花岗岩浆侵位与结晶固化时差的研究与构造意义:以南岭骑田岭花岗岩基为例

通过对南岭中段骑田岭花岗岩基地质-岩石地球化学特征研究,判明了该岩基的侵位深度（5.5km）、围岩温度（196℃）及岩浆初始温度（950℃）,建立起骑田岭花岗岩基的数学计算模型,计算得出：骑田岭花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间（Δtcol）为4.1Ma;由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间（ΔtL）为2.6Ma;由于骑田岭花岗岩基放射性元素含量（U-15.3×10-6,Th-51.35×10-6,K2O-5.02%）是世界平均花岗岩放射性元素含量（U-5×10-6,Th-20×10-6,K2O-2.66%）的2~3倍,骑田岭花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的时间（ΔtA）为35.4Ma,远长于世界平均花岗岩计算的ΔtA（2.93Ma）。因此,骑田岭花岗岩基的岩浆侵位-结晶固化时差（ΔtECTD）为42.1Ma,结合锆石U-Pb年龄值（161Ma）,通过反演计算得出骑田岭花岗岩基侵位年龄值（tE）为203.1Ma,从而为骑田岭花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证。

南岭花山和姑婆山花岗岩基属印支期侵位——来自花岗岩熔体冷却-结晶和放射成因热计算的依据

通过对南岭西段花山和姑婆山花岗岩基地质-岩石地球化学特征研究,判明它们的侵位深度(5.5km)、围岩温度(196℃)及岩浆初始温度(950℃),建立起花山和姑婆山岩基的数学计算模型,计算得出:花山-姑婆山花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间(Δtcol)分别为4.14Ma(花山)和4.36Ma(姑婆山);由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间(ΔtL)为2.67Ma,2.81Ma;由于花山和姑婆山花岗岩基放射性元素含量(U13.5×10-6,Th56.1×10-6,K2O5.79%(花山);U13.7×10-6,Th52.4×10-6,K2O5.28%(姑婆山))高于世界平均花岗岩放射性元素含量(U5×10-6,Th20×10-6,K2O2.66%),花山和姑婆山花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的时间(ΔtA)分别为37.6Ma和45.1Ma,远长于按世界平均花岗岩放射性元素含量计算得出的ΔtA(3.17Ma,花山)。花山和姑婆山花岗岩基的侵位-结晶时差(△tECTD)分别为44.41Ma和52.27Ma,结合锆石U-Pb年龄值(162Ma(花山),163Ma(姑婆山)),通过反演计算得出花山、姑婆山花岗岩基侵位年龄值(tE)分别为206Ma和215Ma,从而为花山-姑婆山花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证。

南岭骑田岭花岗岩基属印支期侵位的岩浆动力学佐证:对《关于南岭花岗岩侵位年龄问题》一文的答复与讨论

影响花岗岩熔体冷却-结晶时间长短的因素虽然较多,如花岗岩熔体的初始温度、结晶温度、侵位深度、围岩温度、体积、放射成因热以及其他各种热物理参数,但计算表明,花岗岩体积大小是决定花岗岩体侵位-结晶时差的最主要因素。采用与骑田岭花岗岩体相同参数计算得出不同出露面积花岗岩体的侵位-结晶时差(△tECTD)分别为42.1Ma(骑田岭花岗岩体,520km2);0.7Ma(50km2花岗岩体);0.05Ma(4km2花岗岩体)。采用板状模型,结合骑田岭花岗岩锆石U-Pb年龄值(161Ma),通过反演计算得出骑田岭花岗岩基侵位年龄值(tE)为206Ma,与立方体模型计算结果(203Ma)差别不大,从而为骑田岭花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证。对国内外花岗岩体205对锆石U-Pb年龄和全岩Rb-Sr等时线年龄进行的相关分析,拟合出相关系数很高(R=0.997),回归系数接近l的线性回归方程(tRb=0.9928×tZr+2.1584)。△t(tZr-tRb)频数统计分析表明:Δt呈对称正态分布(偏度系数CSK=-0.148;峰度系数CKU=6.771),其中位值为0Ma,众数值为2Ma。这表明花岗岩体锆石U-Pb定年的测定结果与全岩Rb-Sr等时线定年测定结果在允许的误差范围内是一致的,从而得出"花岗岩锆石U-Pb年龄不能代表花岗岩侵位年龄(tE)"的结论。对Lee等(1997)和Cherniak等(2000)所进行天然锆石中U和Pb扩散系数实验条件的分析,判明他们得出的"锆石U-Pb同位素体系封闭温度>900℃"结论,只可应用于解释源区岩石升温产生部分熔融形成花岗岩浆过程中残留锆石U-Pb同位素的行为,但不适用于解释直接从花岗岩熔体中晶出锆石U-Pb同位素体系封闭温度。华南同熔型花岗岩(龙塘花岗闪长岩体,长泰花岗闪长岩体)与其同源火山岩全岩Rb-Sr年龄存在较大的差别(ΔtRb-Rb=15.7～32Ma)以及华南部分花岗岩体锆石中存在差别较大的2组U-Pb年龄(ΔtZr-Zr=24～50Ma)的实例为花岗岩存在较大侵位-结晶时差提供了直接的佐证。

