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。     

内蒙古苏尼特左旗地区堆晶角闪辉长岩的发现及地质意义

通过详细的野外工作和室内研究，发现苏尼特左旗附近较广泛地分布有一种主要由角闪石和外长石组成的堆晶岩，其化学成分属基性岩范畴，可定名为堆晶角闪辉长岩。这类岩体具清楚的层状构造、堆晶结构．岩石化学成分、稀土元素、结构和构造等特征均表明，该类岩石是由富水的拉斑玄武岩浆经分离结晶作用形成的，是造山带火成岩组合中的一个主要组成部分，形成于造山构造岩浆旋回的早期阶段。     

阿尔金南缘清水泉堆晶岩年代学、地球化学特征及其地质意义

为探讨清水泉地区堆晶岩成岩时代和区域地质构造，选择沿阿尔金南缘主断裂南侧分布的清水泉堆晶辉长岩开展完成了LA-ICP-MS锆石定年，对堆晶纯橄岩、辉石岩和辉长岩开展了全岩地球化学研究。堆晶辉长岩年龄为(464.8±1.3)Ma，岩石地球化学结果表明：清水泉堆晶岩主量元素具低TiO₂含量，高Mg^#值的特点。纯橄岩、辉石岩和辉长岩稀土元素配分曲线呈现“平坦型”，与富集型大洋中脊玄武岩(E-MORB)配分一致。综合清水泉堆晶岩地化特征和区域地质构造背景认为：清水泉堆晶岩为同源岩浆分异演化的产物，其形成于伸展的构造背景，表明阿尔金南缘板块碰撞在中奥陶世已基本结束。     

新疆克拉玛依百口泉蛇绿混杂岩中辉长岩岩石学和地球化学研究

克拉玛依蛇绿混杂岩带百口泉剖面由尖晶石蛇纹岩、辉长岩、玄武岩和硅质岩组成。岩相学研究表明,百口泉辉长岩分为堆晶岩(具堆晶结构)和辉长岩(具辉长结构)两类,且均经历了低-中级变质改造。微量元素地球化学显示其岩浆起源于亏损地幔,强烈的Sr异常和Eu异常表明强烈的斜长石堆晶过程。根据其稀土配分模式推测其源区为尖晶石相的地幔橄榄岩。结合野外地质关系和地球化学特征,白碱滩尖晶石二辉橄榄岩能够代表其源区成分,利用微量元素模拟其岩浆演化过程显示:尖晶石二辉橄榄岩发生2.5%部分熔融所形成的熔体,通过10%～20%分离结晶可以形成堆晶辉长岩,经过80%～90%分离结晶则可以形成具辉长结构的辉长岩。因此,蛇绿混杂岩中零星分布的堆晶岩和辉长岩团块是同源岩浆演化的产物。对分离结晶过程中Nb元素地球化学行为的研究表明,岩浆的结晶分异能够导致辉长岩明显亏损Nb。     

四川攀西地区层状侵入体中堆晶岩成因的矿物学约束

火成岩中可以包含多种晶体群这一发现具有重要意义,使得成因矿物学重新成为揭示岩浆系统演化的基本指导思想。但是,这种重要性在许多文献中都没有得到反映,其典型实例就是镁铁质层状侵入体中堆晶岩的成因。争论在于堆晶矿物是循环晶还是母岩浆的液相线相。因此,本文致力于探讨四川攀西地区镁铁质层状侵入体中堆晶岩的形成过程,重申成因矿物学的重要意义。显微镜观察表明,堆晶单斜辉石富含Fe-Ti氧化物出溶叶片(含叶片辉石),表明其形成环境明显不同于与斜长石呈共结关系的单斜辉石(无叶片辉石);无叶片辉石和斜长石中的橄榄石包裹体呈浑圆状,表明了橄榄石与结晶环境间的热力学不平衡。橄榄石与熔体间Fe-Mg分配关系分析表明,根据母岩浆成分推测的橄榄石Fo值远低于岩体中观测橄榄石化学成分变化范围(Fo₆₁-Fo₈₁)的高限,表明至少部分橄榄石不是寄主侵入体的液相线相。橄榄石的Mg^#值(100×Mg/(Mg+Fe))与微量元素(特别是Ni)的相关关系表明存在多种橄榄石晶体群,它们形成于不同的热力学环境中。晶体沉降过程分析表明,寄主岩浆析出的晶体几乎不可能发生快速重力沉降来形成堆晶岩。所有这些证据都表明,形成堆晶岩的矿物主要来自岩浆系统深部不同的岩浆房中,是被岩浆携带输运到终端岩浆房的循环晶。     

