Late Variscan “Basin and Range” magmatism and tectonics in the Central Alps: evidence from U-Pb geochronology

Abstract

Towards the end of the Variscan orogeny, volcano-sedimentary basins were formed within the mountain hell. U-Pb age determinations on zircons of volcanic and plutonic rocks from intramontane basins of the Central Alps allows us to define the age of two volcano-sedimentary units: The former one was dated older than 333 Ma (probably Visean), the younger one was deposited in a short time span between 303 and 298 Ma (Stephanien). The latter contains tuffs (303 ± 4 Ma), ignimbrites and microgranites (299 ± 2 Ma) and intrusive rhyolites (300 ± 2 Ma) that are all coeval within analytical precision. Granitoid rocks intruded into the volcano-sedimentary rocks at 333 ± 2 Ma, 310 ± 3 Ma and 298 ± 2 Ma. An angular unconformity between the older and the younger units in the Tö di area (Aar massif) indicates uplift and erosion between 310 and 303 Ma.

Our results suggest the existence of two periods of late Variscan extension (or transtension) in the Alpine realm, both combined with magmatic activity. The extensional event of Stephaniun age is characterized by a short duration of only a few million years, between 303 and 298 Ma, comprising tectonic activity, volcanism and plutonism. The plutonic rocks are characterized by a dominant lithospheric mantle component, which was contaminated by different amounts of crostai material and might have been increasingly influenced by aslhcnos-pherie mantle melts in the course of crostai thinning. The ealc-alkaline geochemical characteristics of the granites may be explained as an inherited source feature.

The overall tectonic style and the mode of magmatism resembles the situation of the Basin-and-Kange Province (eastern USA). Consequently there is no need to invoke a late-Variscan Andean-type subduction to explain the geochemical composition of the magmatic rocks. We conclude that late-orogenic extension is an important tectonic stage of the Variscan orogeny, which lasted for some 50 million years. The extension led to thinning of the crust and upwelling of hot mantle, causing high heat flow, intrusion of mantle melts and formation of huge volumes of acid melts.     

河南省新县姚冲钼矿床流体包裹体研究

河南省新县姚冲钼矿床产于大别造山带,属于陆-陆碰撞体制的斑岩型矿床,其流体成矿过程可以分为早、中、晚三个阶段,分别以石英+钾长石±黄铁矿±磁铁矿、石英±钾长石+辉钼矿±其他硫化物和石英±碳酸盐±萤石组合为标志.热液石英和萤石中发育纯CO2包裹体(PC型)、CO2-H2O型包裹体(C型)、水溶液包裹体(W型)和含子晶多相包裹体(S型).早阶段石英中发育纯CO2包裹体、CO2-H2O型包裹体和含子晶多相包裹体,中阶段的石英则发育CO2-H2O型包裹体、水溶液包裹体和含子晶多相包裹体,在晚阶段的无矿石英脉中发育水溶液包裹体和少量的CO2-H2O型包裹体,石英-碳酸盐-(萤石)脉石英与萤石中只发育水溶液包裹体.早阶段流体包裹体的均一温度为277～ 380℃,集中于300～ 360℃,盐度变化于3.0％～10.3％ NaCleqv之间.中阶段包裹体均一温度介于185 ～ 351℃之间,集中在260～ 320℃,盐度介于2.4％ ～9.3％NaCleqv;晚阶段包裹体均一温度为139 ～245℃,盐度介于0.7％ ～6.3％ NaCleqv之间.中阶段多相包裹体中常见黄铜矿和其他透明子矿物,表明流体具有还原性、过饱和的特征,是矿石矿物沉淀的主要阶段.估算早、中阶段流体捕获压力分别集中于47 ～ 131MPa和26 ～118MPa,所对应的成矿深度分别约为4.7km和2.6～4.2km.上述流体包裹体的研究表明姚冲钼矿床的初始成矿流体具有高温、高盐度、富CO2的特征,同时预测了深部找矿潜能.     

