南大周新民讲座2岩石大地构造、花岗岩地质与华南花.ppt

岩石大地构造 花岗岩地质 与华南花岗岩,南京大学 地科系 周新民 E-mail:M:1 3 7 7 0 5 0 7 1 2 6 2010 10 26,中国地大(北京)校游泳馆,在中国地质大学(北京)讲座 2,岩石大地构造学问题花岗岩地质与人文花岗岩类型：划分 识别 实例 起源 存在问题花岗岩中岩石包体：长英-镁铁质岩浆混合作用花岗岩“石臼”:一种外动力效应花岗岩形成的构造环境：地质学家的关注华南晚中生代花岗岩成因讨论,提 纲,岩石大地构造学问题 地球的动力源 地球运动基本框架(板块构造与地幔柱构造),全球有两个独立的动力体系 地球动力源区在核幔边界,耗热能 10%耗热能 85%(据Davis 1999 Dynamic Earth),哥伦比亚玄武岩 黄石公园热点-地幔柱初始阶段,地球历史上最不平静的场所,地幔柱 板块构造,Vp 8-10km/s湍流导致磁场,外核-内核-地幔的物态和转速Vp的差异 是全球动力之根源,地球的纵剖面,地核:间接证据证明 地核由铁镍合金组成 内核是固体 外核是流体 正 是流体的湍流(约1m/h 慢速)产生了地磁场 磁极可倒转 但反复 无常 间隔几千万年 Jeanloz R 科学1984 No.1,月 球 磁 场形成后 6-9 亿年内有磁场 此后即消失 其原因是岩浆上浮 有磁场 当岩浆中 U Th衰变 耗尽热 使传导停止 磁场消失,地磁场与地核起始形成年代2007 4 5自然：对南非花岗岩中长石 石英地磁场测试表明 地球在32亿年前就已拥有相当强大磁场(比原25亿年提早7亿年)可以很好地抵御太阳风 从而使地球大气层没有被逐渐剥离 地球上的生物也免遭致命的辐射 地磁场由地球液态金属核对流形成,地幔柱-热点的数量,1963 年 Wilson 首先提出热点概念(Can J Phy 41 86370)解释夏威夷-皇帝山 火山链成因 识别了16个热点1976 年 Burke&Wilson 117个热点(Sci Am 235 4657)1979 年 Chase 24个 热点(Nature 282 4648)1980 年 Crough&Jurdy 42个热点(EPSL 48 1522）,From YG XU,玄武岩分布 d12000km 厚 12km 地形隆起裂谷（三叉型）岩墙群,有两个 分布在南太平洋和非洲（据全球P波层析资料）诱发：全球升温 黑色页岩 海面升高 石油/矿产形成,超 级 地 幔 柱(Maruyama S 1994 JGS Japan 100 2449),地 质 证 据岩 浆 活 动,减压熔融柱头大 玄武岩量多柱顶最热 产生苦橄岩“污染”少柱侧温度低 泛流玄武岩,巨量高原玄武岩,地 幔 柱,地幔柱构造模型 200km 以下地球深部构造,柱头 呈蘑菇状 因热柱上升快和地幔粘滞而不断变大 热柱浮力导致岩石圈垂向运动 柱头大小 取决于起源深度 来自核幔边界(2900km)时 柱头 d1000km 至岩石圈底部(660km)时达 2000km 厚100-200km 来自上-下地幔边界时 柱头 d500km 地慢柱 由热柱源区物质和周围地幔物质混合而成 热柱源区物质 富Os 因地核富Os 187Os/188Os 高于原始 地幔20%也富He 高 3He/4He 代表去气的下地幔源 柱尾细长主要来自核幔边界 D(核幔边界附近地震波 波速梯 度异常低的地区）地幔柱活动导致 生物大绝灭(66Ma和250Ma)和大火成岩省 其面积 10万km2 厚5km 短时(约3Ma内)快速喷发 弯隆状地形 玄武岩为主 富LIL 亏NbTa 与大陆裂解时间匹配,热点分布,John A.Tarduno撰文(科学美国人2008年第2期):以太平洋上的皇帝海山为样本 热点也在移动！颠覆传统的发现 它让地质学家们惊呼 板块漂移的坐标丢了 让板块运动学说遭遇了前所未有的麻烦,Namibia,J1 1797Ma 厚0.9km 7800km2,J3K1 140110Ma 厚1800m 120万km2,Parana CFBs 喷发于J3-K南大西洋打开时,侏罗-白垩纪时 冈瓦纳大陆裂解-打开前 由超级地幔柱诱发的泛流玄武岩(据Cox 1978 Nature 274 4749),地球上的伤疤 东 非 裂 谷 系,东支长 5800km西支长 1700km深 10002000m宽 30200km形成于 50Ma以来山高海拔 5199m裂谷加宽几cm/年再过2亿年 