华南晚中生代多旋回构造—岩浆演化及地热成因机制

【摘要】：华南晚中生代以大规模成岩成矿为特征,发育著名的大花岗岩省和各类大型-超大型矿床,尽管近几十年来大量相关的研究成果陆续发表,但目前对于华南板块中生代以来的构造属性、演化过程和动力学机制尚存在争议,而且大量的事实表明,华南沿海很多热泉的分布与花岗岩有密切的空间关系,但以往我国对地热的研究主要集中在水文和地球物理方面,极少研究地热形成与花岗岩的关系。本文以广东省晚中生代典型侵入体为研究对象,通过野外地质调查、岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学、Sr-Nd-Hf同位素的综合分析,结合区域地层和区域构造等资料,主要探讨华南晚中生代花岗岩体的时空分布、岩石成因、构造演化和地球动力学背景以及华南晚中生代岩浆活动、放射性生热率和热储量与地热形成的关系。通过系统的岩相学、锆石U-Pb年代学、元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素的综合分析,取得了如下主要结论：(1)本次在粤东地区发现早侏罗世田东二长花岗岩体,LA-ICP-MS定年结果显示,其形成于188Ma。田东岩体具有高Rb/Sr比值和低Sr/Y、Nb/Ta、FeOt/MgO,低P205,很低的Fe203t、MgO、MnO、TiO2、CaO,亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti、Zr,富集Rb、Th、U、K、Pb,Eu负异常较为明显,为高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩。岩体具有低Isr、高εNd(t)(ISr=0.7032,εNd(t)=1.09)和高εHf(t)特征(εHf(t)=9.1-13.3,平均值为11.2),Nd-Hf出现解耦现象,Hf同位素组成较为均一,说明岩体并不是通过壳幔混合形成,而是源自新生玄武质地壳,新生地壳为岩石圈-软流圈相互作用的产物,源于软流圈地幔熔体和富集岩石圈地幔熔体的混合。早侏罗世可能是古太平洋俯冲的起点,古太平洋NW向的俯冲对华南大陆产生挤压应力,促使南岭近E-W向印支期断裂带重新活化,再活化作用使得南岭地区形成了断续的、局部的伸展,从而促使软流圈上涌和底垫作用,软流圈物质与富集地幔在降压熔融条件下混合后形成新生地壳,新生地壳部分熔融后经较高程度分离结晶作用形成田东花岗岩。(2)丰顺复式岩体位于粤东地区,由两个独立单元构成,分别是馒头山正长-二长花岗岩、碱长花岗岩(MTS)和葫芦田碱长花岗岩(HLT),锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,岩体是多期次多阶段侵入形成的,馒头山花岗岩形成于166-161Ma,葫芦田花岗岩形成于139+2Ma。地球化学特征上,馒头山花岗岩具有相对较大的变化范围,低的稀土元素总量、低Rb/Sr和Nb/Ta比值、明显Eu的负异常。而葫芦田花岗岩则表现出相对稳定的地球化学特征,具有高的稀土元素总量、高的Rb/Sr;和Nb/Ta比值。同位素组成上,馒头山花岗岩较葫芦田富集Sr-Nd-Hf同位素,馒头山花岗岩的Nd、Hf同位素两阶段模式年龄相对葫芦田花岗岩更高。因此,两岩体均为高分异高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩,经历了斜长石、钾长石、磷灰石等矿物的分离结晶过程,但来源于不同的源区。馒头山岩体是由软流圈物质上涌和／或玄武质岩浆底侵诱发中元古代基底地壳的部分熔融,混入了少量软流圈物质,而后岩浆经过高度分异演化形成,与南岭地区E-W向构造-岩浆-成矿带的早燕山期花岗质岩石的成因一致。相比之下,葫芦田岩体卷入了更多的软流圈地幔物质,与东南沿海地区NE-NNE向花岗岩-火山岩带中的早白垩世花岗质岩石的成因类似。