10~(-6))型花岗岩。其中,从低 Sr 高 Yb 型中还可以分出非常低 Sr 高 Yb(Sr<100×10~(-6),Yb>2×10~(-6))的一类。因此,按照 Sr 和 Yb 含量的不同,可以将花岗岩分为5类,文中着重探讨了这5类花岗岩形成的源区深度问题,指出按照残留相组成和花岗岩地球化学特征,可以将花岗岩形成的压力分为3或4个级别:即:(1)高压下与石榴石平衡的花岗岩具有高 Sr 低Yb 的特征;(2)在中等或较高压力、麻粒岩相(由斜长石 石榴石 角闪石 辉石组成)条件下,花岗岩具低 Sr 低 Yb 或高 Sr 高 Yb 的特点(取决于原岩成分);(3)低压下,残留相有斜长石无石榴石(角闪岩相),花岗岩为低 Sr 高 Yb 类型的;(4)与蛇绿岩有关的在洋壳剖面浅部由辉长岩部分熔融形成的 M 型花岗岩,具有非常低 Sr 高 Yb 的特点,形成深度约2～5km,可能是非常低压条件下形成的。研究表明,淡色花岗岩大多分布在低 Sr 低 Yb 区,部分正长岩和钾玄岩分布在高 Sr 高 Yb 区。藏南淡色花岗岩可能形成的压力较高。文中探讨了岩浆与深度的关系,得出了一些初步的认识,指出需要进一步研究的问题。为了得到经得起考验的结论,还需要更多资料的积累,更多理论的探讨和更多实验的佐证。     

晚中生代的中国东部高原：证据、问题和启示

中生代中国东部是否存在一个高原是一个有争议的问题,本文主要从岩石学角度对高原的问题作了一些探讨。文中根据埃达克岩和喜马拉雅型花岗岩的时空分布厘定了高原的界线,指出存在一个高原而非山脉。高原存留时间大致从175～113 Ma（中侏罗世－早白垩世）,主要发育在165～125 Ma。高原的崛起是从北向南扩展的,并将高原的演化分为萌生期、初期、成熟期、萎缩期、垮塌期、残留期和余脉等7个阶段,探讨了不同阶段高原界线的变迁。文中还讨论了与中国东部高原有关的下地壳拆沉、燕山运动的本质、中生代构造大转折的含义以及与古太平洋板块的关系等学术界关注的重大问题,并指出了高原研究中目前存在的问题、争论的焦点和今后研究的方向。文中建议开展高原古地理学、古环境学、古生态学、古生物学和古气候学等方面的研究,把中国东部高原的研究和青藏高原的研究结合起来,开展对大陆构造理论的创新性研究,企望在新的领域创出新的成果。     

“上山”找金铜, “下山”找钨锡及其理由

金铜和钨锡是两种不同类型的矿产资源, 金铜经常伴生, 钨锡经常伴生, 金铜和钨锡通常不在一起.研究表明, 金铜主要与埃达克岩和喜马拉雅型花岗岩有关, 产于加厚的地壳底部, 地表相应的出现高原或山脉; 钨锡主要与南岭型花岗岩有关, 代表减薄的陆壳, 产于平原区, 地势较低.因此, 从找矿的角度来说, 应当“上山”找金铜, “下山”找钨锡.文中识别出中国三叠纪以来可能存在过的7个山脉(华北北部山脉、西秦岭-东昆仑山脉、额尔古纳山脉、松潘-中甸山脉、湘赣山脉、浙闽山脉和哀牢山-羌塘山脉) 和2个高原(中国东部高原和湖南山地) 以及现存的青藏高原, 建议在上述高原和山脉上去找金铜矿, 指出喜马拉雅型花岗岩与金矿的密切关系, 是今后找金矿的一个重要目标.认为钨锡成矿目前仍然以华南为最佳, 但应注意在其他地块寻找钨锡的问题.      