诞生第五大洋30多个深湖(-150m)13次火山喷发,红海阿法尔大断层 三周开裂 8m红海将先成大洋 厄埃两国成岛 Science 060720,地幔柱隆升引起大陆裂解,东非裂谷,火成岩形成的构造环境,岛弧-活动大陆边缘裂谷板内伸展 挤/张-剪切-剪张(含滑脱),1,3,4,2,5,运动中的板块与运动速率,板块聚敛三形式,夏威夷岛链与地幔柱,3.8-5.6 Ma,一,1.3-1.8,1.0,0.7至今,(EARTH Tarbuck&Lutgens),据岩石中钍和氦同位素研究 地球上板块因热上涌而运动 但不是一直在运动曾短暂停止于距今15亿和3.5亿年前 Science 080107,洋-陆,洋-洋,陆-陆,珠穆朗玛峰新高度为8844.43m 051009,珠穆朗玛峰,岩石圈缩短2500km 开始碰撞于 55Ma BP,珠穆朗玛峰,印度板块与欧亚大陆的撞击 抬升了喜马拉雅山 Nature 2007,世界第三极近60Ma年间 印-藏碰境所致相关南中国海形成于近30Ma,印度板块以高于一般4倍的 20cm/年高速率 向青藏推挤 诱发巨量抬升和7-8级地震 Nature Oct 2007,地 质 历 史 上 三 个 超 大 陆,哥伦比亚超大陆 距今19-15 亿年前(Columbia)罗迪尼亚超大陆 距今10-7.5 亿年前(Rodinia)潘基亚超大陆 距今2.9-2.5 亿年前(Pangea),Rodinia,Pangea,(EARTHTarbuck&Lutgens),从 Rodinia超大陆到 Pangea超大陆(历时约5亿年)Dalziel,I.W.D.,科学,1995,No5,Pangea 超大陆 2.6 亿年前,裂谷扩张速率的估算：据火山岩组合和岩石结构,A 041223,B 041226,里氏 8.1 级,里氏 9.0 级,04年12月震惊世界大海啸大地震重创 7个亚洲 1个非洲国家 震力如1万颗原子弹死亡 27万余人底浪时速800km 上岸浪高30m造成海底长1300km 高10m隆升型海隆,050329 里氏8.5级,2007 3 6 11:49苏门答腊 6.6级,2007 4 2所罗门群岛8.0级 抬升海岛 3m,汶川地震里氏 8.0 级都是印度板块惹的祸,板块与地震,美国地勘局统计 1900-2007“太平洋火圈”平均年发生19.4起 里氏 7.0级以上地震,中生代环太平洋“火圈”与矿产 新生代时 环太平洋尚有12个岛弧,西藏的季风 树叶和荒漠化,荒 漠 化,上升的温暖干 燥 空 气,30004000米,20003000米,1000米以内,大量的降雨,西藏高原,喜马拉雅山脉,小的单叶干冷气候,锯齿边的 中 叶冷湿气候,具有光滑边和“滴水叶尖”的大叶湿热气候,从印度洋吹来的潮湿气流/风,据青藏地调院报告 1975年以耒荒漠化增长率8.3%现面积已达50.61万km2 比30年前增加3.88万km2 其原因是 变暖 少雨 渡放牧 工程 旅游,青藏高原不是中国和亚洲的水塔,黄河源地区 阿尼玛卿山 哈龙冰川冰舌末端位置对比 200710,1981 6 MatthiasKuhle摄,2005 9 JohnNovis摄,花岗岩地质与人文,翁文灏(1889-1971)与章鸿钊 丁文江 李四光一起 被公认为 中国地质科学四大奠基人之一 初识和创建“燕山运动”最早研究中国花岗岩的先驱(1926),李四光(1889-1971)苏州花岗岩雕像 南大地科系楼前,黄汲清(1904-1995)最早(1937-1945)指出华南花岗岩的多时代性,1927年 翁文灏代表中国地质调查所 与美方北京协和医院达成书面协议：1928年起 接受洛克菲勒基金会2.2万美元;步达生负责开展周口店野外工作;“一切标本归中国地调所所有,但人类学材料在不运出中国的前提下,由北京协和医院保管,以供研究之用。”“一切研究成果在中国古生物志或中国地调所其他刊物,以及中国地质学会出版物上发表。”