本次研究认为,馒头山形成于板内伸展阶段,而葫芦田岩体形成于弧后伸展背景。-139Ma代表了古太平洋板块SE向板片回撤的启动时间。华南中生代的成矿作用(如W、Sn矿床)很可能与软流圈的上涌和中生代地壳的反复改造以及花岗质岩浆的高度演化所释放出来的流体有关。华南中生代经历了四次构造-岩浆-成矿旋回,燕山期伴随着三次大规模成岩成矿事件。(3)新洲复式岩体位于华南西南部的沿海一带,由新洲中粗粒巨斑黑云母正长—二长花岗岩、东平中细粒斑状石英二长-正长岩和那琴中细粒(碎斑)黑云母碱长花岗岩三个小岩体组成,分别形成于～150Ma、-140Ma和～117Ma。新洲和那琴花岗岩为高钾钙碱性系列,而东平花岗岩属于钾玄岩系列。稀土元素和微量元素特征各不相同：三者都具有Eu的亏损,但新洲和东平岩体较为亏损Eu,而那琴岩体具有强烈的Eu负异常(δEu=0.01-0.06,平均值为0.02)；新洲和东平岩体呈右倾海鸥式“V”型样式,而那琴岩体呈特征的海鸥式“V”型,轻重稀土分异不明显,LREE/HREE=1.61-2.27,平均值为1.97；新洲岩体的稀土四分组效应不明显,东平岩体没有稀土四分组效应,而那琴岩体却具有明显的稀土四分组效应(TE1,3=1.04-1.17,平均值为1.10)；新洲和东平岩体具有明显的Nb-Ta的亏损,而那琴岩体具有Nb-Ta的正异常。三者的Ba、Sr、P、Ti亏损明显,其中那琴岩体亏损极其强烈；东平岩体的Nb/Ta、Zr/Hf比值最高(Nb/Ta=14.38-18.51、Zr/Hf=44.64-48.10),那琴岩体的Nb/Ta、Zr/Hf比值最低(Nb/Ta=2.87-19.36、Zr/Hf=10.62-23.64),新洲岩体介于之间,具有壳源岩石的特征。东平和那琴岩体具有相似的Sr-Nd同位素组成,新洲花岗岩的εNd(t)((-5.79)-(-5.89))较东平和那琴岩体低。新洲花岗岩的Hf同位素组成较东平岩体低,εHf(t)值分别为(-6.3)-(-3.9)、(-2.2)～(+1.3)。新洲花岗岩可能形成于板内环境而非活动陆缘俯冲体系,是以壳源成分为主的壳幔混合作用形成的。东平岩体为典型的钾玄岩系列正长岩类,是岩石圈伸展背景下交代富集地幔与软流圈物质混合的产物。那琴岩体形成于岩石圈伸展构造体制,与板片俯冲无关。(4)中国东南部构造-岩浆-成矿作用演化模式：①中国东南部在早侏罗世(～200Ma-175Ma)启动古太平洋板块俯冲机制,此时并没有形成火山岩,俯冲应力导致先前印支期形成的E-W向断裂带(薄弱带)发生裂解,形成华南早侏罗世E-W向板内岩浆岩带,即形成于类似板内裂谷的环境,是古太平洋俯冲早期阶段板块边缘挤压应力的远程响应；②中侏罗世-早白垩世期间(～175-140Ma)发生强烈的平板俯冲或低角度俯冲,俯冲应力致使南岭及邻区E-W向断裂进一步拉张,大量的软流圈物质上涌,激发地壳大规模重熔而形成华南大花岗岩省(第一次岩浆大爆发)和大型-超大型矿床,俯冲挤压的同时可能伴随板片俯冲角度由缓变陡；③～140-120Ma开始板片回撤,致使沿海地区出露大规模火山岩地层和华南第二次岩浆爆发；④120-110Ma华南板块与西菲律宾板块俯冲-碰撞,使该时期成为岩浆作用“准寂静期”：⑤110Ma之后尤其是～93Ma时的岩石圈伸展,导致了华南第三次岩浆活动大爆发。～100Ma地壳遭受了明显的挤压抬升和剥蚀作用。(5)高放射性生热率的岩体(HHP花岗岩),其ACNK大部分样品点小于1.1,主要集中于1.0-1.1之间,ANK值变化于1.0-1.3范围,也即HHP花岗岩具有准铝质-弱过铝质的特点。新洲复式岩体总体热储量为5.58×1014J/a,相当于1.55×108千瓦时/年或1.9万吨标准煤。生热率较高的往往是大型-较大型的岩基,热泉包括中-高温热泉大部分出露于大型-较大型岩基边部或附近,与岩体规模和岩体放射性生热率有着密切的关系。基底岩石的放射性元素含量差异可能不是岩体生热率主要控制因素。放射性生热峰值与华南岩浆活动爆发期有很好的对应关系,暗示在幔源物质与热影响下,地壳物质大规模重熔并反复改造促使U、Th、K等放射性元素在花岗岩中富集可能是主要的原因。华南底部可能不存在有效的岩浆房或岩浆囊,晚中生代花岗岩是上地壳热的主要来源。 【关键词】：华南 晚中生代 多旋回 构造-岩浆演化 HHP花岗岩 地热成因
