（构造地质学专业论文）南岭西段永和太保花岗岩的构造环境及侵位机制研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 本文在系统的野外地质调查基础上，通过对永和一太保岩体的地质特征、岩石化学、 地球化学等资料的分析，基本查明了南岭花岗岩带西段的永和一太保花岗岩体的构造样 式、应变特征、大地构造环境及侵位过程。取得了以下主要成果或认识： l 、建立了永和一太保岩体的岩石谱系，根据岩石谱系单位的划分原则及方法，将 岩体解体为6 个侵入体，从早到晚归并为太保、莲塘及永和3 个单元，在此基础上，建 立了永和一太保超单元。 2 、探讨了永和一太保岩体岩浆的演化规律，揭示了岩体从早期单元到晚期单元， 具有渐进式的同源岩浆演化规律，是一次岩浆热事件的产物。 3 、系统地开展了永和一太保岩体及其热接触变质带围岩的岩石三维有限应变测量 和应变分析。结果表明：岩体内早期单元主要表现为压扁型应变，晚期单元则主要为拉 长型应变，且从早期单元到晚期单元应变程度具有逐渐减小的趋势；围岩内主要以拉长 型应变为主，平均应变程度略高于岩体的平均应变程度。 4 、岩浆动力学研究表明，永和一太保岩体侵位于中深成相环境，岩浆侵位过程中， 随着岩浆的演化，其成岩温度、压力、密度逐渐减小，粘度逐渐增加。 5 、确立了永和一太保岩体的侵位构造环境，即早期的太保单元为火山弧构造环境， 其后侵位的莲塘独立侵入体为火山弧+ 同碰撞构造环境，而最后侵位的永和单元则属同 碰撞的构造环境，整个永和一太保超单元侵位于挤压作用逐渐变弱、拉张作用逐渐变强 的构造环境中。 6 、定量计算了永和一太保岩体的侵位空间，确定了永和一太保岩体的侵位机制。研 究表明，岩体主动膨胀占岩体现有空间的1 7 8 ，岩浆侵吞占岩体现有空间的1 6 8 1 8 8 的空间，剩下的6 3 4 6 5 4 是由构造扩展获取的，整个永和一太保岩体为复合侵位 机制；在生长方式上，永和一太保岩体总体属于中心多点式生长侵位。 关键词：花岗岩体构造环境侵位机制南岭西段 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t l lr e g a r dt ot h ea c h i e v e m e n to ft h eg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o n a n db ya n a l y z i n gt h e g e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c ，p e t r o g e o c h e m i s t r y , g e o c h e m i s t r ye t e ，t h i sp a p e rs t u d i e st h e s t r u c t u r a l s t y l e ，s t r a i nf e a t u r e s ，t e c t o n i c e n v i r o n m e n ta n de m p l a c e m e n tp r o c e s so f y o n g h e t a i b a og r a n i t i cb a t h o l i t ho fw e s t e r nn a n l i n gr e g i o n t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea s f e l l o w s ： 1 e s t a b l i s ht h er o c ku n i t eo fy o n g h e t a i b a op l u t i o n t h ep l u t o ni si d e n t i f i e ds i x i n t r u s i o n sw h i c ha r ec l a s s i f i e di n t ot h r e eu n i t s ：t a i b a ou n i t s ，l i a n t a n gi n d e p e n d e n ti n t m s i o n a n dy o n g h eu n i t s t h e nt h e s eg r a n i t i cu n i t sa r eg r o u p e di n t oy o n g h e t a i b a os u p e r - u n i t 2 d i s c u s st h ee v o l v e m e n to fy o n g h e - t a i b a op l u t o n t h et h r e eu n i t sf r o me a r l ya n dl a t e w e r ee v o l v e ds e q u e n t i a l l yf r o mt h es a m em a g m as o u r c e ，a n dw e r ep r o d u c t e do fap e r i o