02_南大周新民讲座2岩石大地构造、花岗岩地质与华南花.ppt
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1、岩石大地构造 花岗岩地质 与华南花岗岩,南京大学 地科系 周新民 E-mail: M: 1 3 7 7 0 5 0 7 1 2 6 2010 10 26,中国地大(北京) 校游泳馆,在中国地质大学(北京) 讲座 2,岩石大地构造学问题 花岗岩地质与人文 花岗岩类型:划分 识别 实例 起源 存在问题 花岗岩中岩石包体: 长英-镁铁质岩浆混合作用 花岗岩“石臼”: 一种外动力效应 花岗岩形成的构造环境: 地质学家的关注 华南晚中生代花岗岩成因讨论,提 纲,岩石大地构造学问题 地球的动力源 地球运动基本框架 (板块构造与地幔柱构造),全球有两个独立的动力体系 地球动力源区在核幔边界,耗热能 10%
2、 耗热能 85% ( 据Davis 1999 Dynamic Earth),哥伦比亚玄武岩 黄石公园热点-地幔柱初始阶段,地球历史上最不平静的场所,地幔柱 板块构造,Vp 8-10km/s 湍流导致磁场,外核-内核-地幔的物态和转速 Vp的差异 是全球动力之根源,地球的纵剖面,地核: 间接证据证明 地核由铁镍合金组成 内核是固体 外核是流体 正 是流体的湍流(约1m/h 慢速) 产生了地磁场 磁极可倒转 但反复 无常 间隔几千万年 Jeanloz R 科学1984 No.1,月 球 磁 场 形成后 6-9 亿年内有磁场 此后即消失 其原因是岩浆上浮 有磁场 当岩浆中 U Th衰变 耗尽热 使传
3、导停止 磁场消失,地磁场与地核起始形成年代2007 4 5自然:对南非花岗岩中长石 石英地磁场测试表明 地球在32亿年前就已拥有相当强大磁场(比原25亿年提早7亿年) 可以很好地抵御太阳风 从而使地球大气层没有被逐渐剥离 地球上的生物也免遭致命的辐射 地磁场由地球液态金属核对流形成,地幔柱-热点的数量,1963 年 Wilson 首先提出热点概念 (Can J Phy 41 86370) 解释夏威夷-皇帝山 火山链成因 识别了16个热点 1976 年 Burke & Wilson 117个热点 (Sci Am 235 4657) 1979 年 Chase 24个 热点 (Nature 282
4、4648) 1980 年 Crough & Jurdy 42个热点 (EPSL 48 1522),From YG XU,玄武岩分布 d12000km 厚 12km 地形隆起 裂谷(三叉型) 岩墙群,有两个 分布在南太平洋和非洲(据全球P波层析资料) 诱发:全球升温 黑色页岩 海面升高 石油/矿产形成,超 级 地 幔 柱 ( Maruyama S 1994 JGS Japan 100 2449 ),地 质 证 据 岩 浆 活 动,减压熔融 柱头大 玄武岩量多 柱顶最热 产生苦橄岩 “污染”少 柱侧温度低 泛流玄武岩,巨量高原玄武岩,地 幔 柱,地幔柱构造模型 200km 以下地球深部构造,柱头
5、呈蘑菇状 因热柱上升快和地幔粘滞而不断变大 热柱浮力导致岩石圈垂向运动 柱头大小 取决于起源深度 来自核幔边界(2900km)时 柱头 d1000km 至岩石圈底部(660km)时达 2000km 厚100-200km 来自上-下地幔边界时 柱头 d500km 地慢柱 由热柱源区物质和周围地幔物质混合而成 热柱源区物质 富Os 因地核富Os 187Os/188Os 高于原始 地幔20% 也富He 高 3He / 4He 代表去气的下地幔源 柱尾细长主要来自核幔边界 D ( 核幔边界附近地震波 波速梯 度异常低的地区 ) 地幔柱活动导致 生物大绝灭(66Ma和250Ma)和大火成岩省 其面积 1
6、0万km2 厚5km 短时(约3Ma内) 快速喷发 弯隆状地形 玄武岩为主 富LIL 亏NbTa 与大陆裂解时间匹配,热点分布,John A. Tarduno撰文(科学美国人2008年第2期): 以太平洋上的皇帝海山为样本 热点也在移动!颠覆传统的发现 它让地质学家们惊呼 板块漂移的坐标丢了 让板块运动学说遭遇了前所未有的麻烦,Namibia,J1 1797Ma 厚0.9km 7800km2,J3K1 140110Ma 厚1800m 120万km2,Parana CFBs 喷发于J3-K南大西洋打开时,侏罗-白垩纪时 冈瓦纳大陆裂解-打开前 由超级地幔柱诱发的泛流玄武岩 ( 据Cox 1978
