花岗岩结晶分离作用问题——关于花岗岩研究的思考之二

岩浆结晶分离作用是一个古老的话题,很早就有学者指出,地球内部生成的岩浆大多是玄武质岩浆,大多数花岗岩是由玄武岩结晶分离形成的。本文在考察了岩浆结晶分离作用的制约因素、比较了不同性质岩浆结晶分离作用的特征之后指出:玄武质岩浆可以发生结晶分离作用,因为有与其相关的堆晶岩产出;安山质岩浆也可以发生结晶分离作用,因为也有与其相关的堆晶岩产出。但是,花岗质岩浆似乎不大可能发生结晶分离作用,因为,很少见到有与(富硅的)花岗质岩浆相伴的堆晶岩产出。花岗质岩浆之所以不大可能发生结晶分离作用的原因在于:(1)岩浆的黏性大,它不仅阻滞了矿物的结晶作用(使斜长石不能发育为自形晶),而且阻止了密度大的矿物(例如角闪石)下沉;(2)主要造岩矿物(例如斜长石)的密度与花岗质岩浆的密度相差无几,使结晶分离作用难以进行。本文详细考察了花岗质岩浆中斜长石的行为,指出在花岗质岩浆中斜长石结晶分离几乎是不可能的。那么,文献中大量充斥的花岗岩结晶分离作用的说法是依据什么呢?作者认为,文献中的许多说法可能主要是根据哈克图解得出的,而不是根据实际观察和理论研究得出的。作者认为,玄武岩和花岗岩不仅来源不同,成分不同,而且解释也不同。哈克图解中许多适合玄武岩的解释未必适合花岗岩。由于鲍文反应原理是结晶分离作用的理论基础,因此,文中也对鲍文反应原理进行了评述,并指出文献中存在的一些需要认真对待的问题,例如,从玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩的连续演化序列是不可能的;单元-超单元填图方法是不科学的;中国东部中生代大规模花岗岩不可能是玄武质岩浆结晶分离形成的等等。本文还以 Ajaji el ai.(1998)报道的摩洛哥 Tanncherfi 花岗岩为例,指出结晶分离作用的解释是不可能的。作者认为,花岗岩类的成分变化大,主要可能与源区组成、温度、压力、挥发分、部分熔融程度和过程、混合作用、岩浆分异及结晶分离作用有关。其中,源区组成可能是花岗岩多样性的最重要的原因,而结晶分离作用的影响可能是微乎其微的。本文认为,花岗岩结晶分离作用对于花岗岩成因的意义已经被大大地夸大了,我们应当重新思考结晶分离作用对于花岗质岩浆的意义。由于花岗岩的极端复杂性,许多问题还得不到比较合理的解释,本文的认识只是初步的。

藏南拿日雍错片麻岩穹窿中新世淡色花岗岩的形成过程:变泥质岩部分熔融与分离结晶作用

拿日雍错片麻岩穹窿位于特提斯喜马拉雅带的东部,穹窿边部淡色花岗岩脉形成于21.8±0.3Ma,穹窿核部主体淡色花岗岩的结晶年龄为20.1±0.1Ma,其中1件样品记录了~17.3Ma热液蚀变事件。大部分淡色花岗岩具有以下特征:(1)较高的Si O2(>72.9%),Al2O3(>14.7%)和A/CNK(>1.1),较低的Fe O、Mg O、Mn O和Ti O2;(2)高度变化的大离子亲石元素(如Rb、Sr、Ba)和高场强元素(如Nb、Ta、Hf、Th)和Rb/Sr、Nb/Ta、Zr/Hf比值;(3)富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,Eu和Nd都显示负异常(Eu/Eu*<0.7,Nd/Nd*=0.5~0.8);(4)Sr同位素比值变化范围较大(87Sr/86Sr(t)=0.7132~0.7330),但Nd同位素比值一致(εNd(t)=-12.4^-10.9)。这些特征表明:拿日雍错淡色花岗岩形成于20Ma,是变泥质岩部分熔融作用的产物,经历了不同程度的斜长石、锆石、独居石、磷灰石、富Ti矿物等的分离结晶作用。

