岛弧环境中不同成因的火成岩组合及其地质意义

岛弧环境的形成是与大洋板块俯冲作用有关,由俯冲流体作用于地幔楔部分熔融形成的钙碱性火成岩组合是岛弧环境中物质组成的主体。此外,目前还识别出与俯冲作用有关的其它的岩石类型:埃达克岩、富铌玄武岩、TTG、赞岐岩、玻安岩等,它们指示着不同的地球动力学背景、壳—幔相互作用过程以及源岩发生部分熔融的物理化学条件。本文主要对形成于岛弧环境中不同成因的火成岩组合的特征、形成机制、成矿作用及动力学意义进行了综述。     

地幔转换带中的水及其地球动力学意义

综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩"pyrolite"模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。     

云南祥云马厂箐富碱斑岩体的地球化学特征及其形成的构造环境

云南祥云马厂箐岩体处于扬子板块西缘与NW向的金沙江—哀牢山深大断裂带东侧交汇部位,属于哀牢山—金沙江富碱侵入岩带的组成部分。马厂箐岩体主要为花岗斑岩、二长斑岩和正长斑岩,岩体化学成分具有富碱、富铝和高钾的特点。岩石富集大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、Th和U)和轻稀土元素(LREE)、相对亏损高场强元素(Ta、Nb和Ti),且Ta、Nb和Ti具"TNT"负异常;LREE/HREE值为8.04～23.99,δEu值为0.72～0.88,负Eu异常不明显;n(87Sr)/n(86Sr)值范围为0.7072～0.7086,均值为0.7080,高于原始地幔现代值0.7045;n(143Nd)/n(144Nd)值范围为0.5121～0.5124,均值0.5123,低于原始地幔现代值0.512638;ISr值范围为0.7061～0.7075,均值为0.7070;εNd值范围为(3.1～(10.2,均值为(6.8。马厂箐岩体既不属于传统的含碱性暗色矿物的碱性岩类,也不同于典型的A型花岗岩,应属于富碱侵入岩类;岩体的岩浆起源于壳—幔物质混合的一种所谓EMⅡ型富集地幔源;其壳幔混合特征,主要是俯冲进入上地幔的地壳物质与地幔物质发生了源区混合作用的结果;形成于碰撞后的板内构造环境。     

粤北302铀矿床同位素地球化学研究

位于粤北诸广山岩体东南部的302铀矿床是我国规模较大、埋藏较深的花岗岩型铀矿床之一。该矿床产于印支期油洞岩体和燕山早期长江岩体的断裂蚀变带内,矿区内NWW向基性岩脉十分发育,矿体呈似脉状、扁豆状或透镜状。同位素研究表明,矿石的沥青铀矿Sm-Nd和U-Pb等时线年龄（70 Ma）与油洞岩体（232 Ma）、长江岩体（160 Ma）的年龄相差巨大;主成矿期成矿流体的δDH2O值为-65‰～-82‰（平均为-75‰）,δ18OH2O值为6.8‰～0.6‰（平均为3.9‰）,反映出成矿流体主要由地幔流体组成;方解石的δ13C值为-8.4‰～-5.3‰,表明矿化剂ΣCO2也来自地幔;矿区内辉绿岩的（87Sr/86Sr）i值为0.70861～0.70882,花岗岩的（87Sr/86Sr）i值为0.73519～0.77152,萤石的（87Sr/86Sr）i值为0.71474～0.71697,表明成矿组分Sr可能来源于基性脉岩（幔源）与赋矿花岗岩体（壳源）,并呈不同程度的混合,而主成矿组分铀主要来源于赋矿花岗岩体。     

