岩石大地构造花岗岩地质与华南花

岩石大地构造花岗岩地质与华南花第1页/共153页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第2页/共153页第3页/共153页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)第4页/共153页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Davis1999《DynamicEarth》)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第5页/共153页Vp8-10km/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第6页/共153页地球的纵剖面第7页/共153页地核: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JeanlozR《科学》1984No.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UTh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200745《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第8页/共153页地幔柱-热点的数量1963年Wilson首先提出热点概念(CanJPhy41863~70)解释夏威夷-皇帝山火山链成因识别了16个热点1976年Burke&Wilson117个热点

(SciAm23546~57)1979年Chase24个热点

(Nature282464~8)1980年Crough&Jurdy42个热点

(EPSL4815~22）FromYGXU第9页/共153页

玄武岩分布d≈1~2000km厚1~2km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

(MaruyamaS1994JGSJapan10024~49)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第10页/共153页

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d≈1000km

至岩石圈底部(660km)时达2000km厚100-200km

来自上-下地幔边界时柱头d≈500km

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Os187Os/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第11页/共153页热点分布JohnA.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第12页/共153页NamibiaJ1179±7Ma厚0.9km7800km2J3~K1140~110Ma厚1800m120万km2ParanaCFBs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Cox1978Nature27447~49)第13页/共153页地球上的伤疤

东非裂谷系东支长5800km西支长1700km深1000－2000m宽30－200km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Science060720第14页/共153页地幔柱隆升引起大陆裂解东非裂谷第15页/共153页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)13425第16页/共153页第17页/共153页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3.8-5.6Ma2.2-3.3一1.3-1.8＜1.00.7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-洋陆-陆第18页/共153页珠穆朗玛峰新高度为8844.43m051009

珠穆朗玛峰岩石圈缩短2500km开始碰撞于55MaBP第19页/共153页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

Nature2007

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NatureOct2007第20页/共153页地质历史上

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)RodiniaPangea(《EARTH》Tarbuck&Lutgens)第21页/共153页从Rodinia超大陆到Pangea超大陆(历时约5亿年)

——

Dalziel,I.W.D.,《科学》,1995,No5Pangea超大陆2.6亿年前第22页/共153页裂谷扩张速率的估算：据火山岩组合和岩石结构第23页/共153页A041223

B041226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20073611:49苏门答腊6.6级200742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级以上地震第24页/共153页中生代环太平洋“火圈”与矿产

新生代时环太平洋尚有12个岛弧第25页/共153页

西藏的季风树叶和荒漠化荒漠化上升的温暖干燥空气3000~4000米2000~3000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20071019816MatthiasKuhle摄20059JohnNovis摄第26页/共153页第27页/共153页花岗岩地质与人文第28页/共153页

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：①1928年起接受洛克菲勒基金会2.2万美元;②步达生负责开展周口店野外工作;③“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。”④“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第29页/共153页上犹花岗岩(γ3)跳马涧组(D2t)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30页/共153页第二个被发现被“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33km2960Ma(全岩Rb-Srn=6)εNd(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第31页/共153页中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

33km2960Ma(全岩Rb-Srn=6)εNd(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2Cd残留ZirZirBi+FeTiOxide第32页/共153页

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第33页/共153页南岭花岗岩二云母花岗岩

εNd(t)-10.6广东翁源下庄

TDM

1.76Ga石榴石花岗岩

εNd(t)-10.7江西大余西华山

TDM

1.8Ga方钠正长岩

εNd(t)0.15~20

广东从化石岭TDM0.95~6Ga霓辉石正长岩εNd(t)+3.2~5江西龙南塔背TDM0.72~68Ga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εNd(t)+3.2~+3.5TDM0.72~0.68Ga花岗岩标本第34页/共153页第35页/共153页花岗岩类型划分识别实例起源存在问题第36页/共153页花岗岩类矿物组合及与其他岩石关系花岗岩类花岗岩第37页/共153页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%第38页/共153页(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第39页/共153页花岗岩岩类的ACNK(即ASI)值及其在北美分布频率(据北美365个花岗岩资料Chayes1985)图幅下部显示：I-S-A-M-Gr的A/CNK值范围第40页/共153页花岗岩成因类型比较第41页/共153页I-型花岗岩<1.1含黑云母板内/岛弧壳-幔多数<1.0褐帘石/断裂构造混合起源S-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