7、 Nature 274 4749 ),地球上的伤疤 东 非 裂 谷 系,东支长 5800km 西支长 1700km 深 10002000m 宽 30200km 形成于 50Ma以来 山高海拔 5199m 裂谷加宽几cm/年 再过2亿年 诞生第五大洋 30多个深湖(-150m) 13次火山喷发,红海阿法尔大断层 三周开裂 8m 红海将先成大洋 厄埃两国成岛 Science 060720,地幔柱隆升引起大陆裂解,东非裂谷,火成岩形成的构造环境,岛弧-活动大陆边缘 裂谷 板内 伸展 挤/张 -剪切 -剪张 (含滑脱),1,3,4,2,5,运动中的板块 与运动速率,板块聚敛三形式,夏威夷岛链与地幔柱,
8、3.8-5.6 Ma,2.2-3.3,一,1.3-1.8, 1.0,0.7至今,(EARTH Tarbuck &Lutgens ),据岩石中钍和氦同位素研究 地球上板块因热上涌而运动 但不是一直在运动曾短暂停止于距今15亿和3.5亿年前 Science 080107,洋-陆,洋-洋,陆-陆,珠穆朗玛峰新高度为8844.43m 051009,珠穆朗玛峰,岩石圈缩短2500km 开始碰撞于 55Ma BP,珠穆朗玛峰,印度板块与欧亚大陆的撞击 抬升了喜马拉雅山 Nature 2007,世界第三极 近60Ma年间 印-藏碰境所致 相关南中国海形成于近30Ma,印度板块以高于一般4倍的 20cm/年高
9、速率 向青藏推挤 诱发巨量抬升和7-8级地震 Nature Oct 2007,地 质 历 史 上 三 个 超 大 陆,哥伦比亚超大陆 距今19-15 亿年前 ( Columbia ) 罗迪尼亚超大陆 距今10-7.5 亿年前 ( Rodinia ) 潘基亚超大陆 距今2.9-2.5 亿年前 ( Pangea ),Rodinia,Pangea,(EARTHTarbuck &Lutgens),从 Rodinia超大陆到 Pangea超大陆 (历时约5亿年) Dalziel, I. W. D., 科学, 1995, No5,Pangea 超大陆 2.6 亿年前,裂谷扩张速率的估算:据火山岩组合和岩石
10、结构,A 041223,B 041226,里氏 8.1 级,里氏 9.0 级,04年12月震惊世界大海啸大地震 重创 7个亚洲 1个非洲国家 震力如1万颗原子弹死亡 27万余人 底浪时速800km 上岸浪高30m 造成海底长1300km 高10m隆升型海隆,050329 里氏8.5级,2007 3 6 11:49 苏门答腊 6.6级,2007 4 2所罗门群岛 8.0级 抬升海岛 3m,汶川地震里氏 8.0 级 都是印度板块惹的祸,板块与地震,美国地勘局统计 1900-2007 “太平洋火圈”平均年发生 19.4起 里氏 7.0级以上地震,中生代环太平洋“火圈”与矿产 新生代时 环太平洋尚有1
11、2个岛弧,西藏的季风 树叶和荒漠化,荒 漠 化,上升的温暖 干 燥 空 气,30004000米,20003000米,1000米以内,大量的降雨,西藏高原,喜马拉雅山脉,小的单叶 干冷气候,锯齿边的 中 叶 冷湿气候,具有光滑边和“滴水叶尖”的大叶 湿热气候,从印度洋吹来 的潮湿气流/风,据青藏地调院报告 1975年以耒荒漠化增长率8.3% 现面积已达50.61万km2 比30年前增加3.88万km2 其原因是 变暖 少雨 渡放牧 工程 旅游,青藏高原不是中国和亚洲的水塔,黄河源地区 阿尼玛卿山 哈龙冰川冰舌末端位置对比 200710,1981 6 MatthiasKuhle摄,2005 9 J
12、ohnNovis摄,花岗岩地质与人文,翁文灏 (1889-1971) 与章鸿钊 丁文江 李四光一起 被公认为 中国地质科学四大奠基人之一 初识和创建“燕山运动” 最早研究中国花岗岩的先驱(1926),李四光 (1889-1971) 苏州花岗岩雕像 南大地科系楼前,黄汲清 (1904-1995) 最早(1937-1945)指出华南花岗岩的多时代性,1927年 翁文灏代表中国地质调查所 与美方北京协和医院达成书面协议: 1928年起 接受洛克菲勒基金会2.2万美元; 步达生负责开展周口店野外工作; “一切标本归中国地调所所有,但人类学材料在不运出中国的前提下,由北京协和医院保管,以供研究之用。”