西藏蓬湖西蛇绿岩地球化学及构造背景研究

西藏蓬湖西蛇绿岩隶属于班公湖—怒江缝合带的中段,是藏北湖区较好的堆晶岩剖面之一。形成该堆晶岩时矿物分离结晶顺序为铬铁矿→橄榄石→单斜辉石→斜长石,分离结晶作用具有由富镁质、铁质向富铝质、钙质演化趋势。堆晶岩主量元素组成与世界典型蛇绿堆晶岩成分相似;各种堆晶岩石的微量元素和稀土元素配分曲线总体上基本一致,反映其同源性;岩石Nb和Ta亏损,稀土元素含量很低,分配模式呈LREE微弱亏损的平坦型。该蛇绿岩形成于弧后盆地扩张中心,属SSZ型蛇绿岩。     

安徽钱桥-象山角闪石堆晶岩岩石学和地球化学特征

安微钱桥-象山角闪石堆晶岩是由相当于低硅闪长岩中暗色微粒包体的玄武质岩浆在9.24～12.77km深度和高水压条件下结晶分离作用堆晶形成的。残余的低硅闪长质熔体将它们携带到浅部侵位。结晶分离形成这种堆晶岩的岩浆是玄武质的,可能是由地幔岩中等程度部分熔融形成的拉斑玄武质岩石经再次熔融形成的。     

CCSD主孔高Ti榴辉岩非耦合的高Ti、低Nb（Zr）特征：对玄武质岩浆房中磁铁矿分离结晶作用的指示

利用XRF和HR-ICP-MS对中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔<700m深度高Ti榴辉岩进行了准确分析研究。结果表明高Ti榴辉岩以TFeO和Eu异常之间的相关性及非耦合的高TiO2(2.4-5.7%)、低Nb(<5.5μg/g)和Zr(<98μg/g)为特征。而且,这些榴辉岩的TiO2、V和TFeO之间正相关。高场强元素(Ti、Nb、Zr等)在不同矿物和玄武岩/安山岩熔体之间的分配系数研究表明,高Ti和低Nb、Zr之间的非耦合变化必须有磁铁矿结晶作用的参与才能够出现。斜长石的密度(p=2.61-2.76g/cm3)低于正常玄武岩熔体(p=2.8-3.0g/cm3),因此玄武岩岩浆房中结晶出的斜长石在岩浆演化早期不会和熔体分离而形成堆晶岩。磁铁矿的密度(p=5.1-5.2g/cm3)远远高于玄武岩熔体。磁铁矿的结晶分离会显著降低玄武岩熔体的局部密度而诱发斜长石晶体分离下沉并形成富集斜长石的高Fe堆晶岩。这种机制很好地解释了高Ti榴辉岩所具有的TFeO和Eu异常之间的相关性及非耦合的高TiO2(2.4-5.7%)、低Nb(<5.5μg/g)和Zr(<98μg/g)特征。本文研究表明在CCSD中的高Ti榴辉岩原岩应是由同一玄武岩岩浆房中富磁铁矿结晶作用形成的堆晶岩。高Ti榴辉岩的Ti矿化本质上源于磁铁矿结晶作用,而与其经历的超高压变质作用无关。     