,地质学研究与人文精神,上犹花岗岩(3),跳马涧组(D2 t)长石砂岩,徐克勤 铜像 在南大,“假花岗岩”：古风化壳,第一个被发现被“假花岗岩”覆盖的是 上犹花岗岩体：加里东期 发现人徐克勤等(1957)由此 开拓了华南地质研究新局面,舒良树 攝供,花岗岩地质1,第二个被发现被“假花岗岩”(残存古风化壳)覆盖的花岗岩是 S-型休宁岩体：晋宁期,休宁砂岩Z2,休宁花岗岩,休宁岩体,休宁砂岩 Z2,休宁岩体 皖南休宁县城北 为堇青石石榴石花岗闪长岩 33km2 960Ma(全岩Rb-Sr n=6)Nd(t)0 侵位深度约 24km 由中晚元古代玄武岩-沉积岩部分熔融形成(研究于1958-1988),长石砂岩“假花岗岩”残存古风化壳,花岗岩地质2,中,Cd,上,Gt,休宁岩体 位于皖南休宁县城北 为堇青石石榴石花岗闪长岩 33km2 960Ma(全岩Rb-Sr n=6)Nd(t)0 侵位深度约24km 由中晚元古代玄武岩-沉积岩部分熔融形成(研究于1958-1988),下,“假花岗岩”,(-),(+),第二个被发现被“假花岗岩”(残存古风化壳)覆盖的花岗岩是 S-型休宁岩体：晋宁期,花岗岩地质2,Cd,残留 Zir,Zir,Bi+FeTi Oxide,花岗岩类岩石 是含石英的侵入岩(含侵出岩)而花岗质岩石 其含义更广 还包括相应喷出岩 狭义花岗岩 指碱性长石数量(面积/体积%)或斜长石 而石英约占矿物总量1/3的花岗岩类 花岗岩类岩石 约占我国大陆面积 9(80余万km2)分布于各种大地构造单元 是大多数金属矿产的成矿母岩/母岩浆 鉴此 花岗岩类岩石是研究地壳发生 演化 成矿过程的重要对象,川西 1997,花岗质岩石 是水平岩层之外 构成旅游自然景观唯一地质体,南岭花岗岩,二云母花岗岩 Nd(t)-10.6广东翁源下庄 TDM 1.76Ga,石榴石花岗岩 Nd(t)-10.7江西大余西华山 TDM 1.8Ga,方钠正长岩 Nd(t)0.1520 广东从化石岭TDM0.95 6Ga,霓辉石正长岩Nd(t)+3.25江西龙南塔背TDM 0.7268Ga,富角闪石花岗闪长岩广东兴宁罗浮,糜棱岩化花岗岩广西猫儿山,95%呈块状构造 在伸展环境下取得置放空间 少量/局部呈叶理状 受糜棱岩化所致,Nd(t)+3.2+3.5TDM 0.720.68Ga,花岗岩标本,花岗岩类型,划分 识别 实例 起源 存在问题,花岗岩类矿物组合及与其他岩石关系,花岗岩类,花岗岩,Q 石英A 碱性长石P 斜长石,依据QAP三种实际矿物相对含量 决定具体岩石名称块状花岗岩类 一般形成在伸展构造应力环境片麻状花岗岩类 一般形成在区域剪切应力环境 在岩石名称之前 加前缀“片麻状”,Q+A+P=100%,(Clarke,1992),纵座标为ASI 即ACNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子数,据铝饱和度(ASI)对花岗岩分类,ASI 即ACNK,花岗岩岩类的ACNK(即ASI)值及其在北美分布频率(据北美365个花岗岩资料 Chayes 1985)图幅下部显示：I-S-A-M-Gr 的A/CNK值范围,花 岗 岩 成 因 类 型 比 较,I-型花岗岩 1.0 含白云母/堇青石 板内 多数1.1/石榴石/电气石 地壳起源/红柱石A-型花岗岩 1.1 可含霓辉石/霓石 板内/岛弧/钠铁闪石/钠闪石 与裂谷/地幔起源 地幔柱有关,花岗岩类型 A/CNK 特征矿物 形成环境 物 源,花岗岩类型与成因的简易鉴别,ACNK=全岩Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子数,花岗岩(Gr)黑云母(B)白云母(M)始熔曲线之间关系图面显示S-型花岗岩中常见的白云母不存在于浅位花岗岩中 而黑云母结晶于各种深度形成的花岗岩中(据H S Yoder 1954&P j Turner 1960),M,M,G,B,温 度,PH2O(kb),600 700 900 1000,321,I-型花岗岩类岩石系列中1-4不同压力下 角闪石结晶早晚(相对于另三种矿物)反映成岩时相对深度,安山质岩石固相线(S)和液相线(L)在磁铁矿(Mt)稳定的中等氧压下 与单斜辉石(Cpx)磁铁矿 斜长石(Pl)熔融曲线和角闪石稳定曲线关系(据M C Gilbert 1982),S,温 度,Mt,Pl,Cpx,L,1 Amp Cpx Mt-Pl 2 Cpx Amp Mt-Pl 3 Cpx Mt Amp-Pl 4 Cpx Mt Pl-Amp,压 力,花 岗 质 熔 体 的 形 成 a P-t简图(阴影表示熔体发生区)b 含白云母 黑云母地壳物质熔融时熔体数量(据Clarke,1992;Vielzeuf et al.,1988),与消减作用有关的高Mg玄武岩和玄武安山岩微量元素丰度与H2O含量关系(墨西哥城南第四纪Chichinautzin火山),图面上H2O含量据相应岩石中高压熔体包裹体测定。H2O来自下伏消减板片，全岩微量元素丰度变化是地幔楔湿熔融结果。