第42页/共153页花岗岩(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HSYoder1954&PjTurner1960)MMGB温度℃PH2O(kb)6007009001000321第43页/共153页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MCGilbert1982)S温度MtPlCpxL1Amp–Cpx–Mt-Pl2Cpx–Amp–Mt-Pl3Cpx–Mt–Amp-Pl4Cpx–Mt–Pl-Amp压力

第44页/共153页花岗质熔体的形成

aP-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;Vielzeufetal.,1988)第45页/共153页第46页/共153页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)第47页/共153页定义: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

MusGtCdTour(

)

色率

<5

高SiO2Sri>0.706εNd(t)负

δ18O>+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HbFCpx分离结晶形成或同化

Al质围岩形成NaCaSilAnd

成因S-型花岗岩

(1)第48页/共153页S-型花岗岩

(2)第49页/共153页南岭强过铝S-型花岗岩的源区:

早-中元古代泥-砂质沉积（花岗岩εNd(t)=-9.9±1.0TDM=1.7±0.09Gan=17）第50页/共153页常见的强过铝S-型南岭花岗岩显微照片MsMsMsBtKfsQtzMsMsKfsKfsQtzQtzQtzQtzKfsMsMsMsMs1mm1mm0.5mmabcd赣南会昌高排岩体G99-18-2GD06-3粤北翁源帽峰岩体粤北始兴司前岩体GD08G99-2-3赣南大余西华山岩体Pl第51页/共153页细岗岩(1)Haplogranite含水Gr熔体即具低共熔(M)组分高FS的Gr熔体

modelQ≈Kf≈Na-Plnormq≈or≈abACNK≈1一般1.0~1.1可以是-Gr

I:1025Gr:ACNK0.774~1.154S:764Gr:ACNK1.001~1.997SiO273~77%Al2O3<13%(除强分异S-Gr外)低MgCaFeMn过渡元素高NaK(相对稳定)SI在LFB中第52页/共153页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

RbCsGa(在长石中)增加

NbU也增加

SrBa(在长石中)减少

Zr除过碱Gr外也减少

PYREETh随副矿物而变化细岗岩(2)Haplogranite第53页/共153页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A1型A2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/TaY/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/TaY/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第54页/共153页A-型花岗岩鉴别图据JG198997261~80Geol199220641~4第55页/共153页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:Or66Ab30An4

膜为Pl:An30基质是Gr成分不是Gd/Q-Di

Pl:An25~40Bi:褐色

Q:两个世代含HbHypFe–Ol中元古代产出a衍生膜bc出溶膜d熔蚀膜e聚合膜OrAb具环斑结构Gr第56页/共153页：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

邱检生摄供第57页/共153页花岗岩“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第58页/共153页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第59页/共153页第60页/共153页花岗岩中岩石包体：

岩浆混合作用FSMF第61页/共153页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残浆包体第62页/共153页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

第63页/共153页花岗质岩石中岩石包体的成因分类

第64页/共153页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)第65页/共153页淬冷岩石包体的典型形貌

(1)：

小体积MF包体岩浆(d＞10-15cm)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第66页/共153页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(d＞10-15cm)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1-3kmFS

MF第67页/共153页成因不明的“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_浙东大衢山岛第68页/共153页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An50~80平均59n=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An32n=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第69页/共153页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第70页/共153页双包体标本全貌：

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71页/共153页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/柔褶状边缘第72页/共153页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第73页/共153页岩石包体的下半部分第74页/共153页第75页/共153页花岗岩“石臼”

——

一种外动力效应第76页/共153页“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”？第77页/共153页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)第78页/共153页内蒙古克什克腾旗青山的臼状地形(引自韩同林

