中国东南沿海白垩纪花岗岩起源、演化和流体作用的磷灰石地球化学研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:guigui198302
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花岗岩是地球区别于太阳系内其他行星的重要标志。作为大陆地壳的主要组成部分,花岗岩的成因与大陆地壳形成、演化和壳-幔相互作用等深部动力学过程密切相关。中国东南沿海在中生代发育了大规模的以中酸性为主的岩浆活动。然而,该区域内花岗质岩石的成因却一直存在争议。为深入探究花岗岩的源区、岩浆演化与热液活动的影响,本文选取了该区白垩纪平潭侵入杂岩体和漳州侵入杂岩体,在全岩元素和同位素地球化学研究的基础上,对花岗岩及其共生的基性岩开展了系统的磷灰石结构、元素和同位素(Nd和O同位素)研究。论文主要取得了以下进展:(1)揭示了平潭侵入杂岩体的岩浆起源-岩浆演化-流体活动过程,认为镁铁质端元起源于被富Cl沉积物熔体改造的地幔楔,而酸性端元则源于新增生弧壳,高分异I型花岗岩受到了结晶后阶段的流体活动影响。平潭侵入杂岩体基性和酸性岩浆岩都具相似的全岩[?Nd(t)=-2.0 to-0.4]和磷灰石[?Nd(t)=-3.8 to-0.4]Nd同位素组成,而不同类型岩石中磷灰石结构和化学成分却表现出很大的差异。辉长岩中磷灰石显示出成分环带结构,其核部成分相对均匀且具有较高的Cl和REE含量,而边部存在大量孔隙,表现出高F和低LREE和Sr含量特征。从磷灰石核部到边部结构和地球化学的变化,反映了磷灰石结晶过程中斜长石堆晶作用及结晶后热液流体活动的影响。辉长岩中磷灰石高Cl含量的特征,指示辉长岩起源于受到富Cl沉积物交代的地幔楔。相反,酸性岩中磷灰石具有相对低Cl和高F含量。其中,花岗闪长岩中磷灰石Sr含量和La/Yb比值呈现负相关,指示岩浆经历了斜长石和角闪石分离结晶作用。花岗岩中磷灰石Sr含量和Eu/Eu*的正相关关系,反映了岩浆经历斜长石分离结晶;而花岗岩中的部分磷灰石Sr含量和F/Cl比值及U含量表现出负相关,指示高分异I型花岗岩受到了后期热液流体活动的影响。在平潭侵入杂岩体中,基性与酸性岩石中磷灰石成分变化的不连续性,证实酸性岩与基性岩起源于不同的岩浆源区。为此我们构建了东南沿海中生代“等同位素”组成的双峰式岩浆岩新成因模式,同时提出高分异I型花岗岩中磷灰石与S型花岗岩在地球化学特征的相似性很可能是后结晶阶段的流体活动所致。(2)磷灰石结构和成分变化记录了漳州花岗质岩浆脱挥发分、“自混合”过程和流体改造同位素组成的现象。根据磷灰石内部结构、元素和同位素组成,将漳州侵入杂岩体花岗闪长岩中的磷灰石分成两组:岩浆型和交代型。岩浆型磷灰石以自形晶体为主,这类磷灰石La/Yb和Eu/Eu*都与Sr含量正相关,并且具有均一的氧同位素组成(δ18O=5.6-6.7‰),磷灰石的微量元素落在“I型花岗岩”区间内,指示花岗岩起源于新增生地壳物质而且岩浆经历了斜长石和榍石等矿物分离结晶作用影响。交代型磷灰石主要为半自形或它形晶体,或以增生边的形式发育在岩浆型磷灰石边缘。这类磷灰石具有高F/Cl比值和低Th/U比值、低∑REE含量和低δ18O值(δ18O=2.9-6.2‰)的特征,同时磷灰石中Eu/Eu*与Sr含量表现出负相关关系。交代型磷灰石的这些地球化学特征反映了高F/Cl比值且氧化的热液流体活动的影响。在漳州二长花岗岩中,大部分磷灰石都存在明显的核-边环带结构,但磷灰石核部和边部具有相似的O同位素组成(核部?18O=5.3-6.8‰,边部?18O=5.2-6.4‰),指示花岗岩起源于新增生的铁镁质地壳。磷灰石核部表现出高SO3、Na2O和Li含量,而边部却具有高Si O2、REE、Sr和Zr含量的特征。磷灰石核部到边部元素含量的急剧变化,反映核部和边部结晶于不同批次的岩浆,记录了岩浆“自混合”现象。其中,氧化且富S的年轻地壳物质部分熔融很可能形成高S逸度的酸性岩浆,结晶了磷灰石核部。而流体出溶作用导致酸性岩浆亏损S、Cl和Li等元素,结晶了磷灰石边部。(3)相对于全岩地球化学数据的局限性,我们的研究结果反映了磷灰石在示踪岩浆演化和流体活动影响的明显优势。在东南沿海地区,热液流体活动可能导致区域花岗岩在同位素组成上的不均一性,而不同批次的同源岩浆混合作用则是区域花岗岩化学成分多样性的重要原因之一。
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