花岗岩拓扑学的研究展望

翠花

　　地质论评花岗岩拓扑学的研究展望董申保洪大卫许保良1北京大学地质学系，871；2中国地质科学院地质研究所，北京，100037花岗岩拓扑学以3以9，8，着重阐明花岗岩区域岩石成因及其与大地构造环境的联系。花岗岩是多种地质因素及其相互作用的产物总体上受壳幔相互作用中热流传递机理的控制这种热扰动和相继的热松弛与地的大地构造环境又有重要的联系。根据目前研究，花岗岩的区域岩石成因和大地构造环境的联系实际上仅同大地构造旋回中由某种热扰动所引起的某构造阶段有关。因而个大的构造单元往往可以出现系列不同成因的花岗岩类型及其组合。　　花岗岩大地构造环境拓扑学处理1近代研究的简要回顾花岗岩是大陆动力学中地壳与地幔相互作用的个重要的组成部分。自如挪只时，1795以来，百余年中研究未衰，20世纪80年代以来各国不断召开国际花岗岩会议，研究所得诸于国际间出版刊物，其数量之多，讨论面之广在地质学研究中居于重要地位。很多著名学者如从，等1977，知hannes如993，81994等都参与过这工作，提出过各种解，或写过有关总结，而形成各种学派，并在过去花岗岩的论争基础上进步推动了欣欣向荣和百家争鸣的局面。他们的工作标志着个更的科学转型阶段以深部热流传递理论也60叮，忧3似6，评为基础的新纪元来临，并通过花岗岩成因揭出大地构造学说的某些内在原因。　　20世纪80年代以来，花岗岩的个主要研究方向是把区域性花岗岩成因和其形成时的大地构造环境相结合，以期能建立起个它们之间相互关联递的机理及其体制。与此同时，花岗岩体研究中还初步引人了某些与热流有关的物理参数的热模拟2沈，1988作为向热流传递理论模式的过渡此外，还在热力学实验中加深了只2，在某些地壳的泥质岩组分和基性岩组分中作用的详细研究，以及某些矿物如斜长石的扩散效应和某些流变学的研究。　　花岗岩研究的发展主要是借助于大量的岩石矿物地球化学的测试数据以及这些数据所达的热力学行为为基础，不断地在典型地区和岩体的研究中进行反馈，追索花岗岩的成因，并在花岗岩体中建立起个既有着起始状态的源区又有着演化过程的自然热力学体系。同时，还用花岗岩成因中某些特征的岩石矿物地球化学共生组合的数据并以某些地质背景作为判据与其形成时的大地构造环境相结合，企为基础讨论花岗岩发生时深部的形成过程和它与地幔的联系。　　目前已有近20家的分类从不同的角度讨论它们之间的联系，并形成若干流派，诸于大量出版刊1977的3型和1型花岗岩1比打1983的花岗型花岗岩1出等1988的河8只1！叫培均化等，以及同位素地球化学在花岗岩成因中通过这些研究，花岗岩被认为是地壳和地幔相互作用中以地壳深熔为主的多种地质作用及其相互收稿日期20000828；改回日期20010315；责任编辑刘淑春。　　修。现为中1科学院院士，北京大学地质学系教授，长期从事变质岩和岩浆岩岩石学的教学和研究。通讯地址87北京大学地质学系。　　演化的产物，并可形成系列的壳幔混合的花岗质岩系。幔源状态可从由，源引发的热流释放的挥发性流体的参与，地幔岩浆的混熔直至地幔岩石的深熔。此外，它与地壳的作用也可以是底垫拆沉和俯冲。在深熔的演化作用过程中，作用的进行可以是超变质作用残留体熔融作用结晶分异作用和混熔作用。花岗岩成因与大地构造环境的联系首先是与其形成时的大地构造的某阶段有关，它们分别代这阶段中地壳本身及与软流圈及下部地幔的相互联系，如地壳加厚时的碰撞地壳减薄时的拉伸软流圈上涌时裂谷环境的演变洋底的俯冲等等，它们可分别属于个大构造旋回中的某阶段。凡此种种都与深部热扰动以及热松驰有关，属于今后大陆动力学中的个重要研究方向。　　大量定量化数据的引用和介人的同时也深化了它们之间的争论。目前，这争论从源岩状态作用性质演化过程构造环境的结合等方面都有着不同各种地球化学参数的相关性；同位素地球化学数据在花岗岩成因中的作用；如何区分不同成因中作用类型特征的参数和大地构造类型的结合等。甚至在些经过长期研究的地区，有些问亦未得到解决，例如太平洋东海岸秘鲁的海岸岩基3诚止，1也和美国的爱达荷岩基仆，1出，其成因是典型俯冲，或是经过裂谷扩张下沉止1993，或地壳深熔26，1992都存在着争论。从研究发展上看，学派的论争有助于发展，但其中亦不乏有思维或方法论上的误区，应加以区分。