中天山巴仑台地区花岗质岩石的Hf同位素研究：对构造演化及大陆生长的约束

中国中天山地块位于天山造山带的核心部位,对研究中亚造山带西南段构造演化、块体起源和陆壳生长等科学问题具有重要意义。本次研究围绕中天山地块西段巴仑台一带出露的古生代花岗质岩石展开,报道了部分代表性岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和MC-ICP-MS锆石Lu-Hf同位素特征。同时还系统总结前人发表的研究区内花岗质岩石的锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素资料。本次研究的7个花岗质侵入体的锆石LA-ICPMS年龄分别为435±5 Ma、432±4 Ma、359±4 Ma、312±4 Ma、346±2 Ma、306±5 Ma和362±5 Ma。它们在成因类型上均属于I型花岗岩,起源于深部不同性质地壳物质的部分熔融,部分岩体具有壳幔混合成因。研究表明,巴仑台一带的岩浆事件主要发生在早志留世—早泥盆世(435~408 Ma)、晚泥盆世—早石炭世(370~339 Ma)和晚石炭世—中二叠世(313~263 Ma)三个阶段,第一期岩浆事件是古天山洋闭合形成的后碰撞体制以及古南天山洋俯冲导致的大陆岛弧环境共同作用的结果。而古南天山洋俯冲活动的暂停和新一轮的洋盆扩张是导致区内中、晚泥盆世岩浆活动暂停的原因。第二期花岗质侵入体是古南天山洋第二期北向俯冲所导致的大陆岛弧岩浆作用的产物,而第三期花岗质侵入体形成于古南天山洋最终闭合之后的后碰撞环境中。通过总结区内古生代花岗质岩体的锆石的Hf同位素特征,我们认为巴伦台地区前寒武基底主要形成于三个阶段:1~2.47Ga至~2.26Ga,为研究区对全球陆核生长事件的响应;2~1.47Ga至~1.25Ga,对应于哥伦比亚超大陆的裂解;3~1.20Ga至~0.90Ga,很可能是研究区对导致罗迪尼亚超大陆聚合的"Grenville运动"的响应。     

地壳生长及深部物质架构研究与问题:以中亚造山带（北疆地区）为例

岩浆岩区域多元同位素示踪填图是探索地球深部物质组成架构、研究地壳生长的重要途径.中亚造山带作为全球最大、最典型的显生宙增生型造山带，发育巨量岩浆岩，是研究造山带深部物质组成架构及地壳生长的天然实验室.介绍了在中亚造山带西段的北疆地区同位素示踪填图的成果，并探讨了存在和需要研究的新问题.阿尔泰-准噶尔-天山的花岗岩同位素廊带填图初步揭示，阿尔泰中部深部物质较老，准噶尔年轻，东天山-北山更老，这种物质组成结构是同造山水平生长和后造山垂向生长的结果.西天山及邻区Hf同位素填图揭示了同一微陆块内部复杂的新老地壳组成架构，提出周期性地壳生长/再循环模式.同位素填图揭示的深部物质组成类型——尤其是年轻地壳的组成类型——仍需进一步探索.需要探索多元同位素示踪、填图结果的异同、关联性及其影响因素，并与地球物理探测、岩石学实验模拟结果相结合，最终构建以岩石探针和同位素示踪填图为核心的，结合地球物理探测、深部钻探和深部过程模拟的岩石圈三维物质与结构探测的理论和技术方法体系.      

