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花岗质岩浆作用及后期演化过程:来自矿物原位微区成分与同位素组成的制约

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岩石学报 2024年第3期40卷 785-810页

作者：龙欣雨唐杰许文良吉林大学地球科学学院长春130061 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室长春130061

花岗岩作为大陆地壳的重要组成部分,其岩浆作用过程一直是地学领域研究的热点。传统上利用全岩地球化学和同位素数据来示踪花岗岩成因和演化过程的方法已不够准确,为此,本文系统总结了近年来报导的花岗岩中单矿物的原位微区成分——这... 详细信息

花岗岩作为大陆地壳的重要组成部分,其岩浆作用过程一直是地学领域研究的热点。传统上利用全岩地球化学和同位素数据来示踪花岗岩成因和演化过程的方法已不够准确,为此,本文系统总结了近年来报导的花岗岩中单矿物的原位微区成分——这些数据记录了全岩数据无法识别的单矿物颗粒内部和不同矿物颗粒之间元素和同位素组成的变异特征,明显提高了对花岗质岩浆作用及后期演化过程的认识。首先,矿物原位微区成分对花岗质岩浆的源区性质和混合过程具有指示意义。花岗岩中岩浆锆石Hf同位素组成的变异可能暗示其源区在深熔作用过程中发生了锆石的不平衡和选择性熔融,而未必是壳幔混合作用的结果,这是对“锆石效应”概念新的扩展;同一花岗岩样品中分选出的磷灰石颗粒可以具有完全不同的稀土元素配分模式、Eu异常、Sr含量和Sr-Nd同位素组成等,表明它们中的部分颗粒是岩浆形成和上升过程中从围岩捕获的,是小规模地壳混染作用的产物;榍石的微区成分分带记录了多种岩浆混合过程,也反映了熔体成分、氧逸度和温度等因素的变化;花岗岩与其中发育的包体、捕虏体和相关围岩的锆石Hf-O同位素和磷灰石Sr-Nd同位素组成可以记录上述岩石在形成过程中经历岩浆混合和同化混染等作用。其次,矿物原位微区成分可以反映花岗质岩浆的分离结晶过程。岩浆成因磷灰石不同的稀土元素配分模式可能指示它们受到了其他矿物分离结晶作用的影响,如帘石族、榍石、角闪石、斜长石等;花岗伟晶岩系统中岩浆成因独居石Sm/Nd值在不同岩带中的规律性变化揭示了岩浆分离结晶程度的差异;榍石的多种微区元素含量和它们之间的协变关系受控于花岗质岩浆的结晶分异过程和氧化还原状态;岩浆成因绿帘石族矿物的震荡环带表明在绿帘石结晶的晚期阶段花岗质岩浆中的Fe^(3+)含量降低,且结晶过程中褐帘石和绿帘石并不能形成完全连续的固溶体,因此晚期结晶的绿帘石环边与褐帘石核具有成分间断;根据角闪石的电子探针数据可以计算得到花岗质岩浆结晶时的温度、压力和f_(O2),并据此推断出岩浆起源的深度。此外,矿物原位微区成分可以记录花岗质岩石晚期经历的构造热事件和矿化作用过程。经历晚期变质/交代作用改造的花岗岩中的磷灰石具有低的轻稀土元素含量和变化很大的Nd同位素组成,导致花岗岩具有Nd-Hf位素体系解耦的特点;晚期变质/交代作用同样会改变磷灰石和榍石的δ^(18)O值,造成各副矿物之间δ^(18)O值相互解耦的现象;蚀变独居石的元素和U-Th-Pb同位素体系指示流体交代过程中多种置换反应的发生以及普通Pb混染和Pb丢失的过程;热液成因绿帘石族矿物的成分环带表明氧化环境下热液流体成分会不断演化,根据矿物-流体平衡模型,可以利用绿帘石成分计算出成矿作用发生的温度以及流体的pH值,研究表明绿帘石向流体中释放的大量Ca^(2+)有效促进了硫化物矿床的成矿作用进程。综上,单矿物原位微区成分分析技术的不断提高使我们对花岗质岩浆作用及后期演化过程的认识有了很大进步,在未来的研究中,如何取长补短,将这些数据进行良好地运用是本领域的重要方向。

