华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性元素生热率的时空差异与主控因素

华北克拉通地热资源与中生代岩浆活动关系密切。然而,地热资源的成因、分布与岩浆作用之间的内在联系尚不明确。为研究华北克拉通中生代岩浆活动对地热资源的影响,在厘清中生代幔源岩浆岩期次、岩性、成因和分布的基础上,利用632组幔源岩浆岩的U、Th、K生热元素数据,计算不同时期岩石放射性生热率,探究华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性生热率时空差异及其主控因素。结果表明:幔源岩浆岩岩石类型是影响生热率的直接因素,霞石正长岩、辉石岩、正长岩和煌斑岩的生热率高于辉长岩、辉绿岩和玄武岩;幔源岩石成因是放射性生热率高低的基础,与伸展构造背景相比,碰撞环境下岩石生热率较高;不同破坏机制下岩石生热率差异较大,热-化学侵蚀岩石圈破坏地区的岩石生热率普遍高于拆沉作用地区。

幔源岩浆成因的实验岩石学约束

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能够在高温高压条件下正演模拟和记录地幔岩石的物理化学反应,通过控制实验条件和初始物质成分,揭示不同地质环境下的地幔部分熔融机制,约束幔源岩浆的生成和演化过程。本文通过对不同幔源岩浆成因的实验岩石学研究进行系统梳理,总结了单一地幔橄榄岩源区的熔融、地幔源区其他岩石类型的熔融、地幔源区不同岩石的混合熔融三方面相关实验的研究现状、突出进展和存在问题,并结合深地科学的发展方向,对未来有关幔源岩浆成因和壳幔相互作用的实验研究前景进行了展望。

东昆仑印支晚期幔源岩浆活动

东昆仑造山带印支晚期广泛发育一期幔源岩浆活动,其代表性岩石类型为角闪辉长岩、煌斑岩和辉绿岩。石灰沟外滩岩体是这类岩体中最大的一个,40Ar/39Ar同位素定年结果为220Ma左右,具有明显的结晶分异特征。根据地质学、岩石学与地球化学特征,岩浆起源于深度大于90km的上地幔源区,富含挥发分(H2O)的条件使橄榄石在部分熔融过程中更趋稳定,辉石和尖晶石组分更多地进入岩浆,从而制约了岩浆中高Cr低Ni的特点。幔源岩浆的广泛出现是该区软流圈-岩石圈系统对特提斯洋闭合的响应,是在加厚陆壳的底部幔源玄武质岩浆底侵作用的结果。

新疆北部幔源岩浆矿床的类型、时空分布及成矿谱系

新疆北部与幔源岩浆有关的矿床种类齐全,成矿环境复杂,时代和类型繁多,在中国乃至世界颇具特色。主要矿床类型包括铬铁矿矿床、钒钛磁铁矿矿床、铜镍硫化物矿床、铂族元素(PGE)矿床、铜镍-钒钛铁复合型矿床、含钴磁铁矿矿床、玄武岩自然铜矿床、热液型钴-多金属矿床,以及非金属矿床等。按照含矿地质体的类型,可分为6种类型:蛇绿岩型、层状杂岩型、小侵入体型、阿拉斯加型、浅成岩型和喷出岩型。这些幔源岩浆矿床可划分为3个成岩成矿系列:铜镍系列、钛铁系列和铬铁系列。钛铁系列以碱性层状岩体型钒钛磁铁矿、铁磷矿为代表,岩石具有明显的富Fe特征,属于碱性富铁质的高钛玄武岩系列;铜镍系列以小侵入体型铜镍矿、阿拉斯加型铜镍-PGE矿为代表,岩石属于铁质的拉斑玄武岩-钙碱性系列;铬铁系列主要为蛇绿岩型铬铁矿,岩石具富Mg贫Fe特征,属于镁质系列。3个系列的岩浆都具有亏损地幔源特征,可能都与地幔柱活动有关;岩浆源区富含相应的成矿元素,是形成3个系列矿床相应成矿地质体的主要条件。3个系列矿床的成矿机制可分为深部熔离/岩浆分异、就地分凝、矿浆贯入、岩浆热液等过程。根据各系列矿床之间存在的紧密联系,建立了与幔源岩浆作用有关的3个系列矿床综合模式:亏损地幔部分熔融产生的幔源岩浆在上升过程中发生熔离/分异,分离为3个系列,由于外部物质加入在地壳深部发生分异和熔离,在不同深度富集形成铬铁矿、钒钛磁铁矿和铜镍硫化物矿床,临近地表时流体富集和分离成含矿流体,分别形成浅成岩型磁铁矿和喷出岩型自然铜矿。新疆北部各类幔源岩浆矿床从早到晚主要产于3期构造阶段/构造类型:大陆裂解期、板块俯冲期、碰撞/后碰撞造山期(又分3个阶段:碰撞后伸展阶段、幔柱叠加造山阶段、后碰撞结束阶段)。