H2O含量与HFSE（特别是Nb）呈负相关，与 LILE、LREE正相关，因此大部分低LILE、LREE、高HFSE的基性岩是未修饰的地幔减压熔融的结果（Cervantes&Wallace,2003,Geology,31,235-8),定义:沉积岩在风化过程中丢失(随水迁出)经部分熔融后产生的ANCK 1.1的花岗岩 含高铝矿物 Mus Gt Cd Tour()色率 0.706 Nd(t)负 18O+9.5 大体积 S-Gr往往是 由泥质岩/杂砂岩/正片麻岩/玄武岩深熔形成 小体积 S-Gr往往是 准Al(CA)大Gr 经 Hb F Cpx分离结晶形成 或同化 Al质围岩形成,NaCa,SilAnd,成因,S-型花岗岩(1),S-型花岗岩(2),南岭强过铝S-型花岗岩的源区:早-中元古代泥-砂质沉积,（花岗岩 Nd(t)=-9.91.0 TDM=1.70.09Ga n=17）,常见的强过铝S-型南岭花岗岩显微照片,Ms,Ms,Ms,Bt,Kfs,Qtz,Ms,Ms,Kfs,Kfs,Qtz,Qtz,Qtz,Qtz,Kfs,Ms,Ms,Ms,Ms,1mm,1mm,0.5mm,a,b,c,d,赣南会昌高排岩体 G99-18-2,GD06-3 粤北翁源帽峰岩体,粤北始兴司前岩体 GD 08,G99-2-3 赣南大余西华山岩体,Pl,细 岗 岩(1)Haplogranite,含水Gr熔体 即具低共熔(M)组分 高FS的Gr熔体 model QKfNa-Pl norm qorabACNK1 一般1.0 1.1 可以是-Gr I:1025Gr:ACNK 0.774 1.154 S:764Gr:ACNK 1.001 1.997SiO2 7377%Al2O3 13%(除强分异S-Gr外)低Mg Ca Fe Mn过渡元素高Na K(相对稳定),SI,在 LFB 中,成因,大体积细岗岩 由最初低共熔熔体结形成 常见 无堆晶MF质矿物小体积细岗岩 由分异最后的残余熔体 结晶形成少见 有堆晶MF质矿物,微量元素变化大 随分异进行 Rb Cs Ga(在长石中)增加 Nb U 也增加 Sr Ba(在长石中)减少 Zr 除过碱Gr外 也减少 P Y REE Th 随副矿物而变化,细 岗 岩(2)Haplogranite,A-型 花 岗 岩,是从岩性和形成环境 对花岗岩的命名 有两种基本类型,A 1 型,A 2 型,形成于板内 非造山裂谷/地幔柱环境以正长岩 碱性正长岩为主可含钙质/碱性Pyr/Hb和Bi 结晶早 非填隙状高Nb(La/Yb)N 10低Yb/Ta Y/Yb,形成于板内 后造山陆缘/岛弧环境可分两亚类 过铝质Gr 面积大 含Gt/Mus 填隙状 碱性Gr 面积小 含碱性MF矿物 填隙状低Nb(La/Yb)N 10高Yb/Ta Y/Yb,碱性花岗岩中钠闪石 填隙状 福州魁岐花岗岩,碱性花岗岩 晶洞中马鞍形钠长石与钠闪石 浙江青田,A-型花岗岩鉴别图,据 J G 1989 97 26180 Geol 1992 20 6414,膜状长石,奥长环斑花岗岩与 具环斑结构花岗岩,环斑/反环斑结构是 浅位(或喷出)岩体标志 多世代结晶标志 岩浆受混染 混合或结晶时 PH2O增大和温度波动标志,奥长环斑花岗岩 具长石环斑结构 核为 Or:Or66 Ab30 An4 膜为 Pl:An30基质是 Gr成分 不是 Gd/Q-Di Pl:An 25 40 Bi:褐色 Q:两个世代 含 Hb Hyp FeOl中元古代产出,a 衍生膜 b c出溶膜 d熔蚀膜 e聚合膜,Or,Ab,具环斑结构Gr,：反映形成环境,花斑结构 文象结构 蠕 英 石 晶洞构造,晶洞花岗岩 晶洞是高侵位标志 闽东太姥山 邱检生摄供,花岗岩“单元-超单元”填图(苏州岩体为例)花岗岩“单元-超单元”概念 有助于大范围造山带地质填图 由英国 提出 类同于以往人们熟悉的“复式岩体”说 但规模往往更大 单元 是同时形成的各单个花岗岩体的组合称呼 如同同干树技 同单元各岩体岩性 在矿物组成 粒度 结构构造上 同位素年 年龄值相同 因此它们是建立单元时必需的依据 超单元 对起源相同 但不同时 又近时形成各单元的总称 显然各 单元间岩性互异,1991 年,岩体边部岩浆 差异运动导致 层流构造,TE&REE 对花岗岩岩石类型 成因 意义和限制：REE的意义和示踪性更大于TE在玄武质岩石中则完全相反,花岗岩中岩石包体：岩浆混合作用,FSMF,花岗质岩石中岩石包体的成因分类,1 捕虏体2 残影体3 残留体4 同源包体5 淬冷包体6 不混溶包体7 