金鸡岭产铀花岗岩体印支期侵位的岩浆动力学证据及其构造意义

通过对南岭西段金鸡岭花岗岩体地质-岩石地球化学特征研究,判明该岩体的侵位深度(7.5km)、围岩温度(270℃)及岩浆初始温度(950℃),建立起金鸡岭花岗岩体的数学计算模型,分别计算得出:金鸡岭花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间(Δtcol)为3.91Ma;由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间(ΔtL)为2.92Ma;由于金鸡岭花岗岩体放射性元素含量(U——16.5×10-6,Th——51.3×10-6,K2O——4.82%)是世界平均花岗岩放射性元素含量(U——5×10-6,Th——20×10-6,K2O——2.66%)的3倍左右,金鸡岭花岗岩熔体侵位后产生的放射性成因热使结晶过程延长的时间(ΔtA)为34.5Ma,远长于按世界花岗岩平均放射性元素含量计算的ΔtA*(2.82Ma)。金鸡岭花岗岩体的侵位-结晶时差(ΔtECTD)为41.3Ma,结合锆石U-Pb年龄值(156Ma),通过反演计算得出金鸡岭花岗岩体侵位年龄值(tE)为197.3Ma,从而为该岩体属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学证据。     

“花岗岩锆石U—Pb年龄能代表花岗岩侵位年龄”质疑——花岗岩锆石U-Pb年龄与全岩Rb-Sr等时线年龄对比证据

通过花岗岩体的64对锆石U-Pb年龄(tZr)与全岩Rb-Sr等时线年龄(tRb)之间差值Δt(Δt=tZr-tRb)进行的频数统计分析表明:Δt直方图呈对称正态分布(偏度系数CSK=0.150;峰度系数CKU=4.274);Δt既有正值又有负值;Δt的众数值为2.0Ma,但远低于花岗岩基冷却—结晶所需的时间(>16Ma);采用最小二乘法计算,花岗岩体64对锆石U-Pb年龄(tZr)和全岩Rb-Sr等时线年龄(tRb)拟合出相关系数很高(r=0.9967),回归系数接近l(斜率为0.99354)的线性回归方程(tRb=0.99354tZr 2.15163)。该回归方程的常数项(2.15163Ma)与Δt众数(2.0Ma)基本一致。这些特征表明,从总体来看,花岗岩体的全岩Rb-Sr等时线定年测定结果与锆石U-Pb定年测定结果是一致的,从而为花岗岩锆石U-Pb年龄不能代表花岗岩侵位年龄提供了证据。     

花岗岩浆侵位与结晶固化时差的研究与构造意义:以南岭骑田岭花岗岩基为例

通过对南岭中段骑田岭花岗岩基地质-岩石地球化学特征研究, 判明了该岩基的侵位深度（5.5 km）、围岩温度（196℃）及岩浆初始温度（950 ℃ ）,建立起骑田岭花岗岩基的数学计算模型,计算得出： 骑田岭花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间（Δt col） 为4.1 Ma;由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间（Δt L）为2.6 Ma; 由于骑田岭花岗岩基放射性元素含量 （U-15.3×10-6,Th-51.35×10-6,K2O-5.02%）是世界平均花岗岩放射性元素含量（U-5×10-6,Th-20×10-6,K2O-2.66%）的2~3 倍,骑田岭花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的时间（Δt A） 为35.4 Ma,远长于世界平均花岗岩计算的Δt A（2.93 Ma） 。因此, 骑田岭花岗岩基的岩浆侵位- 结晶固化时差 （Δt ECTD）为42.1 Ma, 结合锆石U-Pb 年龄值（161 Ma）, 通过反演计算得出骑田岭花岗岩基侵位年龄值（t E ）为203.1 Ma,从而为骑田岭花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证。     

燕山早期花岗岩基印支期侵位的岩浆动力学证据及构造 意义:基于南岭8个岩体侵位年龄计算结果

根据各花岗岩体地质构造特征、有关的热物理参数及主体花岗岩的放射性元素含量,采用简化的立方体数学模型计 算得出:南岭地区8个花岗岩基侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间(Δtcol)为3.9(金鸡岭)~5.5 Ma(九峰); 由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间(ΔtL) 为2.6~3.5 Ma ;花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的 时间(Δt A)为 5.2(陂头)~45.1 Ma(姑婆山) 。南岭地区 8 个燕山早期花岗岩基的侵位-结晶时差(△t ECTD)为 12.1(陂头) ~52.2 Ma(姑婆山), 结合锆石U-Pb年龄通过反演计算得出其侵位年龄 (tE ) 为194.4 (陂头)~219.3 Ma(九峰)。这为 南岭燕山早期花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证, 揭示出近东西向展布的南岭晚中生代造山带具有印 支期构造格架(以侵位年龄为代表)和燕山早期花岗岩(以锆石 U-Pb 年龄为代表) 的双重特征。     