伟晶质岩浆的同化混染与分离结晶(AFC)作用及铀成矿效应:以纳米比亚湖山铀矿为例

纳米比亚湖山铀矿位于达马拉造山带的中央南部地区,工业铀矿物为晶质铀矿,属于伟晶岩型铀矿床。关于不同矿石中铀元素的富集与沉淀机制还存在一定争议。为了揭示伟晶质岩浆演化与铀矿化作用的关系,本文对矿区内不同矿物组成的伟晶岩型矿石开展了岩石和矿物地球化学研究。野外及镜下鉴定结果显示,矿化伟晶岩可以分为“简单类型”矿体和“复杂类型”矿体。前者具有正常的花岗伟晶结构,晶质铀矿均匀分布于造岩矿物之间,矿化程度低到中等;后者表现出非均匀的结构特征,且矿化程度极高,晶质铀矿在成因上与大量黑云母团块有明显的空间联系。地球化学研究表明:在“简单类型”伟晶岩中,铀元素主要通过伟晶质岩浆的分离结晶作用富集;“复杂类型”伟晶质岩浆的演化则明显受控于同化混染作用,其铀矿化为岩浆同化混染与分离结晶(assimilation-fractional crystallization,AFC)作用产物。具体而言,外来基性组分(FeO,MgO,TiO_(2),MnO)的混入导致“复杂类型”熔体中矿物的结晶顺序发生改变,长石类矿物的“延后”结晶为黑云母提供了更加有利的结晶空间和条件,促使黑云母以团块状聚集的形式产出。黑云母的大量析出会引发残余岩浆中UF_(m)^(4-m)络合物的水解,导致晶质铀矿在团块黑云母内部或周围沉淀。因此,本文有关“简单类型”和“复杂类型”产铀伟晶岩的研究,有效地揭示了岩浆演化过程与铀矿化机制,丰富了伟晶岩型铀矿床理论,为后期勘查开发提供了科学依据。

分离结晶作用的瑞利方程的改进

由Neuman等(1954)根据瑞利分异定律建立的方程表示为C_1/C_0=F^(D-1)由于残余熔体分数与固相x_i中相i质量分数无直接关系,必须规定这些变数之一为一系列任意值。因此利用瑞利方程得出的模拟结果受外部控制,因而也就没有什么实际意义。但是,通过引入变数yi代表固相中与初始质量有关的相i质量,可得F=1-Σy_i,于是以前的方程可改写为C_1/C_0=(1-Σyi)(?)根据该方程式,可能得到其他系统的已知值K_i、G_1和C_0的变数,这里K_i代表固-液分配系数,C_1和C_0分别代表分异熔体和母熔体的浓度。该联立方程组可利用最小二乘法来求解,并可用来研究天然系统。

赛马-柏林川碱性杂岩常量组分变异的分离结晶制约

赛马－柏林川碱性杂岩体为侵位于古元古宙与新元古宙之间的缓倾斜岩席状岩体，缓倾的张裂隙制约了分异岩浆的侵位和含矿溶液的流通，交代富集的上地幔产生的富碱岩浆与富集的地壳产生的岩浆以不同比例混合，形成了正长质岩浆和霞石正长质岩浆。含地壳组分较高的正长质岩浆，受富钙辉石、角闪石和镁质较高黑云母的结晶分离制约向硅酸过饱和方向演化；霞石正长质岩浆受富钙辉石—霓辉石、白榴石、含Ｆｅ较高黑云母、黑榴石的分离结晶制约发生分异。稀土元素矿床是霞石正长质岩浆分异残余熔体的产物，侵位于岩体最高层位。

