花岗岩类中钾长石巨晶成因研究进展

本文回顾了钾长石巨晶成因认识的发展历程:梳理了钾长石巨晶的各种地质特征,讨论了认识过程中存在的若干争论,特别是两种针锋相对的模型;指出钾长石在成核生长过程中经历了一个复杂的物理化学过程,包括物质和能量的交换,强调在这个反复的过程中,外部热源(基性端员或新侵位的岩浆)、结晶潜热和差应力对流等所供给的热源可使钾长石的近于固相线附近维持较长的时间。最后指出了研究中存在的问题以及未来研究方向。     

西秦岭三叠纪酸性侵入岩中高An值斜长石的成因及其地质意义

研究I型花岗岩中再循环晶的成分和结构特征，对揭示岩浆系统的形成和演化历史以及壳源和幔源岩浆的相互作用具有重要的意义。本文以西秦岭北西段三叠纪过马营复式岩体内的不同造岩矿物为主要研究对象，通过对具有不同结构特征的斜长石"粗晶"和黑云母展开电子探针（EMPA）、LA-ICP-MS微量元素面扫描、原位Sr同位素分析，来探讨含高An斜长石的成因，示踪不同岩浆房端员的属性，约束岩浆演化过程并建立多级岩浆房模型。过马营复式岩体的岩性分为偏铝质花岗岩类和过铝质花岗闪长岩类，两类岩性中均存在An值呈突变的筛状结构斜长石，即高An（72~85）区与低An（20~55）区在同一颗粒中并存，其对应主、微量元素也存在截然变化。与低An区相比，高An区具有高Fe、Mg，高Ba的特征。高钙区斜长石可进一步分为两类，第1类高钙区斜长石（An₈₀-₈₅），和第2类高钙区斜长石（An₇₂-₇₈）。第1类高钙区比第2类高钙斜长石区具有更高的Ca、Al、Fe、Mg、Ba含量。本研究中斜长石晶体存在核_高An-边_低An与核_低An-幔_高An-边_低An两种不同类型的环带结构，表明其各自的生长过程有所不同。高An区与低An区之间An值跳跃式的变化与对应主、微量元素Fe、Mg、Sr、Ba含量特征均指示斜长石成分差异并非晶内扩散、动力学作用以及物理条件的变化造成的，更可能形成于开放的岩浆系统。本文认为斜长石粗晶为再循环晶，其内部的高An区形成于深部富H₂O玄武质岩浆，低An区形成于浅部酸性岩浆房（偏铝质与过铝质）。两种不同高钙区斜长石及其对应的主、微量元素差异指示它们很可能结晶于两批次不同的玄武质岩浆，其中第1类高钙区斜长石的母岩浆相对更富Fe、Mg、Ba。两种玄武质岩浆携带高An斜长石沿岩浆通道向上运移，上升过程熔蚀先前结晶的高An斜长石，将其带入浅部酸性岩浆房后与内部花岗质/花岗闪长质岩浆发生混合。混合之后的岩浆沿高An斜长石残晶边部继续结晶生长，同时高温玄武质岩浆的注入导致浅部岩浆房已结晶的低An斜长石被熔蚀形成筛状结构，随后玄武质岩浆、混合后岩浆依次沿其边部继续生长。我们认为两批次的玄武质岩浆体积较小并未对浅部酸性岩浆房成分造成大的影响。     