三论花岗岩按照Sr-Yb的分类:应用

在"再论"中我们提出了花岗岩按照Sr-Yb分类的新标志(张旗等,2010a),本文进一步讨论该分类的应用。文中举了国内外许多实例(包括柴达木、北祁连、内蒙古、松潘-甘孜、大别、太行、华北古元古代和华南新元古代以及土耳其、俄罗斯、巴西、刚果、波西米亚、意大利等),着重讨论了花岗岩Sr和Yb含量与其形成压力和深度的关系,指出本分类最重要的地球动力学意义在于与其形成的深度有关,并在一定条件下与其产出地区的地壳厚度有关。例如应用本方法分析华北克拉通古元古代花岗岩,很难得出该带在古元古代发生过碰撞的结论,华北克拉通是否分为东西两块也需要重新认识。又如对华南新元古代花岗岩的分析表明,华南地块内部在新元古代时地壳较薄,但是,与Rodinia大陆的裂解似乎无关。文中还对花岗岩与成矿的关系进行了讨论,提出成矿与压力有关的概念。如金铜与地壳厚度大的埃达克型和喜马拉雅型花岗岩有关,钨锡与地壳厚度薄的南岭型花岗岩有关,而不论矿床是什么类型的,只要它们与花岗岩有关,必定受矿液源区深度的控制,要么是在加厚地壳的地球动力学背景下,要么是在地壳减薄的地球动力学背景下。花岗岩无比复杂,我们用Sr和Yb两个元素对花岗岩重新进行了分类,只是一个探索性的尝试,问题肯定不少,需要广泛的实践的检验,需要深入的实验研究的检验,需要理论的探讨,需要经过一系列否定-肯定-否定的过程,才能逐渐臻于完善。     

花岗岩按照压力的分类

研究表明,中酸性火成岩大致按照Sr=400μg/g和Yb=2μg/g的标志可以划分为4种类型,即高Sr低Yb(Sr＞400×10-6,Yb＜2×10-6)、低Sr低Yb(Sr＜400×10-6,Yb＜2×10-6)、低Sr高Yb(Sr＜400×10-6,Yb＞2×10-6)和高Sr高Yb(Sr＞400×10-6,Yb＞2×10-6)型.其中,从低Sr高Yb型中还可以分出非常低Sr高Yb(Sr＜100×10-6,Yb＞2×10-6)的一类.着重探讨了这5类花岗岩形成的源区深度问题,指出按照残留相组成和花岗岩Sr、Yb含量,可以将花岗岩形成的压力分为3或4个级别:①高压下与石榴子石平衡的花岗岩具有高Sr低Yb的特征;②中等压力下,残留相为麻粒岩相(斜长石 石榴子石 角闪石 辉石),花岗岩具低Sr低Yb或高Sr高Yb的特点(取决于原岩成分);③低压下,残留相有斜长石无石榴子石的花岗岩为低Sr高Yb类型的;④与蛇绿岩有关的在洋壳剖面浅部由辉长岩部分熔融形成的M型花岗岩可能是非常低压(高温)条件下形成的.     

花岗岩混合问题:与玄武岩对比的启示——关于花岗岩研究的思考之一

最近,花岗岩混合成了花岗岩研究的热点,国内外许多学者探讨了花岗岩混合问题,并尝试用不同端元组分不同比例的混合来解释花岗岩的地球化学变化。本文从花岗岩与玄武岩的对比出发,探讨了花岗岩混合的可能性和局限性。作者认为,花岗岩混合的现象是普遍存在的,但是次要的和局部的。岩浆混合的能力或能干性(competence of mixing)主要取决于岩浆的黏性和温度,而黏性又与硅氧四面体有关。相对于玄武岩,花岗岩的SiO_2含量高,温度低,因此,花岗质岩浆的混合能干性很低。玄武质岩浆的混合是mixing(以化学混合为主),而花岗质岩浆的混合通常只是mingling(以机械混合为主),只有在少数情况下才能达到mixing的程度,例如,埃达克岩与地幔混合形成的高镁安山岩或高镁埃达克岩。许多人认为,花岗岩中的暗色微粒包体是花岗质岩浆混合作用最显著、最直接证据。研究表明,花岗岩中的暗色微粒包体大多是闪长质成分的,其初始成分大多是玄武质的。因此,暗色微粒包体不是花岗质岩浆混合作用最显著、最直接证据,而是玄武质岩浆混合能力强过花岗质岩浆的证据。与玄武质岩浆的起源比较,花岗质岩浆从一开始熔融就是不均一的,这源于源区的不均一及熔融过程的复杂性。花岗质岩浆原始均一性的假定是不可能的。花岗岩成分的变化以及在哈克图解中成分点的"连续谱系",主要是由源区不均一性引起的,混合和分异可能有一定的作用,但毕竟是次要的。花岗质岩浆从源区生成、迁移、直至在地表喷出或在浅部定位的全过程,是一个不断均一化和不均一化的过程。但是,由于花岗质岩浆的黏性大,上述过程及岩浆演化的程度和规模都受到限制,也限制了岩浆混合的程度和规模。许多人仅从花岗岩地球化学成分的变化来研究花岗岩的成因,而很少考虑花岗岩物理性质对岩浆演化的制约。对比玄武岩与花岗岩,我们认为,地球化学方法在花岗岩中应用的范围和程度可能远远不及玄武岩,我们应当重新考虑花岗岩的地球化学应用问题。     