分离结晶岩浆岩元素丰度关系定律

绝大多数岩浆岩都经历了不同程度的岩浆分离结晶作用,未经分离结晶作用而直接固结的岩石极少。 1.定律:根据峨眉山玄武岩系和同源的白马基性超基性层状岩体地球化学研究,分离结晶成因岩浆岩的元素丰度(A°、B°)互呈幂函数关系:

关于南岭花岗岩及其成矿作用问题的思考——与吴福元教授等商榷

笔者等针对吴福元等(2023)“南岭高分异花岗岩成岩与成矿”一文(后简称“吴文”)提出两个不同认识:(1)南岭地区广泛出露的燕山早期花岗岩,常构成复式花岗岩体的主体。吴文依靠3个幔源物质(玄武岩、微粒包体和基性岩脉)的证据,认为这些花岗岩是壳幔相互作用的产物。笔者认为这些“幔源物质”的存在不足以作为“壳幔相互作用”的证据,南岭燕山早期花岗岩实际上为沿着地壳剪压断裂主动侵位的同造山花岗岩(主体花岗岩)。(2)吴文认为,这些复式花岗岩体中的补体花岗岩(小岩体)也是燕山早期的,为“同源岩浆”的高分异演化的产物。笔者等对前半句持否定性的看法,但认同后半句的结论,并以完全不同的方式表明,初始花岗岩浆是在重力和热量对流下的深部岩浆房中经历20 Ma以上的分离结晶作用,才可能在岩浆房上部形成含巨量成矿物质的残余花岗岩浆。这些残余花岗岩浆在早白垩世的拉张环境中,快速地被动上侵而溶离成两部分(流体和熔体),分别形成岩浆热液矿床和造山后花岗岩(补体花岗岩)。

藏南错那地区空布岗中新世淡色花岗岩的成因机制

空布岗位于特提斯喜马拉雅带东部、桑日-错那裂谷系内,发育二云母花岗岩、白云母淡色花岗岩、含石榴子石淡色花岗岩以及混合岩淡色体。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年显示,空布岗白云母淡色花岗岩结晶年龄为16.9±0.1Ma。全岩元素地球化学分析表明:二云母花岗岩为过铝质富钠花岗岩,具有较高的Sr(107×10^(-6)~141×10^(-6))和Ba(230×10^(-6)~311×10^(-6)),较低的Rb(108×10^(-6)~221×10^(-6))和Rb/Sr比值(0.78~2.07),Ba与Rb/Sr比值没有相关性,指示其为白云母含水部分熔融作用的产物。白云母淡色花岗岩为过铝质富钾花岗岩,具有较高的Rb(>270×10^(-6))和Rb/Sr比值(5.2~9.5),但是其Sr(<58.5×10^(-6))和Ba(<167×10^(-6))含量较低,Ba与Rb/Sr比值呈现明显的负相关关系,表明它是白云母脱水部分熔融作用的产物。含石榴子石淡色花岗岩具有显著的Ba、Th、Nb、Ta、P、Sr、Eu、Zr、Ti负异常和高度相关的微量元素变化,是花岗质熔体经历斜长石、锆石、云母等分离结晶作用的产物。混合岩淡色体具有较高的SiO_(2)、K 2O、TiO_(2)、Ba、Nb、Ta、Zr、Hf,部分样品富集轻稀土或重稀土,存在显著的正Eu异常,指示了淡色体形成过程中捕获了源岩中的锆石、独居石、石榴子石等副矿物以及转熔钾长石。结合错那地区已发表的数据,可以推断:空布岗中新世花岗岩与桑日-错那裂谷的开启相关,低喜马拉雅岩系变质脱水产生流体,流体通过裂谷系上升促使了高喜马拉雅结晶岩系发生白云母含水熔融,桑日-错那裂谷的开启时间应该不晚于22.5Ma。