d i c m a g m a t i et h e r m a le v e n t 3 t h e3 df i n i t es t r a i nm e a s u r e m e n ta n ds t r a i na n a l y s i ss t a t i o n sa r es y s t e m a t i c a l l y s t u d i e dw i t h i ny o n g h e - t a i b a op l u t o na n di t s a u r e o l er o c k t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ee a r l y u n i ts h o w sf l a t t e n i n gs t r a i np a t t e r nm o s t l y , t h el a t eu n i t ss h o ws t r e t c h i n gs t r a i np a t t e m f r o m e a r l yu n i t st ol a t eu n i t s ，t h es t r a i nd e g r e e sg r a d u a l l yd e c r e a s e ，w h e r e a st h ea u r e o l er o c ks h o w s s t r e t c h i n gs t r a i np a t t e mm o s t l y , a n di t sa v e r a g es t r a i nd e g r e ei ss l i g h t l yh i g h e rt h a nt h e p h i t o n sa v e r a g es t r a i nd e g r e e 4 s t u d yo fm a g m a t i cd y n a m i c so ft h ey o n g h e - t a i b a op l u t o ns h o w st h a tt h ep h i t o n c r y s t a l l i z e di n t om i d d l e d e e pc r u s t d u r i n gt h ee m p l a c e m e n ta n de v o l v e m e n tp r o c e s s ，t h e t e m p e r a t u r e ，p r e s s u r ea n dd e n s i t yd e c r e a s e d ，b u tt h ev i s c o s i t yi n c r e a s e dg r a d u a l l y 5 s t u d yo f t e c t o n i ee n v i r o n m e n to f t h ey o n g h e - t a i b a op l u t o ns h o w s t h a tt h et a i b a ou n i t e m p l a c e di nm a g m a t i c - a r ce n v i r o n m e n ta n dt h el i a n t a n gi n d e p e n d e n ti n t r u s i o ne m p l a c e di n at r a n s i t i o n a lt e c t o n i ce n v i r o n m e n tf r o mm a g m a t i c a r ct o s y n c o l l i s i o n ，w h i l et h e f i n a l y o n g h eu n i te m p l a c e di ns y n c o l l i s i o ne n v i r o n m e n t t h ey o n g h e - t a i b a os u p e r - u n i tw a s e m p l a c e di nat r a n s i t i o n a lt e c t o n i ce n v i r o n m e n tf r o me x t r u s i o n t ot e n s i o n 6 q u a n t i t i v ec o m p u t et h ee m p l a c e m e n ts p a c e a n de s t a b l i s ht h e e m p l a c e m e n t m e c h a n i s mo ft h ey o n g h e t a i b a op l u t o n c a l c u l a t i o n ss h o wt h a tf o r c e f u le x p a n s i o n a c c o u n t e df o r17 8 o f t o t a ls p a c en e e d e