铜、镍、铂族元素地球化学性质及其在幔源岩浆起源、演化和岩浆硫化物矿床研究中的意义

Ni、Cu和PGE具有不同于其他微量元素的特殊的地球化学性质,这些特殊的性质使得它们在幔源岩浆起源和演化以及岩浆硫化物矿床的成因研究中具有不可替代的作用。在S不饱和的条件下,Ni、Os、Ir和Ru具有相容元素的特性,而Cu和Pd是强不相容元素,因此,它们在玄武岩浆分离结晶过程中常常发生分异。一旦体系达到S饱和,这些元素则会强烈地进入硫化物熔浆,特别是PGE具有极高的硫化物熔浆/硅酸盐熔浆分配系数,极微量的硫化物熔离便可导致残余岩浆中PGE的显著亏损,因此,PGE是玄武岩浆硫化物熔离作用最敏感的示踪元素。硫化物熔离和成矿实质上是幔源岩浆特殊演化过程的结果,所以,Ni,Cu和PGE的特殊性质可用来探讨岩浆硫化物成矿的关键控制因素。Ni、Cu和PGE具有不同的单硫化物固溶体/硫化物熔浆分配系数,因此,它们也是硫化物熔浆结晶分异的重要示踪元素。本文试图从Ni、Cu和PGE地球化学性质和行为入手,并借助一些研究实例,对它们在幔源岩浆起源和演化以及岩浆硫化物矿床成因研究中的示踪意义进行系统介绍。

新疆北部后碰撞与幔源岩浆有关的成矿谱系

新疆北部与后碰撞幔源岩浆作用有关的矿床主要有四类:铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿矿床、钛铁矿-铜镍硫化物复合矿床和玄武岩型自然铜矿床。上述四类矿床成矿时代相近(主成矿期为二叠纪),空间相邻,跨构造单元分布,彼此之间可出现过渡或复合矿床类型,构成了独特的后碰撞与幔源岩浆作用有关的成矿谱系,也是中亚型造山后碰撞阶段颇具特色的成矿组合。依据其成矿专属性的不同,新疆北部与幔源岩浆有关的矿床可分为两个系列:钛铁系列和铜镍系列。钛铁系列以尾亚矿床为代表,以高钛富碱为特征,为碱性系列,REE总量高,LREE富集,ε_(Nd)(t)近0值,其含矿岩体的地球化学特征与峨嵋大火成岩省钒钛磁铁矿含矿岩体特征一致,推测其含矿岩浆来源与地幔柱活动有关;而以黄山、喀拉通克为代表的铜镍矿床成矿岩体,以相对富镁为特征,属钙碱系列和拉斑玄武岩系列,REE总量较低,模式曲线呈LREE略富集的平缓型分布,ε_(Nd)(t)为明显的正值,可能来自亏损岩石圈地幔的部分熔融。新疆北部后碰撞阶段除发育了与幔源岩浆有关的成矿谱系外,还发育了与造山带有关的构造-岩浆-成矿体系。这种既有地幔柱成矿又有造山带成矿的双重特性,可能是二叠纪地幔柱活动与造山(后碰撞)作用叠加的结果。

