青藏高原形成演化研究回顾、进展与展望

青藏高原形成演化涵盖了前身的东特提斯地质构造演化、新生代地质构造演化和高原隆升对气候环境演变的制约,它不仅包含有关全球构造的空间格局、运动状态的历史记录,而且也留下了青藏特提斯洋陆转换、盆山转换构造体制的时空结构、运动形式和发展变化的地质遗迹。所以青藏高原是研究全球构造的窗口,被自然科学工作者誉为解决地球动力学的一把钥匙。自20世纪60年代以来,特别是1979年以来我们先后开展了青藏高原地质构造演化、系列编图及综合集成等研究工作。本文以认识现今青藏高原地质历史各阶段重大地质构造事件的结构组成和演化为主线,回顾了40年来历次重大青藏高原基础地质研究过程,系统总结了青藏高原新生代隆升过程、碰撞构造效应,以及东特提斯地质调查研究中一系列重要新发现、新进展、新成果,并对相关研究成果和新发现进行了简要的归纳梳理。在此基础上,就青藏高原形成演化模式、科学理论与学术争论观念层次上的问题,以及关键的基础地质问题等方面进行了讨论与展望。     

广元三堆镇康家沟剖面寒武系地层及沉积特征

丹凤群分布于天水市南部,向东延入陕西凤县。通过原岩恢复,其下部层位的岩石以变玄武岩为主,夹安山岩、石英岩、大理岩,中部为变石英砂岩夹玄武岩、薄—微层状石英岩夹安山岩、英安岩,上部为玄武岩、玄武安山岩、安山岩、石英砂岩、大理岩夹流纹岩及硅质条带。火山岩为碱性—拉斑系列,锶同位素初始比值低,地球化学特征与岛弧玄武岩的地球化学模型相似。通过对丹凤群火山岩地质特征、岩石组合、岩石地球化学特征的综合分析,认为丹凤群的沉积环境,处于当时的秦岭古陆南侧的古大洋岛弧。     

汇聚板块边缘岩浆中金属和氯的地球化学性质研究

总结了铜(Cu)、金(Au)、铼(Re)和氯(Cl)在汇聚板块边缘岩浆中的性质。在岛弧型的火山岩岩浆演化的早期,Cu、Au和Re均表现为中度不相容元素,含量随SiO2含量的增加而增加。在SiO2质量分数为58%时,多数岛弧型火山岩中Au、Cu的含量会突然大幅度下降。这一变化与铁和钛的变化是耦合的,铁和钛均由不相容元素变为相容元素,显示钛磁铁矿开始结晶了。进一步的研究表明,钛磁铁矿的结晶使硫酸根被还原为氢硫酸根,后者与Au、Cu形成氢硫酸根络合物,被萃取到流体相中,从而形成成矿流体。这一过程可以很好地解释Au、Cu矿床广泛分布于汇聚板块边缘的现象。与Au、Cu相反,Re的含量在SiO2质量分数为60%时才开始下降,而且是缓慢下降。这是因为Re通常比Au、Cu更亲石。此外,Re还具有强烈的挥发性。氯在东Manus岩浆中表现为高度不相容的特点。氯的性质主要受压力、初始水含量和岩浆演化分异程度的控制。计算结果显示,由于MORB和OIB含水量低,分异演化程度低,氯在上述岩浆中表现为高度不相容的特点。相比之下,氯在岛弧岩浆中的性质就复杂得多。随着水含量和岩浆房深度的不同,氯的性质可以从相容变到高度不相容。     

遥感技术在郯庐断裂及邻近地区金矿地质调查中的应用

本文提出了郯庐古岛弧-新裂谷式控矿构造系统及"等结性"金矿成矿集中区的新认识，将混合热液型金矿成矿机制概括为"递进叠加三合（和）式"成矿模式，并总结出"六位一体"的遥感地质综合找矿模式，为成矿预测提供了重要依据。文中提出了三类金矿预测区：①第一类，5个金矿成矿区；②第二类，5个金矿远景区；③第三类，4个找矿靶区。     

内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义

内蒙古狼山北部地区位于华北克拉通与兴蒙造山带交接部位,构造上隶属于华北克拉通北缘早古生代陆缘增生带.狼山北部巴音杭盖一带出露的早古生代岩浆岩,对确定华北北缘西段早古生代构造格局和造山带演化具有重要意义.本次研究采用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年法,获得了闪长岩、石英闪长岩206Pb/238U年龄为435.8±2.2 Ma~437.7±2.2 Ma,时代为早志留世.岩石为钙碱性系列,富集轻稀土元素,（La/Yb）_N=4.30~11.59,表现出不同程度地富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、U、K、Ba、Sr等,亏损高场强元素（HFSE）,具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,具有弱的负Eu异常（δEu=0.80~0.96）,具有俯冲带岩石的特征.在同位素组成上,早志留世闪长岩体具有明显亏损的特点,ε_Hf（t）=+5.2~+12.6,（87Sr/86Sr）_i=0.704 665~0.706 174,ε_Nd（t）=+1.84~+2.00.上述年代学、岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素数据结合区域地质资料分析表明,狼山北部早志留世闪长质岩体形成于早古生代温都尔庙洋沿温都尔庙-乌德-索伦山南一线南向俯冲背景下,为经历了俯冲洋板片析出流体交代作用的新生下地壳部分熔融的产物.志留纪岛弧岩浆岩的确定,明确了狼山北部地区属于华北克拉通北缘早古生代活动大陆边缘,为白乃庙岛弧带向西延展的部分,同时为华北北缘西段早古生代"沟-弧-盆"体系的确定提供了重要素材.      