残浆包体,花岗质岩石中 岩石包体的成因分类,1 捕虏体2 残影体3 残留体4 同源包体5 淬冷包体6 不混溶包体7 残浆包体,残留理论,花岗岩浆非牛顿流体理论,脉动理论,对流/喷泉理论,分异理论,不混溶理论,结晶于 早期,花岗质岩石中岩石包体的成因分类,花岗岩中 脉状喷泉式岩浆的注入与破裂 并具淬冷边,浙东大衢山岛镇医院背后废弃小采石场 1989,同深成岩墙-反向脉-淬冷岩石包体(平潭岛),淬冷岩石包体的典型形貌(1)：小体积MF包体岩浆(d10-15cm)与巨大体积FS寄主岩 浆混合时 温差大于250 由此形成细粒(呈暗色效应)冷凝边 并在半固结状态下 因揉褶 呈现锯齿状边界,川西冕宁北 40km,广东五华县五华宾馆门前花岗石地砖,浙江青田城南碱性花岗岩中,岩浆岩多样性与 岩浆混合作用:近时结晶,岩浆混合-运动过程中 鱼群状岩石包体川西康定杂岩,淬冷岩石包体的典型形貌(2)：小体积MF包体岩浆(d10-15cm)与巨大体积FS寄主岩 浆混合时 温差大于250 由此形成细粒(呈暗色效应)冷凝边 并在半固结状态下 因揉褶 呈现锯齿状边界,瀑布状(无冷疑边)闽东南平潭岛县城北5km,浙江肖山复合岩墙长18km 宽1-3km,FSMF,成因不明的“岩石包体”,环状 闽东南平潭岛,环状 苏州金山采石场,环状(其内即寄主岩)浙江青田城南,淬冷岩石包体中过冷结构,Amp_浙东大衢山岛,Ap_浙东大衢山岛,闪长岩包体中受局部熔融的斜长石捕虏晶显微形态与成分变化福建平潭岛晚中生代花岗岩中 斜长石捕虏晶内核呈筛孔状结构 筛孔部分为富钙斜长石An5080 平均59 n=29 是花岗岩浆中的斜长石晶体被闪长岩浆捕虏 并发生局部熔融 而产生富钙部分组分在残留固相中 不均匀扩散形成 筛孔四周为较均匀富钠斜长石 平均An32 n=31 构成内核主体 由局部熔融后的富钠端员结晶形成 外膜由内核外延 同闪长岩中斜长石成分,花岗岩中斜长石捕虏晶,闪长岩 福建平潭,两阶段岩浆混合作用形成的 岩石“双包体”采自广西恭城瑶族自治县 莲花镇莲花村花岗岩石材厂 系花山岩体最北部边缘的花岗岩 标本由朱金初发现 经厂方加工后带回,实 例 分 析,双包体标本全貌：闪长质岩石包体呈锯齿状/柔褶状边缘 从寄主花岗岩中晶出的长石进入包体 两阶段岩浆混合作用 包体中暗色小包体：第一阶段细粒辉长质包体,第一阶段 细粒辉长质包体 因体积小 直径不足15cm 故易过冷 呈整体性细粒暗色 同时缺失大体积岩石包体中常见的冷凝-细粒-暗色边 但仍隐约可见 也缺锯齿状/柔褶状边缘,岩石包体的两侧锯齿状边缘跨边界寄主岩长石包体内寄主岩长石包体内外长石同具 类同环带环构造,岩石包体的下半部分,花 岗 岩“石 臼”一种外动力效应,“石臼”直径最大的几米 最小仅几厘米 石臼与地面 岩面河床近乎垂直 口小肚大 底平 既无进水口也无出水口 内壁大部分陡而光滑 常见有水平状纹 底部微凹 下凹方向不定 各具特色 姿态万千 如碗 匙 鼓 盘 杯 和桶状但在同一花岗岩体中分布 是局限的 小范围的花岗岩石臼分布于内蒙古 北京 河北 陕西 山西等北方也见于山东 更遍及广东 广西 福建 海南岛亚热带甚至热带的地方 而且这些地方的海拔也不高 显然 它们不是第四纪冰川的覆盖区别名：冰臼 壶穴 锅穴 岩臼,谁打造了花岗岩“石臼”？,内蒙古 克什克腾旗 青山景点 为世界地质公园园区的青山顶上 发育有一种奇特的花岗岩地貌景观 1000m2范围内 有200余花岗岩石臼 是旅游照牌之一但在北面的花岗岩顶面上却很少见到(引自中国国家地理杂志),内 蒙 古 克 什 克 腾 旗 青 山 的 臼 状 地 形,(引自韩同林 2004),广东饶平县青岚溪 圆形“厕潭”群体特征,河北丰宁花岗岩区 佛珠洞山地 高处二个臼状地形,山东新泰青云山山脊花岗岩石臼,美国阿拉斯加石臼,引自吕洪波 章雨旭 2008,另 一 些 石 臼 地 貌,花岗岩石臼成因讨论,（,石臼的冰川成因论 韩同林(2004)冰川融水 形成园柱体状滚 流水柱钻的示意剖面图A冰层 B基岩 箭头表示融水流向,石臼负球状风化成因论施雅风(1919-)建议：“花岗岩类地区臼状地形是近现代负球状风化与风、水等协力作用的结果。”所谓近现代指不会超过10ka因石臼底沉积物经行热释光测年 确认所有样品都是冰后期产物 与冰川无关 所谓球状风化 指在相互近于垂直的花岗岩原生节理制约下 以化学-物理为主的风化作用(2010 56(3)地质论评),施雅风强调“以这样的假说替代肯定是错误的韩同林的“冰臼论”，应是合理的。”