关键词：花岗岩岩浆和岩浆期后过程矿物原位微区成分源区性质分离结晶过程变质和交代作用

大兴安岭南段北大山岩体的年代学和地球化学:对岩石成因及成矿潜力的指示

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岩石学报 2024年第3期40卷 961-986页

作者：贾力吴昌志焦建刚钱壮志雷如雄长安大学地球科学与资源学院成矿作用及其动力学实验室西安710054 新疆自然资源与生态环境研究中心乌鲁木齐830000

大兴安岭南段发育包括维拉斯托、黄岗、安乐、大井、毛登和边家大院等锡多金属矿床,是我国北方最重要的锡多金属成矿带。北大山岩体是该锡多金属成矿带规模最大,出露最完全的花岗质侵入体,其北部主要为石英二长斑岩,南部为黑云母花岗岩... 详细信息

大兴安岭南段发育包括维拉斯托、黄岗、安乐、大井、毛登和边家大院等锡多金属矿床,是我国北方最重要的锡多金属成矿带。北大山岩体是该锡多金属成矿带规模最大,出露最完全的花岗质侵入体,其北部主要为石英二长斑岩,南部为黑云母花岗岩,且南部岩相中常见电气石和绿柱石,被认为是区内锡多金属矿床的成矿母岩。然而,目前对该岩体岩石成因及其稀有金属成矿潜力的认识却存在较大争议。本文在对北大山岩体开展岩相学观察和锆石U-Pb定年的基础上,通过全岩地球化学和锆石Hf同位素分析,结合MELTS热力学模拟计算,试图阐明该岩体的成因类型、源区特征和演化过程,并讨论其成矿潜力。锆石U-Pb定年结果显示,北大山岩体北部的石英二长斑岩形成于143.4±1.3Ma,南部黑云母花岗岩形成于142.6±1.3Ma,与大兴安岭南段早白垩世锡多金属成矿年龄峰值相一致。北大山岩体中含自形富水矿物角闪石及黑云母、富碱(K_(2)O+Na_(2)O=8.58%~9.34%)、ACNK/CNK值介于0.97~1.02,P_(2)O_(5)含量低(<0.14%)且与SiO_(2)含量呈负相关,指示该岩体为高钾钙碱性I型花岗岩。岩体的锆石Hf同位素组成较为亏损(ε_(Hf)(t)值平均6.81,n=20),且全岩锆饱和温度较高(平均值为813℃),指示其为新生地壳物质高温熔融的产物。主量元素变化关系和MELTS模拟结果表明,北大山岩体为高钾钙碱性岩浆体系不同程度分离结晶的产物,其中北部石英二长斑岩样品之间结晶分异程度较低,而南部黑云母花岗岩的结晶分异程度较高。北大山岩体的形成时代、源区特征和氧化还原条件(△FMQ-2.5)与大兴安岭南段稀有金属花岗岩类似,具有一定的锡多金属成矿潜力,但其初融温度、挥发分组成(相对富B贫F)、分异演化程度(结晶分异和熔体-流体相互作用程度相对较低)明显不同于维拉斯托矿床成矿碱长花岗斑岩,不会是该矿床的成矿母岩。

关键词：锆石U-Pb定年锆石Hf同位素地球化学北大山锡多金属成矿带大兴安岭南段

内蒙古维拉斯托矿床隐爆角砾岩型锂铷矿体的成矿流体特征与成矿过程

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地球科学 2024年

作者：王雨婷杜静国雷如雄邓小华吴昌志长安大学地球科学与资源学院新疆自然资源与生态环境研究中心

维拉斯托矿床同时发育碱长花岗岩型锡铷矿体、隐爆角砾岩型锂铷矿体和石脉型锡矿体，其中隐爆角砾岩型矿体位于另外两类矿体之间，是理解该矿床成矿过程和成因的关键。本文以隐爆角砾型矿体中石英晶体及其中的流体包裹体为主要研究对象... 详细信息