西秦岭宕昌地区晚三叠世酸性火山岩的锆石U-Pb年代学、地球化学及其地质意义

西秦岭造山带在早中生代发育了以印支早期(245~234Ma)和印支晚期(225~205Ma)两期高钾钙碱性花岗岩占绝对优势,并伴有少量火山岩的强烈岩浆活动。本文报道的西秦岭宕昌火山岩总体上是一套以流纹岩为主,并含粗面岩和英安岩的酸性火山岩组合。流纹岩锆石U-Pb测年结果为229Ma,限定其喷发时代为晚三叠世早期。宕昌火山岩属于过铝质的高钾钙碱性-钾玄岩系列,以富集Rb、Ba、Th、U、K并相对亏损Nb、Ta、Ti、P为特征,(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.7048~0.7068,ε_Nd(t)=-4.3~-4.0,亏损地幔模式年龄(t_DM)为1.20~1.24Ga。宕昌火山岩起源于下地壳富钾变基性岩的部分熔融,部分岩浆还可能受到了少量地幔或上地壳物质的混染,源区深度约40km。西秦岭地块存在扬子型的中新元古代基底,但不同地段的基底特征存在较大差异。华北板块与扬子板块在西秦岭地区的初始碰撞可能接近229Ma,宕昌火山岩则形成于以整体挤压为主、局部剪切伸展为辅的地壳逐渐加厚的动力学环境。     

云南马关新生代钾玄质玄武岩的岩石学与地球化学特征及构造环境

云南马关地区广泛出露了一套富含大量幔源包体和捕掳晶的新生代玄武岩.对该地区的新生代玄武岩进行了岩石学和地球化学方面的研究, 为该地区自新生代印度-欧亚大陆碰撞以来发生的岩浆活动及壳幔物质交换等问题提供重要的信息和岩浆岩约束.研究表明: 该区玄武岩具有富碱且富钾的特征, 其中全碱含量w(K₂O+Na₂O)变化在2.94%~8.23%之间、K₂O/Na₂O在0.44~6.72之间, 21个样品平均的K₂O/Na₂O比值为1.26.采用火山岩类型系列与划分方法, 确定本区多数岩石属于钾玄岩类的玄武岩或碧玄岩.岩石具有富集LREE和LILE的特征, 经球粒陨石/原始地幔标准化后的稀土元素配分形式和微量元素蜘蛛图均具有与OIB相似的特征.岩石中含有大量深源岩石包体, 斑晶含量少且结晶程度低, 相容元素Ni含量较高等特点, 符合原生岩浆的基本特征; 唯有Mg#(0.49~0.72)偏低, 可能与源区本身的性质或者源区发生的壳幔混合作用等因素有关.根据钾质岩石构造环境判别标准, 显示岩石形成于板内环境, 其成因与印度-欧亚大陆的碰撞诱发的软流圈物质向高原东南方向侧向挤出有关.      

黑龙江五大连池市卧虎山农场土壤营养元素地球化学特征研究

为研究火山岩地区土壤中营养元素的浓度水平及其空间分布特征,选取黑龙江五大连池卧虎山农场为研究区,系统采集41件表层土壤样品,测试分析氮、磷、钾等植物营养元素以及有机质、pH值等15项指标,绘制元素地球化学图,掌握了该区营养元素含量的空间分布特征。根据相关标准,评价土壤中营养元素的丰缺水平。结果表明:(1)研究区为酸性土壤,土壤营养元素含量总体丰足,只有硼含量稍缺或缺乏;(2)土壤营养元素具有明显的空间分布规律,以卧虎山北部含量较高、跃进水库附近较低为特征;(3)研究区为温暖湿润条件下的中等化学风化,伴随着成土作用营养元素持续从岩石释放到土壤中,且有机质对土壤营养元素具有良好的吸附性。本研究为当地农业生产中养分的合理利用和农业种植规划提供了第一手数据资料。     

岩质圆形隧洞围岩应力场弹塑性新解

鉴于目前隧洞围岩应力场弹塑性分析多采用Mohr-Coulomb准则分析而未能考虑岩石中间主应力的不足,选取米勒试验中第Ⅱ类岩石材料,以具有完整性围岩结构特征的岩质圆形隧洞为研究对象,应用统一强度理论推导出了岩质圆形隧洞围岩应力和塑性区半径等弹塑性理论新解,已有的修正芬纳公式和卡斯特纳公式是本文解在b=0情况下的退化形式。通过分析获得了一些新的认识和结论,对工程实践具有较好的指导意义。     

