巨型复式岩基的形成机制——以赣西北新元古代九岭复式岩基为例

The formation of huge composite batholiths is one of the key issues in granitic petrogenesis and crustal evolution. This contains a lot of information on a series of complex magmatic processes, including granitic melt production by melting of crustal materials, melt extraction, segregation, and differentiation. It plays a vital role in revealing the formation of granitoids. Based on previous studies, this project plans to choose the huge Jiuling composite batholith from the northwestern part of Jiangxi Province in the eastern Jiangnan orogeny between the Yangtze and Cathaysia Blocks. This project plans to provide systematic studies on the mineralogy, petrology, geochronology and geochemistry, combined with in-situ elemental and isotopic analysis of zircon, apatite and whole-rock, of the different plutons within the batholith. The petrogenesis of the different plutons within the Jiuling composite batholith, as well as the assemblage and interaction of magmas, will be discussed in order to explore the formation of composite batholiths and set up a magmatic dynamic model of huge composite batholiths.

巨型复式岩基的形成是花岗岩成因和陆壳演化研究中的一个重要科学问题，蕴含了从地壳熔融产生花岗质熔体，到熔体迁移、集聚和分异等一系列复杂过程的丰富信息，对于揭示花岗岩的形成具有重要意义。本项目拟在前人研究基础之上，选择扬子和华夏地块之间的江南造山带东段赣西北新元古代九岭巨型复式岩基为例，重点对岩基中不同岩体进行系统的矿物学、岩石学、地质年代学和岩石地球化学研究，着重结合锆石和磷灰石原位微区元素和同位素分析并与全岩分析进行对比，深入探讨九岭复式花岗质岩基中不同岩体的岩石成因，剖析岩浆集聚和相互作用过程，从而探究九岭巨型复式岩基的形成机制，建立巨型复式岩基的岩浆动力学模型。

地壳内岩浆储库的状态和过程对于理解岩浆行为，例如岩浆分异，岩浆混合等都非常重要。上地壳中岩浆存续时间反映了岩浆活动的强度以及控制着成矿作用。在本研究中，我们采用了锆石晶体粒度大小分布理论以及氧同位素扩散模型来限定江南造山带东段新元古代九岭复式岩基内四个岩体的岩浆存续时限。我们对锆石进行了U-Pb定年以及原位氧同位素分析。定年结果显示这些岩体形成于826–810 Ma之间，其中仅含有少量3800–3835 Ma的继承锆石。岩浆锆石颗粒或边部通常具有较大的δ18O变化范围（从5.9‰ 到 13.1‰），而岩浆锆石内部δ18O范围（3.9‰–12.2‰）类似于继承锆石（3.8‰–11.4‰）。锆石的晶体粒度分布特征反映出较短的锆石结晶时限和可能的岩浆存续时间，大概在千年至万年级，这与锆石氧同位素扩散模型限定的最大存续时限（1.8–4.7万年）相吻合。如此短的岩浆储库的存续时限对于理解岩浆储库中岩浆状态以及岩浆过程提供了独特视角。. 此外，花岗质岩基记录了大陆地壳的形成与演化历史。新元古代九岭复式岩基出露面积达到~4,000 km2，为华南最大的岩基之一，它由四个ca. 828−810 Ma的过铝质花岗质侵入体组成。对该岩基的野外接触关系、地质年代学数据和地球化学数据表明，新元古代九岭复式岩基是由不同批次的地壳来源的熔体累计叠加而形成的。随着年代从老到新，不同岩体具有逐渐降低的Rb/Sr比值和逐渐升高的Na/K比值和εHf(t)值，表明源区成分发生变化。此外，不同岩体之间的存在的较大同位素变化也可能指示了岩浆来源于三种不同的源区（即成熟沉积物、不成熟沉积物和酸性岛弧花岗岩），而同一个岩体中不同样品之间的锆石Hf、O同位素变化很可能指示了同一个岩体内部不同熔体之间的混合。岩体间和样品间的地球化学成分的变化分别反映了过铝质九岭复式岩基经历了两个阶段的混合过程：第一阶段的混合发生在源区中，使得源区成分的发生显著变化，而非不均一的变沉积源区所能解释的；第二阶段的混合发生在岩浆上升和滞留阶段，不同批次的熔体发生混合，这个过程被同一个岩体内不同样品之间矿物（如锆石）成分的变化所记录。这种双重物质混合的模式可以用来解释全球范围内过铝质花岗质岩石成分多样性的原因。