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P314;P542
【目录】：

• 作者简介5-7
• 摘要7-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 绪论16-30
• §1.1 研究现状及存在的问题16-25
• 1.1.1 华南晚中生代岩浆作用研究现状16-23
• 1.1.2 存在的问题与深化华南花岗岩研究的突破口23-24
• 1.1.3 地热研究现状24-25
• 1.1.4 存在的问题25
• §1.2 选题依据和目的意义25-26
• §1.3 研究内容26-27
• §1.4 研究方法与工作量27-28
• 1.4.1 研究方案27-28
• 1.4.2 主要工作量28
• §1.5 取得的主要成果28-30
• 第二章 华南区域地质背景30-33
• §2.1 区域大地构造演化30-32
• 2.1.1 前寒武地质30-31
• 2.1.2 早古生代地质31
• 2.1.3 晚古生代地质31
• 2.1.4 早中生代地质31-32
• 2.1.5 晚中生代地质32
• §2.2 中生代地层序列32-33
• 第三章 岩体地质与年代学33-48
• §3.1 地质背景与岩石学特征33-42
• 3.1.1 田东岩体34-36
• 3.1.2 丰顺复式岩体36-38
• 3.1.3 新洲复式岩体38-42
• §3.2 锆石U-Pb年代学42-47
• 3.2.1 田东岩体42-43
• 3.2.2 丰顺复式岩体43-44
• 3.2.3 新洲复式岩体44-47
• §3.3 本章小结47-48
• 第四章 岩石地球化学特征与成因48-74
• §4.1 田东岩体48-57
• 4.1.1 元素地球化学48-49
• 4.1.2 Sr-Nd-Hf同位素组成49-50
• 4.1.3 岩石成因分析50-57
• §4.2 丰顺复式岩体57-63
• 4.2.1 元素地球化学57-58
• 4.2.2 Sr-Nd同位素组成58
• 4.2.3 锆石Hf同位素组成58-60
• 4.2.4 岩石成因分析60-63
• §4.3 新洲复式岩体63-73
• 4.3.1 元素地球化学63-66
• 4.3.2 Sr-Nd-Hf同位素组成66-68
• 4.3.3 岩石成因分析68-73
• §4.4 本章小结73-74
• 第五章 华南晚中生代构造-岩浆演化74-88
• §5.1 早侏罗世构造-岩浆作用74-77
• §5.2 中侏罗世-白垩纪构造-岩浆作用77-83
• 5.2.1 来自粤东丰顺复式岩体的证据77-79
• 5.2.2 来自粤西南新洲复式岩体的证据79-80
• 5.2.3 区域构造、地层层序和成岩成矿作用的证据80-83
• §5.3 对华南成岩成矿作用的启示83-86
• §5.4 本章小结86-88
• 第六章 华南晚中生代花岗岩与地热成因88-101
• §6.1 地热概况88-91
• §6.2 华南晚中生代花岗岩类放射性特征91-94
• §6.3 花岗岩与地热形成关系讨论94-99
• §6.4 本章小结99-101
• 第七章 主要结论与存在的问题101-103
• §7.1 主要结论101-102
• §7.2 有待进一步研究的问题102-103
• 致谢103-105
• 参考文献105-123
• 附录Ⅰ 测试分析方法123-125
• 附录Ⅱ 图版说明及附图125-128
• 附录Ⅲ 附表128-150

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