df o rt h ee m p l a c e m e n t ，m a g m as w a l l o wc o n t r i b u t e d 1 6 8 1 8 8 a n dt h ed y k es p r e a dw a sr e s p o n s i b l ef u rt h er e m a i n i n g6 3 4 6 5 4 t h e r e f o r e ，t h ey o n g h e - t a i b a os u p e r - u n i tw a sp r o d u c e db yac o m p o s i t ee m p l a c e m e n t m e c h a n i s m i nt h eg r o w t hs t y l e s ，t h ey o n g h e t a i b a os u p e r - u n i ti sc e n t r a l l yw i t hm u l t i p l y g r o w t hp o i n t s k e yw o r d s ：g r a n i t ep l u t o n ，t e c t o n i ce n v i r o n m e n t ，e m p l a c e m e n tm e c h a n i s m ， w e s t e r nn a n l i n g i i 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在冯佐海教授指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员己在论文 中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字r 期： 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照 学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它 复制手段保存论文：在不以赢利为目的| j i 提下，学校可以公布论文的部分或全部 内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字同期： 玺忽哆 1 慨置渣j 、旦 桂林工学院硕士学位论文 刖舌 花岗岩是组成大陆地壳的重要岩石，也是地球区别于太阳系内其它行星的一个重要 标志，它的形成和演化不仅与大陆地壳的形成与生长有着直接的联系，而且也是揭示地 球动力学演化过程的重要窗口，记录着壳一幔相互作用、岩石圈演化的大量信息h 】。自 花岗岩( g r a n i t e ) 一词提出至今的4 0 0 多年时间里，人们对它的研究就一直没有停止过， 这些研究涉及到花岗质岩浆本身的性质、起源、演化、侵位和固结成岩过程，也涉及到 利用花岗岩反演大地构造环境，探讨岩石圈形成演化和地壳生长以及花岗岩与成矿关系 等诸多方面。伴随着长期争论不休的岩浆成因及其侵位机制问题，花岗岩的研究一步步 向前推进发展。总的来说，人们对花岗岩的研究大致经历了三个阶段【l ：( 1 ) 岩体地 质调查阶段，( 2 ) 岩体构造研究阶段，( 3 ) 岩体地球化学研究阶段。 人们对花岗岩的研究是从花岗岩的岩性描述开始的，此后的一段时问里，花岗岩学 者着重于对花岗岩体的岩石学、岩石化学、花岗岩的成因与成矿等领域的研究，在此基 础上先后提出了不同的岩浆成因学说和一些经典的侵位机制伊1 2 1 。这期问，最引人注目 的成就莫过于岩石学中热力学的引入，使得以鲍温为代表的岩石物理学家能够引进干系 统硅酸盐实验，证明岩浆分异理论，建立了结晶分异和反应律，启发人们从岩石物理的 角度去探索花岗岩。 此后花岗岩构造的研究一直处于停滞不前的状态，一直到2 0 世纪7 0 年代，由于板 块学说的兴起，新理论、新方法和新技术的引入，地球科学才取得了空前的发展，花岗 岩的研究有了突破性进展，尤其是花岗岩构造的研究成果不断涌现，旧的理论模式受到 批评和完善。从超微观到超宏观领域，从岩浆岩石学、构造地质学到岩石物理化学、现 代流变学，从板块构造的研究到花岗岩体内部显微组构的解释，人们从不同方向、不同 层次、不同角度去探讨花岗岩，使花岗岩的构造研究获得了飞速的发展。 2 0 世纪9 0 年代以来，国内外关于花岗岩的研究高潮再起，召开了多次大型的国际 花岗岩学术讨论会，美国大陆动力学研究计划、国际地球动力学计划等也都将花岗岩列 为重要的研究内容。这些都使花岗岩地质研究从过去以岩体岩相为主的研究阶段，逐渐 转入到从构造和地球化学方法入手，以壳一幔相互作用探索花岗岩带形成演化及其动力 的新阶段。通过对花岗岩的研究来探讨岩浆混合作用、岩浆底侵作用、岩石圈拆沉作用、 造山后伸展作用以及大陆地壳的垂向生长，是花岗岩再次成为研究热点的根本原因所 在，特别是最近几年以花岗岩为依托来讨论大陆地壳垂向生长问题成为国际研究的热点 f 1 3 1 。 我国幅员辽阔，从太古宙到新生代的各个地质历史时期，不同时代、不同成因的花 岗岩类十分发育，分布遍及全国，常组成大小不等及组合类型不同的深成岩体。