中亚成矿域Erdenet斑岩型铜钼矿床和Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床对比

中亚成矿域位于北侧西伯利亚克拉通、南侧华北—塔里木克拉通及西侧东欧克拉通之间,与环太平洋成矿域和特提斯成矿域并称为全球三大成矿域,发育有一系列大型—超大型斑岩型铜金、斑岩型铜(金、钼)及斑岩型铜钼矿床。对比研究了中亚成矿域两个典型斑岩型矿床——Erdenet斑岩型铜钼矿床与Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床的矿床地质特征和与成矿相关的岩石地球化学特征异同。结果表明:Erdenet斑岩型铜钼矿床成矿斑岩岩性主要是花岗岩和花岗闪长岩,同时代发育的火山岩主要是安山岩、英安岩和流纹岩,属于钙碱性—高钾钙碱性系列;Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床成矿斑岩则主要是石英二长闪长岩,矿化后期的花岗闪长斑岩仅发育有弱矿化作用,同时代火山岩以英安质-玄武质岩石为主,主要属于高钾钙碱性系列。这两个矿床与成矿相关的岩石微量和稀土元素配分特征相似,均显示弧岩浆岩地球化学特征,但Erdenet斑岩型铜钼矿床显示出高Sr/Y和La/Yb值及低相容元素(Cr、Ni)含量,且与Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床相比,Erdenet斑岩型铜钼矿床具有相对富集的Sr-Nd-Hf同位素组成。结合区域地质背景资料认为:Erdenet斑岩型铜钼矿床成矿斑岩源于加厚新生下地壳物质的部分熔融作用,形成于蒙古—鄂霍茨克洋西段演化末期的陆缘弧环境;而Oyu Tolgoi斑岩型铜金矿床成矿斑岩源于亏损地幔物质的分离结晶作用,形成于与古亚洲洋北向俯冲有关的大洋岛弧环境;不同的构造背景形成了这两类具不同特征的斑岩型矿床。     

内蒙古阿拉善地块北缘沙拉扎山晚石炭世岩体地球化学特征与LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

采用LA-ICP-MS同位素测定技术,测得内蒙古阿拉善北缘沙拉扎山温都尔毛道黑云母花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为301±2Ma,属于晚石炭世侵入岩。地球化学分析结果显示,该黑云母花岗闪长岩SiO2含量为67.23%~72.57%,K2O为1.14%~1.61%,Al2O3为14.92%~17.23%,具有过铝质(A/CNK=1.06~1.1)和钙碱性特征。岩石的稀土元素总量较低(38.86×10-6~74.39×10-6),轻稀土元素相对富集,Eu总体呈弱异常(δEu=0.9~1.3)。在原始地幔标准化图解中,岩石具有大离子亲石元素(Rb、Th、K)富集及高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)亏损的特征,显示出I型花岗岩的特点。结合区域地质背景,该黑云母花岗闪长岩可能形成于俯冲背景,是洋壳板片与新生的壳源物质混合形成的产物,表明晚古生代沿着阿拉善地块北缘的俯冲至少始于301Ma。     

内蒙古阿拉善北部陶豪托西圈辉长岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄和地球化学特征

在内蒙古阿拉善地区北部庆格勒图附近零星分布着数个基性侵入岩体,陶豪托西圈辉长岩是其中最大的一个。早期资料显示,这些基性侵入岩可能形成于早古生代。2件陶豪托西圈辉长岩样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄结果一致,表明其形成时代为276~275Ma,相当于早二叠世晚期。地球化学特征表明,陶豪托西圈辉长岩中存在早期分离结晶所形成的斜长石的富集,而其中Nb的负异常可能是源区特征的反映,暗示着该岩体可能形成于俯冲背景下,而不是伸展环境下的产物。结合区域地质资料,阿拉善北部晚石炭世—二叠纪的岩浆活动存在幔源岩浆的强烈参与,这一时期该地区可能属于俯冲背景下的岩浆弧。     

越南西北部PhanSiPan地区新生代埃达克质侵入岩时代、成因及构造意义——U-Pb锆石年龄、元素地球化学和Hf同位素证据

越南西北部PhanSiPan地区新生代花岗岩,高SiO2(69.95%～70.52%)、A12O3(15.77%～17.11%)、K2O(4.97%～5.63%)、Na2O(4.29%～4.98%),K2O/Na2O=1.02～1.31、Sr(744×10-6～1316×10-6),贫Y(6.93×10-6～8.06×10-6),低MgO和CaO,富集LILE元素及LREE,亏损HREE具有典型的埃达克岩特征。采用LA-ICPMS方法对该岩体进行了U-Pb同位素定年和Hf同位素分析,结果表明该岩体为始新世(38Ma)岩浆活动的产物。锆石Hf同位素研究结果显示,εHf(t)变化范围为-5.5至+7.3,二阶段Hf模式年龄(tDM2)为652Ma至1466Ma、集中在1.1～1.3Ga,说明花岗岩岩体主要由中-(新)元古代地壳物质部分熔融形成。部分锆石具有正的εHf(t)值,可能指示花岗岩岩浆形成的过程中存在壳-幔混合相互作用。越南西北部Phan Si Pan地区新生代花岗岩和扬子地块-(哀牢山-金沙江-红河带)高钾富碱的岩石形成的时代和机制具有密切的关系,可能与印度-亚洲大陆的碰撞导致红河带区域性走滑断裂系统的形成有关。     