中国不同时代O型埃达克岩的特征及其意义

中国出露从太古代-中生代各个时期的O型埃达克岩。中国太古代TTG大多类似喜马拉雅型花岗岩的特征,少数是埃达克岩,主要是加厚下地壳熔融形成的。中国新元古代埃达克岩大多分布于扬子板块的西缘和北缘,古生代埃达克岩主要分布于中亚造山带和秦祁昆造山带。中亚造山带早古生代和部分晚古生代的O型埃达克岩可能产于板块消减带环境,晚古生代晚期的O型埃达克岩可能与碰撞有关。冈底斯晚白垩世的O型埃达克岩可能产于活动陆缘环境。O型埃达克岩最重要的意义在于其与金铜成矿作用的密切关系。埃达克岩很难判断其形成的构造环境,即使是O型埃达克岩。O型埃达克岩贫钾,说明它来源于贫钾的玄武质源岩,可以产于板块消减带,也可来自下地壳底部;但是,那些富Mg#且Mg#变化大的埃达克岩很可能来自板块俯冲带。     

花岗岩构造环境问题:关于花岗岩研究的思考之三

花岗岩与大地构造环境之间的关系是花岗岩研究的热门话题,许多人认为,利用地球化学标志可以判别花岗岩形成的大地构造环境.勿庸置疑,花岗岩构造环境判别方法是仿效玄武岩提出来的.因此,本文从回顾玄武岩构造环境判别开始.详细剖析了Pearce et al.(1984b)和Barbalin(1999)关于花岗岩构造环境判别的研究成果,指出了花岗岩构造环境判别中存在的问题.我们认为,花岗岩地球化学性质主要反映的是花岗岩源区的性质和构造环境,而非花岗岩形成时的构造环境.本文按照全球花岗岩的分布将花岗岩分为产于大洋及其边缘(海岸)的、产于板块边缘和陆内与碰撞有关的和产于陆块内部的三类花岗岩.(1)产于大洋及其边缘(海岸)的花岗岩源于洋壳类型的玄武岩(MORB、IAT、OIB等),花岗岩具明显的地幔印记εNd(t)同位素比值高,Sr同位素比值低),大体可以用现有的判别图判别其形成的构造环境.(2)与碰撞作用有关的花岗岩大多分布在陆块边缘,同碰撞和后碰撞指的是构造(变形)事件,与板块构造环境(洋脊、岛弧、洋岛、裂谷等)在概念上是不同的.区分同碰撞和碰撞后花岗岩不能单靠花岗岩的地球化学标志,也不能单靠花岗岩构造判别图,而应当从岩石组合和岩石性质两方面入手:碰撞有利于形成埃达克岩和(具低Sr低Yb特征的)淡色花岗岩;碰撞后的伸展背景有利于形成非常低Sr高Yb的A型花岗岩.(3)产于陆块内部的花岗岩其形成主要与地幔来源的热有关,花岗岩的地球化学性质主要决定于源岩及形成时的深度,与地表浅层构造作用和事件无关.研究表明,地球上只有大约10%的花岗岩可以探讨其形成的构造环境,20%左右的花岗岩需要研究它们与构造事件的关系(同碰撞或后碰撞),而约70%的产于陆壳上的花岗岩,既无从考虑其形成的构造环境,也无需研究其与构造事件的关系.因此,花岗岩构造环境判别不具有普遍的意义.文中指出,花岗岩构造环境判别方法既存在理论上的不足和概念上的混淆,也存在操作上的困难,需要重新思考.     