自上世 桂林工学院硕士学位论文 纪7 0 年代以来，随着近代地质科学领域中花岗岩类地质学理论的重大发展和测试水平 的提高，我国造山带花岗岩、次火山花岗岩、a 型花岗岩、花岗岩包体以花岗岩岩浆动 力学方面取得了明显的进展，但同国外研究程度较高的国家相比，我国对花岗岩地质的 研究仍显薄弱。 从上世纪8 0 年代开始，我国的一些地质学家相继对花岗岩类开展了新一轮深入的 研究，并取得了可喜的成果。桂林工学院以袁奎荣教授为首的一批学者，在对华南地区 花岚岩体内部构造、围岩构造、隐伏花岗岩以及有关隐伏矿床的综合预测标志等开展了 全面的研究后，首次提出了“固态侵位机制”的认识【1 4 1 5 l 。中国地质大学马昌前教授 等综合前人的工作成果，确立了北京周口店花岗岩侵入体的侵位机制，并深入探讨了该 岩体侵位的岩浆动力学机理【l6 j 。这些说明，我国花岗岩类深成岩体的研究达到了一个 崭新的阶段，特别是近年来，中荚、中英地质学家在花岗岩领域的广泛合作，国外花岗 岩研究最新成果的引入，加快了我国花岗岩体研究的步伐。 总结近几十年来花岗岩的研究成果表明，对花岗岩类的研究在以下几个方面取得的 成就是明显的： i 、初步确立了从花岗岩成因类型及其与地球动力学作用到深融花岗岩是一个不断 演变的过程，混合花岗岩与岩浆花岗岩绝非对立，而是地壳演化不同阶段的产物【1 7 l 。 认为花岗质岩浆的起源是岩石圈内热异常的结果，同时将花岗岩的成因机制与造山带和 岩石圈演化过程褶联系，提出了基于构造环境的多种花岗岩成困分类方案，如i s m a 型 i 埽 2 2 l 及后来较为流行的h 型【2 3 】等花岗岩成因分类。 2 、花岗质熔体的分离和聚集，在无外应力作用下，当熔体形成、聚集超过一定比 例，到嬷界熔体分数才发生分离作用，在外力作用下，即使熔体较少也可发生分离作用 j 。熔体形成后。促使其分离的机制主要有颗粒的表面力，熔体的浮力、压力梯度、 变形影响的压缩或压滤作用、重力影响的压缩断裂作用及扩容作用等，这些作用均可产 生差应力，使熔体从源岩中分离，在低应力区，应力扩容区等部位聚集【2 5 】。 3 、花岗岩的上升和侵位机制方面，对花岗岩定位过程中的流变学行为，岩浆上侵 的驱动机制，花岗岩的侵位空间，花岗岩的定位模式的研究在一定程度上具有突破性， 初步解决了岩浆上升的驱动力f 2 62 7 】和岩浆侵位空间问题胁2 9 1 ，并在已有的主动侵位和 被动侵位枧制的基础上提出了复合侵位机制可能是岩体侵位机制的普遍形式【3 0 0 ” 4 、花岗岩同成矿的关系方面，这是一个研究时间最长、最详细的问题，沿两个截 然相反的方向发展，一种观点强调所有同花岗岩有关的矿床都是岩浆起源；另一种观点 则认为花岗岩在成矿作用过程中最多起到热机的作用 3 2 3 4 l 。 本次研究的永和一太保花岗岩体分布于广东省西北部的连山县，大地构造位置属华 南板块南缘的大瑶山隆起带。虽然2 0 世纪5 0 7 0 年广东区调队3 6 1 ，广西区调队1 3 7 】 2 桂林工学院硕士学位论文 及湖南区调队l j 副对本区进行了l ：2 0 万区域地质调查，但这些工作多偏重于填绘简单 的岩相图，并未进行岩体的构造型式，也没有进行岩浆动力学、岩体及围岩的应变、侵 位机制的研究，更为重要的是，前述多数研究成果是基于相带划分的理论，难以为当前 同源岩浆演化理论研究所采用。因此，本文结合广西区域地质调查研究院承担的l ：2 5 万贺县幅区域地质调查项目( 项目编号：2 0 0 2 1 3 0 0 0 0 2 8 ) 花岗岩专题，对永和一太保岩 体岩体的侵位机制及其构造环境进行了研究，本次研究对于提高该地区基础地质研究水 平具有重要的实际意义。 本文在详实的野外地质调查基础上，运用单元一超单元填图方法、岩石有限应变测 量方法、岩石应变分析方法、岩石地球化学方法及岩浆动力学等方法、手段，着重研究 了永和一太保岩体的构造样式、应变特征，划分了岩体的谱系单位，确定了岩体的侵位 过程及其大地构造环境，并探讨了其岩石地球化学与岩浆动力学的演化规律。本次研究 工作始于2 0 0 5 年9 月，历时1 8 个月之久，主要工作量如下： 表o i 论文主要工作量一览表 3 桂林工学院硕士学位论文 第一章永和一太保岩体的地质背景 研究区位于东经1 l r5 4 5 8 ”1 1 2 。1 7 3 3 ”，北纬2 4 。3 0 4 6 ”2 4 。4 5 4 3 ”，处于南岭花岗岩带西段，属广东省连山县所辖。研究区内公路畅通，交通较为便 利( 图1 1 ) 。 以! 竽立? 气7 夕、k ： 。 南、 一 下j t 。泌、，。夺 破广岁! ： 璇h b h 节太? ， 嵯： - p 丹帕融；l o2 0 k m ，l 12 。3 。 图1 1 研究区交通位置图 l 公路：2 - 省界；3 - 地级行政中m ；4 一县级行政中心；5 - 9 镇级政府所在地：6 - 研究区 在大地构造位置上，本区 位于欧亚板块的东南侧，北西 为扬子板块，南东为华夏板块 【4 叫3 】，永和一太保岩体恰位于 志留纪上述两板块的拼合带 一南华活动带上( 图1 2 ) 。 