花岗岩与大地构造

花岗岩(广义)是地球有别于其它星球及地球上大陆地壳有别于大洋地壳的物质标志,是大陆上分布最广的岩石之一。在已有研究基础上,本文系统阐述了花岗岩大地构造的内涵、研究思路、研究内容和发展方向。花岗岩大地构造将花岗岩视为一种构造标志体、地质体,是从花岗岩角度,探索解决大地构造问题,其研究内容可概括为物理特性(构造)、物质组成(岩石地化)和年代学三大方面,具体研究内容包括:(1)巨量花岗岩浆侵位的物理特性变化及其构造意义,包括岩浆上升迁移、汇聚定位及岩体(带)形成/构建过程;(2)花岗岩体变形改造及其构造意义;(3)花岗岩物源与大陆生长及深部结构,以新老物质组成,划分造山带类型;(4)巨型花岗岩带发育过程与大陆聚散,探索超大陆和中小板块聚散的岩浆响应。花岗岩大地构造丰富了大地构造研究内容,也有助深化花岗岩体(带)形成、发育过程和构造背景的认识。它的提出是当今地球科学学科交叉、融合发展的必要。     

中亚造山系中南段早中生代花岗岩类时空分布特征及构造环境

依据锆石U-Pb年龄,中亚造山系中南段早中生代花岗岩类大致可以划分出早中三叠世(251～227Ma)和晚三叠世—早侏罗世(226～195Ma)两个阶段。早中三叠世花岗岩类,主要分布于东天山造山带中东部、北山造山带中北部、中蒙古地块、阿尔泰造山带西段及内蒙古-吉林造山带中西部地区,多沿板块缝合带及附近展布,具有准铝质-弱过铝质的钙碱性-高钾钙碱性或弱碱性花岗岩的特点,I型、S型和A型或I-A型花岗岩均有出露,且同期的超镁铁质-镁铁质岩少见。晚三叠世—早侏罗世花岗岩类,较广泛分布于全区各造山带,具有准铝质-弱过铝质的高钾钙碱性-碱性花岗岩的特点,大都为A型和I-A型花岗岩,部分具有高分异Ⅰ型花岗岩的特点,且同期的超镁铁质-镁铁质岩较发育。早期花岗岩类的稀土元素总量(ΣREE)高于晚期,但晚期较早期具显著负铕异常,晚期花岗岩Ba、Nb、Sr、P和Ti的亏损程度较早期更明显一些。花岗岩Sr-Nd同位素特征显示,华北北缘具有非常低的εNd(t)值(-19.6～-5.4)和老的tDM值(1.23～2.09Ga),以古老陆壳为其主要源区;北蒙古-西外贝加尔造山带和内蒙古-吉林造山带主体以年轻物源为主;中蒙古地块、阿尔泰造山带、东天山造山带和北山造山带在以古老微陆块为花岗岩源区的构造背景下,有部分年轻幔源组分的贡献,总体显示出早期以壳源和幔源的双源为特点,晚期以幔源为主,从早期到晚期有年轻幔源组分递增的趋势。大量新生地壳主要分布在鄂霍茨克带及其邻区,但在一些老的微陆块上,后造山或后碰撞阶段也有较多年轻幔源岩浆的底侵而导致地壳垂向生长。早中三叠世花岗岩类在中亚造山系西部地区为后造山构造背景,东部地区为同造山作用的晚期阶段;晚三叠世—早侏罗世花岗岩类为后造山或非造山或板内伸展构造背景。     

内蒙赤峰楼子店拆离断层带下盘变形花岗质岩石的时代、成因及其地质意义——锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据