镁铁质-超镁铁质层状岩体基本特征及岩浆作用

镁铁质-超镁铁质层状岩体可以产于多种构造环境,岩体具有典型的层状构造和韵律结构。层状岩体形成时主要的岩浆作用有重力分异作用、双扩散对流作用、压实作用、同化混染和岩浆混合作用等,其中重力分异作用很好地解释了层状岩体垂向上岩石类型的变化和矿物组分的变化,双扩散对流作用和岩浆混合作用在韵律层理形成过程中起了很重要的作用,而压实作用对岩浆演化晚期阶段补堆晶结构的形成作用明显,同化混染作用可改变岩浆的成分,导致岩浆分异产物的组成和成分的变化。堆晶结构的不同主要依赖于粒间液体的活动性和晶粥的渗透率,补堆晶结构形成需要高渗透率,而粒间液体不活动时将有利于正堆晶结构的形成。岩石组合、岩石结构、矿物组分及其变化规律很好地记录岩浆分异过程、岩浆补给等信息,可以用来讨论层状岩体的岩石成因：温度压力条件、原生岩浆及其演化过程等。     

大洋下地壳堆晶岩组成及其对蛇绿岩研究的启示

大洋下地壳是大洋岩石圈和蛇绿岩的重要组成部分,在洋中脊及俯冲带演化以及蛇绿岩成因研究中具有重要的意义。本文总结了不同构造环境形成的大洋下地壳堆晶岩的岩石组合、地球化学组成,以建立起适用于蛇绿岩中堆晶岩的构造环境判别标志。洋中脊和俯冲相关环境堆晶岩在Pearce图解上均区别于对应的熔岩成分,表明蛇绿岩中的堆晶岩无法应用Pearce图解进行构造环境判别。不同构造环境产出的堆晶岩在岩石组合、结晶顺序和地球化学上存在明显差异：(1)绝大多数洋中脊堆晶岩和弧后盆地堆晶岩较为类似,反映其来源于洋中脊玄武岩型母岩浆低压、贫水体系的分离结晶;(2)中大西洋脊DSDP 334的洋中脊堆晶岩较为类似弧前堆晶岩,是海水蚀变难熔橄榄岩重熔或混染的产物;(3)弧前堆晶岩的岩石学、地球化学特征与亏损的富水、富硅的玻安质熔体的低压分离结晶过程相吻合;(4)洋岛堆晶岩的特征与相对贫水、成分富集的洋岛玄武岩高压分离结晶的特征相吻合。最后,本文总结了应用堆晶岩进行蛇绿岩构造环境判别的一系列岩石学、地球化学指标,并结合日喀则蛇绿岩中的堆晶岩体和辉长岩脉的实例论述堆晶岩在蛇绿岩研究中的应用。     

北克拉拉Ezhimala深成侵入体的辉长岩—英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗岩套的地球化学

在北克拉拉,可能在Sargar期侵入的Ezhimala侵入体是一个成分上从辉长岩,英云闪长岩和奥长花岗岩到花岗岩连续变化的分异岩套。地球化学研究表明这个岩套是浅部生成的岩浆底辟侵位和分离结晶产物。在分离结晶产物中,主要的矿物相是角内石和斜长石,黑云母、钛铁氧化物是次要的分离矿物。这个岩套是这个地区许多成分多变的火成岩体之一,这些岩体是克拉拉区晚元古和早古生代重要岩浆事件的产物。     

藏北羌塘中部果干加年山早古生代堆晶辉长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄——兼论原-古特提斯洋的演化

位于羌塘中部龙木错-双湖缝合带中的果干加年山早古生代堆晶岩,主要由辉石橄榄岩、堆晶辉石岩、堆晶辉长岩、斜长岩等岩石类型组成.对堆晶辉长岩中锆石的矿物学与年代学研究表明.堆晶辉长岩中发育3种内部结构特征的锆石晶体,锆石Th、U含量和Th/U值揭示了同一岩浆系统中结晶形成的岩浆锆石.获得堆晶辉长岩SHRIMP锆石U-Pb谐和年龄461Ma±7Ma(MSWD=1.3)、431.7Ma±6.9Ma(MSWD=0.54),分别代表了青藏高原中部地区原一古特提斯洋扩张过程中早期(中奥陶世Darriwilian阶晚期)、晚期(早志留世Telychian阶中期)的岩浆作用事件.果干加年山早古生代堆晶岩具有MORB.的特征,代表了龙木错-双湖缝合带中残存的早古生代蛇绿岩,也是青藏高原中南部地区目前为止认知时代最早的原一古特提斯洋壳的残迹.羌塘中部早古生代蛇绿岩的确定及其年代学的约束,使得龙木错-双湖特提斯洋盆的形成时代至少可以追溯到中奥陶世-早志留世,并推论龙木错-双湖缝合带、南羌塘古生代增生楔及其中生代盆地和班公湖-怒江缝合带共同构成了青藏高原特提斯大洋最终消亡的巨型缝合带,晚古生代原-古特提斯洋向南的俯冲消减导致了冈底斯带石炭纪-二叠纪岛孤型火山岩、二叠纪花岗闪长岩和大洋俯冲型榴辉岩的形成.     