图1 2 研究区大地构造位置简图( 据万天丰m 1 ) 1 地块分界线：2 - 板块分界线：3 - 研究区 4 桂林工学院硕士学位论文 1 1 区域地层 研究区出露的地层从老至新分别有青白口系、南华系、震旦系、寒武系、泥盆系、 石炭系、白垩系和第四系1 3 9 托4 ”，其中南华系和寒武系出露最广( 图1 3 ) 。 青白口系( q b ) ：分布于研究区西北部，由浅变质的深海一半深海槽盆相碎屑岩及 火山岩组成，遭受多期构造叠加，发育多期劈理，原始结构、构造极少保存下来，岩石 变质作用强烈。总厚度为26 6 7m 。 南华系( n h ) 和震旦系( z ) ：2 0 0 2 年全国地层委员会将原震旦系下统改为南华系。 由一套极浅变质的陆相一浅海相含砾砂岩、含砾泥岩、砂岩、泥岩硅质岩组成，上部夹 有碳质页岩、白云岩透镜体。南华系厚9 7 8m ，震旦系厚度约为10 0 0m ：主要分布于 研究区南部和西南部。 寒武系( e ) ：出露于研究区的东南部，主要由砂、页岩组成，为一套具有类复理 石韵律特征的滨海一半深海相砂页岩建造，局部夹有灰岩透镜体。与下伏地层呈角度不 整合接触。由于受多次构造运动的影响，岩层褶皱剧烈，倾角较陡，并普遍具有浅变质 现象，片理、裂隙发育。厚度大于47 0 0 m 。 泥盆系( d ) ：分布于研究区东部，早期以陆一海交互相碎屑岩为主，包括砾岩、 砂岩、粉砂岩、泥岩；晚期以滨海一浅海相碳酸盐岩为主，局部为较深水的硅质岩、泥 岩。泥盆系化石丰富，沉积结构构造明显，与下伏寒武系呈角度不整合接触，厚度35 0 0 4 0 0 0 m 。 石炭系( c ) ：主要分布于研究区东部，以碳酸盐岩为主，局部夹碎屑岩、硅质岩， 厚度12 0 0 15 0 0 m 。 白垩系( k ) ：仅在研究区西北部有少量出露，主要为陆相红色砂岩、砾岩、粉砂 岩、泥岩，断陷盆地沉积。厚度大于5 5 0m ，与下伏地层呈角度不整合接触。 第四系( q ) ：主要分布于永和岩体内连山壮族瑶族自治县县城附近，为陆内河流 相的砾石土、粉质粘土和粘土组成。厚度变化大，一般1 0 3 0m ，最厚可达1 0 0m 。 1 2 区域构造 1 2 i 褶皱构造 本区自古生代以来，经历了多次构造旋回，其中主要以加里东构造运动最为强烈【蛔 ( 图1 3 ) 。 加里东期褶皱广泛分布于研究区内，该期褶皱主要由类复理式建造的砂岩、泥岩和 硅质岩组成。褶皱多呈线状，紧密、连续，地层倾角陡，部分直立以至倒转。褶皱幅度 一般较大，方向较稳定，褶皱互相平行排列，次级褶皱发育，复式褶皱的背斜、向斜具 明显的对称性和相似性，部分褶皱受岩浆侵入的影响，在岩体附近发生偏转。主要的褶 皱有牛凹界复式背斜、石龙湾复式背斜、犁头山复式向斜、三水口向斜等。 5 桂林工学院硕士学位论文 6 秧i|l堪筚q罨峨叫景皇un一献筚密疆母16f科畏-gc一趣举b：|球心繇曾婚科景6苦cs一撒15堪华q辱ucf一墩筚露球心鼙壤。o嚅缸一1lf缸姬母qd譬哦-z一懈苷犍iiz一婚磺u一谣翎喀o一憾嗨。u一1if 啉口)l一婚雷将6：争曰 嵝单器k崾掣-8一喽颦封d一嵝葛吗_9一巾鼍玄糖矗鲁鹰书寺 一l枣铽疆雒最_c一餐咚如獭醑年n一霹嗉崾曾i 田露喇霉四碌苓n_曰 桂林工学院硕士学位论文 研究区主要褶皱特征见表1 1 。 表1 i 研究区褶皱特征一览表 1 2 2 断裂构造 本区断裂构造较为发育，按走向大致分为两组，第一组走向近s n n n e ，第二组 走向n e e 。其中，第一组较为发育、规模较大，多由区域性大断裂组成；第二组规模 较小。从研究区整个构造系统推测，第一组形成早于第二组，因为在研究区东南及西北 部明显见有第二组断裂错丌第一组。区内主要断层见表1 2 。 本区各组典型断层描述如下： 1 、大龙断层( f 2 ) 位于研究区西部，断层呈波状，总体走向北东3 0 。，断层面倾向东，倾角7 0 。 8 5 。，断层带宽1 5 2 0m 。断裂带内岩石破碎硅化，部分地区形成高2 0 2 5m 的陡坎， 地貌标志十分明显。破碎带呈灰白色，由宽5 1 3 0m m 的石英脉和硅化细砂岩、花岗 岩角砾组成，角砾呈棱角状，大小2 3 0m m ，中间常有l 3m m 的网脉状石英脉穿插， 同时被角砾和石英脉切割，说明断层具多期活动的特点。 断层南段东盘为正园岭组，西盘为天子地组，东盘地层较新，表现为东盘下降的正 断层，垂直断距约8 0 0m 。在断层北段东盘为小内冲组，西盘为信都组，东盘地层较老， 表现为东盘上升的逆断层，垂直断距约2 0 0m 。以上说明断层具两期活动特点，断层形 成于印支期，为东盘下降的t f 断层，在燕山期再次活动，为东盘上升的逆断层。 2 、大头帝顶断层( f 4 ) 位于研究区东南部，断层略呈波状，总体走向北东5 5 。，断层面平直，光滑，倾 7 桂林工学院硕士学位论文 向n w ，倾角5 5 。断层由多条小断层组成，破碎带宽5 0 1 5 0m ，小断层一般宽约1 5m ，发育透镜状角砾，定向排列，长轴大至平行断层面，成分为砂岩，胶结物为压碎 的砂、泥岩。小断层与小断层之问的岩石破碎，原岩的劈理发生强烈裙皱。从地层上看， 北盘为天子地组，南盘为培地组和黄洞口组，说明北盘上升为逆断层，垂直断距约10 0 0 m 。断层切割印支期盘石断层，形成时期可能为燕山期。 