金鸡岭产铀花岗岩体印支期侵位的岩浆动力学证据及其构造意义

通过对南岭西段金鸡岭花岗岩体地质-岩石地球化学特征研究,判明该岩体的侵位深度(7.5km)、围岩温度(270℃)及岩浆初始温度(950℃),建立起金鸡岭花岗岩体的数学计算模型,分别计算得出:金鸡岭花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间(Δtcol)为3.91Ma;由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间(ΔtL)为2.92Ma;由于金鸡岭花岗岩体放射性元素含量(U——16.5×10-6,Th——51.3×10-6,K2O——4.82%)是世界平均花岗岩放射性元素含量(U——5×10-6,Th——20×10-6,K2O——2.66%)的3倍左右,金鸡岭花岗岩熔体侵位后产生的放射性成因热使结晶过程延长的时间(ΔtA)为34.5Ma,远长于按世界花岗岩平均放射性元素含量计算的ΔtA*(2.82Ma)。金鸡岭花岗岩体的侵位-结晶时差(ΔtECTD)为41.3Ma,结合锆石U-Pb年龄值(156Ma),通过反演计算得出金鸡岭花岗岩体侵位年龄值(tE)为197.3Ma,从而为该岩体属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学证据。

燕山早期花岗岩基印支期侵位的岩浆动力学证据及构造意义:基于南岭8个岩体侵位年龄计算结果

根据各花岗岩体地质构造特征、有关的热物理参数及主体花岗岩的放射性元素含量,采用简化的立方体数学模型计算得出:南岭地区8个花岗岩基侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间(Δtcol)为3.9(金鸡岭)～5.5 Ma(九峰);由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间(ΔtL)为2.6～3.5 Ma;花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的时间(ΔtA)为5.2(陂头)～45.1 Ma(姑婆山)。南岭地区8个燕山早期花岗岩基的侵位—结晶时差(△tECTD)为12.1(陂头)～52.2 Ma(姑婆山),结合锆石U-Pb年龄通过反演计算得出其侵位年龄(tE)为194.4(陂头)～219.3 Ma(九峰)。这为南岭燕山早期花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证,揭示出近东西向展布的南岭晚中生代造山带具有印支期构造格架(以侵位年龄为代表)和燕山早期花岗岩(以锆石U-Pb年龄为代表)的双重特征。