2004)第79页/共153页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第80页/共153页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第81页/共153页另一些石臼地貌第82页/共153页花岗岩石臼成因讨论（２００４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(201056(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。”第83页/共153页第84页/共153页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第85页/共153页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第86页/共153页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)13425第87页/共153页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BarbarinB,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,46:605~626第88页/共153页I-型花岗岩<1.1含黑云母板内/岛弧壳-幔多数<1.0褐帘石/断裂构造混合起源S-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

第89页/共153页玄武岩浆底侵与供热

(＞500℃)是诱发长英质岩浆重要途径——HuppertHE&SparksRSJ1988JP29599~624——GuffantiM1996JGR101B23003~3013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第90页/共153页顶部带: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：850ºC冷－热边界层

550&1300ºC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10~1500m玄武岩床可在1~270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HuppertHE&SparksRJ1988JP29599~624

第91页/共153页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LILELREE正相关因此低LILELREE高HFSE的基性岩基本上是未修饰的地幔减压熔融结果据Cervantes2003Geology31234-8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)的地球化学比较第92页/共153页

各类火成岩玄武岩花岗岩

Nb/Ta～17～12

壳源花岗岩～9（有RutHb残留）演化花岗岩(低共熔)<<12（因Ta>>NbTa∝LiFBaTE1,3>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9～39（TE1,3＞1.00)/＜20（TE1,3＞1.10）

Ｙ/Ho～28±

过铝花岗岩＞28/50（Y/Ho∝TE1,3F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FH2OK/Rb∝1/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”比值及其变化第93页/共153页第94页/共153页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第95页/共153页

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部著作第96页/共153页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(WSnU…)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1.8-0.8亿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第97页/共153页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第98页/共153页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第99页/共153页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第100页/共153页铝饱和指数ASI=全岩(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)克分子)南诸广山东西两侧16个ASI>1.1高铝花岗岩中12个含金属矿产第101页/共153页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第102页/共153页晚元古代晋宁期

(雪峰期1000-860MaBP)：

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第103页/共153页——据《地质通报》2006孙涛25332-5华南花岗岩研究必需考虑的基本地质事实

1第104页/共153页地质时代花岗岩与火山岩面积(km2)与比例%花岗岩面积(km2)与比例(%)火山岩面积(km2)总面积(km2)ACNK比值＜1.01.0~1.1＞1.1印支期EM,T1~T3251~205Ma143001430013004400860006.6%9.1%30.8%60.1%燕山早期LM1,J2~J3180~142Ma6387062700125002930020900117029.3%20.0%46.7%33.3%燕山晚期LM2,K1~K2(以K1为主)140~66Ma13992050300193002160094008962064.1%38.4%42.9%18.7%21809013500090790EM:LM1:LM2=1:4.5:9.8——据《地质通报》2006孙涛25332-5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比值第105页/共153页值北带骑田岭-九峰岩带长300km

宽35km12个岩体中带大东山-贵东岩带长400km

宽35km15个岩体南带佛冈-新丰江岩带长260km

宽50km9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LM1<180Ma180-160Ma为主LM2<180Ma160-140Ma为主LM2<180Ma140-90Ma为主第106页/共153页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花岗岩成因模型第107页/共153页

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)第108页/共153页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)第109页/共153页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第110页/共153页——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第111页/共153页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)第112页/共153页结晶锆石：{100}+{110}+{211}+{101}；106.5±0.2Ma(207Pb/235U—206Pb/238U)磨圆锆石：圆度率0.77-0.83；U315ppm,Pb57ppm;1498±36Ma(207Pb/206Pb)辉长岩WR：εNd(T)-4.4,TDM1221Ma;Al2O3>18%;PlagioclaseAn85-95%

(周新民李惠民等科学通报1994391011-4;199540158-60)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%第113页/共153页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第114页/共153页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第115页/共153页

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第116页/共153页

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第117页/共153页古太平洋板块俯冲开始于J2180MaBP莫霍面35km110

km200km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EW华南大陆

(白垩纪距今1.4-0.8亿年)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)

JQ太平洋海底磁异常与年龄(Stanley

etal2007)第118页/共153页华南中生代花岗岩-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第119页/共153页