,花岗岩形成的 构造环境：地质学家的关注,构造环境的判别 是一项综合性研究,花岗岩形成的构造环境：1 大地构造框架性环境(活动陆缘/板内/裂谷)2 应力状态环境(张/剪张 宜三维/四维-立体解读)约束构造环境的因素：1 与花岗岩匹配的岩石组合(随大构造框架而定)2 花岗岩置放空间的取得(张开 成就于自由空间)3 花岗岩结构构造 矿物组成()4 花岗岩源岩的壳幔组分比例(),随源区 深度应力状态 而定,受矿物-岩石组合 同位素约束,火成岩形成的构造环境,岛弧-活动大陆边缘裂谷板内伸展 挤/张-剪切-剪张(含滑脱),1,3,4,2,5,主要花岗岩类型的矿物组合 岩相学 主要元素和同位素特征据Barbarin B,1999,花岗岩类型、起源及其地质动力学环境之间的关系评述.Lithos,46:605626,I-型花岗岩 1.0 含白云母/堇青石 板内 多数1.1/石榴石/电气石 地壳起源/红柱石A-型花岗岩 1.1 可含霓辉石/霓石 板内/岛弧/钠铁闪石/钠闪石 与裂谷/地幔起源 地幔柱有关,花岗岩类型 A/CNK 特征矿物 形成环境 物 源,花岗岩类型与成因的简易鉴别,ACNK=全岩Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子数,玄武岩浆底侵与供热(500)是诱发长英质 岩浆重要途径,Huppert H E&Sparks R S J 1988 JP 29 599624 Guffanti M 1996 JGR 101 B2 30033013,增温:产生花岗岩浆的热源?,岩石圈模型美国盆岭区6州240万Km2,地表层8-15km下地壳 10-20km上地幔,延展层 0-3km,顶部带:局部熔融,大体积富晶体长英质岩浆在短时间内形成 发生部分熔融的温度：850C,冷热边界层 550&1300C,系强热梯度区 故不稳定 杂乱地呈羽状 向下卷入热源区 在对流中混合含较多残留晶 并被吸回,热源区岩浆对流区 侵入的玄武岩床,理论计算表明:厚101500m玄武岩床可在1270年内固结 并熔融上覆岩层 产生 大致近于等量长英质岩浆 热源区内温度变化小 由于较冷岩浆羽 从 上向下卷入而加速结晶 残留晶呈熔蚀 内核 并被新结晶边膜包裹,边界层与岩浆混杂体 是多么复杂 底侵的玄武岩浆(岩床)熔融顶层时热结构与流体动力学模型:同时并快速 地发生熔融和结晶作用 Huppert H E&Sparks R J 1988 JP 29 599624,与消减作用有关的高Mg玄武岩和玄武安山岩微量元素丰度 与H2O含量关系(墨西哥城南第四纪 Chichinautzin火山)左上图面H2O含量据相应岩石中高压熔体包裹体测定 H2O来自消减板片 全岩微量元素丰度变化是地幔楔湿熔融结果 H2O含量与HFSE 特别是Nb 呈负相关 与LILE LREE正相关 因此 低 LILE LREE 高HFSE的基性岩基本上是未修饰的地幔减压熔融结果 据 Cervantes 2003 Geology 31 234-8,华南晚中生代岛弧玄武岩(IAB)弧后盆地玄武岩(BABB)及其对洋岛玄武岩(OIB)的地球化学比较,各类火成岩 玄武岩 花岗岩 Nb/Ta 17 12 壳源花岗岩 9（有 Rut Hb 残留）演化花岗岩(低共熔)Nb Ta Li F Ba TE1,3 1.00）Zr/Hf 36 大陆和板内玄武岩 3887（因与水作用）高演化花岗岩 939（TE1,31.00)/20（TE1,31.10）/Ho 28 过铝花岗岩28/50（Y/Ho TE1,3 F 参与作用）28（与重碳酸盐作用有关）K/Rb 230 高演化花岗岩 可50随演化 Rb 优先进入残余熔体 常有流体卷入 伟晶岩100(富 F H2O K/Rb1/TE1,3),上述元素对的离子半径相同/相似 故同源火成岩中 比值也相似,近代岩石学岩石 岩相 矿物+元素(主 微 同)+大构造 几个重要的元素/元素的“固定”比值 及其变化,华南晚中生代 花岗岩成因讨论 据南大华南花岗岩研究集体成果,1959南岭队 1979贵阳所 1981南大 1989陈毓川 2002南大 1966南大 1980莫柱孙 1984南大 1989地矿部 2007南大,1959年以来 有关华南花岗岩10部著作,华南花岗岩占华南大陆面积近1/3 赋存着世界级规模金属矿产(W Sn U)90年代以来 国家对各种矿产提出新的迫切需求 从而激发了我们再一次对它作综合基础研究的强烈愿望和热情研究的指导思想 