滇西哀牢山变质岩系锆石U-Pb定年及其地质意义

哀牢山-红河构造带是滇西地区最著名的带状变质带之一,其主体由哀牢山深变质岩系(哀牢山岩群)组成,一直被认为是扬子陆块古元古代结晶基底.本文选取哀牢山深变质岩系内的花岗片麻岩(11 ALl7-1和11AL09-1)和石英岩(11AL08-1),以及邻区的花岗岩(11ALl2-1)进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年.结果显示,花岗片麻岩11 ALl7-1有岩浆和变质两类锆石,两者的206Pb/238U年龄加权平均值分别为700±6Ma(MSWD=1.4,n=14)和27.4±1.2Ma(MSWD=1.9,n=3),代表原岩形成时代和变质年龄.花岗片麻岩llAL09-1岩浆锆石206 pb/238U年龄为220±3Ma(MSWD=3.1,n=14),变质锆石年龄为31.2±2.3Ma(MSWD =6,n=5),分别代表原岩结晶时代和后期变质年龄.石英岩11AL08-1中所有锆石具有核-边结构,92颗锆石核部年龄集中分布在6组,分别为493～528Ma(n=42)、635 ～ 640Ma(n=2)、701～784Ma(n=44)、976 ～980Ma(n=2)、1839Ma(n=1)和2487Ma(n=1).92个核部分析点具有高的Th/U比值(＞0.23),指示岩浆来源.最年轻一组的42个核部年龄加权平均值为509Ma,代表石英岩原岩的最大沉积时代.7颗锆石变质边年龄为26～ 75 Ma内,代表变质年龄.花岗岩11 ALl2-1锆石206pb/238U年龄加权平均值为750±4Ma(MSWD =0.6),代表岩石形成时代.这些年龄表明哀牢山变质岩系是一个原岩复杂的变质杂岩带,它的原始物质至少包含新元古代～ 700Ma岩浆岩、～509 Ma沉积地层及220 ～ 240Ma的岩浆岩和地层,而不是以往认为的古元古代结晶基底.现今所见的哀牢山岩群“古老”岩石面貌主要是由地质历史上的浅变质或未变质的地层和岩浆岩在新生代26～31Ma发生变质变形作用改造的结果.哀牢山变质带的源区物质特征和主要岩浆事件与扬子陆块西缘十分相似,具有亲扬子的构造属性.     

大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究

流体的盐度对含羟基变质矿物组合的稳定温压条件和岩石-流体的相互作用有重要影响.流体的盐度可从矿物中氯含量的角度加以研究.磷灰石是一个含氯矿物,作为副矿物广泛分布在各种岩石中,且能在较宽的温压范围内稳定存在.本文选择大别-苏鲁造山带中典型的高压、超高压岩石开展了磷灰石成分的研究,结合前人流体包裹体的研究结果,探讨了榴辉岩相条件下流体盐度和磷灰石中的氯含量之间的关系.榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XOHAp比值与已有的流体包裹体盐度呈很好的线性正相关.榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XoHAp比值范围为0.00～0.35时,对应的流体包裹体盐度约为0～40％ NaCleqv.     

冈底斯明则-程巴斑岩-夕卡岩型Mo-Cu矿床成矿时代与含矿岩石成因

冈底斯东南缘克鲁-冲木达矿带以发育渐新世斑岩-夕卡岩型Mo-W-Cu成矿作用而有别于冈底斯中新世斑岩-夕卡岩型Cu-Mo-Au矿带,但是对渐新世成矿岩石类型及成因以及渐新世与中新世斑岩成矿作用存在差异的原因尚不清楚,严重制约了该带矿产资源潜力评价.为此,本文选择矿带内程巴斑岩型Mo矿床及明则夕卡岩型Cu矿床开展了成岩与成矿年代学及含矿岩石成因研究.明则矿区与夕卡岩矿化有关的二长岩的结晶年龄为30.4±0.6Ma,表明夕卡岩矿化时代约30Ma,这与程巴斑岩型Mo矿床矿石中辉钼矿Re-Os同位素分析所揭示的约30Ma矿化时代一致.明则二长岩的SiO2含量为55％ ～57％,K2O含量为2.7％ ～5.0％,属于钾玄岩,具有较高的MgO含量(3.5％～6.9％)、Mg#值(57.6～67.2)以及相容元素含量(Cr =34×10-6 ～379×10-6;Ni为48×10-6～116×10-6).而程巴花岗闪长岩的SiO2含量为65％ ～ 67％,K2O含量为3.2％～4.1％,属于高钾钙碱性岩,具有较低的MgO含量(1.7％～2.1％)、Mg#值(49.5～51.1)以及相容元素含量(Cr =20×10-6～39×10-6;Ni为16×10-6 ～25×10-6).二长岩和花岗闪长岩均显示富集轻稀土元素与大离子亲石元素,亏损高场强元素,具有弱的Eu负异常,但二长岩的REE含量明显高于花岗闪长岩,且具有较低的Sr/Y比值(24 ～49),后者Sr/Y比值为54～68.两种岩石均具有类似的Hf同位素组成,二长岩的εHf(t)值为+2.8～+6.8,花岗闪长岩εHf(t)值为+4.2～ +6.1.综合分析表明,二长岩是受大洋板片流体交代的富集岩石圈地幔部分熔融的产物,而花岗闪长岩是增厚的新生下地壳部分熔融的产物,二者在形成过程中可能发生了幔源镁铁质岩浆与壳源长英质岩浆的混合作用,这种壳幔相互作用导致区域斑岩-夕卡岩型Cu-Mo矿化,但由于该区隆升剥蚀强烈,上部的斑岩型Cu矿体基本被剥蚀而没有保存下来,因此现今表现为斑岩型Mo矿床.     