表1 2 研究区断层特征一览表 ：塑：= ! 竺坠墨皇篓：! 鲨三篓! 坚 鸬攀| | ：嚣：s j 戮镙岩嚣 戮，。勰譬扩n 等辫一 1 2 3 深部构造 本区位于南岭纬向复杂地幔区的融安一全南幔拗区【4 6 1 ，莫氏面深度为3 2 5 3 5k r n ( 图1 4 ) 。根据区域地球物理资料【4 7 】，在南岭地区，大致以北纬2 5 。为界，呈现各有 选择者色的南、北两区。北区深层构造方向复杂，其中n e 、n n e 向构造非常突出，地 壳加厚、减薄相当明显；而南区深层构造方向以e w 向构造为主导，坡度带不连续，莫 氏面起伏较小，地壳厚度多在3 4k m 以内。本研究区恰位于这南北相异的深部构造分界 附近。 另从博白至郴县和从惠州至桂林分别存在一条n e 向和n w 向的地幔变异带，反映 博白一岑溪断裂及桂林一广州深断裂通过本区。据广西物探队地震资料f 4 8 i ，本区康氏 面和结晶基底深度分别是1 9 2 2k m 和8 l ok m ，增厚、减薄较为明显。 1 3 区域岩浆岩 本区岩浆岩体分布广泛，出露的岩体较多，除永和、太保岩体外，尚有禾洞、大宁、 均洞等花岗岩体。这些岩体主要形成于加罩东期和燕山期。 1 、大宁岩体( s 3 刑) ，位于研究区西南部，以岩基产出，呈n w s e 向展布，长5 4 k m ，宽4 - - - 1 0k m ，面积约5 5 2k m 2 ；北西端与姑婆山岩体相邻，南东端则被金鸡顶岩体 窖 桂林工学院硕士学位论文 侵入与穿插；主体为中一粗粒斑状花岗闪长岩，局部出现石英闪长岩与二长花岗岩：岩 体侵入寒武系，围岩蚀变强烈，中泥盆统沉积、覆盖岩体之上：同位素年龄分别为4 4 5 m a 、 4 0 7 m a 4 9 i 和3 8 3 m a 、4 4 0 m a 、3 9 8 m a l 4 5 】，主体应为加里东期花岗岩。 柚渊 耀曩 硝撇胤黼黝 r 旷 纠心蝗名 夔黔 ； 口 w毅 粝 ) 谂荔 玎辩 p v 匐髦根么彩7 口研兜区位置 l i ：。i 图1 4 南岭及其邻区莫氏面等深线图( 转引地质矿产部南岭项目构造专题组1 4 6 1 ) 2 、禾洞岩体( j 3 稃) ，位于研究区东北部广东连山一连南一带，呈n n w 向不规则 椭圆状展布，面积约3 2 0k m 2 ，主要由粗一中粒黑云母二长花岗岩、中粒黑云母二长花 岗岩，侵入时代为晚侏罗世。除北西侧与围岩呈断层接触外，均为侵入接触，接触面里 波状起伏，极不规则，一般倾向围岩。受岩体影响，围岩普遍发生强烈的热接触变质蚀 变。 3 、均洞岩体( k 2 耵) ：分布于研究区西北部的均洞、大眼一带附近，外形呈不规则 椭圆状，出露面积约2 7k m 2 。由细粒石英闪长岩、细粒角闪石黑云母石英二长闪长岩 组成。组成岩石主要矿物成分为：石英、钾长石、斜长石、黑云母、普通角闪石，副矿 物有：绿帘石、褐帘石、黄铁矿、磷灰石、锆石。岩体侵入南华系万山组，围岩具角岩 化蚀变。 9 桂林工学院硕士学位论文 第二章永和一太保岩体岩石谱系单位的划分 2 1 岩石谱系单位的划分原则及方案 岩浆的演化及其构造是一个动态的物理化学过程，因此我们必须从动态的思维而非 静态的观点去研究它。但是以往花岗岩区填图工作多偏重于岩性调查，难以对一个岩体 的演化和构造侵位进行详细的、全面的研究。随着花岗岩区区域地质填图研究的发展， 国内外一些地质学家发现，花岗岩体的出现一般都不是孤立的，大多具有一定的区域规 模，一些大型的岩基不仅是由若干独立侵入体所组的复式岩体，而且这些侵入体的出现 具有定的次序，并在一定区域范围内保持稳定，迫使人们用新理论、新方法去研究花 岗岩区区域地质填图工作。 在对美国内华达山脉、秘鲁安第斯山海岸岩基等花岗岩岩区进行系统填图过程中 【50 5 1 】，人们发现在岩基中尽管个侵入体的内部或不同侵入体之间，其岩性和结构方 面存在一定的差异，但从区域范围来看，花岗岩类的岩石类型总是有限的几种。岩基内 部的侵入体不仅在岩性和结构方面具有一定的相似性，可以合并成数量不多的几个岩石 组合，而且这些组合在整个岩基的侵入顺序中占据着特定的位置，具有一定的岩性、结 构、构造和时空特征。尽管各种岩石类型是分别出现于许多独立的岩基中，但仍可象对 比地层那样，把不同岩基中具有同样岩性、结构、构造和时空特征的侵入体归并为同一 填图单位。属于这个填图单位中的各个侵入体不仅在空间上紧密伴生，而且在成园上具 有一定的联系，因而它们又可以归并到更大一级的岩石单位，组成一个同源岩浆的演化 序列。在此基础上提出了划分花岗岩类岩石谱系单位( 等级体制) 的概念，创立了按岩 石谱系单位的原则进彳亍等级体制一构造一岩浆单元的填图方法1 5 “”j 。这一方法先后得到 北美地层命名委员会和国际地科联地层委员会国际地层划分分会的肯定 5 2 1 。 近年来，在花岗岩同源演化和等级体制思想的影响下，英、美及我国( 5 2 。 l 先后提 出了各自的花岗岩类岩石谱系单位的划分方案( 表2 1 ) 。结合广西基础地质调查院新近 完成的研究区l ：2 5 万区调工作为了突出侵入体非层状的特点，本文采用高秉章等f 5 2 l 提出的岩石谱系单位划分方案，即采用单元( 或侵入体) 超单元一超单元组合的划分 方案。 