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

03060

km岩石圈地幔拉张壳内低速带壳幔混合层M03050100150M3231323233.534-3634322927.5（km)

L1001008070706070>180>150赣南夷武山闽西连城永安龙岩华安德化永春东泉州近海台湾海峡台湾

深度（km)

375~580Wm8~50Wm80~250Wm(据Zhou&Li2000Tectonophysics326269-87原始资料据袁学诚等1989；王培宗等1993；边效曾等1993；Lo,etal1996)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第120页/共153页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CCBBAA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:①A-A十-杭带②B-B沿海带③C-C南岭带它们与华南晚中生代花岗岩-流纹岩-玄武岩分布的方向性一致低TDM(Nd)值表明该类岩石是古老地壳物质与当时最年轻的来自幔源的玄武岩浆岩浆混合/同位素交换即壳幔相互作用的产物因此三条低值带代表超壳深断裂两个方向超壳大断裂：是玄武岩浆底侵通道是I-/A-花岗岩双峰式岩浆活动和华南金属成矿活动最活跃地带第121页/共153页

浙闽白垩纪镁铁质岩墙群:

伸展构造环境的岩石学标志丽水-政和-大埔断裂以东沿海地区分布着大规模K1岩墙群特别是宁波温州福州德化泉州和厦门地区累计长度远超过1500km其中长英质岩墙群数量远大于镁铁质浙江舟山董传万摄供第122页/共153页华南中生代盆岭构造-岩浆活动时序大范围弧后盆地与红色碎屑沉积有些盆地夹少量玄武岩陆缘弧型火山-侵入岩以I-型花岗岩和流纹岩为主（有时有辉长岩-玄武岩共生）兼有A-型和S-型花岗岩板内花岗岩以I-型为主兼有S-型和A-型花岗岩局部地段有裂谷型岩浆岩包括双峰式玄武岩-流纹岩岩浆活动平静期（间歇期）晚碰撞S-型花岗岩为主兼有I-型花岗岩地壳因自然减薄而被伸展消减伸展造山红色盆地杂色盆地太平洋构造域特提斯构造域第123页/共153页2001年南大与广东铀矿所联合考察湘赣粤南岭花岗岩留念

(广东南雄)谢谢!第124页/共153页第125页/共153页备用第126页/共153页燕山早期(180-140MB)火山岩:板内岩浆作用

见于南岭中带和北带湘南-赣南-闽西南三特点数量较少

成串的小型火山盆地（自西向东：东坑-临江旱江白面石菖蒲石马武平-永定）

时限较窄

(180～170MaJ2的早期)

双峰式

玄武岩-流纹岩组合/单一玄武岩流伴生A-型花岗岩碱性花岗岩正长岩CA-花岗岩——

代表古太平洋板片对大陆消减的伸展增生造山过程中最初的大陆板内裂谷型岩浆作用是一个新的构造-

岩浆旋回的开始而不是此前的构造-岩浆旋回的结束第127页/共153页南岭地区燕山早期火山岩

○●赣南

△湘南

◆闽西南第128页/共153页燕山晚期花岗岩-火山岩

——

陆缘弧岩浆作用量大(12.25万km2)

面广(全华南但以浙闽粤东为主)长英质(FS)为主与镁铁质(MF)共生普遍发生壳-幔相互作用七种表现MF/(MF+FS)

＜

1/10微量元素地球化学曲线富LILE明显贫Nb-TaFS与MF岩浆之间优美的岩浆混合现象流纹岩与玄武岩构成复合岩流区域性大范围低ISr和低TDM带长英质与镁铁质岩SrNd同位素初始值的趋同性地壳底部存在Vp值大小倒置的壳幔过渡带年轻的晚中生代时形成的镁铁质麻粒岩深源捕虏体高的区域地温梯度曲线第129页/共153页中国东南部晚中生代

玄武岩浆底侵作用的证据1花岗岩与辉长岩之间呈现岩浆混合现象(作用）2流纹岩与玄武岩构成复合岩流3大范围的低的ISrtDM(Nd)带和区第130页/共153页流纹岩玄武