宽甸环斑花岗岩的同化混染成因

环斑花岗岩是发育于前寒武纪的一种特殊岩石。本文从环斑花岗岩的地质学、岩石学及矿物学等方面讨论了宽甸元古宙环斑花岗岩的成因,认为环斑花岗岩是由分异出石英二长岩的富钾质残余岩浆在深部同化围岩(类似盖县组的矽线石榴黑云斜长片麻岩及黑云母变粒岩等岩石)形成的含大量围岩捕虏晶的晶粥状岩浆,经侵位结晶而成。环斑长石的斜长石外壳是来自围岩的捕虏晶,它通过流动、吸附作用附着于钾长石巨晶的周围,构成环斑结构。     

鲁西中生代辉长-闪长岩中辉石岩捕虏体的岩石成因

鲁西中生代辉长-闪长岩中包含有变晶结构和堆积结构两种类型辉石岩类捕虏体,它们的矿物化学和岩石地球化学特征可同中国东部新生代玄武岩中的辉石岩类包体相对比.它们代表了上地幔两次岩浆底侵事件的产物.辉石岩类捕虏体母岩浆来自于含有陆壳物质的软流圈及其上部岩石圈地幔的部分熔融.辉石岩类捕虏体是由该母岩浆高压分离结晶堆积的产物.辉石岩的母岩浆在上地幔的运移是引起鲁西中生代岩石圈地幔富硅质交代作用的主要因素.     

万洋山—诸广山加里东期花岗岩的形成机制——微量元素和稀土元素地球化学证据

系统的微量元素和稀土元素地球化学研究和模式计算表明,万洋山—诸广山加里东期花岗岩的母岩浆是区域前震旦基底岩石经过80％部分熔融形成的。母岩浆通过40％的分离结晶形成花岗闪长岩;残余岩浆继续演化,经过约50％的分离结晶形成二长花岗岩;最后的残余熔体再分异、固结形成黑云母花岗岩、钾长花岗岩和花岗细晶岩。     

铜陵鸡冠山岩体中的堆晶淬冷包体

安徽省铜陵市鸡冠山岩体中发现一种新型的岩石包体──堆晶淬冷包体。这是一种辉石堆晶岩，中粒，含辉石８０％，磷灰石８％，磁铁矿４％，基质８％。基质只存在于部分辉石粒间，以斜长石为主，细粒结构，向包体边缘变为微粒结构的淬火边。这是辉石等矿物堆积后，粒间熔体尚未固结时，被对流岩浆冲碎带向浅部骤冷形成的。包体与寄主岩石具有一致的辉石成分和Ｎｄ、Ｓｒ同位素初始比值，表明包体属同源包体。     

太行山中段麻棚岩体花岗岩类岩石副矿物成因矿物学研究

通过对麻棚岩体花岗岩类岩石主要的副矿物组合(磁铁矿、榍石、磷灰石、锆石等)和相应的含量以及矿物的形态、成分,特别是花岗岩中330粒和石英闪长岩中316粒锆石群形态学的研究,结合岩相学特征,探讨了花岗岩的成因、岩浆演化及其与金矿化的关系。确定麻棚岩体为岩浆成因,岩浆物质组成以壳源为主,有幔源物质混入,为Ⅰ型花岗岩;副矿物在相对氧化环境下结晶,锆石在900℃～600℃范围内结晶。锆石结晶温度跨度大以及斑晶具有黑云母等含水矿物,表明侵位前岩浆富含水分;锆石结晶温度的峰值变化以及岩石的斑状结构表明,岩浆在侵位时曾经发生过不同程度的气—液分离。岩浆结晶过程中的相对氧化环境和岩浆的气—液分离对金矿的成矿作用具有重要意义。     