花岗岩结晶分离作用问题——关于花岗岩研究的思考之二

岩浆结晶分离作用是一个古老的话题,很早就有学者指出,地球内部生成的岩浆大多是玄武质岩浆,大多数花岗岩是由玄武岩结晶分离形成的。本文在考察了岩浆结晶分离作用的制约因素、比较了不同性质岩浆结晶分离作用的特征之后指出:玄武质岩浆可以发生结晶分离作用,因为有与其相关的堆晶岩产出;安山质岩浆也可以发生结晶分离作用,因为也有与其相关的堆晶岩产出。但是,花岗质岩浆似乎不大可能发生结晶分离作用,因为,很少见到有与(富硅的)花岗质岩浆相伴的堆晶岩产出。花岗质岩浆之所以不大可能发生结晶分离作用的原因在于:(1)岩浆的黏性大,它不仅阻滞了矿物的结晶作用(使斜长石不能发育为自形晶),而且阻止了密度大的矿物(例如角闪石)下沉;(2)主要造岩矿物(例如斜长石)的密度与花岗质岩浆的密度相差无几,使结晶分离作用难以进行。本文详细考察了花岗质岩浆中斜长石的行为,指出在花岗质岩浆中斜长石结晶分离几乎是不可能的。那么,文献中大量充斥的花岗岩结晶分离作用的说法是依据什么呢?作者认为,文献中的许多说法可能主要是根据哈克图解得出的,而不是根据实际观察和理论研究得出的。作者认为,玄武岩和花岗岩不仅来源不同,成分不同,而且解释也不同。哈克图解中许多适合玄武岩的解释未必适合花岗岩。由于鲍文反应原理是结晶分离作用的理论基础,因此,文中也对鲍文反应原理进行了评述,并指出文献中存在的一些需要认真对待的问题,例如,从玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩的连续演化序列是不可能的;单元-超单元填图方法是不科学的;中国东部中生代大规模花岗岩不可能是玄武质岩浆结晶分离形成的等等。本文还以 Ajaji el ai.(1998)报道的摩洛哥 Tanncherfi 花岗岩为例,指出结晶分离作用的解释是不可能的。作者认为,花岗岩类的成分变化大,主要可能与源区组成、温度、压力、挥发分、部分熔融程度和过程、混合作用、岩浆分异及结晶分离作用有关。其中,源区组成可能是花岗岩多样性的最重要的原因,而结晶分离作用的影响可能是微乎其微的。本文认为,花岗岩结晶分离作用对于花岗岩成因的意义已经被大大地夸大了,我们应当重新思考结晶分离作用对于花岗质岩浆的意义。由于花岗岩的极端复杂性,许多问题还得不到比较合理的解释,本文的认识只是初步的。     

造山前、造山和造山后花岗岩的识别

造山前、造山和造山后（或碰撞前、碰撞和碰撞后）花岗岩是花岗岩研究的热门话题。但是,目前关于造山前、造山和造山后的概念存在模糊和矛盾的认识,为此提出了关于造山前、造山和造山后的概念和新的判别方法,并结合非洲、土耳其和巴西的某些实例进行了讨论。着重讨论了青藏高原与碰撞有关的花岗岩,指出青藏高原只存在造山前和造山2个阶段．不存在造山后阶段。认为青藏高原碰撞的时间大概在55Ma左右．25～3Ma的埃达克岩和淡色花岗岩是碰撞阶段形成的。青藏高原25～3Ma的花岗岩的特征暗示青藏高原在25Ma之前已经整体抬升．25Ma之后发育的伸展构造（藏南拆离系、大规模走滑断裂和南北向裂谷）是在青藏高原挤压的大背景下出现的,属于次级的派生构造,其并不能说明青藏高原已经进入伸展减薄和垮塌的碰撞后阶段。