西秦岭甘加地区OIB型钾质拉斑玄武岩的发现:对西秦岭晚中生代大陆裂谷作用的启示

西秦岭晚中生代火山岩出露于青海省泽库县多福屯地区、甘肃省夏河县红墙和甘加地区。初步研究表明,甘加火山岩属于一套钾质拉斑玄武岩。该玄武岩富集REE、LILE及HFSE,但轻、重稀土元素分馏程度及不相容元素含量均略低于典型OIB和西秦岭晚中生代钠质碱性玄武岩。岩浆起源于软流圈释放的小体积富挥发份硅酸盐熔体交代形成的富集岩石圈地幔,并在上升中经历了较大程度的镁铁质矿物的分离结晶作用。岩石具有典型的陆内OIB成因特点,既不同于前人提出的甘加海山玄武岩,也不属于“二叠纪隆务峡-甘加蛇绿岩”组成部分,而与西秦岭晚中生代钠质碱性玄武岩均为大陆裂谷系OIB型岩浆作用的产物。甘加玄武岩可能具有比较复杂的岩石组合,跨越了晚古生代到晚中生代的一个较长时间范围。西秦岭晚中生代的大陆裂谷作用夭折于岩石圈拉张的早期阶段,它的出现及研究区广泛发育的近SN向或NW向断裂,可能是贺兰-川滇南北构造带与大型走滑断裂系复杂叠加并相互影响与改造的表现。     

源区组成与转熔矿物组合的选择性带入对花岗岩成分变化的影响:以南秦岭宁陕花岗岩体群为例

南秦岭构造带发育大规模早中生代花岗质岩体群,它们是研究源区组成和转熔矿物的选择性带入（PAE）对酸性侵入岩成分变化影响的理想对象。锆石U-Pb定年结果表明,宁陕花岗质岩体群可划分为2个期次：早期以懒板凳岩体（二长花岗岩）为代表,形成时代约为223~220Ma,对应于同碰撞阶段;晚期以胭脂坝和老城岩体（石英闪长岩-花岗闪长岩）为代表,形成时代约为211~196Ma,对应于后碰撞阶段。所有花岗质岩石样品具有SiO₂含量变化大且相对含量高的特点（SiO₂>68%）,同时Cr、Ni含量较低,这些特征指示了岩浆演化过程中未经历明显的壳幔混合作用。在F-An-Or图解中,宁陕花岗岩样品沿着岩浆分离结晶趋势线分布,且它们的Sr-Nd同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_（t）=0.705348~0.705483;ε_Nd（t）值为-4.5~-4.7）组成较为均一,暗示其经历的同化混染作用较轻微。此外,元素协变图表明,宁陕花岗岩经历了角闪石+黑云母±斜长石的分离结晶。通过对比宁陕花岗岩与各种无水实验熔体,本文推测宁陕花岗岩的源区主要为杂砂岩和砂屑岩,而非玄武质地壳岩石。深成岩体的ε_Hf（t）值和二阶段Hf模式年龄表明其源区主要为中元古代地壳。主、微量元素（如Ti、Ca）与镁铁指数（摩尔Fe+Mg）的协变演化进一步表明,宁陕花岗岩是由含黑云母的砂屑岩（或杂砂岩）部分熔融形成,并伴随有单斜辉石、钛铁矿、锆石、磷灰石和榍石等转熔矿物组合的选择性带入。     

