原位微区同位素分析在花岗岩成因研究中的应用

花岗岩及其伴生的镁铁质岩石是构成大陆地壳的重要组成部分,是大陆形成演化的标志物。花岗岩的成因研究,包括花岗岩的岩浆源区及成岩过程,蕴含着大陆地壳生长、岩石圈演化等重要信息。随着二次离子质谱仪(SIMS)和激光多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)的问世,原位微区(in-situ)元素和同位素分析方法开发以及应用使花岗岩成因研究,尤其是花岗岩的岩浆源区和成岩过程等方面得到长足的进展。在仔细阅读相关文献的基础上,结合笔者近年来相关研究工作,综述花岗岩成因研究中原位微区同位素源区示踪和成岩过程的最新进展,以期推动我国花岗岩及原位微区同位素分析方法等相关研究。     

Acasta片麻杂岩多期次热事件:来自锆石、榍石和磷灰石的原位微区年代学证据

本文使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)和二次离子质谱(SIMS)对Acasta片麻杂岩样品碎片(大小约1cm²)中的锆石、磷灰石和榍石进行了原位微区定年,以制约Acasta片麻杂岩的热演化历史.这些样品碎片中的锆石显示多期年龄,反映了继承锆石的存在或者锆石结晶后的再生长过程.结合前人研究,本文锆石数据揭示, Acasta片麻杂岩经历的多期岩浆事件发生时间分别为:>3.96、约3.72和约3.57Ga.样品AY199中榍石的PbPb等时线年龄为(2911±22)Ma(95%置信水平, MSWD=1.5),与Acasta片麻杂岩记录的太古宙最后一次岩浆事件年龄一致.样品AC478和AY066中榍石U-Pb年龄分别为(1932±270)Ma(95%置信水平, MSWD=2.3)和(1813±45)Ma(95%置信水平, MSWD=2.3).样品P090803-C中磷灰石的Pb-Pb等时线年龄为(1833±26)Ma(95%置信水平,MSWD=1.4).样品AC478、AY199和AY066中磷灰石U-Pb年龄分别为(1850±20)Ma(95%置...     

华北东部早白垩世A型花岗岩与克拉通破坏

A型花岗岩是非造山的、无水的碱性花岗岩, 具有独特的矿物学、岩石学和地球化学特征, 形成于造山后、板内非造山或者地幔热柱等伸展动力学背景, 蕴涵着大陆地壳生长、岩石圈演化及区域构造发展等大陆动力学的重要信息.在华北东部广泛分布着一期中生代A型花岗岩及伴生的碱性岩, 结合前人的研究成果以及笔者近年来的研究发现: 它们主要侵位于早白垩世(130~110Ma), 来源于上地壳、下地壳和地幔等多元源区, 是不同成分的岩浆经过分离结晶、岩浆混合作用形成; 综合区域地球动力学研究和A型花岗岩本身的地球化学特征, 认为华北东部早白垩世A型花岗岩形成于地壳伸展背景之下, 是岩石圈减薄和克拉通破坏的浅部地质响应, 标志着华北东部岩石圈减薄和克拉通破坏作用的峰期.      

岩浆储库的活化：以浙江西部马头石英二长岩为例

东南沿海地区发育大量早白垩世晚期到晚白垩世早期的碱性岩, 主要为石英正长岩和石英二长岩。然而, 这些岩石的成因一直都存在争议。为了明确这些岩石的成因, 本论文选择了浙江西部的马头岩体进行研究, 分析了其中石英二长岩全岩主微量元素组成和矿物相特征, 并结合锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素、锆石微量元素、磷灰石微量元素和斜长石电子探针等技术对其进行了详细研究。锆石U-Pb定年结果显示, 马头岩体形成于100±1Ma, 属于早白垩世晚期岩浆活动产物。野外观察发现, 马头岩体中发育大量的闪长质暗色包体。马头石英二长岩中的锆石ε_Hf(t)(-10.4~-0.4)变化极大, 表明其是由古老陆壳来源的酸性岩浆与地幔来源基性岩浆混合所形成。马头岩体中的锆石结构十分复杂, 在CL图像上普遍显示出黑色的核部、白色的幔部以及黑色的边部。最早期的黑色锆石核部具有相对高的Th、U、Hf含量, 变化较大的Eu/Eu^*(0.5~0)、Zr/Hf (40~70)和Th/U比值、Ti含量, 表明它们结晶自地壳中的演化程度较高的低温且结晶度较高的硅质岩浆储库。白色的幔部锆石具有低的Th、U、Hf含量, Eu/Eu^*比值相对较高(0.15~0.37), 表明由于基性岩浆的注入导致先存岩浆储库发生活化和熔融, 使得岩浆储库内温度升高且熔体比例增加, 而随着矿物进一步结晶, 晶体间隙之中的熔体演化程度升高, 其中结晶了最晚期的具有高U和Hf含量、低Eu/Eu^*和Zr/Hf的黑色锆石边部。斜长石电子探针数据表明, 随着斜长石斑晶的结晶, 岩浆储库经历了晶体-熔体分离过程, 导致活化后储库内的熔体从富钙向富钠演化, 最终结晶形成了细粒状的石英和钠长石。石英二长岩中的磷灰石具有较低的Sr含量(113×10^-6~417×10^-6), 较高的U、Y、轻稀土和较低的重稀土含量, 表明先存岩浆储库在经历活化之后, 也经历了斜长石、榍石和磷灰石等矿物的分离结晶。锆石记录了岩浆储库的活化和熔融过程, 而斜长石和磷灰石等矿物仅记录了岩浆储库活化后的晶体-熔体分离和熔体抽离过程。因此, 马头石英二长岩表明其代表岩浆储库活化后经历了熔体抽离的残余岩浆储库, 与之同时形成的高硅流纹岩(或高硅花岗岩)是从岩浆储库中抽离出的富硅熔体。最后, 我们研究表明岩浆储库在大部分时间内处于低温、低熔体比例的状态, 基性岩浆的注入使得先存岩浆储库经历了活化和熔融, 这是浅部地壳岩浆储库能再次经历晶体-熔体分离和火山喷发的关键因素。