2 2 岩体的侵位时代与岩石类型 永和一太保岩体分布于广东省西北部的连山县，位于云丌大山隆起以北，大地构造 位置属华南板块南缘的大瑶山隆起带i 棚。永和岩体呈n w s e 向不规则椭圆形展布， 长约2 1k m ，宽6 7k m ，面积约1 2 8k m 2 ；岩体沿萌诸岭背斜轴部侵入，侵入青白口 系拱洞组、南华系j 下园岭组、天予地组，接触面产状较陡，围岩普遍发生热接触变质作 o 桂林工学院硕士学位论文 用。太保岩体呈椭圆状出露于禾洞岩体的中一i i , 偏南位置，面积约1 2 5k m 2 。永和一太保 岩体k - a r 同位素年龄为3 7 0m a 4 5 3m a ，u p b 同位素年龄为3 9 0m a t 3 6 39 1 ，根据岩 性与大宁岩体相近，综合确定为晚志留世加星东晚期侵入岩。 表2 1 岩石谱系单位的划分方案及与岩石地层单位的对应关系( 5 2 岩石潞系单位 高秉璋皮切尔、科宾贝特曼、道奇北美地层苏联l ：5 万区 岩石地 等( 1 9 7 2 )( 1 9 7 0 )指南调规范 层单位 ( 1 9 9 i ) ( 秘鲁海寿岩基)内毕达山脉岩举) 1 ) 、正常型( 们n k i ) 及碱过饱和型( a n k i ) 三种类型。永和一太保岩体含铝指数( c n k ) 平 均0 8 9 一o 9 3 1 0 0 ，a n k 平均1 5 8 - - 1 4 5 1 4 6 ，属正常型花岗岩。在c i p w 标准矿 物中，岩体各单元刚玉( c ) 含量从零逐渐增多，而透辉石( d i ) 逐渐减少，也反应出 永和一太保超单元从早到晚，岩浆具有从正常型到铝过饱和型演化的趋势。 2 4 4 各单元微量元素特征 永和一太保岩体各单元微量元素含量见附表2 ，各单元微量元素含量与维氏酸性岩 平均值【5 6 j 对比，从早期单元到晚期单元，b e 、g a 、p b 、a s 、a g 、s n 、b i 逐渐减少，而 n b 、s e 、z r 、s r 、b a 、v 、c r 、n i 、z n 、m o 、s b 、h g 、f 、t a 、h f 含量逐渐增加。 1 6 桂林工学院硕士学位论文 早期的太保单元、莲塘独立侵入体r b s r 比值分别为0 4 5 、o 6 3 ，均低于维氏值 ( o 6 7 ) ，而晚期的永和单元的r b s r 值为o 9 6 ，高于维氏值( o 6 7 ) ，说明永和一太保超 单元随着岩浆的演化( 图2 9 ) ，岩浆的分异程度逐渐增强。 图2 9 永和一太保岩体d 1 - r b s r 相关图 + 太保单元；莲塘独立侵入体；o - , k 和单元 在岩浆演化的过程中，b a 趋于富集在晶出的高温钾矿物中，而r b 则易在岩浆演化 后期富集，因此随着岩浆分异程度的增加，b a 逐渐减少而r b 逐渐增加。在永和一太保 岩体中，b a r b 比值由4 9 1 3 6 9 - - 3 1 3 ，表明整个超单元岩浆的分异程度逐渐明显。 选用t h o m p s o n ( 1 9 8 2 ) 球 粒陨石标准化数据p 日，获得各 单元微量元素平均值蜘蛛网图 ( 图2 1 0 ) ，图中各单元的曲线 形态基本致，呈右倾的。w ” 型，表明各单元岩石中微量元 素含量随着元素相容性程度的 升高而减少，即不相容元素含 量较高，相容元素含量较低， 具有明显的亲缘关系。造成这 种现象的主要原因是不相容元 素不易被结晶相吸收，即地壳 重熔形成原始岩浆过程中，不 图2 1 0 永和一太儇岩体微量元素蜘蛛网图 相容元素易进入熔体而不易保 + 太保单元；- 莲塘独立侵入体；口_ 永和单元 留在耐熔残晶中：而岩浆源区条件的变化，使耐熔残晶与熔体发生不同程度的分离即分 凝作用，这种分凝作用必然导致分凝后的岩浆比原始岩浆相对更富不相容元素。 1 7 桂林工学院硕士学位论文 从图2 1 0 中还可以看出整个超单元b a 、n b 、s r 强烈亏损，r b 、t h 较为富集，还 可以看出从早期单元到晚期单元，分配曲线在坐标中整体上逐渐下降，仅强不相容元素 r b 、t h 逐渐上升，这说明自早期单元到晚期单元部分熔融程度渐下降。 b a 、s r 的负异常主要是因为钾长石中的k 与b a 的离子性质相同，b a 能代替k 而 形成类质同相，s r 与斜长石、普通角闪石的c a 类质同相，而耐熔残晶其成分主要是钾 长石、斜长石、云母等矿物，这样分凝后的岩浆与原始岩浆相比b a 、s r 必然会发亏损； 两n b 的亏损则主要是受制于钛铁矿、金红石和榍石，也与岩浆源区性质有一定的关系。 2 4 5 各单元稀土元素特征 永和一太保岩体稀土元素含量及特征参数见附表3 。整个岩体r e e 介于1 3 1 6 1 0 “2 2 9 ，0 x1 0 1 ，变化幅度不大；平均值1 9 4 6 1 0 一，低于维氏酸性岩值( 1 9 6 2 ) ( 2 8 5 3 x1 0 6 ) ，表明岩体稀土不富集。s m n d 比值以0 3 3 为界把岩石区分轻稀土富集型和轻 稀土亏损型，永和一太保岩体s m n d = 0 1 6 o 2 0 ，均小于0 3 3 ，显示出整个超单元为轻 稀土富集型；此外，( c c 厂怕) n 值均大于l ，也反应了岩体为轻稀土富集型。 