塔里木和中亚造山带西段二叠纪大火成岩省的两类地幔源区

对塔里木和中亚造山带西段二叠纪玄武质岩石地质、年龄、元素地球化学、同位素组成的系统总结表明,二叠纪火成岩在分布面积、岩石类型(以玄武岩占绝对优势)、活动时间(以275Ma左右为峰期)等方面均与世界典型的大火成岩省一致,将其命名为巴楚大火成岩省(Bachu LIP)。元素和同位素地球化学特征表明,塔里木玄武岩来自长期富集的岩石圈地幔,来源深度为60~80km。塔里木基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩的原始岩浆可能来自软流圈地幔(OIB)部分熔融。中亚造山带西段的玄武岩、基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩主要来自被俯冲带熔体交代的强烈亏损的岩石圈地幔,其中部分地区可能有软流圈物质的加入,如东天山和阿勒泰南缘高Ti系列的玄武质岩石。根据元素和同位素地球化学资料,将巴楚大火成岩省分为2个地幔省(mantle domain),即塔里木省和中亚省。这2个不同地幔省的成矿系列也有显著的差异,塔里木省为钒-钛磁铁矿矿床,而中亚则以铜-镍-(铂族金属)硫化物矿床为主,成矿作用的差异和岩浆地幔源区的差异是完全对应的。综合地质、地球化学和成矿作用,认为巴楚大火成岩省的形成和二叠纪地幔柱密切相关。     

Geochronology and geochemistry of Cretaceous Nanshanping alkaline rocks from the Zijinshan district in Fujian Province,South China: Implications for crust–mantle interaction and lithospheric extension

In situ zircon U–Pb ages and Hf isotopic data, major and trace elements, and Sr–Nd–Pb isotopic compositions are reported for Nanshanping alkaline rocks from the Zijingshan district in southwestern Fujian Province (the Interior or Western Cathaysia Block) of South China. The Nanshanping alkaline rocks, which consist of porphyritic quartz monzonite, porphyritic syenite, and syenite, revealed a Late Cretaceous age of 100–93 Ma. All of the rocks show high SiO₂, K₂O + Na₂O, and LREE but low CaO, Fe₂O₃^T, MgO, and HFSE (Nb, Ta, P, and Ti) concentrations. These rocks also exhibit uniform initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of 0.7078 to 0.7087 and ε_Nd(t) values of −4.1 to −7.2, thus falling within the compositional field of Cretaceous basalts and mafic dikes occurring in the Cathaysia Block. Additionally, these rocks display initial Pb isotopic compositions with a ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb_i ratio of 18.25 to 18.45, a ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb_i ratio of 15.63 to 15.67, and a ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb_i ratio of 38.45 to 38.88. Combined with the zircon Hf isotopic compositions (ε_Hf(t) = −11.7 to −3.2), which are different from those of the basement rocks, we suggest that Nanshanping alkaline rocks were primarily derived from a subduction-related enriched mantle source. High Rb/Sr (0.29–0.65) and Zr/Hf (37.5–49.2) but relatively low Ba/Rb (4.4–8.1) ratios suggest that the parental magmas of these rocks were most likely formed via partial melting of a phlogopite-bearing mantle source with carbonate metasomatism. The relatively high SiO₂ (62.35–70.79 wt.%) and low Nb/Ta (10.0–15.3) ratios, positive correlation between SiO₂ and (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_I, and negative correlation between SiO₂ and ε_Nd(t) of these rocks suggest that the crustal materials were also involved in formation of the Nanshanping alkaline rocks. Combined with geochemical and isotopic features, we infer magmatic processes similar to AFC (assimilation and fractional crystallization) involving early fractionation of clinopyroxene and olivine and subsequent fractionation of biotite-dominated assemblages coupled with a lesser amount of crustal contamination, thereby forming the Nanshanping alkaline rocks. The Nanshanping alkaline rocks appear to be associated with an extensional environment in the Cathaysia Block. This extensional regime could have resulted in the slab break-off and rollback of the subducting paleo-Pacific plate and the upwelling of the asthenospheric mantle, which induced partial melting of the enriched lithospheric mantle in the Cretaceous.     

