1、华南内部郴州-临武断裂两侧晚中生代基性岩Sr-Nd-Pb示踪
基于Sr-Nd-Pb同位素和年代学的研究,华南内部郴州-临武断裂两侧中侏罗世-晚白垩世基性岩可以分为四组:(1)~175–170 Ma,出露于郴州-临武断裂两侧,其Sr—Nd—Pb同位素组成特征上显示出与FOZO型地幔相似的中等程度亏损的Sr—Nd和放射成因Pb同位素组成;(2)~175–145 Ma,局限出露于断裂带的西侧,同位素组成上显示出Dupal异常,为EM1型地幔和FOZO-型混合作用的结果;(3)~175—125 Ma,出露于断裂带的东侧,其低的εNd(t) 值和高的Sr—Pb比值,与EM2型地幔的特征相似,可能还有少量的亏损地幔(DMM)的参与;(4)~93–80Ma, 类似于东南沿海新生代玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素组成,表明其来源于DMM-EM2地幔源区,对应于软流圈上地幔。以上结果表明:(1)华南内部岩石圈地幔由多个属性的地幔域组成,包括FOZO-,DMM-,EM1-和EM2-型地幔;(2)晚白垩世以来,岩石圈地幔以DMM-EM2-型特征为主;(3)华南内部郴州—临武断裂代表了扬子和华夏地块岩石圈地幔的边界。该成果已发表在Lithos(2008)上。
2、南岭地区燕山期花岗岩Hf-O同位素示踪
华南是世界上最大的花岗岩省之一,特别是燕山早期(165~155Ma)花岗岩,其总出露面积超过64×103 km2。如此巨大规模的岩浆作用是否有地幔物质或者能量的参与,一直是学术界高度关注和争议的重要问题。
(a) 对南岭3个代表性的燕山早期(~160 Ma)岩体进行了系统的锆石Hf-O同位素分析,结果显示清湖二长岩锆石具有非常一致的Hf-O同位素组成,εHf(t) = 11.6 ± 0.3, δ 18O = (5.4 ± 0.3)‰,结合全岩Sr-Nd同位素和微量元素地球化学特征,表明清湖二长岩的母岩浆来源于受到近期地幔交代作用的含金云母岩石圈地幔,没有地壳物质的混染。里松花岗岩及其中暗色微粒包体(MME)和佛冈花岗岩的锆石Hf—O同位素组成有很大的变化范围,锆石Hf-O同位素呈负相关关系,里松MME主要为幔源岩浆(类似于清湖二长岩母岩浆)结晶的产物,有少量壳源岩浆的加入;里松和佛冈花岗岩是幔源岩浆与沉积岩重熔岩浆不同比例混合形成的,花岗岩的形成伴随着重要的陆壳增生和分异。该成果已发表在中国科学(D辑)(2009)上。
(b) 南岭地区大东山花岗岩的矿物学及地球化学研究显示该岩体为一高分异的I 型花岗岩岩体。其元素和Sr-Nd-Hf同位素组成(高Isr (0.7123~0.7193)、低εNd(t)(-9.3~ -11.5)和变化较大的εHf(t)(-3.5~ -11.8)值),表明其岩浆很可能来源于元古代火成岩石的部分熔融,并伴随有少量年轻或新生幔源物质的加入,同时岩浆在上升侵位的过程中发生了混染、结晶分异作用。这一研究与早期所认为的I 型花岗岩仅仅是由壳内变质火成岩部分熔融而成的不同,而可能是起源于地幔岩浆对沉积物质的改造,即传统的混染结晶分异过程(AFC)。进一步的锆石饱和温度的计算(> 840℃)也显示,该区大量分异I型花岗岩形成时具有很高的地热,与玄武质岩浆的底侵为花岗岩的形成和演化提供了大量的热相吻合。成果发表在高校地质学报(2008)上。
以上研究综合表明,华南的南岭地区,燕山期虽然没有大规模基性岩石的出露,但是该区大规模出露的花岗质岩石的形成与地幔物质的参与有密切的关系,也即该区燕山期很可能存在大规模基性岩浆的底侵作用。
3、南岭地区中生代花岗岩高精度锆石U-Pb年代学研究
赣粤交界地区的陂头杂岩体,是一个年龄上跨越了印支期和燕山早期的多世代、多岩石类型的杂岩体,其西部(体)由印支期二云母花岗岩、黑云母花岗岩和正长花岗岩和细粒黑云母花岗岩构成。其东部(体)由粗粒黑云母花岗岩(A型)构成。系统的野外地质,岩石学和精细的高精度年代学的研究结果显示,陂头杂岩体包含3期岩浆活动:(1)~240Ma印支期岩浆活动:2个锆石U-Pb年龄分别为236±2 Ma和239±2 Ma;(2)陂头岩体东体的锆石U-Pb年龄为191±2 Ma;(3)燕山早期主体岩浆活动:正长岩和花岗岩的锆石U-Pb年龄都为157±1 Ma。该研究结果表明:1)~190Ma的A-型花岗岩的确定,是目前获得的华南燕山早期最早的岩浆活动记录;2)华南从印支期造山到燕山期的板内伸展构造体制的转换(即特提斯构造域向太平洋构造域的转换)发生在~190Ma,比过去认为的180Ma至少要早~10Ma。