“花岗岩锆石U-Pb年龄能代表花岗岩侵位年龄”质疑——花岗岩锆石U-Pb年龄与全岩Rb-Sr等时线年龄对比证据

通过花岗岩体的64对锆石U-Pb年龄(tZr)与全岩Rb-Sr等时线年龄(t_Rb)之间差值Δt（Δt=t_Zr-t_Rb）进行的频数统计分析表明: Δt直方图呈对称正态分布(偏度系数C_SK=0.150; 峰度系数C_KU=4.274); Δt既有正值又有负值; Δt的众数值为2.0Ma, 但远低于花岗岩基冷却—结晶所需的时间(>16Ma); 采用最小二乘法计算,花岗岩体64对锆石UPb年龄(t_Zr) 和全岩Rb-Sr等时线年龄(t_Rb) 拟合出相关系数很高(r=0.9967), 回归系数接近l(斜率为0.99354)的线性回归方程(t_Rb=0.99354t_Zr +2.15163) 。该回归方程的常数项(2.15163 Ma)与Δt众数(2.0Ma)基本一致。 这些特征表明, 从总体来看,花岗岩体的全岩Rb-Sr等时线定年测定结果与锆石U-Pb定年测定结果是一致的, 从而为花岗岩锆石U-Pb年龄不能代表花岗岩侵位年龄提供了证据。     

花岗岩锆石U-Pb年龄与全岩Rb-Sr等时线年龄对比研究及其地球化学意义

对国内外32个花岗岩体的锆石U-Pb年龄与全岩Rb-Sr等时线年龄之间差值（Δt）进行的频数统计分析表明：Δt呈对称正态分布（偏度系数CSK=0.36;峰度系数CKU=2.99）;年龄差（Δt）既呈正值又有负值,其均值为2.08Ma;相对年龄差（Rt）小于5%。采用最小二乘法计算,花岗岩体锆石U-Pb年龄（tZr）对全岩Rb-Sr等时线年龄（tRb）拟合出相关系数很高（r=0.998）,回归系数接近l（α=1.003）的线性回归方程（tRb =1.003tZr +1.258）。这些统计特征表明,从总体来看,花岗岩体的Rb-Sr等时线定年测定结果与锆石U-Pb定年测定结果是一致的,花岗岩全岩Rb-Sr等时线定年方法是成熟、可信的,同时也为花岗岩锆石U-Pb年龄代表结晶年龄而不代表花岗岩侵位年龄提供了依据。     

关于南岭中生代花岗岩侵位年龄与锆石U-Pb年龄的时差问题:与章邦桐教授等讨论

从南岭中生代花岗岩的显微结构特征、花岗岩液相线和固相线的已有实验成果、锆饱和温度信息、花岗岩体几何形态以及它们与围岩的接触关系等角度,提出这些花岗岩中锆石结晶温度较高,其结晶年龄与花岗岩岩浆侵位年龄之间的时差较小,很可能在锆石U-Pb年龄测定的误差范围内,因此,花岗岩中锆石的U-Pb年龄,能近似地代表花岗岩岩浆的侵位年龄。     

花岗岩浆晶出锆石U Pb体系的封闭温度≥850℃”质疑

根据实验条件及元素扩散作用理论分析,本文认为Lee等(1997)和Chemiak等(2000)进行花岗岩锆石中U和Pb扩散系数实验得出的“锆石U-Pb同位素体系封闭温度＞900C”结论只适用于解释源区岩石升温产生部分熔融形成花岗岩浆过程中存在残留锆石的情况,而不表明从花岗岩浆晶出锆石的U-Pb同位素体系封闭温度≥850℃.对花岗岩体的523对锆石U-Pb年龄(tz,)与全岩Rb-Sr等时线年龄(tRb)差值△t(△t=tzr-tRb)进行的频数统计分析表明:①△t既有正值又有负值,△t直方图呈正态分布(偏度系数CSK:-0.205;峰度系数CKU=5.093);②花岗岩体△t值的分布不存在系统正(或负)偏差,而受偶然因素(实验误差)支配.这些锆石U-Pb年龄和全岩Rb-Sr等时线年龄进行的相关分析拟合出相关系数很高(R =0.997),回归系数接近1的线性方程(tzr=0.999775×tRb+0.06898Ma).这表明花岗岩锆石U-Pb定年结果与全岩Rb-Sr等时线定年结果在误差范围内一致,不存在花岗岩锆石U-Pb同位素年龄大于花岗岩全岩Rb-Sr等时线年龄的规律.     

