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[经验] 我的博士论文:华南中生代岩浆与成矿与太平洋俯冲   [复制链接]

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发表于 2011-1-18 11:47:33 |显示全部楼层
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论文题目:华南中生代岩浆与成矿与太平洋俯冲
领域目前的情况:板块构造学说解释了很多地质现象,从洋中脊到俯冲带,再到陆陆碰撞。随着研究的进一步深入。其中俯冲带由于其广泛的发育各类岩浆岩和相关的成矿活动,被誉为俯冲工厂,越来越受到广大地质学家的关注。前人主要关注俯冲过程以及岩浆岩的种类,却很少关注俯冲方向和俯冲深度对仰冲陆壳的相应问题。华南地区中生代广泛的岩浆与成矿活动越来越多的被认为是与太平洋俯冲有关,是研究俯冲过程的很理想的场所。
对于华南地块,有着极为独特的地质背景:中生代岩浆岩极为发育;与岩浆岩有关的矿床也极为丰富,是中国成矿密度最高的区域。为解释华南中生代的这些地质现象,前人提出很多的地质模型来解释,总结开来,主要分为两类:板内活动作用;太平洋俯冲有关;随着更多的地质数据的积累,太平洋俯冲模型逐渐被人们所接收,其中,三个主流模型分别如下:平板俯冲模型。这个模型认为太平洋俯冲始于二叠末-三叠初。可是此模型并未考虑到当时华南陆块的旋转状态,而且,华南地区并没有发现同时期的成矿活动;低角度俯冲模型,认为华南中生代分为两个构造域:印支构造域和太平洋构造域,其分界为200-180Ma的宁静期。这个模型并没有解释华南出现的广泛的A型花岗岩和相关的成矿活动。构造域转换模型,认为印支构造域与太平洋构造域转换时间为100Ma左右,此模型没有解释自从内陆到沿海岩浆岩逐渐年轻的变化趋势。另外,这三个模型似乎都认为:太平洋俯冲方向为北西向。而孙卫东老师通过对太平洋岛链的分布研究认为,太平洋板块在地质历史上曾发生过多次的转向。其中,在125Ma-140Ma之时,其漂移方向显示为南西向。而且,太平洋洋壳年龄展布(130-170Ma)也显现出自北向南逐渐变老的特征,显示其太平洋当时漂移方向应该总体向南。相对于华南地区岩浆岩的研究,华南的矿矿学研究相对落后,而且对于解释其形成体系一般只局限于单个矿床或单个矿种,如:斑岩型的铜矿,一般认为是与加厚下地壳部分熔融有关。铅锌矿矿床源于华南富铅锌地层,而钨锡矿则与高演化花岗岩有关。缺少一个整体的成矿构造背景来解释华南地区如此大规模的成矿作用。因此,确认洋壳漂移方向与俯冲方向,可以为我们更好的理解华南中生代岩浆和矿床的时空分布,更好的理解板块俯冲的过程。由此,我们可以提出以下三个问题:1、太平洋是何时对华南陆块进行俯冲的?2、当时太平洋俯冲方向是何种方向?3、华南各类矿床之间存在何种联系?其与洋壳俯冲的关系是如何的?

为解决这些问题,我的博士论文打算从以下4个方面入手:1、系统的成矿年代学分析与统计。2、了解锆石与氧逸度的关系。3、俯冲带氧逸度变化特征。4、综合岩浆岩年代、成矿分带性,与典型区域进行对比研究。

对于成矿年代学研究,前人已做大量工作。对于某一矿田,最精确的定年方法有辉钼矿Re-Os定年、Ar-Ar定年和与岩浆岩体有关的锆石U-Pb定年。部分矿床成矿年代存在争议,因此博士期间我们对西华山钨矿和最近发现的大宝山钼(铜)钨矿这两个矿床进行了高精度Re-Os定年和激光锆石定年。西华山钨矿是我国第一个发现并开采的钨矿床,对其地质、构造环境等都做过十分详细的研究,但是由于西华山钨矿产于西华山花岗岩为一复式岩体,前人只对主体花岗岩进行过K-Ar年代学研究,而且对其成矿时代并没有达成统一意见,有一次成矿说,也有多次成矿说。我们采集到的与黑钨矿共生的辉钼矿可以让我们了解西华山钨矿的成矿年龄。西华山复式岩体被划分为四期花岗岩,第一期为斑状中粒黑云母花岗岩;第二期为中粒黑云母花岗岩;第三次为斑状中细粒黑云母花岗岩;最后一次为花岗斑岩,以脉状侵入到前三期岩体。我们采集的样品位到第一期花岗岩中,辉钼矿与黑钨矿共生。并采集了含矿花岗岩进行锆石U-Pb定年。