西藏冲尼中二叠世岛弧玄武岩的发现及意义

最近在西藏直孔地区冲尼村附近识别出一套二叠纪岛弧玄武岩。本文报道了其岩相学、全岩地球化学及锆石U-Pb年代学数据,探讨了其岩石成因和构造背景。锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析显示,玄武岩浆结晶年龄为270.8±2.1 Ma,时代属中二叠世;全岩地球化学分析表明:冲尼玄武岩为钙碱性系列,轻稀土元素(LREE)富集,重稀土元素(HREE)相对亏损,无Eu异常,微量元素蛛网图显示,冲尼玄武岩亏损高场强元素(HFSE),富集大离子亲石元素(LILE)。综合区域地质调查研究成果,中二叠世冲尼岛弧玄武岩形成于直孔-松多古特提斯洋向北俯冲消减的构造背景下,由俯冲板片之上经流体交代的地幔楔部分熔融形成。     

大洋岛弧的前世今生

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带（Intra-oceanic arc）、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为：大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律（Subduction Initial Rule,简称SIR）。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。

     

义敦岛弧带夏塞早白垩世A型花岗岩成因:锆石U-Pb年代学、地球化学及Hf同位素制约

义敦岛弧带晚中生代侵入岩体目前仍缺乏高精度的年代学数据制约,其成因也存在争论。作者首次在岛弧带中段夏塞银铅锌多金属矿区发现与成矿关系密切的黑云母二长花岗岩。本文对其开展了年代学、地球化学和Hf同位素分析,探讨成因及构造背景。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为103±1 Ma(MSWD=0.5),为早白垩世晚期岩浆活动产物。花岗岩属高钾钙碱性岩系,具有高硅、富碱和铁、贫钙和镁特征,Si O2含量为72.94%~74.98%,K2O+Na2O=7.56%~8.08%,铝饱和指数A/CNK=1.06~1.10,属弱过铝质岩石。岩石富集Zr、Hf等高场强元素和U、Th等大离子亲石元素,明显亏损Ba和Sr。REE具有明显的Eu负异常(δEu=0.13~0.25),总体呈较陡右倾的LREE富集和HREE相对亏损特征。岩相学和地球化学显示其为铝质A型花岗岩。Hf同位素组成εHf(t)=–2.7~0.6,二阶段模式年龄TDM2=925~1095 Ma。地球化学及Hf同位素揭示夏塞岩体为软流圈地幔与壳源长英质岩浆混合成因,并经历了斜长石、正长石和褐帘石等矿物的分离结晶。夏塞花岗岩体具有后碰撞花岗岩特征,形成于早白垩世晚期弧-陆碰撞造山后伸展构造背景。     

中甸岛弧红山地区两期中酸性侵入岩的年代学、地球化学特征及其成因

青藏高原东部中甸岛弧红山地区发育有印支期和燕山晚期两期中酸性岩浆侵入活动,主要集中在～216Ma和～76Ma两个时期。印支期中酸性岩浆的侵入活动形成于甘孜-理塘洋西向俯冲背景下,与矽卡岩型铜多金属成矿作用密切相关。形成于印支期的红山石英闪长玢岩具有埃达克质岩的部分地球化学特征,如高Sr(平均为938×10^-6)、低Y(平均为18.6×10^-6)、Yb(平均为1.7×10^-6)含量,轻重稀土分异明显((La/Yb)_N平均为20.1),同时也有着较高的Mg^#(平均为51)、Cr(平均为103×10^-6)、Ni(平均为22×10^-6)含量,指示印支期红山中酸性岩与普朗-雪鸡坪成矿岩体有着相似的地球化学特征,二者可能有着相似的物质源区和成岩模式。而形成于燕山晚期的红山花岗斑岩具有低Sr含量 (平均为149×10^-6)和更低的Y(平均为10.8×10^-6)、Yb(平均为0.9×10^-6)含量,轻重稀土强烈分异((La/Yb)_N平均为56.0),明显区别于义敦岛弧弧后区的高贡-措莫隆A型花岗岩,前者很可能是红山中下地壳部分熔融的产物。结合中甸岛弧发育于燕山晚期的斑岩型矿床,我们认为该地区发育于燕山晚期的中酸性岩浆作用以及与之相联系的斑岩型矿床形成于造山后伸展环境下。     

冈底斯东段古新世朱拉岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学特征

朱拉岩体位于冈底斯带东部,主要由黑云母二长花岗岩组成,其中发育闪长质包体,二者呈渐变过渡关系。3件寄主岩石LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄加权平均值分别为64.6Ma±0.8Ma、64.3Ma±0.8Ma和63.9Ma±0.5Ma,含776Ma的继承岩浆锆石。1件闪长质包体样品年龄加权平均值为66.1Ma±0.3Ma。闪长质包体低Si,中Mg(Mg﹟平均41.1),属铝质高钾钙碱性系列,Nb/Ta值为22,Sr/Y值为3.69,稀土元素分馏较低,LREE/HREE平均值为1.92,Eu强烈亏损,富集大离子亲石元素(Rb、K、U、Th),亏损高场强元素(Nb、Ta、Sr、Ti),暗示岩浆成分主要为幔源。寄主岩石富Si、K,贫P,属铝质—偏铝质钙碱性—高钾钙碱性系列,Nb/Ta值15.9,富集大离子亲石元素(Rb、K、Th),亏损高场强元素(Nb、Ta、Ba、P、Ti),具有活动陆缘钙碱性岩系的微量元素分布特征。寄主岩石与闪长质包体具有密切的成生联系,闪长岩形成于富集俯冲带组分的地幔熔体,在上升过程中混染了一定量的壳源物质结晶分异产物,寄主岩石则为底侵作用产生的大量壳源熔体与少量幔源熔体混合并发生一定程度分离结晶后的产物。结合前人的研究成果,认为古新世朱拉岩体与雅鲁藏布江大洋的向北消减有关。