维拉斯托矿床同时发育碱长花岗岩型锡铷矿体、隐爆角砾岩型锂铷矿体和石脉型锡矿体，其中隐爆角砾岩型矿体位于另外两类矿体之间，是理解该矿床成矿过程和成因的关键。本文以隐爆角砾型矿体中石英晶体及其中的流体包裹体为主要研究对象，通过石英阴极发光、流体包裹体显微测温、激光拉曼和原位氧同位素等测试手段，探索流体演化与锂铷矿化的关系。研究结果表明，隐爆角砾岩中的石英晶体生长经历了三个阶段(Q1、Q2和Q3)。从Q1到Q2，包裹体盐度相似、均一温度降低、石英氧同位素变轻，指示大气降水加入增多。综合前人与本次研究成果，本文认为维拉斯托隐爆角砾岩矿石是岩体顶部隐爆作用的产物，减压的岩浆热液在上升过程中与大气降水发生了不同程度的混合，造成了其中富锂云母的沉淀和锂铷的矿化。

关键词：流体包裹体石英氧同位素隐爆角砾岩锂矿维拉斯托

基于ArcPy与图面优化的国家级自然保护地遥感监测成果自动制图方法

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自然资源遥感 2024年

作者：王体鑫杨金中邢宇王开建中国地质大学(北京)地球科学与资源学院中国自然资源航空物探遥感中心

国家级自然保护地遥感监测工作覆盖陆域面积约170万km2,圈定变化图斑的数量多,专业性较强,投入大量人力物力也不易保障制图的正确性和规范性,影响监测成果应用服务的质量和成效。据此情况,该文基于ArcPy站点包采用Sutherland-Hodgman裁... 详细信息

国家级自然保护地遥感监测工作覆盖陆域面积约170万km2,圈定变化图斑的数量多,专业性较强,投入大量人力物力也不易保障制图的正确性和规范性,影响监测成果应用服务的质量和成效。据此情况,该文基于ArcPy站点包采用Sutherland-Hodgman裁剪等图形学方法,结合定制的ArcToolbox封装自动制图脚本,实现读取地理数据库中图斑信息和影像,自动制作图面优化后的国家级自然保护地变化监测图斑分布图,累计制图量达5万余张,正确率100%。经实践表明:单张自动制图的平均用时为29.06 s,远远快于人工制图。所提方法满足实际生产需要,自动制图脚本较稳定可靠,且具有较强的普适性,大大提高了国家级自然保护地变化监测成果的服务应用效率,具有较强的实际意义。

关键词：国家级自然保护地监测 ArcPy 遥感影像 Sutherland-Hodgman算法

呼和浩特热隆伸展构造:华北“变质核杂岩”再认识

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科学通报 2024年第7期69卷 939-949页

作者：张宇董树文施炜中国地质科学院自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100037 南京大学地球科学与工程学院南京210023

对于华北克拉通岩石圈破坏,除了岩石圈厚度减薄和地幔性质改变外,最直接的标志是广泛出露的弥散状穹隆构造及伴随的韧性剪切带、低角度正断层和断陷盆地.这些伸展穹隆构造通常被解释为“变质核杂岩”(metamorphic core complex,MCC),但... 详细信息

对于华北克拉通岩石圈破坏,除了岩石圈厚度减薄和地幔性质改变外,最直接的标志是广泛出露的弥散状穹隆构造及伴随的韧性剪切带、低角度正断层和断陷盆地.这些伸展穹隆构造通常被解释为“变质核杂岩”(metamorphic core complex,MCC),但其组成结构、变形机制和深部过程等方面与北美西部盆岭省经典的变质核杂岩存在明显的区别.本文选择华北克拉通北缘的呼和浩特“变质核杂岩”进行剖析和再研究,在前人研究的基础上,聚焦穹隆核、韧性剪切带和低角度滑覆系统之间的时空关系,通过详细的地质填图、构造解析和年代学研究,将一个以简单剪切应变为主的穹型韧性剪切带(变形时间为152~141 Ma)从原伸展系统中剥离,从而揭示出一个以花岗岩为核的热隆-伸展构造.呼和浩特热隆-伸展构造分为3个结构单元.(1)花岗岩核:由早白垩世A型花岗岩(136~127 Ma)组成;(2)纯剪切应变带:分布在核部花岗岩周缘以纯剪切应变为主的高温(>500℃)变形带,面理发育(无线理),可能由核部岩体侵位时体积膨胀导致;(3)低角度滑覆系统:由韧性剪切带、微角砾岩带、低角度正断层和上叠断陷盆地组成,其变形时代为早白垩世(约134~130 Ma),运动学标志指示上部向南东的剪切特征,其演化过程和变形行为受控核部岩体侵位.通过对热隆-伸展构造的厘定,本研究提出热岩石圈背景下由岩浆上侵主导并伴生热变质变形的伸展机制,为进一步理解华北克拉通伸展动力学提供一个新思路.