超级喷发(超级侵入)后成矿作用

本文仿照超级喷发的概念定义了超级侵入,并将超级火山对应于大型岩基.文章聚焦于这样一个科学问题:为什么大规模成矿作用发生在紧接着超级喷发和超级侵入之后？为此,首先探讨了峨嵋山地幔柱系统的活动规律.尽管少数学者对玄武质岩浆大规模喷出之前的千米级地壳隆升提出了质疑,峨嵋山火山岩系第一旋回底部玄武岩直接覆盖在喀斯特之上的新观察支持千米级隆升的认识.这表明,峨嵋山地幔柱快速上涌之初期,岩石圈子系统在相当长一段时间没有作出伸展响应,尽管局部已经发生了地壳岩石的部分熔融.因此,岩浆通道形成之后,首先喷出了巨厚层玄武岩,并且后者裹挟了部分长英质岩浆.此后,岩浆喷发的规模振荡性减小,直至消失和地表沉降.斜长石巨斑玄武岩和苦橄岩中橄榄石斑晶与基质间的不平衡表明这些晶体属于循环晶,暗示岩浆曾经在深部岩浆房滞留了相当长的时间,这将导致岩石圈受热膨胀和再次隆升以及岩浆的冻结.因此,下一阶段岩浆活动的开始要求有一个冻结岩浆房的活化机制.依据野外地质学和岩相学观察,文章详细描述了流体活化机制,并强调了提出这种机制的必要性.虽然多数作者偏好升温活化机制,流体活化机制对长英质和镁铁质岩浆成矿系统都是必需的.进而,结合地幔名义无水矿物的H₂O丰度及其对岩浆产生过程的贡献,提出岩浆产量与减压速率正相关而与流体产量反相关的观点.尽管水流体可以有效降低地幔橄榄岩的固相线温度从而有可能提高岩浆产量,新生代玄武岩中橄榄岩包体依然含有未分解的角闪石和云母且名义无水矿物依然含有较多的H₂O,表明快速减压条件下含水暗色矿物的分解反应和名义无水矿物的脱水作用都是低效的.将这种认识与峨嵋山地幔柱系统的振荡性运动结合在一起,结合成矿作用的基本解是成矿金属从流体中析出的认识,可以得出超大型矿床必然形成于超级喷发和超级侵入之后.攀枝花式铁矿的观察表明,两类代表性矿床都具有铁矿浆侵位发生在成矿系统演化最后阶段的特点.因此得出结论:超大型矿床的形成取决于岩浆通道向流体通道的转换.如果岩浆通道在尚未完全封闭之前被含矿流体所利用,大规模流体快速上升将产生超大型矿床.含矿流体透过残留于通道中的熔体上升,不仅冲刷通道中的残留熔体并使其聚集在火山岩系之下或侵位于其下部形成含矿小岩体,而且持续注入于小岩浆体中的含矿流体可以导致岩浆强烈分异形成层状岩体.当通道中残留熔体被消耗殆尽,沿着通道上升的只有含矿流体.这些含矿流体充填在自生长裂隙中并强烈排气,最终可形成矿浆型富矿体.考虑到通道的规模与关闭速率的关系,推测超级喷发/侵入发生时的岩浆主通道更容易转换为含矿流体通道,因而是圈定找矿靶区的首选目标.该模型似乎与观察结果相吻合,并可与岩浆成矿系统的复杂性、小岩体成大矿理论、透岩浆流体成矿理论和通道成矿假说有机地结合在一起,较合理解释了超级喷发/侵入后成矿作用的地球动力学背景和成矿过程.由于长英质和镁铁质岩浆系统中均可见岩基,我们建议将这类成矿作用统称为岩基后成矿作用.     

Low-velocity structure beneath Africa from forward modeling

Seismic waveforms observed in South Africa containing the first arrival crossover of S to SKS (70° to 110°) are analyzed. The data consist of analog records from the World Wide Seismographic Station Network (WWSSN) of deep events beneath South America. The S-waves arrive 2 to 3 s early relative to PREM at ranges from 70° to 95° and then become increasingly delayed, becoming 5 to 6 s late at 110°. The SKS phase is late by 3 to 5 s over the entire range. This pushes crossover between S and SKS, normally observed at about 81°, out about 2° to 3°, which is the most anomalous shift ever reported. To model such features, we modified Grand's tomography model [Grand et al., GSA Today 7 (1997) 1–7], and generated 2D synthetics to match the data. The overall shape and position of the lower mantle low-velocity anomaly proposed by Grand predicts good results if lower mantle anomalies are enhanced to a level of about 4%. This results in a complex tabular structure extending upward from the core–mantle boundary about 1500 km into the mantle. These features appear to be consistent with a large young plume which is erupting off the CMB.