e u s m 反应了岩浆演化的一般特点，随着岩浆从基性到酸性的演化，e u s m 值逐渐 减小。永和一太保各单元e u s m 值由o 2 4 一o 2 3 一o 2 2 ，表明整个超单元随着岩浆的演 化，岩浆酸性逐渐增强。 ( g d , r y b ) n 比值能较好地反映稀土元素的分馏特征，永和一太保岩体各单元 ( g d y b ) n 比值由1 9 2 一1 7 6 一1 7 4 ，反映出整个超单元随着岩浆的演化，稀土元素分 馏程度逐渐减弱。 异常系数8 e u 可以十分灵敏地反映花岗岩的分异程度，6 e u 越小分异程度越高( d i 越大) ，6 e u 越大分异程度越低( d i 越小) 。从6 e u - d i 关系图( 图2 1 i ) 中可以看出， 永随着d i 值的增大，6 e u 值逐渐减小，反应出整个超单元岩浆从早期到晚期分异程度 逐渐增加。 从稀土元素球粒陨石标准化图上可以看出( 图2 1 2 ) ，分配曲线中轻稀土部分较陡 而重稀土部分较平坦，反映出轻稀土较重稀土富集的特点。分配曲线为右倾的“v ”字 型，具有明显的e u 负异常。同时，各单元分布曲线相似性很高，说明它们在成因上具 有一定的相似性和连续性，为同源岩浆演化的产物。上述e u 负异常主要受控于长石， 因为e u 在岩浆中主要以e u 2 、e u ”的形式存在，e u 2 + 可以被斜长石和钾长石所容纳， 而三价的r e e 却是不相容的，因此，在分馏结晶作用中长石从岩浆分离出来或者在部 分熔融作用中残留在源区，从而引起熔浆的e u 的负异常。 1 8 桂林工学院硕士学位论文 图2 1 l 永和一太保砻体6 e u - d i 关系田 + 太保单元；莲螗独立侵入体；口永和单元 聪2 ，1 2 永和r 太傈砻俸稀土元蠹球毂f 曩石标准化田 + 太保单元；莲塘独立侵入体；口永和单元 2 4 6 各单元能量地球化学特征 岩浆的侵位和演化过程不仅仅表现为物质上的演化趋势，而且也是能量的释放和转 移过程。它不仅仅是研究一般意义上的物质能量问题，而是着重探讨物质能量对地球演 化的化学机制、化学过程的控制作用和制约过程。在岩浆的演化过程中，随着物质的演 变，其能量也出现有规律的演化，而这种演化必然全面、集中表现在岩浆岩上。许多学 者f 鲐5 明研究过矿物、岩石的能量闯题，并花崮岩体岩石谱系单位的建立中傲了有益的 探讨脚i 。岩石能量计算的基本方法为： u = q 式中；u 为岩石的能量( x 4 1 8 4 k j t 0 0 1 ) ：q 为岩石的能量系数( x 4 1 8 4 k j g ) ；l i 为 岩石的克分子量( x 4 1 8 4g t 0 0 1 ) 。而 q 舻z 啾k x 式中：q 炳为所求岩石的能量系数( x 4 1 8 4 k j g ) ；q x 为s i 0 2 、a 1 2 0 ，等氧化物的能 量系数( 表2 6 ) ；k i 为s i 0 2 、a l e 0 3 等氧化物的重量百分数。 表2 6 主要氧化物的能量系数和晶格能网 名称s i o z t i 0 2 a 1 2 0 sf e a 0 3f e om n oc a on a 2 0k 2 0m s o 晚! oc 0 2 q 5 2 ，9 33 5 4 23 5 ，1l2 2 4 21 2 ，0 81 2 9 61 4 5 79 5 25 6 92 3 0 75 0 119 5 4 3 l i3 1 8 02 8 3 03 5 3 5 9 2 09 0 08 1 75 9 05 3 69 3 09 0 34 2 0 0 但是，由于岩石中氧化物含量的不同。常导致不同岩石( 样品) 的摩尔数不处于同 一数量级，不利于对比。为此需把岩石的化学组成平均转化为1 个氧化物克分子或克原 子后。再进行对比，则岩石能量计算公式可写为： 1 9 桂林工学院硕士学位论文 un = u n 或un = u n u = q 岩石l an 或u = q ，un 式中：u 。、p 。分别为岩石的化学组成平均转化为1 个氧化物克分子时的分子量 或克原子时的原子量( g m 0 1 ) ：n 、r l 分别为氧化物相对克分子数或元素相对克原子数 ( 氧化物分子量或元素原子量除重量百分数) ；u 和u 分别为岩石化学组成平均化为 1 个氧化物克分子或1 个氧化物克原子后的能量( x 4 1 8 4l l m 0 1 ) ；q 女。为所求岩石的能 量系数( x 4 1 8 4v j g ) 。 应用上述方法，本文计算了永和一太保岩体各单元的岩石能量( 表2 7 ) 。结果显示， 整个永和一太保超单元的3 个晶格能量标q 、q r l a 。、q s u 。均小于中国酸性岩的平 均值，并从早期单元到晚期单元呈单向渐进式递增，即随着岩浆的演化，其形成岩石的 能量越来越大。按晶体化学能量理论，在同源岩浆条件下，先生成的岩浆岩的能量小于 后生成的岩浆岩能量【5 8 1 。上述结论迸一步证明，永和一太保岩体的演化为同源岩浆序列 的演化。 表2 7 永和一太保岩体岩石能量一览表 单元样品格能参数品格能量标 ( 侵入体) u n n l a 7 k # “ q