祁连山扎麻什基性杂岩体岩石地球化学特征及其大地构造意义

青海省祁连县扎麻什基性杂岩体侵位于寒武-奥陶纪地层中。岩体以辉长岩为主,并伴有超基性岩,辉石岩,角闪石岩与闪长岩出露。岩石地球化学研究表明,该岩体是由钙碱性岩浆经不同程度的分离结晶作用形成的。岩石具富集大离子亲石元素(LILE)而亏损高场强元素(HFSE),并具有明显Nb和Ta负异常。结合该岩体与北侧清水沟-百经寺俯冲杂岩的空间分布关系,表明该杂岩体是形成于北祁连洋壳向南俯冲形成的岛弧环境。

富锂氟含稀有矿化花岗质岩石的对比和成因思考

li-F花岗质岩石以超酸性、过铝、富含H2O、F、B、P等挥发性组分和富含Li、Rb、Cs、Be、Ta、Nb、Sn、W等亲石稀有金属元素为主要特征,以黄玉-锂云母-钠长石花岗岩为典型代表。从该类岩石地质产状的多样性和可对比性、空间分布的规律性、矿物岩石的结构构造、硅酸盐-熔体包裹体特征以及实验岩石学的研究成果等方面,综合论证该类岩石主要是从经过分异演化而形成的残余熔浆中直接结晶而成的;充分的分离结晶作用,是产生这种残余熔浆的主要机制;岩体的空间分带特征和各带之间的渐变过渡关系,为分离结晶作用的途径和演化方向提供了重要信息;熔体中挥发性组分的大量存在,是分离结晶作用能充分进行的关键因素;亲石稀有金属元素在流/熔配分中倾向于进入熔体相,是残余熔体中逐步富集这些稀有金属元素的主要原因;岩浆-热液过渡阶段出溶的流体相与已晶出的共存固相之间的相互作用,造成了广泛的交代蚀变现象;残余熔浆在不同地质和物理化学环境中的侵位、结晶和演化,造成了Li-F花岗质岩石在产状、结构构造和矿物组合等方面的多样性。

南岭中西段若干复式花岗岩体的成因模式研究

岩石学、岩石地球化学、黑云母矿物化学和副矿物特征等研究表明 ,南岭中西段 3个复式花岗岩体的演化规律表现为两种方式 :一种是以花山复式花岗岩体为代表的不同母岩浆演化方式 ,其补体美华花岗岩可能经历了与花山主体岩浆相似的分离结晶作用 ;另一种是以金鸡岭复式花岗岩体和大东山复式花岗岩体为代表的相同母岩浆演化方式 ,它们的补体螃蟹木花岗岩和猪蹄石花岗岩分别为金鸡岭主体和大东山主体花岗质母岩浆经过分离结晶作用形成。两种不同产出方式的补体花岗岩可能表明它们与主体岩浆的形成机制不同。

新疆北部阿尔泰南缘晚古生代高钾高硅熔结凝灰岩的地球化学、岩浆成因及构造背景

新疆北部阿尔泰南缘分布着一条晚古生代的火山岩带。通过岩石学和地球化学的研究,我们从克朗和麦兹火山-沉积盆地的下泥盆统康布铁堡组地层的火山岩中,厘定出一种高钾高硅熔结凝灰岩(Ignimbrite),前人称之为钾质流纹岩。高钾高硅熔结凝灰岩主要由钾长石(微斜长石)、石英和黑云母,以及少量白云母组成。其岩石化学成分的特征为过铝质的(A/CNK=1.01～1.36)、高硅(SiO_2=69%～80%)、高钾(K_2O=5%～11%)、高钾钠比值,并富集大离子亲石元素(Rb,Ba,K,La),亏损高场强元素(Nb,Ta,Ti,P)和低的 Nb/Y 比值,以及富 LREE 和亏损 Eu 的 REE 分布模式。以上这些特征体现它们继承了形成硅质岩浆的大陆地壳源区特点。微量元素的构造环境判别图解显示,本区高钾高硅熔结凝灰岩形成于活动大陆边缘的岛弧构造环境。综合岩石学和地球化学研究的结果,作者提出高钾高硅熔结凝灰岩岩浆的二阶段成因模型:1)地幔楔二辉橄榄岩部分熔融产生的大体积玄武岩岩浆侵入导致其上部地壳发生部分熔融形成了高硅的熔结凝灰岩岩浆;2)高硅岩浆经富钠斜长石的分离结晶作用最终形成高钾高硅的熔结凝灰岩浆。