是将地壳-地幔之间相互作用 作为探索华南花岗岩时空分布规律和成因的钥匙,晚中生代时限：距今亿年,华南晚中生代花岗岩 新一轮研究(1997-2005)的必要性和指导思想,是重建华南晚中生代 花岗岩-火山岩形成时的地质构造框架 为在环太平洋成矿带华南地段找矿 提供基础资料,研究目标,研究目标是重建华南晚中生代花岗岩-火山岩形成时的地质构造框架 为在环太平洋成矿带华南地段找矿 提供基础资料研究有关华南晚中生代花岗岩的4个基础地质问题：1 诱发花岗岩岩浆的热源 2 花岗岩形成空间 3 产生花岗岩岩浆的物源 4 花岗岩成因模型,研究目标与研究问题,东 亚 卫 照,华南中生代花岗岩-火山岩分布图(新编 1/250万 2006),研究工作的范围和对象,据 孙涛 2006,华南浙闽赣湘粤五省面积 约78万km2 花岗岩-火山岩约20.5万km2,铝饱和指数ASI=全岩(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)克分子),南诸广山东西两侧 16个ASI1.1高铝花岗岩中 12个含金属矿产,华南燕山晚期花岗岩分布图,华南中生代花岗岩分布图,据 孙涛 2006,华南燕山早期花岗岩分布图,华南燕山晚期花岗岩分布图,华南中生代花岗岩分布图,华南印支期花岗岩分布图,晚元古代晋宁期(雪峰期1000-860 MaBP)：扬子周边环形岛弧型与板内裂解浆活动早古生代加里东期(？-360MaBP)：板内压扭性断裂熔融花岗岩早中生代印支期(251-200MaBP)：陆内浅层面式伸展-减压熔融花岗岩晚中生代燕山期(180-66MaBP)：板内断裂熔融和活动陆缘 在幔源玄武岩底侵下 的两阶段花岗岩晚燕山期-喜山期(100以来)：大范围弧后断陷红层盆地 可伴生少量碱性玄武岩,华南各时代花岗岩成因,据地质通报 2006 孙涛 25 332-5,华南花岗岩研究必需考虑的基本地质事实 1,EM:LM1:LM2=1:4.5:9.8,据地质通报 2006 孙涛 25 332-5,华南花岗岩研究必需考虑的基本地质事实 2 华南中生代花岗岩与火山岩面积和ACNK比值,值,北 带骑田岭-九峰岩带 长300km 宽35km 12个岩体中 带大东山-贵东岩带 长400km 宽35km 15个岩体南 带佛冈-新丰江岩带 长260km 宽50km 9个岩体,华南晚中生代花岗岩 向洋年青化 南岭三条平行的 东西向花岗岩带,LM1180Ma180-160Ma为主,LM2180Ma160-140Ma为主,LM2180Ma140-90Ma为主,华南晚中生代花岗岩研究的 四个基础地质问题：1 诱发花岗岩岩浆的热源 2 花岗岩形成空间 3 产生花岗岩岩浆的物源 4 花岗岩成因模型,华南晚中生代地壳中花岗岩岩浆(700)的形成 与地壳底部底垫的玄武岩浆(1350)密切相关 当底垫玄武岩浆 从地幔上升至35km地壳底部时 使地壳物质(500)熔融 而产生花岗岩岩浆 在广东汕头 找到了来自 M-面以上底垫玄武岩样品 即年轻麻粒岩 其同位素年龄值 112Ma 与花岗岩相近,年轻麻粒岩 广东汕头,1 产生花岗岩岩浆的热源(1),我们又在广东汕头 建立了华南晚中生代 地温梯度曲线 从中认识到地壳底部的 高温玄武岩浆的存在 导致了华南地温增高 因此地壳底部高温玄武 岩浆 是产生花岗岩浆 的热源,晚中生代 地温梯度曲线 广东汕头据徐夕生 1996,1 产生花岗岩岩浆的热源(2),花岗岩体有巨大体积 达几十-几万km3 如何在地壳中取得空间 是地质界历史性存疑拉张应力造成的宽松自由空间 是岩体(连同相关 矿产)得以形成的唯一可能,2 华南花岗岩的形成空间(1),晚中生代花岗岩的分布,晚中生代沉积盆地和火山盆地的分布,拉张应力下 盆地与岩体近时共存,据 舒良树 2003,当前症结：晚中生代有过几次大规模挤压-剪切构造,双峰式火山岩巨型环状火山构造巨型 FS 岩墙群众多MF 岩墙群碎斑熔岩带A-型 Gr 碱性 Gr 晶洞 Gr 带橄榄安粗岩带裂谷盆地 火山断陷盆地 弧后沉积盆地变质核杂岩 各时期Gr块状构造,2 华南花岗岩的形成空间(2),除盆地与花岗岩近期共存外 又发现了10种指示拉张应力环境下 岩石学标志性证据,华南武夷山东西两侧成矿差异 体现了作为花岗岩物源的古老地壳物质的差异 据于津海,武夷山东西两侧矿种迥异是地质界熟知的事实 经我们研究 其原因是 8亿年前地壳物质中含矿元素也有类同差别 这些地壳物质正是华南花岗岩成岩-成矿的源区岩石,3 