华南中生代火山–侵入杂岩大数据对比及铜钹山岩体实例研究

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关于侵入岩和火山岩二者之间的成因联系已有上百年的争论。该争论对象主要集中于中–酸性岩类,目前主要有两种观点:(1)酸性火山岩岩浆是由花岗质岩浆的“晶粥”中的熔体抽离而来;(2)酸性火山岩与同期侵入岩无关,具有独立的岩浆形成过程。华南板块在中生代发育有大规模的酸性岩浆活动,尤其在沿海地区出露有多处典型的火山-侵入杂岩,为研究二者成因联系提供了良好的对象。另一方面,近年来对华南中生代岩浆岩的研究积累了大量的地球化学和年代学数据,为利用大数据研究华南中生代的岩浆演化、构造背景、矿床成因以及本文所关注的火山岩-侵入岩成因联系问题提供了便利。基于本人及所在的课题组其他成员对华南中生代岩浆岩搜集的地球化学和年代学数据资料,一方面试图通过大数据的方法来进一步分析华南酸性火山岩-侵入岩之间的成因联系;另外一方面,选取华南一处晚中生代铜钹山火山-侵入杂岩进行实例研究,探讨火山-侵入杂岩成因模型。通过上述研究工作思路和具体实施方案,本论文所做的主要工作和得出的新认识如下:(1)汇总国际上火山岩-侵入岩的成因联系研究现状及争议的原因,指出大数据总体上展现出的长英质火山岩和侵入岩之间强烈的地球化学相似性,但这种总体上的相似性并不排除特定区域中的火山岩和侵入岩之间存在地球化学的差异,并在成因上符合“晶粥”模型。提出深部探测、原位精细分析和实验模拟是火山岩—侵入岩成因联系研究方面有望取得突破的重要研究方向,而将火山岩—侵入岩形成机制与大陆演化和环境变迁等问题的研究有机结合可能是未来的重要研究领域。(2)通过对华南中生代酸性岩浆岩的地球化学数据进行筛选和处理,得出180–80 Ma的岩浆岩在数量与时代的变化规律:火山岩与侵入岩岩浆活动分别具有3个主要峰值,且峰值期不完全重叠。该区中生代侵入岩以酸性岩浆活动为主,在Si O2=75 wt%时出现峰值;而火山岩呈双峰式分布,分别于50 wt%和75 wt%出现峰值,可能表明火山岩浆活动处于更为伸展的构造环境。大部分中酸性侵入岩的地球化学指标呈现出随时代而变化的规律:180 Ma以后铝饱和指数(ACNK)值呈现出阶梯状下降的趋势;Nb/Ta、Zr/Hf、K/Rb、La/Sm等多个地球化学元素对表现出较大的波动;87Sr/86Sr(i)表现为波动下降的趋势,εNd(t)表现为波动上升的趋势。总体看来,各地球化学指标演化可分为4个阶段:240–210 Ma、180–150 Ma、150–120 Ma、120–80 Ma。中酸性火山岩各地球化学指标未表现出明显随时代的变化规律。(3)结合华南中生代酸性火山岩和侵入岩的地球化学数据,对比酸性火山岩与侵入岩的地球化学特征基本相当,不存在明显的互补性。在大部分随时间变化的地球化学指标中,除少数时间段外,火山岩与侵入岩都有着相近的分布区域;火山岩与侵入岩的主量元素平均值非常相近;二者的绝大部分地球化学指标关于Si O2的哈克图解呈现出了相似的演化趋势,并位于相近的分布区域。从整体来看,火山岩与侵入岩表现为相似而不是互补的关系,大数据结果并不支持在大区域上用“晶粥”模型去解释华南中生代的岩浆活动。(4)指出铜钹山地区的火山–侵入杂岩具有铝质A型的特征,其中的火山岩和侵入岩之间没有明显的堆晶–分异联系。这种铝质A型火山–侵入杂岩在国际上有一定的独特性,其中的岩石无论是在岩相学、主微量元素、O同位素等角度,都没有表现出明显互补的特征。在岩石薄片中没有发现堆晶现象,同时二者具有相似的地球化学特征。根据现有的野外地质学和室内地球化学研究,本文认为铜钹山火山岩与侵入岩不具有成分互补性,而可能是来源于同一个岩浆房的熔体经历独立的岩浆演化而形成。
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