西昆仑山普鲁新生代火山岩中包体的发现及其地质意义

报道了在西昆仑于田县南普鲁火山岩首次发现的包体的产出特征与矿物组成特征 ,提出其包体为岩浆在高位岩浆房中分离结晶作用形成的堆积相 ,并估算了其原始岩浆的成分特征 ,结果表明 :其原始岩浆和处于同一火山带的康西瓦火山岩相似 ,暗示了它们来自于同一源区 .但在高位岩浆房中 ,随着分离结晶作用的进行 ,岩浆的温度和氧逸度逐渐降低 .

喜马拉雅淡色花岗岩——关键金属Sn-Cs-Tl的富集机制

关键金属是全球高科技产业不可或缺的战略性资源,其富集机制和成矿作用是目前国际矿床学研究的热点之一。我们对喜马拉雅带吉隆和亚东地区淡色花岗岩开展系统的地球化学研究,发现侵入到藏南拆离系的淡色花岗岩含有较高的Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li和Bi。全岩元素地球化学分析表明,这些淡色花岗岩具有如下特征:(1)富集关键金属元素;(2)为原始岩浆经历斜长石、锆石、独居石、磷灰石、云母分离结晶作用后的残余熔体;(3)关键元素的富集和矿化与花岗岩高度分离结晶作用密切相关。随着分异程度的增强,岩浆变为富挥发分的高SiO_(2)体系,关键金属元素在残余熔体中富集,并且最后可能形成具有工业价值的矿床。由于地球化学特征的相似性,Cs和Tl呈类质同象替代钾、铷进入云母中。富集关键金属元素的花岗岩在时间上和空间上属于与藏南拆离系相关的同构造侵位花岗岩,藏南拆离系的活动促使了原始岩浆的广泛分离结晶作用,以及后期的关键金属元素(如Rb、Cs和Tl)的富集。

富氟花岗岩体系岩浆流体内稀土元素演化规律的实验研究

高温高压实验结果表明 ,随着富氟过铝花岗质岩浆分离结晶作用的进行 ,在与熔体相共存的流体相中 ,REE浓度呈有规律地变化 :当温度从 75 0℃下降至接近固相线 (5 70℃ )时 ,流体相中REE浓度逐渐降低 ,这一规律与REE在稀有金属花岗岩体上部岩相带中REE含量贫化的地质事实相一致。在富氟过铝质花岗岩体系中 ,REE易于分散进入某些造岩矿物 (如黑云母等 )和副矿物(如萤石和锡石等 )中 ,从而不利于REE形成热液矿床。

胶东东部中生代中酸性花岗杂岩形成机理

出露在胶东东部地区的中生代中酸性花岗杂岩，普遍含有大量的细粒间长岩类包体。对主体岩石和包体岩石的地质学、岩相学、地球化学以及同位素等方面的综合研究，证实这些主岩是中生代壳幔分层熔融形成的同生壳源岩浆和幔源岩浆发生混合作用形成混合岩浆，然后通过分离结晶作用形成花岗杂岩的不同类型。

南岭地区千里山复式岩体中补体与主体成因联系及其成矿意义

南岭燕山期花岗岩多为复式岩体,由主体和不同期次的补体组成。大部分学者认为南岭花岗岩中的补体是主体经历分离结晶作用之后的残余岩浆。然而,近几年新的年代学和同位素数据表明,补体与主体的成因关系其实很复杂,许多补体可能不是主体分离结晶作用的产物。