湖南骑田岭芙蓉矿田成岩成矿时代的厘定及其地质意义

通过对湖南骑田岭岩体芙蓉超单元南溪单元中粒斑状角闪石黑云母二长花岗岩、芙蓉矿田白腊水矿区的10号矿脉中蚀变花岗岩型锡矿石、19号矿脉中矽卡岩型矿石矿物、42号含矿花岗斑岩体和ZK801钻孔(80~90m)的细粒花岗岩的Rb-Sr、Sm-Nd和锆石SHRIMP U-Pb同位素年代学研究,分别获得南溪单元弱蚀变花岗岩全岩Rb-Sr等时线年龄为146±10Ma(95%可信度)和岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄为155±6Ma(95%可信度),蚀变矿化花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为156±5Ma(95%可信度),10号蚀变花岗岩型矿脉矿石的Rb-Sr等时线年龄为137±5Ma(95%可信度),19号矽卡岩型矿脉的矿石—矿物Sm-Nd等时线年龄为133±15Ma(95%可信度);42号含矿花岗斑岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄为146±5Ma(95%可信度);ZK801钻孔中细粒花岗岩全岩的Rb-Sr等时线年龄为140±7Ma(95%可信度)。上述精确的年代学研究结果表明,芙蓉超单元花岗岩侵位时间为燕山早期,而不是印支期。由此推测骑田岭芙蓉超单元花岗岩形成于早—中侏罗世,它的构造环境可能为地壳处于强烈剪切挤压晚期,而区内花岗斑岩和细粒花岗岩岩浆活动可能发生在140~145Ma之间,其构造环境可能为地壳由挤压剪切向拉张伸展转化的时期形成的;白腊水矿区不同类型矿床年代学研究结果(133~141Ma)清楚地表明,其成矿作用的时间与区内花岗斑岩和细粒花岗岩的岩浆活动时间有明显的耦合关系。据此推断,骑田岭芙蓉锡矿是在晚侏罗世,地壳由挤压剪切向拉张伸展转化的时期形成的。而与芙蓉花岗岩主体侵入岩浆活动无直接成生关系。     

花岗岩体高温热年代学研究的新思路、方法及计算实例

对国内外花岗岩体723 对锆石U-Pb 年龄（t _Zr）和全岩Rb-Sr 等时线年龄（t _Rb）进行的相关分析, 拟合出相关系数很高
（Ｒ =0.997）, 回归系数接近l 的线性回归方程（t _Zr=1.0005×t _Rb+0.493041）。 Δt _Zr-Rb（t _Zr-t _Rb）频数统计分析表明: Δt _Zr-Rb呈对
称正态分布（偏度系数C _SK=0.193; 峰度系数C _KU=6.722）, 其均值为0.624 Ma, 众数值为1.0 Ma。这表明花岗岩体锆石U-Pb 定
年的测定结果与全岩Rb-Sr 等时线定年测定结果在允许的误差范围内是一致的。不存在花岗岩体锆石U-Pb 年龄必定大于全
岩Rb-Sr 等时线年龄的规律表明,同位素热年代学方法只适用于研究花岗岩结晶固结后的低温热演化史。 前人根据锆石U-Pb
年龄和全岩Rb-Sr 等时线年龄差值及相应同位素体系封闭温度研究的10 个花岗岩体的冷却速率（CR Zr-Rb）表明,它们与岩
体体积尺度不相关,这有悖于“热物体的体积（质量）愈大,则在相同热物理条件下其冷却速率愈小”的热物理学基本定律。
根据热传导理论及本文作者（2010）提出的侵位结晶时差概念我们得出“在相同热物理学条件下,体积尺度是决定花岗岩
体冷却速率最主要因素”的结论。以上述10 个花岗岩体为例,本文计算得出它们在结晶固结前高温阶段的冷却速率（CR _ECTD）
并拟合出冷却速率与岩体体积尺度呈幂函数关系：CR _ECTD=7544.7×D -2.1686, 计算结果符合热物理学基本定律。