南岭西段金鸡岭复式花岗岩基地质及岩浆动力学特征

对南岭西段金鸡岭复式花岗岩基进行的Rb Sr同位素定年研究 ,确定Ⅰ阶段黑云母二长花岗岩的等时线年龄为 169.5Ma ,Ⅱ、Ⅲ阶段黑云母花岗岩和二云母花岗岩为 150 .7Ma ,其ISr值分别为 0 .7163和 0 .72 0 6,表明该复式岩基属燕山早期。金鸡岭复式花岗岩基岩石属钙碱性系列 ,从Ⅰ阶段到Ⅱ、Ⅲ阶段表现出有规律的演化特征 :岩石由准铝质 (Ⅰ ) ,演化为过铝质 (Ⅱ )和强过铝质(Ⅲ ) ;钾长石有序度由 0 .33(Ⅰ ) ,增高到 0 .69(Ⅱ )和 0 .80 (Ⅲ ) ;斜长石由An37(Ⅰ )降低到An2 6(Ⅱ )和An7(Ⅲ ) ;黑云母由铁质黑云母 (Ⅰ )向铁叶云母 (Ⅱ )和铁白云母 (Ⅲ )方向演化 ;氧化物(SiO2 ,Al2 O3,TFeO ,MgO ,TiO2 ,CaO) -DI图解上呈良好的线性演化关系 ;成岩温度逐阶段降低 ,由 74 5℃ (Ⅰ )降低到 673℃ (Ⅱ )至 50 5℃ (Ⅲ )。采用地质地球化学方法估算出金鸡岭岩基的侵位深度约为 6.3km ,成岩压力为 180MPa ,具中深成相特征 ,属S型花岗岩并形成于华南板块内部的碰撞构造环境。

U-Th-K放射成因热对花岗岩冷却-结晶过程影响的计算及地质意义

花岗岩的放射性元素（U，Th，^40K）含量比玄武岩等基性．超基性岩高1-2数量级，其产生的放射成因热对花岗岩冷却-结晶时间有较大影响．推导出放射成因热使花岗岩熔体的冷却-结晶过程延长时间（认）的计算公式．采用该公式对湘南金鸡岭岩体二长花岗岩（U=5．31×10^-6，Th=23．1×10^-6，K2O=4．55％）进行的模拟计算得出，在二长花岗岩熔体冷却-结晶期间积累的放射成因热将使结晶过程延长的时间尺度（tA）大于二长花岗岩熔体从初始温度（Tm）冷却到结晶温度（瓦）所需时间尺度（tool）（tA=1．4tcol）．这表明，花岗岩熔体中产生的放射成因热是影响其冷却-结晶过程的一个重要因素，也是造成中生代一新生代花岗岩基的结晶年龄与其侵位年龄不一致，产生较大的侵位-结晶时差的热动力学原因之一．

花岗岩体高温热年代学研究的新思路、方法及计算实例

对国内外花岗岩体723对锆石U-Pb年龄(tZr)和全岩Rb-Sr等时线年龄(tRb)进行的相关分析,拟合出相关系数很高(R=0.997),回归系数接近l的线性回归方程(tZr=1.0005×tRb+0.493041)。ΔtZr-Rb(tZr-tRb)频数统计分析表明:ΔtZr-Rb呈对称正态分布(偏度系数CSK=0.193;峰度系数CKU=6.722),其均值为0.624 Ma,众数值为1.0 Ma。这表明花岗岩体锆石U-Pb定年的测定结果与全岩Rb-Sr等时线定年测定结果在允许的误差范围内是一致的。不存在花岗岩体锆石U-Pb年龄必定大于全岩Rb-Sr等时线年龄的规律表明,同位素热年代学方法只适用于研究花岗岩结晶固结后的低温热演化史。前人根据锆石U-Pb年龄和全岩Rb-Sr等时线年龄差值及相应同位素体系封闭温度研究的10个花岗岩体的冷却速率(CRZr-Rb)表明,它们与岩体体积尺度不相关,这有悖于"热物体的体积(质量)愈大,则在相同热物理条件下其冷却速率愈小"的热物理学基本定律。根据热传导理论及本文作者(2010)提出的侵位结晶时差概念我们得出"在相同热物理学条件下,体积尺度是决定花岗岩体冷却速率最主要因素"的结论。以上述10个花岗岩体为例,本文计算得出它们在结晶固结前高温阶段的冷却速率(CRECTD)并拟合出冷却速率与岩体体积尺度呈幂函数关系:CRECTD=7544.7×D-2.1686,计算结果符合热物理学基本定律。