西藏青草山斑岩铜金矿含矿斑岩锆石U-Pb年代学、微量元素地球化学及地质意义

西藏青草山斑岩铜金矿是班公湖-怒江缝合带北侧、羌塘地块南缘新发现的具有超大型远景的斑岩型铜金矿床。本文首次对青草山含矿花岗岩闪长斑岩的锆石进行了 LA-ICPMS U-Pb年代学和微量元素地球化学研究,通过对含矿斑岩中锆石的13个点的U-Pb定年,得出锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为114.60±1.20Ma (MSWD=1.07),此年龄与同样分布于该带上的多不杂斑岩铜矿含矿斑岩成岩年龄、波龙斑岩铜矿成矿年龄基本一致。应用锆石Ti温度计,计算出含矿斑岩中绝大部分锆石的结晶温度小于700℃,如此低的结晶温度指示含矿斑岩岩浆来源于水近饱和条件下发生的部分熔融。通过对锆石微量元素的详细研究,得出青草山含矿斑岩形成于活动大陆边缘的陆缘弧环境,这与前人研究得出的多不杂斑岩铜矿的形成构造背景一致。相近的成岩成矿年龄和一致的形成构造背景揭示以多不杂、青草山、波龙斑岩铜(金)矿床为主要组成的班公湖-怒江斑岩铜矿带的客观存在。依据青草山斑岩铜金矿和多不杂斑岩铜矿的含矿斑岩和同期火山岩的地球化学特征,并结合已有弧环境斑岩铜矿的经典成矿模型,本文提出班公湖-怒江斑岩铜矿带形成的动力学机制,即在早白垩世,班公湖-怒江洋壳向北俯冲,大洋板片向下俯冲到一定深度时,发生大规模脱水作用,释放的流体交代上覆地幔楔,诱发其部分熔融,产生的富含成矿物质的岩浆向上运移,在浅部地壳发育成与成矿相关的岩浆房,部分岩浆上升直接喷出地表,形成下白垩统美日切错组火山岩,部分浅成-超浅成侵位成斑岩体及斑岩型矿床,随着岩浆的多点多期次侵位,最终形成班公湖-怒江斑岩铜矿带。     

大兴安岭成矿带北段区域地球化学背景与成矿带划分

大兴安岭成矿带是中国最重要的有色金属成矿带之一,资源潜力巨大,其北段是中国除新疆以外唯一存在地质空白的地区,矿产勘查与研究程度低。笔者通过对其区域地球化学场特征、大中型内生金属矿床分布规律、区域控矿地质条件的研究,初步认为本区优势内生金属矿产是钼矿、银铅锌矿,其次是金矿和铜矿,潜力矿种是铀矿;以德尔布干、鄂伦春-伊尔施两条深断裂为界,其两侧地球化学背景、成矿环境、矿种及成矿类型差异很大,并将大兴安岭成矿带北段划分为：德尔布干Ⅲ1、大兴安岭西坡Ⅲ2、嫩江Ⅲ3等3个Ⅲ级成矿亚带10个Ⅳ级成矿区。     

南北地震带强震迁移特征及其预测意义

在分析南北构造带构造体系的基础上，研究了该带强震的时空动态图象演化，结果表明，南北带的地震活动有如下特征：（１）经向迁移，其空间演化有步进型和步进折返型两种形态；（２）远程的快速响应；（３）诱发地震的链锁分布，该特征反映了强震间的相互耦合，对未来强震具有示踪意义，（４）时空可公度性，该结果对分析判定本带的地震趋势从而实现正确的预测具有实际意义。     

金州朝阳断裂带的活动特点与地震

对比研究了金州、朝阳两断裂带的活动特点及分段特征，探讨了断裂带赋存的深部环境与地震孕育，发生的关系。     

造山带环境中的东疆型镁铁—超镁铁杂岩

新疆东部黄山－镜儿泉一带产有大－中型铜镍矿床的镁铁－超镁铁岩体是中石炭统弧后盆地引张环境下的热侵位产物，主要岩石类型有橄榄岩、辉橄岩、橄辉岩、二辉岩、辉长苏长岩、苏长辉长岩、辉长岩、橄长岩、辉长岩和闪长岩等；其超镁铁岩相对富铁．不具变质组构，并具橄榄石＋斜方辉石＋单斜辉石＋角闪石±斜长石矿物组合；岩石化学以富硅、贫碱、贫铝、贫钙为特征，并具拉斑玄武岩系演化趋势。这些岩体是造山带杂岩体的一种新类型，可称为东疆型。