误区所在主要是不从花岗岩成因的复杂性出发，过多地从岩石矿物地球化学元素组合中的某侧面来讨论其全面形成过程及其与大地构造的联系，例如以花岗岩系列Lameyreetal，1991以主要元素Ma等来反映区域岩石成因及其大地构造环境。另外是用个先验性的大地构造学说做背景来概括不同地区不同时代的花岗岩深熔过程。　　朽比1以1983，1993提出了以某些矿物和地球化学参数为标志的花岗岩系列，并用之与地质环境结合及某些作用过程联系，建立起系列与板块构造有关的河型1型，出13心1型0出3，3型和型花岗岩及其相关的地质环境的分类，形成个完整的花岗岩类型学的学说。这学说曾受到广泛的关注，推动了这方面的工作，但同时也存在若干问需要加以澄清和修正。例如，做为类型学的个分类基础的13河型等，由于它们本身原义各不相同，不能加以对比，而本身涵义又需进步加以审视01992，13，15，它们的中间类型181和3型等未能得到明确划分，引用后只能引起紊乱。它们与大地构造环境的联系并非是对应的关系，例如3型花岗岩在中国既可在碰撞带出现，亦可出现于南岭中生代广泛的非造山带的内陆地区；华北地区中生代1型和13型也不能用俯冲或俯冲排列所能解释；同时，以在中国广泛分布狭义非造山型来说明。此外从中国花岗岩的研究来看，花岗岩类型学上某些花岗岩系也需要做出若干补充，例如花岗岩系列中缺少长闪长岩系列的讨论；型花岗岩中，碱性花岗岩和碱性正长岩往往代做某些探讨。由于受原有的类型的束缚，花岗岩类型中所标志的主要元素特征还缺乏个整体的构思及其相互的联系，其中作为花岗岩系列的主要元素形成的尺8只小313氏0体系中某些特征元素组合也应加以补充和修改。！书的最终结论中曾说过由于花岗岩的形成是种多因素的复杂过程，包括不同的源岩，发生作用时不同的总体构造环境以及彼此间多种多样因此任何成因分类只能被看成是种哲学意义上的抽象，也许某些分类不是促进，而是妨碍了认识的提。　　这论述虽有某些悲观论点，但他关于花岗岩成因和大地构造方面的看法是值得肯定的。　　2花岗岩拓扑学拓扑学的原义泛指区域性解剖学，同时在热力学上又指对个个组分的多维空间体系进行具体度参数。结合上述原义，此处拓扑学专指用某些特定过区域构造分析探讨岩石成因及其所反映的大地构造演化。为了区别于花岗岩类型学拟提出花岗岩拓扑学以定义这方面的研究。　　花岗岩拓扑学研究区域性花岗岩成因及其与大地构造环境的联系。以地质环境为前提，通过花岗岩系列中某些与侵位及与结构构造演化格式密切有关的岩石矿物及地球化学元素共生组合标志可从区域成因整体上反映出花岗岩自然体系的源区状态及演化过程的概貌，并揭出与其形成时大地构造旋回中某阶段的特定联系。从长远看，它也是建立与花岗岩形成时热流传递有关的地质观察模式框架与朽比983的花岗岩类塑学和其他分类义，特别是从它的侵位结构及构造格式和岩石矿物地球化学共生组合位体的组合出发探讨花岗岩体系中源岩状态及演化作用的整体热力学过程，从而揭它们之中的联系。同时，对花岗岩成因类型和其大地构造环境的结合侧重于大地构造类型中某阶段而非整体过程=从固有的内在联系来看，花岗岩成因和深部壳幔相互作用的热流传递的机制有关，通过传导对流上升，花岗岩可由超变质作用转换为残留体熔融及岩浆混熔和结晶分异直至与上升对流有关的火山深成杂岩体。因此，代地质控制的花岗岩侵位矿物组合之间的结构构造系列变化和它们物质组合的共生组合是密切相连的。此外，地质环境作为背景，其中如能否代岩浆停留储存反应和岩浆岗岩同期的变质作用和火山作用以及能影响着热流上升时的深部断层的绝热减压过程和地壳的构造加厚时的升温等都有着重要的影响；花岗岩体的侵位和其岩6的结构构造格式的变化代着花岗岩形成时地质环境中系列的岩浆小与围岩的关系以及岩体中岩石的相互关系，标志着源岩对岩浆发生时的控制。重要岩体从火山深成杂岩体带状深成岩到混合杂岩体的识别反映出浅成作用及深成作用以及热流体制的变化。结构构造格局的变化是判别各种作用如混合岩化作用深熔作用结晶分异作用混熔作用以及同化作用等的重要标志，是对于了解成因的动态过程必不可少的环节，它们之中的包体的研究在近代研究中已经明了这点。花岗岩体内的系列的结构构造的变化，如阴影，1士塑性变形残留体结构交代作用岩浆结晶岩浆交代钾长石巨斑和环斑混溶结构及同深成岩墙及反结晶序列结构超溶离线及低溶离线53，313必501结构晶洞结构等，也同时标志着个大地构造阶段中的花岗岩序列的变化包括其热流体制的变化。