Re-Os等时线年龄为157Ma,锆石年龄为155.9Ma,两个年龄在误差范围内是一致的。因为可以确定西华山钨矿与成岩年龄一致,为157Ma。统计华南各类钨矿Re-Os年龄,认为华南中生代钨矿主要形成于150-160Ma之间。

大宝山钼(铜)-钨矿是07年由广东省地勘局发现,其储量达10万吨以上,为大型钼多金属矿床。目前还没有见其成矿成岩年龄报道。大宝山钼矿主要产于大宝山矿区西侧的花岗闪长斑岩岩体边缘。辉钼矿以浸染状分布于花岗闪长斑岩中。两个辉钼矿Re-Os定年平均结果为166.3Ma,斑岩锆石年龄为166.5Ma。表明其成矿年代为~166Ma。
博士期间,搜集了华南地区中生代27个矿床的高精度年龄,认为可以将华南成矿分为三大时段:175-165Ma为大规模铜成矿期,其分于华南整个区域;165-160Ma为铅锌、锡(钨),(主要为锡)的成矿期,主要集中的南岭地区;160-150Ma为钨(锡)(主要为钨)成矿爆发期。 

氧逸度的表征问题。对于地学研究中氧逸度问题,一般是选取含有变价元素的矿物,如铁、硫等元素组成的铁钛氧化物、硫化物研究,但是这些矿物形成温度较低,而且易受后期流体以及风化作用的影响而难以得到保存。  

锆石,稳定温度高,富稀土。Ce4+可以以内质同相代替Zr4+进入锆石的晶格中。稀土元素中Ce,Eu为变价元素。其元素价态与岩浆氧逸度有着明显的关系。因为可以通过锆石中Ce、Eu异常特征来反应其岩浆形成时的氧化还原状态。锆石里Ce4+和Ce3+元素含量一般难以直接测量得到。Ballard 2002年通过元素配分理论和晶格理论,依据锆石中稀土含量对比全岩稀土含量和晶格能状态方程,计算理论Ce4+/Ce3+。Eu异常则是通过计算测试值标准化与理论值标准化的比值代表。通过对智利地区含铜矿斑岩和不含矿岩体锆石Ce4+/Ce3+与Eu异常关系图解认为锆石中Ce、Eu异常可以很好反应岩浆的氧逸度特征。其中含矿岩体锆石Ce4+/Ce3+>400,Eu*>0.4。梁华英老师对玉龙铜矿含矿岩体与不含矿岩体的Ce异常分析,也得出相似的结论。因此,可以表明,锆石中Ce和Eu异常能很好的表征岩浆熔体形成时的氧逸度特征。

博士期间我们采集了南岭地区各类花岗岩样品进行锆石年代学和微量元素分析,包括:清湖正长岩、姑婆山骑田岭A型花岗岩、雪花皮岩体、九峰岩体、四会岩体、大宝山岩体、西华山S型花岗岩。锆石Ce-Eu异常表明,大宝山钼多金属矿含矿岩体、四会岩体、德兴岩体锆石显示Ce异常>300, Eu异常> 0.4, 较高的氧逸度特征;南岭其他岩体或与钨锡矿有关的岩体总体Ce异常< 200, Eu异常< 0.2, 氧逸度较低,显示较为还原的特征。单点年龄对应Ce异常图表表明,在170-160Ma和150-140Ma出现两个相对较高的峰值,对应于华南地区沿海火山岩锆石年龄谱的峰值。由于Ce异常表明其可能是受到流体扰动的结果,所以我们认为,这两次的峰值所反映的是当时太平洋板块俯冲发生的两次幕式后撤作用。