     

青藏高原西南部赛利普超钾质火山岩富集地幔源区和岩石成因:锆石U-Pb年代学和Hf同位素制约

西藏拉萨地块西南部赛利普钾质-超钾质火山岩为一套含地幔包体的粗面安山岩,高K2O,MgO、Cr、Ni含量,K2O/Na2O比值和Mg#,为地幔低度部分熔融的原始岩浆,或经橄榄石、单斜辉石或Fe-Ti氧化物分离结晶.岩石强烈富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,富集放射性成因Sr、Pb和Nd同位素,指示岩浆源区为富集地幔.采用LA-ICP-MS测定赛利普钾质-超钾质火山岩三件样品的18颗新生岩浆锆石U-Pb年龄为15.8～19.2Ma,其中钾质岩石样品SL0628中11个点的加权平均值为17.7±0.3Ma,与他人获得的40Ar/39Ar年龄一致.三件样品中新生岩浆锆石的εHf(t)变化范围为-7.6～3.9,平均地壳模式年龄(tDMC=0.86～1.59Ga)变化较大,除两个分析点显示亏损特征外,总体显示富集特征,表明岩石源于富集源区,但有少量亏损地幔物质加入.三件样品共获得49颗继承锆石的U-Pb年龄介于20～1907Ma,其Hf同位素组成(εHf(t)=-25.9～5.3)和平均地壳模式年龄(tDMC=0.79～4.08Ga)变化较大;其中的37颗年龄较小的继承锆石(20～110Ma)指示地幔源区可能受到四期明显的岩浆改造事件(62.2～64.0Ma,43.3～55.1Ma,29.5～37.7Ma和20.1～27.4:Ma)和两个岩浆活动间歇期(70～90Ma和37.7～43.3Ma).在拉萨地块首次发现29.5～37.7Ma的岩浆活动,并发现与林子宗火山岩同期的、Hf同位素富集的岩浆活动(62.2～64.0Ma,εHf(t)=-21.2～3.0).三件样品中49颗继承锆石的Hf同位素研究表明源区富集组分可能源自拉萨地块古老地壳基底和俯冲的印度大陆地壳.赛利普钾质-超钾质岩石形成可能是印度大陆地壳前缘撕裂和分段俯冲的结果.     

含U副矿物的原位微区U-Pb定年方法

同位素地质年代学是解决地质体时、空演化及大陆动力学等地学研究的基础,而副矿物U-Pb年代学是常用的定年方法之一。含U副矿物广泛分布于各种类型的岩石中,其U[CD*2]Pb年龄可提供地质体演化过程中所发生的地质事件的时代,而传统的热电离质谱全溶年代学分析只能提供样品年龄信息的平均值。随着仪器科学和分析技术的进步,副矿物的原位微区U-Pb测年方法成为近年来U-Pb同位素地质年代学发展的主导趋势。与锆石相比,其它副矿物的U-Pb同位素体系相对比较复杂,经常含较高的普通Pb。在仔细阅读相关文献的基础上,结合近年来相关研究工作,综述副矿物原位微区U-Pb定年以及普通Pb校正方法研究的最新进展,以期推动我国副矿物原位微区U-Pb定年方法相关研究及其在地质学中的应用。     