13、“一切研究成果在中国古生物志或中国地调所其他刊物,以及中国地质学会出版物上发表。”,地质学研究与人文精神,上犹花岗岩(3),跳马涧组(D2 t )长石砂岩,徐克勤 铜像 在南大,“假花岗岩”:古风化壳,第一个被发现被“假花岗岩”覆盖的是 上犹花岗岩体:加里东期 发现人徐克勤等(1957) 由此 开拓了华南地质研究新局面,舒良树 攝供,花岗岩地质1,第二个被发现被“假花岗岩”(残存古风化壳) 覆盖的花岗岩是 S-型休宁岩体:晋宁期,休宁砂岩Z2,休宁花岗岩,休宁岩体,休宁砂岩 Z2,休宁岩体 皖南休宁县城北 为堇青石石榴石花岗闪长岩 33km2 960Ma(全岩Rb-Sr n=6) Nd(t)0
14、 侵位深度约 24km 由中晚元古代玄武岩-沉积岩部分熔融形成 (研究于1958-1988),长石砂岩“假花岗岩” 残存古风化壳,花岗岩地质2,中,Cd,上,Gt,休宁岩体 位于皖南休宁县城北 为堇青石石榴石花岗闪长岩 33km2 960Ma(全岩Rb-Sr n=6) Nd(t)0 侵位深度约24km 由中晚元古代玄武岩-沉积岩部分熔融形成( 研究于1958-1988 ),下,“ 假花岗岩 ”,(-),(+),第二个被发现被“假花岗岩”(残存古风化壳) 覆盖的花岗岩是 S-型休宁岩体:晋宁期,花岗岩地质2,Cd,残留 Zir,Zir,Bi+FeTi Oxide,花岗岩类岩石 是含石英的侵入岩(
15、含侵出岩) 而花岗质岩石 其含义更广 还包 括相应喷出岩 狭义花岗岩 指碱性长石数量( 面积/体积%)或斜长石 而石 英约占矿物总量1/3的花岗岩类 花岗岩类岩石 约占我国大陆面 积 9(80余万km2) 分布于各种 大地构造单元 是大多数金属矿产 的成矿母岩/母岩浆 鉴此 花岗岩类岩石是研究地壳 发生 演化 成矿过程的重要对象,川西 1997, 花岗质岩石 是水平岩层之外 构成旅游自然景观唯一地质体,南岭花岗岩,二云母花岗岩 Nd(t) -10.6 广东翁源下庄 TDM 1.76Ga,石榴石花岗岩 Nd(t) -10.7 江西大余西华山 TDM 1.8Ga,方钠正长岩 Nd(t)0.1520
16、 广东从化石岭TDM0.95 6Ga,霓辉石正长岩Nd(t)+3.25 江西龙南塔背TDM 0.7268Ga,富角闪石花岗闪长岩 广东兴宁罗浮,糜棱岩化花岗岩 广西猫儿山, 95% 呈块状构造 在伸展环境下取得置放空间 少量/局部呈叶理状 受糜棱岩化所致,Nd(t)+3.2+3.5 TDM 0.720.68Ga,花岗岩标本,花岗岩类型,划分 识别 实例 起源 存在问题,花岗岩类矿物组合及与其他岩石关系,花岗岩类,花岗岩,Q 石英 A 碱性长石 P 斜长石,依据QAP三种实际矿物相对含量 决定具体岩石名称 块状花岗岩类 一般形成在伸展构造应力环境 片麻状花岗岩类 一般形成在 区域剪切应力环境 在
17、岩石 名称之前 加前缀“片麻状”,Q+A+P=100%,(Clarke, 1992),纵座标为ASI 即ACNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) 分子数,据铝饱和度(ASI) 对花岗岩分类,ASI 即ACNK,花岗岩岩类的ACNK(即ASI)值及其在北美分布频率 (据北美365个花岗岩资料 Chayes 1985) 图幅下部显示:I- S- A- M-Gr 的A/CNK值范围,花 岗 岩 成 因 类 型 比 较,I-型花岗岩 1.0 含白云母/堇青石 板内 多数1.1 /石榴石/电气石 地壳起源 /红柱石 A-型花岗岩 1.1 可含霓辉石/霓石 板内/岛弧 /钠铁闪石/钠闪石 与裂谷