东昆仑香日德地区晚三叠世花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、岩石成因和构造意义

东昆仑地区广泛分布了大量花岗岩.已有的研究工作表明,东昆仑地区的花岗岩主要形成于晚二叠世-中三叠世和晚三叠世两个时期.本文提供了香日德地区二长花岗岩和花岗闪长岩的锆石U-Pb定年数据和全岩化学,稀土微量元素及Sr、Nd同位素地球化学研究资料,结合前人对该区不同时期花岗岩的研究成果,对香日德晚三叠世花岗岩的成因及其形成的动力学背景进行了讨论.研究表明东昆仑东段香日德地区的二长花岗岩和花岗闪长岩分别形成于223.2±1.7Ma和220.6±1.5Ma,属晚三叠世花岗岩浆作用的产物.根据该花岗岩的主量元素(特别是A/CNK比值),岩石富集大离子亲石元素(LILE:Rb、Th和K)和轻稀土(LREE),明显亏损高场强元素(HFSE:Nb、Ta、Ti和P),以及岩石具有相对高的I_sr值(0.70820~0.71148)和相对低的ε_Nd(t)值为-6.4~-3.6和较古老的模式年龄t_2DM(1.5~1.7Ga)等地球化学特征,论证了该花岗岩的成因,指出香日德花岗闪长岩-二长花岗岩的起源和成因与碰撞后的背景下岩石圈的拆沉诱发的古老地壳物质的部分熔融作用有关,晚三叠世花岗岩岩浆作用是对自晚海西期以来幔源玄武质岩浆长期的底侵作用及地壳不断加厚的一种响应.它进一步证明在东昆仑地区,阿尼玛卿古特提斯洋的俯冲作用一直持续到早三叠纪,至晚三叠世才全面转入陆内碰撞造山阶段.晚三叠世花岗岩与晚二叠世-中三叠世花岗岩在暗色包体含量、岩浆混合作用的特征等方面的差异,可以用幔源物质贡献量的差异以及花岗质岩浆作用所经历的MASH过程的不同来解释.     

西秦岭碌础坝石英闪长岩-花岗闪长岩的地球化学、矿物学研究及其地质意义

不同成因类型的花岗岩组合,反映出不同的物源组成或迥异的岩浆演化过程。为了进一步探讨西秦岭造山带中生代花岗质侵入岩的成因、矿物结晶条件和地球动力学背景,选择西秦岭东部碌础坝岩体内的石英闪长岩和花岗闪长岩为研究对象,对其开展详细的野外地质调查以及系统的岩相学、矿物学和岩石地球化学研究。研究结果表明:碌础坝石英闪长岩和花岗闪长岩的SiO₂含量范围为59.65%~67.36%,A/CNK为0.82~1.04,K₂O/Na₂O=1.11~1.74,Mg^#值为47~53,显示出准铝质-弱过铝质特征,属于高钾钙碱性岩石,其中花岗闪长岩为I型花岗岩;岩体具有富集Rb、Th、U、K和Pb等元素,亏损Nb、Ta、P和Ti等元素的特征,具有中等Eu负异常(δEu=0.50~0.77),轻重稀土分馏明显((La/Yb)_N=9.43~30.37)。碌础坝花岗质岩石中斜长石的An值介于18~53之间,以中长石为主,部分斜长石显示振荡环带;角闪石为镁角闪石,部分角闪石具有环带结构,且核部Mg/(Mg+Fe²⁺)值较高(0.88~0.91)并具有富钙特征(CaO含量为17.80%~22.67%),但Al₂O₃含量较低,指示角闪石核部与边部的形成环境具有明显差异;黑云母Mg/(Mg+Fe²⁺)值为0.44~0.57,为镁质黑云母。碌础坝花岗质岩石中全岩和各类矿物的温度计算结果显示,全岩锆饱和温度为736~795 ℃,角闪石结晶温度为704~824 ℃,黑云母结晶温度为700~746 ℃。三种方法计算的结晶温度相近,表明岩体形成于中温环境。碌础坝岩体角闪石全铝压力计结果为1.0~3.5 kbar(1 bar=100 kPa),平均形成深度为6.8 km;黑云母结晶压力为0.9~1.4 kbar,平均形成深度为4.1 km。角闪石湿度及氧逸度计显示其相对氧逸度为ΔNNO=0.1~1.3,含水量为3.9%~6.3%。结合前人资料,认为西秦岭碌础坝岩体由角闪岩为主的变基性岩部分熔融形成,幔源组分的参与导致其具有高Mg^#值、高Cr和Ni等元素含量的特征。碌础坝岩体形成于洋-陆俯冲向陆-陆碰撞转换的阶段。