华北中生代岩浆作用与去克拉通化

华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,其去克拉通化作用的时间、范围和机制等重要科学问题是国内外研究的热点。大规模岩浆作用是去克拉通化作用的地质表现之一,通过对华北地区侵入岩侵位时代、源区、成岩过程的研究,可有效反演其去克拉通化作用的时空范围、过程及可能的动力学机制。华北东部广泛发育大面积的中生代侵入岩,本文在作者近十年研究的基础上,通过总结华北东部中生代侵入岩的锆石U-Pb年代学资料,厘定了华北东部中生代岩浆活动主要分为三叠纪、侏罗纪和早白垩世三期;通过岩浆源区、岩石成因研究,探讨不同时期岩石圈(地幔和大陆地壳)性质和厚度的转变及破坏的空间范围;在此基础上,结合区域地质特征初步探讨了华北去克拉通化的地球动力学机制。     

湖南锡田花岗岩锆石U-Pb年代学及钨锡成矿时代的探讨

华南是世界上最大的花岗岩省之一,其中中生代花岗岩最为发育,与之相伴生的是大量钨锡多金属矿床,花岗岩的成因演化因与这些矿床的成矿作用密切相关而备受关注。湖南锡田花岗岩体是该区的一个典型岩体,主要由黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩和细粒花岗岩组成,并伴生有钨锡矿床。本文以湖南锡田花岗岩体为研究对象,对其中不同类型的岩石进行了详细的岩石学和锆石SIMS与LA-ICP-MS U-Pb定年工作。分析结果表明,锡田花岗岩体存在晚三叠世(227~233Ma)和晚侏罗世(150~154Ma)两期岩浆活动,早期的岩浆活动主要分布在岩体北部和中部,晚期岩浆活动仅在岩体中部及东部矿体附近可见,两期岩浆活动具有相同的岩性组合。另外,对含矿花岗岩的锆石U-Pb定年结果表明该地区可能存在晚三叠世的成矿作用,结合前人的工作推断锡田地区钨锡矿的形成受晚三叠世和晚侏罗世两期岩浆事件的影响。     

湖北金山店大型矽卡岩型铁矿热液榍石特征和原位微区LA-ICPMS U-Pb定年

本文对湖北金山店大型矽卡岩型铁矿床的矽卡岩和钠长石化岩体中的热液榍石进行了LA-ICPMS微量元素和UPb同位素定年分析,结果表明,与方柱石和透辉石矽卡岩中的榍石相比,钠长石蚀变岩中的榍石具有明显偏低的稀土元素含量和明显的轻重稀土分异、更小的δEu值、较低的Th、U、Lu含量和Th/U、Lu/Hf比值,以及高的Hf含量,表明二者的形成环境有所差异。热液榍石中的Ti可能主要来自于蚀变过程中岩体含Ti副矿物榍石、钛铁矿和金红石等矿物的分解。热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年结果表明,矽卡岩和钠长石蚀变岩中的榍石形成时代分别为129.5±1.1Ma~130.4±1.2Ma和127±12Ma,与前人所得的成岩成矿时代在误差范围内一致,代表了成矿阶段的热液活动时间。热液榍石的年龄与鄂东南地区铁-铜矿化类型时代相近,均形成于区域早白垩世岩石圈减薄的环境。研究结果表明热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年是确定矽卡岩型铁矿矿床年代的一种有效方法。     

中生代古太平洋板块俯冲诱发华北克拉通破坏的物质记录

华北克拉通破坏与古太平洋板块俯冲密切相关是当今学界的重要共识,但缺乏华北克拉通破坏峰期古太平洋板块俯冲的物质证据.为解决这一问题,本文对华北克拉通东北缘(辽东-吉南地区)中生代火山岩开展了详细的岩石学、锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究.研究发现,辽东-吉南地区中生代火山岩主要为玄武粗安岩-粗安岩-粗面岩和安山岩组合,形成于早白垩世(129~124Ma),均富集大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、Th等)和轻稀土元素、亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti等),表明其来源于与俯冲相关的地幔源区.这些岩石具有不均一的同位素组成,其中,碱性玄武粗安岩-粗安岩-粗面岩具有富集的全岩Sr-Nd-Hf、锆石Hf同位素组成和与地幔类似的锆石O同位素,表明其母岩浆来源于同位素富集的岩石圈地幔的低程度部分熔融,而钙碱性安山岩则具有相对亏损的同位素组成(锆石εHf(t)高达+5.2)和高的锆石O同位素组成(δ18O=+8.1^+9.0‰),揭示它们来源于遭受俯冲流体/熔体交代的地幔源区,交代介质来源于俯冲到深部的低温热液蚀变洋壳.辽东-吉南地区早白垩世火山岩是由来源于富集地幔和交代地幔的两种不同性质的岩浆混合形成,利用锆石Hf-O同位素组成有效识别出的低温热液蚀变洋壳组分,为中生代古太平洋板块俯冲对华北克拉通破坏影响提供了确凿的物质记录和同位素证据.