18、/ 地幔起源 地幔柱有关,花岗岩类型 A/CNK 特征矿物 形成环境 物 源,花岗岩类型与成因的简易鉴别, ACNK=全岩Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) 分子数,花岗岩(Gr) 黑云母(B) 白云母(M)始熔曲线之间关系 图面显示S-型花岗岩中常见的白云母不存在于浅位花岗岩中 而黑云母结晶于各种深度形成的花岗岩中 (据H S Yoder 1954 & P j Turner 1960),M,M,G,B,温 度,PH2O (kb),600 700 900 1000,3 2 1,I-型花岗岩类岩石系列中 1-4不同压力下 角闪石 结晶早晚(相对于另三种 矿物)反映成岩时相对深度,安山质岩石
19、固相线(S)和液相线(L) 在磁铁矿(Mt)稳定的中等氧压下 与单斜辉石(Cpx) 磁铁矿 斜长石(Pl)熔融曲线 和角闪石稳定曲线关系(据M C Gilbert 1982),S,温 度,Mt,Pl,Cpx,L,1 Amp Cpx Mt - Pl 2 Cpx Amp Mt - Pl 3 Cpx Mt Amp - Pl 4 Cpx Mt Pl - Amp,压 力,花 岗 质 熔 体 的 形 成 a P-t简图(阴影表示熔体发生区) b 含白云母 黑云母地壳物质熔融时熔体数量 (据Clarke, 1992; Vielzeuf et al., 1988),与消减作用有关的高Mg玄武岩和玄武安山岩微量
20、元素丰度与 H2O含量关系(墨西哥城南第四纪Chichinautzin火山),图面上H2O含量 据相应岩石中高压熔体包裹体测定。H2O来自下伏消减板片,全岩微量元素丰度变化是地幔楔湿熔融结果。H2O含量与HFSE(特别是Nb)呈负相关, 与 LILE、LREE正相关,因此大部分低LILE、LREE、高HFSE的基性岩是未修饰的地幔减压熔融的结果(Cervantes & Wallace, 2003, Geology, 31, 235-8),定义: 沉积岩在风化过程中丢失 (随水迁出) 经部分熔融后产生的ANCK 1.1的花岗岩 含高铝矿物 Mus Gt Cd Tour ( ) 色率 0.706
21、Nd(t)负 18O+9.5 大体积 S-Gr往往是 由泥质岩/杂砂岩/正片麻岩/玄武岩深熔形成 小体积 S-Gr往往是 准Al(CA)大Gr 经 Hb F Cpx分离结晶形成 或同化 Al质围岩形成,Na Ca,Sil And,成因,S - 型花岗岩 (1),S - 型花岗岩 (2),南岭强过铝S-型花岗岩的源区: 早-中元古代泥-砂质沉积,(花岗岩 Nd(t)= -9.91.0 TDM=1.70.09Ga n=17),常见的强过铝S-型南岭花岗岩显微照片,Ms,Ms,Ms,Bt,Kfs,Qtz,Ms,Ms,Kfs,Kfs,Qtz,Qtz,Qtz,Qtz,Kfs,Ms,Ms,Ms,Ms,1m
22、m,1mm,0.5mm,a,b,c,d,赣南会昌高排岩体 G99-18-2,GD06-3 粤北翁源帽峰岩体,粤北始兴司前岩体 GD 08,G99-2-3 赣南大余西华山岩体,Pl,细 岗 岩(1) Haplogranite,含水Gr熔体 即具低共熔(M)组分 高FS的Gr熔体 model QKfNa-Pl norm qorab ACNK1 一般1.0 1.1 可以是 -Gr I: 1025Gr: ACNK 0.774 1.154 S: 764Gr: ACNK 1.001 1.997 SiO2 7377% Al2O3 13% (除强分异S-Gr外) 低Mg Ca Fe Mn过渡元素 高Na K
23、(相对稳定),S I,在 LFB 中,成因,大体积细岗岩 由最初低共熔熔体结形成 常见 无堆晶MF质矿物 小体积细岗岩 由分异最后的残余熔体 结晶形成少见 有堆晶MF质矿物,微量元素变化大 随分异进行 Rb Cs Ga(在长石中)增加 Nb U 也增加 Sr Ba(在长石中)减少 Zr 除过碱Gr外 也减少 P Y REE Th 随副矿物而变化,细 岗 岩(2) Haplogranite,A -型 花 岗 岩,是从岩性和形成环境 对花岗岩的命名 有两种基本类型,A 1 型,A 2 型,形成于板内 非造山裂谷/地幔柱环境 以正长岩 碱性正长岩为主 可含钙质/碱性Pyr/Hb和Bi 结晶早 非填隙
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