新疆哈尔里克山二叠纪碱性花岗岩-石英正长岩组合的成因及其构造意义

哈尔里克奥姆尔塔格碱性花岗岩(OMAG)侵入于小铺东二长花岗岩中。该岩体岩性较均一,呈灰紫色,主要矿物组合为石英、钾长石、钠长石、碱性角闪石和霓石;化学成分上富硅、碱,贫钙、镁,低铝;富Rb、Th、U和Zr,Ga/Al比值大(3.18×10~4～3.56×10~4),贫Ba、Sr,岩石中Co、Cr、V和Ni等过渡元素显著亏损,U、Hf、Zr和Nb等高场强元素的含量高;稀土总量较高,配分模式右倾,并具有显著的负铕异常;LA-ICP-MS锆石^(206)Pb/^(238)U加权平均年龄为287.6±2.1Ma;具有正的ε_(Nd)(t)值(+4.96),较低的(^(87)Sr/^(86)Sr),值(0.70159)。同样侵入于小铺东二长花岗岩中的恰干昆多沟含角闪石石英正长岩(QGQS)也呈灰紫色,其结构和构造与OMAG非常相似。两个岩体在主量元素和REE图解上均呈现有规律的分布和一致的演化趋势。从QGQS到OMAG,SiO_2含量增加(从64.71%～64.83%到71.23%～74.31%)、全碱含量降低(从11.72%～11.79%到8.49%～9.87%)和Al_2O_3含量减少(从16.09%～16.19%到11.44%～13.34%)、稀土总量减少(从592.3×10^(-6)～656.0×10^(-6)到273.9×10^(-6)～405.9×10^(-6))、轻/重稀土比值降低(从18.2～20.1到4.4～6.0)、稀土配分曲线从平滑到Eu显著亏损。基于OMAG的岩相学、矿物学、地球化学、锆石年代学和与QGQS的对比研究,笔者认为奥姆尔塔格碱性花岗岩可能是由石英正长岩母岩浆经过分离结晶作用演化的产物,且这种石英正长岩岩浆起源于亏损地幔;根据哈尔里克造山带地质演化历史的分析,这两个岩体均形成于紧随主碰撞后的挤压-伸展转折阶段。

金川铜镍硫化物矿床1号矿体矿石成因研究

金川Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床赋存于超镁铁岩体中,是世界第三大镍矿床。金川岩体中部(1#矿体)Ni金属储量约占整个金川矿床的56.8%,岩石呈同心带状分布,矿体横剖面形态为舌状,中间为网状矿石,周围是浸染状矿石,其网状结构矿石丰度远远高于其他矿石类型。1#矿体不同类型矿石亲Cu元素100%硫化物计算后,原始地幔标准化配分模式指示矿石的IPGE具有、高低2个系列的数值特征,Pt变化很大,大部分样品Pt/(Pt+Pd)值在(0.3～0.7)范围之外。钻孔样品Ni、Cu品位的变化指示富Cu矿石富集于网状矿体中、下部,网状矿石的Ni、Cu品位呈明显的负相关关系,Ni/Cu值在深部变化较大。研究认为,1#矿体遭受热液蚀变作用影响明显,矿石IPGE的变化和小尺度的Ni/Cu值循环变化由MSS分离结晶作用所致,矿体中、下部富集富Cu矿石和深部Ni/Cu值变化较大由MSS分离结晶作用和热液蚀变作用综合所致。

镜泊湖全新世火山岩——岩浆的多样性

通过对镜泊湖全新世十余座火山的岩石化学及矿物化学研究表明,该火山岩属于一套富钾火山岩,包括粗面玄武岩、碧玄岩和响岩质碱玄岩三种不同的火山岩类型,这些小区域短时间内形成的多样性岩浆为来自不同程度钾质交代地幔的部分熔融。作者认为这些岩浆的成因机制可能为镜泊湖地处太平洋板块俯冲的东亚大陆弧后扩张区,来自地幔契或消减的深俯冲板片脱水的钾质流体从而导致镜泊湖地区之下小区域内高度的地幔化学非均一性和岩浆的多样性。根据普通辉石巨晶形成压力估计,响岩质碱玄岩岩浆在约52-54 km深处发生高压分离结晶作用。