中亚造山带中新生代壳幔相互作用特征与过程——新疆北部幔源岩浆岩系对比研究

新疆北部中新生代幔源岩浆岩多位于大型走滑断裂带或者裂谷带附近,岩石系列均具有高的TiO_2含量,富碱、高度富集不相容元素和轻稀土(LREE),ε_(Nd)(t)值低正值到负值,(^(87)Sr/^(86)Sr)_i值较高,不相容元素比值La/Nb和Nb/U显示中新生代玄武岩浆在形成过程中的壳幔作用明显不同于古生代造山过程,岩浆来源于类似OIB源的富集地幔。而新疆北部地区的二叠纪幔源镁铁-超镁铁岩来源于亏损地幔,陆壳物质参与了岩浆的形成,源区可能混入了早期的弧组分或俯冲的洋壳。由于古生代多个洋盆闭合和增生造山作用致使中亚造山带的岩石圈不断增厚,于古生代晚期发生拆沉去根作用,软流圈亏损地幔上涌形成二叠纪镁铁-超镁铁岩系,而拆沉的岩石圈以及俯冲下沉的洋壳及其沉积物,在地幔环境熔融交代改造原始地幔,使中亚地区的地幔自古生代晚期以后逐渐转换为整体富碱、富含轻稀土(LREE)和不相容元素的富集地幔。被改造了的富集地幔在中新生代沿裂谷带或大型走滑断裂薄弱带上涌,形成了中新生代幔源岩浆的喷发和侵位。

东昆仑造山带早中生代幔源岩浆事件及其地质意义

东昆仑造山带早中生代幔源岩浆底侵不仅为花岗岩类的广泛发育提供了能量和物质基础,也为厘定区域构造环境提供了新的约束。本文对区域上发育的小尖山岩体、拉陵高里沟脑2、3号岩体开展了精确的锆石U-Pb年代学研究,并与区域上镁铁质岩体做了对比。LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明,小尖山岩体磁黄铁矿化辉长岩锆石^(206)Pb/^(238)U-^(207)Pb/^(235)U谐和年龄为247.1±1.1Ma,与前人获得的中细粒辉长岩年龄相差20Ma,暗示该岩体为多期岩浆活动的产物。拉陵高里沟脑2号和3号岩体辉长岩锆石^(206)Pb/^(238)U-^(207)Pb/^(235)U谐和年龄分别为(244.9±1.6)Ma和(238.4±4.1)Ma,二者年龄在测试误差范围内一致,为同期岩浆作用的产物。结合区域上已知镁铁质岩体的形成时代及地球化学特征,认为早中生代幔源岩浆形成于后碰撞伸展环境,活动时限为251~221Ma。该期幔源岩浆与地壳物质发生了广泛的物质与能量交换,是今后该区铜镍矿勘查的重要对象之一。

幔源岩浆去气形成富二氧化碳含金流体——可能性与现实性

综合国内外研究资料并结合笔者的研究成果 ,评述了幔源岩浆去气形成富二氧化碳含金流体的可能性和现实性。笔者认为 ,在地幔熔融和富集交代过程中可以形成富金和二氧化碳的岩浆 ,进一步在岩浆去气过程中金可以气相形式随二氧化碳排出 ,而一个由深部稳定热源驱动、富含幔源岩浆去气带入的二氧化碳和金并与地壳浅部流体混合的热液环流系统是形成重要金矿化的必要条件。

郯庐断裂系统与中国东部幔源岩浆成因CO_2关系的初探

中国已发现的幔源岩浆成因CO2气藏主要分布在与郯庐断裂发育密切相关的东部伸展盆地，两者关系具体表现如下：1．中国东部幔源岩浆成因CO2气藏的空间展布与郯庐断裂保持一致；2．郯庐断裂切割深度达到上地幔；3．沿郯庐断裂岩浆活动强烈，且具幔源特点；4．中国东部伸展盆地自中、新生代以来的演化受郯庐断裂带活动影响。本文主要以郯庐断裂带为主线，结合幔源岩浆成因CO2气藏典型实例，从郯庐断裂构造环境、空间格局和演化过程对幔源岩浆成因CO2的控制作用进行初步归纳和分析。