华南晚中生代花岗岩浆的物源:距今 8亿年以前的古老地壳物质,武,夷,山,古老地壳物质中 锆石年龄谱 n=312(据向磊 舒良树 2010),结晶锆石：100+110+211+101；106.5 0.2Ma(207Pb/235U206Pb/238U)磨圆锆石：圆度率；U 315ppm,Pb 57ppm;149836Ma(207Pb/206Pb)辉长岩WR：Nd(T)-4.4,TDM 1221Ma;Al2O3 18%;Plagioclase An 85-95%(周新民 李惠民等 科学通报 1994 39 1011-4;1995 40 158-60),华夏地块存在陆缘型15亿年前Al质结晶基底证据：泉州晚中生代辉长岩中两类锆石和钙质斜长石 An85-95%,4 华南晚中生代花岗岩岩浆起源 消减-伸展造山两阶段模型,深部(M-面以下)受挤压浅部(地壳范围内)受伸展,如同“花菜状”发散,应力配置,被消减洋壳板片尚未达到华南110km以下深度 没有引起陆缘弧型岩浆作用 以断裂-减压熔融为主 产生板内花岗岩和局部地段的裂谷型岩浆岩组合,1 板内岩浆活动期,消减板片运移到华南地块约110km 以下 经脱水使上覆地幔楔湿熔融 产生大量玄武岩浆 并底侵供热 诱发巨量花岗岩浆 呈现陆缘弧型岩石组合和地球化学特点,2 陆缘弧岩浆活动期,两个阶段,华南晚中生代花岗岩 成因模型的各家成因说,与伸展-裂谷有关的学说 岩石圈伸展与软流圈地幔上涌说 东亚巨型裂谷体系与岩石圈拆沉-减薄说“中生代时开始了整个中国东海岸裂谷”说古太平洋板块对欧亚板块的消减说中生代华南地幔柱上升说,由于古太平洋板块俯冲和刚性板块应力“瞬间”向内陆的传递 导致地下深部受挤压 而壳内整体上为伸展-断裂-减压熔融 形成J2花岗岩浆 呈现“花菜状”发散应力系统 和盆山共存的格局,华南晚中生代时期花岗岩浆起源:消减-伸展模型的第1阶段(J2-J3)与 伸展应力三维分析与南岭山系取向,由于古太平洋板块俯冲和刚性板块应力“瞬间”向内陆的传递 导致地下深部受挤压 而壳内整体上为伸展-断裂-减压熔融 形成J2花岗岩浆 呈现“花菜状”发散应力系统 和盆山共存的格局,华南晚中生代时期花岗岩浆起源:消减-伸展模型的第1阶段(J2-J3)与 伸展应力三维分析与南岭山系取向,古太平洋板块俯冲开始于J2180MaBP,莫霍面35km,110 km,200 km,地 面,俯冲的太平洋洋壳,火山岩 1100-650,底垫玄武岩浆 1350,底辟橄榄岩1450,脱 水,花岗岩 700,地 壳500,地 幔,E,W,华南大陆(白垩纪 距今亿年),本模型 据下列资料设计：野外调研-30余个花岗岩复式岩体 10余个火山盆地/剖面/沉积盆地 1000余块标本/薄片研究 500余个主量/微量元素测试 300余个同位素数据,太平洋,俯冲带位于台湾中央山脉东侧裂谷,俯冲的太平洋洋壳,华南晚中生代时期花岗岩浆起源:消减-伸展模型的第2阶段(K),J Q,太平洋海底磁异常与年龄,(Stanley et al 2007),华南中生代花岗岩-火山岩时序及其重要/明显间断:J1 是华南中生代构造域转变期,太平洋构造域,特提斯构造域,转换期,早燕山 板内伸展环境(内陆),晚燕山 弧后伸展环境(内陆),晚燕山 陆弧伸展环境(沿海),华南晚中生代花岗岩-火山岩在不同地域和时段形成时的构造环境：来自同期共生玄武岩的微量元素证据,壳内低速带 可能解释1 滑移带/韧性剪切带/天然地震源2 花岗岩化/产生花岗岩浆3 岩浆热源区,0,30,60,km,岩石圈地幔,拉 张,壳内低速带,壳幔混合层,M,0,30,50,100,150,M,32 31 32 32 33.5 34-36 34 32 29 27.5（km),L,100 100 80 70 70 60 70 180 150,赣 南,台 湾,深 度（km),375580Wm,850 Wm,80250 Wm,(据 Zhou&Li 2000 Tectonophysics 326 269-87 原始资料据 袁学诚等1989；王培宗等1993；边效曾等1993；Lo,et al 1996),L,底侵的玄武岩浆,玄武岩浆底侵的地球物理学证据,台湾-闽南-赣南一线 岩石圈地球物理综合推断剖面,玄武岩浆底侵通道 在哪里？面式/线形？超壳深断裂与晚中生代花岗岩-火山岩Nd的TDM等值线图,C,C,B,B,A,A,据280个晚中生代花岗岩和流纹岩全岩Nd同位素数据 确定三条Nd低TDM带:A-A十-