对内蒙赤峰楼子店拆离断层带下盘前人划为前寒武纪岩石的糜棱状花岗质岩石中锆石进行了U-Pb年龄测定和Hf同位素测试,结果显示其时代为晚古生代至中生代。楼子店扎兰营子片麻状花岗岩的锆石206Pb/238U年龄为253.6±1.2Ma,锆石εHf(t)值为-8.6～-14.6,锆石Hf同位素地壳模式年龄为1.8～2.2Ga;朝阳沟糜棱岩化片麻状花岗岩的锆石206Pb/238U年龄为150.43±0.79Ma,锆石εHf(t)值为-5.6～-14.9,锆石Hf同位素地壳模式年龄为1.6～2.1Ga;莫里海沟片麻状闪长岩的锆石206Pb/238U年龄为127.6±3.1Ma,锆石εHf(t)值为-5.1～-13.9,锆石Hf同位素地壳模式年龄为1.5～2.1Ga。不同岩性、不同形成年龄的3个样品的εHf(t)值主要为负值,说明这些岩石主要来自地壳岩石的部分熔融。2.2～1.5Ga的锆石Hf同位素两阶段模式年龄表明它们可能主要来源于华北克拉通下地壳物质的部分熔融。结合该区已经获得的锆石U-Pb年龄,将该区古生代至中生代花岗质岩浆作用划分为4个时期:早石炭世(327Ma)、二叠纪(285～252Ma)、中三叠世—早侏罗世(241～184Ma)、中侏罗世—早白垩世(163～125Ma)。早石炭世喇嘛洞混合花岗岩的产出对应于古亚洲洋古生代向南俯冲于华北板块的时期,二叠纪花岗岩是古亚洲洋最后闭合、蒙古弧与华北陆块北缘拼合与伸展有关的岩浆活动的产物,大面积的中三叠世—早侏罗世的花岗岩是西伯利亚与华北陆块碰撞后地壳伸展的记录,中侏罗世—早白垩世(163～125Ma)岩浆活动则发育在伸展构造背景中,与岩石圈减薄存在密切的成因联系。这些新年龄资料将为华北陆块北缘古生代—中生代的地质构造演化提供重要的年代学制约。     

中蒙边境中段花岗岩时空分布特征及构造和找矿意义

本文精确地厘定了中蒙边境中段白乃庙片麻状石英闪长岩(459-454 Ma)、锡林浩特代托吉卡山中粒晶洞正长花岗岩(268±6.9 Ma)、镶黄旗巴音察汗灰白色中细粒角闪黑云母花岗闪长岩(261.7±6.1 Ma)、镶黄旗二长花岗岩(262.7±6.0 Ma)、镶黄旗哈达庙黑云母石英闪长岩(277.2±2.9 Ma)、锡林浩特白音锡勒中细粒正长花岗岩(231.1±7.6 Ma)、苏尼特左旗(东苏)二长花岗岩(216.9±5.4 Ma)、苏尼特左旗沙尔塔拉碱长花岗岩(152.1±2.5 Ma)的时代。并在前人工作的基础上, 总结了本地区花岗岩的时空分布规律: 区内花岗岩空间上呈3条近东西向的条带分布, 时间上可划分为5个重要期次:早-中古生代(490-387 Ma)、石炭纪(342-302 Ma)、二叠纪(282-257 Ma)、三叠纪(249-204 Ma)和晚中生代(152-118 Ma), 峰期间隔约为40 Ma, 并存在两条巨型碱性花岗岩带(东乌珠穆沁旗一带的二叠纪碱性岩带、华北板块北缘的晚三叠世碱性正长岩带), 岩浆活动呈现不对称性。结合区域地质、岩石、年代学等证据说明, 北部贺根山蛇绿岩与南部索伦山-西拉木伦蛇绿岩代表两个洋盆体系, 贺根山洋闭合早于中二叠世, 而索伦山-西拉木伦缝合带所代表残留古亚洲洋关闭, 中朝板块与西伯利亚板块最终碰撞拼合的时代应在晚二叠世-早三叠世。同时, 区内与花岗岩有关的矿产发育, 包括铜、钨、锌等矿种, 多产于造山后伸展或岩石圈拆沉, 区域大规模伸展环境。