秦岭造山带中秦岭杂岩的早古生代幔源岩浆作用

秦岭造山带是华北克拉通和扬子克拉通的缝合带，经历了复杂的碰撞-扩张-聚合的演化，以商-丹断裂带为界被分为北秦岭和南秦岭。本文对北秦岭秦岭岩群（杂岩）中的斜长角闪岩和角闪黑云斜长片麻岩进行了地球化学、锆石U-Pb年代学和锆石Hf同位素研究，斜长角闪岩（变质玄武岩）中含有大量新元古代早期（888～957 Ma）和中元古代（～1424 Ma）的捕获锆石，其原岩的形成时代应早于新元古代早期；角闪黑云斜长片麻岩中的变质锆石指示秦岭岩群（杂岩）在早古生代经历了变质-热事件，其锆石εHf（t）值变化于9.0～12.0，指示其原岩源于亏损地幔。

幔源岩浆活动过程中的去气作用——以云南老王寨金矿煌斑岩为例

本文以云南老王寨金矿煌斑岩为例 ,从岩石产出的构造环境、源区地幔交代富集作用、岩浆演化中硅酸盐熔体 碳酸盐熔体液态不混熔作用、岩石中CO2 的来源、蚀变流体特征、与成矿的关系以及高温高压实验等方面分析了幔源岩浆活动过程中的去气作用。

东天山早二叠世幔源岩浆活动及镁铁质杂岩体铜镍成矿潜力分析

新疆东天山地区广泛发育早二叠世造山带岩浆铜镍硫化物矿床。东天山地区二叠纪幔源岩浆活动强烈,跨构造单元产出一套早二叠世火山岩、镁铁-超镁铁质杂岩体、镁铁质杂岩体和辉长-辉绿岩体。这套幔源岩浆为钙碱性岩浆,具有连续演化特征,具有喷出相和通道相地质特征。小型镁铁质-超美铁质杂岩体是目前东天山发现的主要的铜镍矿成矿岩体,部分镁铁质杂岩体作为岩浆通道,结晶分异好、含矿性好和剥蚀程度相对较低具有巨大找矿潜力。

腾冲火山区幔源岩浆气体上升过程中的变化及原因

腾冲热海地区幔源岩浆气体在向地表上升迁移过程中,气体化学组成呈现出有规律的变化,其原因是多方面的。从深部至浅部,He含量的迅速降低主要受控于物理学和动力学因素;H_2S的逐渐减少和SO_2的逐渐增加可能与过渡性地热流体储库氧化还原条件的变化有关;中、浅层气体中H_2含量的增加与CH_4的逐渐降低伴生,CO含量较深层气体更高,其原因可能与断裂的最新活动有关;地壳浅部气体和空气混入的影响不大。

东昆仑祁漫塔格晚古生代末期幔源岩浆活动成因及地质意义:以鹰爪沟岩体为例

幔源岩浆活动的成因研究,对约束区域构造演化历史具有重要意义.东昆仑祁漫塔格鹰爪沟镁铁-超镁铁质层状岩体由橄榄辉长苏长岩、含长橄榄二辉岩及橄榄二辉岩组成.获得橄榄辉长苏长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为263±4Ma,指示岩体形成于中二叠世晚期.岩石地球化学特征显示,鹰爪沟岩体具有低SiO2、高MgO、FeOt含量,富集LREE、LILE,亏损HREE以及Th、U、Nb、Ta、Ti等不相容元素等特征.全岩εNd(t)=0.73~0.92,锆石εHf(t)=8.33~13.50.综合区域地质背景资料,认为其形成于古特提斯洋俯冲作用下的活动大陆边缘裂谷,源自于受软流圈熔体和俯冲流体交代的岩石圈地幔.结合同期具有壳幔混源特征的花岗岩资料,认为东昆仑地区在中二叠世已有幔源岩浆底侵活动,主要形成于古特提斯洋俯冲体制下局部的伸展背景.

青藏高原北缘新生代幔源岩浆活动及构造运动性质

北方板块是否俯冲到了青藏高原之下?现有的资料尚难对此作出确切的回答解决问题的关键之一是青藏高原北缘的新生代岩浆起源与作用过程.支持俯冲模型的地球物理论据及岩浆活动证据都还不够充分.然而,许多证据却表明,陆-陆碰撞引起的大型剪切断裂和地壳大规模缩短在青藏高原北缘的岩石圈运动中有重要的作用.青藏高原北缘的慢源岩浆活动局限在大型走滑断裂的交汇部位,岩浆成因可能与走滑作用导致的局部拉张环境有关.走滑断裂导致岩石圈的重力不稳定性和垮塌,深部热物质上升,它们所携带的热量与剪切作用生成的热一起,导致含水地慢发生部分熔融.