就目前统计数据来看,世界上90%的铜都是集中在俯冲带附件,其易于形成与相对较高的氧逸度环境中。基于前面所提出的理论常识,我们认为,俯冲过程中会发生大量的脱水作用而导致俯冲过程中氧逸度的变化。对与华南地区各个岩体的氧逸度分布状态的研究可以很好的了解洋壳的俯冲方向。这里我们选择具有代表性的两个岩体:德兴岩体和大宝山岩体。我们做一下假设:假如太平洋俯冲方向为北西向,那么德兴和大宝山岩体距离俯冲带的距离相似,那么其氧逸度特征也有所相似性。如果太平洋俯冲方向为南西向,那么德兴与大宝山与俯冲带的距离有明星差别,德兴较近,大宝山较远,氧逸度也会发生相应的变化。我们的数据表明,德兴岩体形成时的氧逸度远远高于大宝山岩体的氧逸度,从而佐证了当时太平洋俯冲方向应该为南西向。



第四份工作就是对南岭地区中生代各类岩体进行了详细的年代学统计和收集,与之相对应的矿床也进行了统计。我们收集的数据标准是:近二十年来高精度的SHRIMP、Camaca1280、LAICPMS、Re-Os和Ar-Ar定年数据。从高精度的岩浆岩的定年数据上看,我们主为可以将华南晚中生代岩浆岩划分来四个带, 180-160Ma,160-150Ma,150-140Ma和140-125Ma.180-160Ma分布是华南的广大在区,从江西的德兴到南岭的花岗岩区.160-150则主要分布在湘东南-粤北-赣西南区.150-140主要集中江西地区,140-125Ma则主要分布于江西和江浙沿海地区.从分布来看,岩浆从内陆到沿海呈北东向逐渐年青的趋势.

华南的矿产种类繁多,对与上述岩浆岩有关的矿产进行的分类统计,我们认为可以分为三个大的成矿带,北东部的铜多金属成矿带.中间部分为铅锌银多金属成矿带,靠近西南向即为有名的南岭钨锡成矿带. 世界范围内,靠近南美地区也存在矿产的分带性.前人对南美的矿产研究认为,从靠近俯冲带到内陆可以划分为铁-铜-铜铅锌银-钨锡成矿带,其成因一般认为是与Nazaca板块的垂向俯冲有关.鉴于长江中下游广泛发育的磁铁矿床,我们认为华南地区的成矿带可以很好的与南美成矿带类比.因此我们认为华南晚中生代这些矿产与太平洋的俯冲有关.根据其展布特征,可以推测当时华南是受太平洋俯冲南西向俯冲作用的影响.

太平洋何时对华南板块作用? 我们与周新民老师的观点一致.通过对华南花岗岩的年龄学统计认为,180-200Ma是华南岩浆活动的宁静期,因为可以认为太平洋对华南的影响应该始于180Ma左右,签于以上讨论我们对华南的成矿过程作出以下可能的模型,认为:

自180Ma左右太平洋对华南俯冲, 随着板片的深入, 洋壳发生部分熔融形成与adakite有关的铜多金属成矿作用.代表的以德兴和大宝山,但是其与俯冲带的距离不同,因为其氧逸度也有所不同.

160-170Ma左右,太平洋俯冲达到顶点,已无力前进,开始发生后撤,软流圈上涌,从而形成华南地区的锡多金属矿产和上覆地区的熔融,形成铅锌矿产.

160-150Ma 板块后撤达到规模化.软流圈进一步上涌,使得华南地壳发生大规模的熔融,从而形成高演化的与钨有关的多金属矿产.

推荐领域内的科学家: 李正祥、李献华、周新民、毛景文、Sillott、孙卫东、Ballard等        
推荐领域内的经典著作:Li ZX 2007 Geology; Li XH 2000, JAES; Zhou XM, 2000 tectophysics; 2006, episodes; Si


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希望研究华南的同行给些意见。矿床学或者岩浆、构造方面的学者也可以提出问题。
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David_Lee

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发表于 2011-8-10 22:39:35 |显示全部楼层
一篇很有内涵的博士论文
几乎涵盖了华南地区与花岗岩有关的岩石学,地球化学,矿床学以及大地构造学等热点内容

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xqqe

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