关键词：华北克拉通早白垩世热隆-伸展构造岩浆底劈低角度滑覆系统

滇西保山地块铁厂中新世花岗岩成因与构造意义

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岩石学报 2024年第6期40卷 1870-1886页

作者：叶雅琪孙祥司晓博苗珂郑明俊梁晓雅中国地质大学地球科学与资源学院北京100083

滇西保山地块新生代岩浆岩是理解印度-欧亚板块斜向碰撞带新生代构造演化和动力学背景的窗口。本文对保山地块铁厂地区中新世二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩开展了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究。结果表明二云... 详细信息

滇西保山地块新生代岩浆岩是理解印度-欧亚板块斜向碰撞带新生代构造演化和动力学背景的窗口。本文对保山地块铁厂地区中新世二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩开展了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究。结果表明二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩的岩浆锆石U-Pb年龄分别为18.1±0.1Ma和16.9±0.2Ma,反映岩浆岩形成于中新世。两类花岗岩具有高硅(SiO 2=73.7%~74.2%),富钾(K 2O=6.3%~6.7%,K 2O/Na 2O>1),且相对高碱(K 2O+Na 2O=8.8%~9.3%)的特征,属钾玄岩系列,为强过铝质S型花岗岩。两类花岗岩的CaO/Na 2O比值介于0.25~0.39,具有低Sr(56×10^(-6)~79×10^(-6))、低Ba(155×10^(-6)~211×10^(-6))、高Rb/Sr比值(4.6~6.2)特征。二云母花岗岩的锆石εHf(t)值为-12.1~-1.5。这些特征表明铁厂中新世花岗岩是变泥质岩脱水部分熔融的产物。结合同时代西南三江地区崇山剪切带淡色花岗岩和喜马拉雅淡色花岗岩的对比分析,表明铁厂中新世花岗岩可能形成于伸展构造环境。

关键词：中新世花岗岩地球化学锆石U-Pb年代学锆石Hf同位素保山地块

新疆西准噶尔造山带北部晚石炭世I型花岗岩的岩石地球化学和锆石Hf- O同位素特征:对其岩石成因与构造过程的启示

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地质学报 2024年第4期98卷 1146-1163页

作者：张蕊尹继元邱亮陶再礼杨帆陈文自然资源部深地科学与探测技术实验室自然资源部同位素地质重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质大学地球科学与资源学院北京100083

新疆西准噶尔造山带发育大量的晚古生代侵入岩,但它们的岩浆源区和形成的构造背景仍然存在较大争议。本文对西准噶尔造山带北部阿尔加提山石英二长岩进行了详细的岩石学、地球化学、锆石Hf-O同位素研究,旨在揭示其岩石成因和构造背景,... 详细信息