山东幔源岩浆岩的碳-氧和锶-钕同位素地球化学研究

系统研究了鲁西早白垩世碳酸岩、方城玄武岩、胶东白垩世煌斑岩、蒙阴古生代金伯利岩的碳-氧和锶-钕同位素组成特征.古生代金伯利岩的碳氧同位素组成集中,δ^(13)C和δ^(18)O分别在-4.8‰～7.6‰和+9.9‰～+13.2‰之间,属正常情况,而白垩纪3 类岩浆岩的碳氧同位素则变化较大,并暗示当时的地幔源区可能局部受到过含有机碳的地壳物质的混染.白垩纪 3类岩浆岩的锶钕同位素一致显示了EMII型富集地幔的源区特征,暗示了再循环地壳物质对地幔源区的改造.碳-氧和锶-钕同位素特征的系统对比显示,华北东部克拉通下岩石圈地幔在早古生代、早白垩世、第三纪时期的特征互不相同,表明该陆下岩石圈地幔自古生代以来至少经历了两次改造过程.目前的资料暗示,第1次改造过程可能主要发生在三叠纪-侏罗纪,带有缓慢渐变的特征,第2次改造过程主要发生在白垩纪,显示为快速突变.种种迹象表明,华北东部早白垩世(尤其是120～130 Ma)可能是华北东部中生代动力学体制转折的关键时段.

大别造山带深部地缝合线与地表地缝合线的解耦及大陆碰撞岩石圈楔入模型:中生代幔源岩浆岩Sr-Nd-Pb同位素证据

中国东部华北和华南陆块的中生代镁铁质岩浆岩的Nd-Pb同位素存在显著差异:华北陆块中生代幔源岩浆岩的εNd值可低至-15～-21,206Pb/204Pb<17.9,而华南陆块的εNd值>-10,206Pb/204Pb>18.3.大别造山带北部发育的中生代辉石-辉长岩的εNd值可低至-19,206Pb/204Pb<17.3.这说明北大别带深部岩石圈的地球化学特征与华北陆块岩石圈类似,而不同于华南陆块.因此,虽然大别造山带华北与华南陆块地表地缝合线位于北大别带北侧,但是切割中国东部的中生代深部岩石圈Nd同位素剖面显示其深部地缝合线应位于北大别带以南.这与前人建议的郯庐断裂以东深部地缝合线南移现象是一致的,但与华南陆块地壳向北俯冲相矛盾.这一深部地缝合线与地表地缝合线的解耦现象可以用大陆碰撞岩石圈楔入模型来解释.俯冲板片断离后,两陆块的持续会聚可形成缝合带的强挤压环境,从而导致已折返的俯冲陆壳与未折返的镁铁质下地壳及岩石圈地幔分离,并使华北陆块下地壳及岩石圈楔入扬子陆块北缘俯冲陆壳和岩石圈地幔之间.这一构造作用导致华南陆块原俯冲陆壳向北仰冲,而华南陆块深部岩石圈向华北陆块下俯)中.它是导致大别山侏罗纪超高压变质岩的第2次快速抬升和岩石圈拆离(delamination)及相应岩浆作用的重要构造机制.大别-苏鲁造山带深部地缝合线?

腾冲热海地区现代幔源岩浆气体释放特征

详细讨论了腾冲热海地区逸出气体的化学和氦、碳同位素组成及其在地表的分布特征结果表明，该区地壳浅部存在幔源岩浆侵入活动；现代幔源岩浆挥发组分通过活动断裂带源源不断地向外释放，其主要成分是ＣＯ_２，还有少量的Ｈｅ，Ｈ_２，ＣＨ_４，Ｈ_２Ｓ和ＣＯ等．研究区内南北向断裂最深，它可能与得到幔源岩浆挥发组分直接补充的深部热储直接相通．逸出气体的氦、碳同位素组成特征指示，现今在热海地区壳内活动的幔源岩浆与导致区内最新火山喷发的幔源岩浆之间可能存在着渊源和继承关系．