中祁连西段石板墩堆晶岩的地球化学特征及构造意义

石板墩堆晶岩位于中祁连地块西段党河断裂带北侧,主要由橄榄岩、蛇纹石化橄辉岩和辉长岩组成,具有多旋回、多韵律层的产出特征。辉长岩LA ICP MS锆石U Pb年龄为(4865 ± 33) Ma。岩石地球化学结果显示,蛇纹石化橄辉岩和辉长岩配分型式十分相似,具有富集大离子亲石元素、亏损高场强元素、LREE相对富集、HREE平坦型分布以及正Eu异常(Eu/Eu*=097~304)的特点。研究结果表明,蛇纹石化橄辉岩、辉长岩为同源岩浆作用的产物,源区为被俯冲流体交代过的软流圈地幔,形成于火山弧环境,是在岩浆作用过程中不断发生堆晶作用,并在堆晶之后再次泵入混合大量新的玄武岩浆反复进行所形成。结合区域大地构造背景,认为中祁连西段是早古生代早期在残留的微陆块基础上形成的一个火山弧增生杂岩地体。     

南岭高分异花岗岩成岩与成矿

南岭是我国花岗岩研究程度最高的地区。特别是由于这一地区花岗岩与钨、锡、铌、钽、锆、铪、铜、钼、铅、锌、银、铋、锑、铀、锂、铍、稀土等金属成矿作用关系密切而受到国内外学术界关注。一般认为,南岭花岗岩及相关的成矿作用与花岗岩浆的高度结晶分异作用有关,但高分异作用发生的原因却并不明确。本文通过详细梳理南岭中生代燕山早期花岗岩的特征提出,这些花岗岩的结晶分异作用表现为岩浆房内晶粥体和残留岩浆的长期不断分凝。区内大面积的粗粒似斑状花岗岩为岩浆房早期结晶的堆晶体(主体),而晚期细粒花岗岩则为残留的高硅熔体(补体)。岩浆房发生充分结晶分异作用受控于两个因素:其一是岩浆房自身在演化过程中不断受到来自深部热的补给,使岩浆房内富含金属元素的残留熔体不断发生抽离,并向上运移。花岗岩体顶端的伟晶岩壳是保证抽离的熔体在近封闭环境下不断发生分异的另一个重要因素。这些特征使得南岭花岗岩的分异机制明显有别于喜马拉雅淡色花岗岩,后者以沿大型拆离断层就位并发生分异结晶为主要机制,两者可分别归类为热驱动分异和构造驱动分异类型,构成高分异花岗岩发生的两大重要机制。未来应结合锂资源的国家重大战略需求,对南岭地区高分异花岗岩,特...     

A—型花岗岩的成因:实验的控制因素

关于具有特征化学成分的A-型花岗岩或非造山花岗岩的成因,人们已经提出了许多岩石成因的理论模式。对澳大利亚东南部A-型花岗岩伴生流纹岩和玄武岩双峰态组合的Watengums偏铝质花岗岩进行了实验研究,以便探讨其成因。Watergums岩浆浸入于地壳很浅的部位。且几乎处于全熔状态。因此在~-1kb时,晶-液相关系可以同岩相学上已确定的结晶顺序进行对比。资料表明,这种岩浆的最低温度为830℃,可能超过900℃推断熔体中水的含量为2.4—4.3％。这种岩浆的温度高,暗示在成因上与稍晚的I-型花岗岩是有区别的。岩石学、地球化学以及实验资料直接证明了A-型花岗岩是下部地壳中亏损熔体的I-型花岗岩源岩高温部分熔融形成,幔源岩浆(玄武岩)为产分熔融提供了热源。熔融作用很可能伴随缺少流体相而略富卤族元素的云母和闪石类矿物的分解。这些矿物是早期形成I—型岩浆后的熔融残余。由于A-型岩浆温度高、中等水分以及高F,特别当它分馏时显示出低粘度,这与A-型流纹岩、黑(?)岩流体的正常产出是一致的。相反,S-型和I-型火山岩通常为火山灰流的凝灰岩。