新疆西准噶尔造山带发育大量的晚古生代侵入岩,但它们的岩浆源区和形成的构造背景仍然存在较大争议。本文对西准噶尔造山带北部阿尔加提山石英二长岩进行了详细的岩石学、地球化学、锆石Hf-O同位素研究,旨在揭示其岩石成因和构造背景,探讨其与地壳生长的关系。两件样品的锆石U-Pb定年结果分别为301.8±1.4 Ma和303.7±3.1 Ma,形成于晚石炭世。阿尔加提山石英二长岩样品含有角闪石,高硅(SiO_(2)=67.8%~68.9%)、富碱(K_(2)O+Na_(2)O=9.36%~9.89%)、具有低的铝饱和指数(A/CNK=0.96~1.00),伴有低的Ga/Al值(2.27~2.34),Rb/Sr值(0.35~0.50),显示出I型花岗岩的特征。同时,这些样品均富集大离子亲石元素和轻稀土,亏损高场强元素(如Nb、Ta和Ti等),和负的Eu异常(δEu=0.72~0.85),类似于典型俯冲相关的岛弧岩浆特征。这些I型花岗岩具有高的、正的锆石ε_(Hf)(t)值(+11.2~+14.5)和年轻的二阶段Hf模式年龄(t_(DM2)=604~392 Ma),以及比地幔值略高的锆石δ^(18)O值(5.73‰~6.51‰)和高的锆石饱和封闭温度(T_(zr)=854~895℃),可能是新生下地壳在高温背景下部分熔融的产物。结合前人在西准噶尔造山带北部发现的晚石炭世早二叠世A1和A2型花岗岩和埃达克质岩墙,本文认为这些高温岩石组合的形成可能与晚石炭世的洋中脊俯冲及其相关板片窗作用有关。在洋脊俯冲背景下,软流圈地幔上涌加热新生下地壳,促使其发生部分熔融形成I和A_(1)和A_(2)型花岗岩。西准噶尔造山带大多数下地壳主要形成于早古生代,表明该地区在显生宙发生了显著的地壳增长。

关键词：西准噶尔造山带 I型花岗岩晚石炭世洋脊俯冲 Hf-O同位素

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束:以秦岭地区为例

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岩石学报 2024年第3期40卷 811-826页

作者：王晓霞王涛陈小丹柯昌辉杨阳中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 北京离子探针中心中国地质科学院地质研究所北京100037 长安大学地球科学与资源学院西安710054

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸... 详细信息

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物,也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此,本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究,为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示,北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异,揭示其岩浆物源有别,进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小,以MgO(8%~13%)、TiO_(2)(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高,F(0.2%~0.4%)含量较低,以及较高的氧逸度(log f O_(2)值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征;而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大,具有MgO(3%~15%)、TiO_(2)(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低,F(0.1%~1.6%)含量较高,以及较低的氧逸度(log f O_(2)值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外,研究还显示,黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关,当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时,压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异,特别是氧逸度和Cl含量的明显不同,揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同,如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量,形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时,两个构造单元中黑云母的成分差异,还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同,即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳,这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见,对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究,不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等,还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力,有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

关键词：黑云母成分物理化学条件花岗质岩石成矿作用地壳深部物质

全国废弃露天矿山采矿用地分布状况与存在问题

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自然资源遥感 2024年第2期36卷 21-26页

作者：邢宇王静雅杨金中陈栋杜晓敏郭靖凯宋丽聪中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

为客观获取矿山环境基础数据,采取遥感数据与多源数据相结合、计算机自动信息提取与人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的技术路线,开展了全国废弃露天开采矿山的采矿损毁土地、生态修复土地监测。2022年遥感监测查明:... 详细信息

为客观获取矿山环境基础数据,采取遥感数据与多源数据相结合、计算机自动信息提取与人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的技术路线,开展了全国废弃露天开采矿山的采矿损毁土地、生态修复土地监测。2022年遥感监测查明:全国废弃露天矿山采矿用地面积约82.74万hm^(2),占全国陆域面积的0.86‰,主要分布在内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、河北省、山东省、黑龙江省等省(自治区)。其中,采矿损毁土地面积约50.74万hm^(2),生态修复面积约32.00万hm^(2),生态修复率38.68%。废弃露天矿山采矿用地占用基本农田2.63万hm^(2),占总面积的3.18%;位于生态红线内的全国废弃矿山露天采矿用地面积8.09万hm^(2),占总面积的9.77%。全国与第三次全国国土调查(采矿用地)吻合的废弃矿山露天采矿用地面积累计30.13万hm^(2),占总面积的36.42%。初步分析了全国废弃矿山露天采矿用地情况、废弃矿山采矿用地占用基本农田情况、生态红线内的废弃矿山采矿用地情况、废弃矿山环境恢复治理土地等遥感工作现状及存在问题,提出对策建议。

关键词：废弃露天矿山采矿用地矿山生态修复遥感监测