在今同位素定年法的发展下，它们也是研究花岗岩成因的厂了轨迹的重要资料。可以说，缺少这方面的研究，花岗岩成因中的演化过程将成为空白，岩石矿物地球化学数据得不到明确的解释。同时热流体制的变化也缺乏反证。　　纶石矿物及地球化学元素的共生组合历来是花岗岩研究中的主要方面。它们能从其整体上反映出花岗岩的白然体系包括起始和终了状态及者之间的演化过程。源岩状态和岩浆演化过程之间，虽因其实质不同，而侧重点有所不同，但处于同自然体系中，相互之间仍有交叉和重叠。总体上看，代生时的源区及在地壳时的转变过程，如由源岩从低温转向熔融或受幔源岩浆影响，由已定的温融浆向低温结晶转化等。花岗岩系中的每岩石类型的矿物共生及其与另岩石类型的矿物共生的系列反应代着这自然体系中热力学变化。每花岗岩系或其超单元在化学元素的多空间的坐标系中都有标定位置，可在某些特定元素的子空间中。般认为典型的花岗岩系往往可属于其中的某类型，如过铝型花岗岩系碱性花岗岩系富钾钙碱岩系等等，并可形成某些规律性的变化。以中国某些地区的典型花岗岩来说，在丁3解上从值区间至低，值区间，花岗岩系可依次排列为碱性正长岩花岗岩系碱性花岗岩花岗岩系长闪长岩长岩系高钾花岗岩花岗闪长岩石英长岩系淡色花岗岩花岗闪长岩系低钾钙碱性花岗岩花岗闪长岩系云英闪长岩淡色云英闪长岩系地球化学元素的共生组合方面，主要元素相当于体系中的组分，它们制约着矿物相平衡及其转化，在热力学体系中既能反映出花岗岩系的形成过程又在起始状态中代着定源岩成分。花岗质岩石中绝大部分矿物属于长英质，镁铁质矿物往往属于残留或晶出部分。组分的变化主要是在32的影响下，心，他，03，12，3之间的变化，基本属于KNCASH体系。它们的特征元素组合往往是在以值和解如丁3解1饱和度参数。　　等。过铝型花岗岩还，进步考虑，3，2，值和作为具有化学性质与作用无关的某些壳幔储存库的同位素组合，如87肋8631475爪143阳238.　　在这些方面的影响下，花岗岩中某些微量元素研究也相应地得到了发展。由于大部分微量元素包括稀土元素含量是0.1或1000106.它们主要以其离子半径大离子亲石元素，几和电荷高场强元素，3依附于某矿物的晶体位置。在晶体熔浆的平衡中，可用尺进人晶体分配系数的大小来其在晶体中的相容性，而在个花岗岩熔浆的体系中视其岩石类型总体矿物的数量的尺，值而定其在晶体中的相容性。某些参数如53 3，邮山，13丁131等亦可作为不同地壳的参数标志。此外，等1984的花岗岩微量元素解用于区别大地构造环境亦可借助于其中的某些经验性的判断以供参考，但不能照搬。　　从理论观点上看，在个花岗岩系中用拓扑学是可行的，需要进步发展。目前，从具有特征的矿物或岩石的某些地球化学元素值相当于次级组合或子空间中的浓度空间的某位置，它们通过热力学平衡的控制可建立起个较全面的矩阵排列方程组，用以计算不同的成因类型中的热力学参数及其变化的踪迹。　　根据目前的研究，花岗岩的总体成因和其构造环境的结合主要是在这大地构造类型的某阶段，而非大地构造类型本身。个大地构造类型，无论是与变质有关的造山带般的碰撞带拉伸构造带或俯冲带排列等。都有其发生和发展的过程，可分解为若干阶段。每个阶段都可形成不同类型的花岗岩，例如由变质期前的裂谷环境所引发的低压相系变质作用峰期所产生的混合交代型及峰期后的岩浆型花岗岩碰撞带中地壳受构造挤压形成的浅色花岗岩碰撞后的碱性花岗岩和伸展构造中由于地幔上涌而引发的不同类型的高钾到低钾型花岗罟等等，它们大多数受热流机制的变化及与之相关的大地构造扰动的某阶段的控制，而不代其整体。　　3结束语近代花岗岩的区域岩石成因与其大地构造环境向全球性的总结的初始阶段，并进步为热流传递岩拓扑学的研究首先强调了以岩石矿物和地球化学元素为主导和花岗岩侵位结构构造序列的位体，以便进步加强相互间的联系。岩石矿物地球化学元素共生组合从其整体上反映了自然体系的总体演化进程，是花岗岩成因中结合热力学的个主要方面。在选择其特征参数时应作出全盘考虑，加强相互联系，不能有所偏废。从长远看，花岗岩系中用拓扑学解析方法处理自然体系中某些有关的热力学方程组即将会成为个重要方面，为今后的热流传递的地质观察模式提供信息。　　撰写本文时，承蒙阎，翰魏春景陈斌朱永峰常兆山等同志参与讨论，并提供宝贵意，工作中得到北京大学地质学系赞助，对此并致谢。