花岗岩地球化学如何研究

如题所述

今后我们如何进行地球化学研究是一个棘手的问题,作者并非地球化学专家,只能就自己粗浅的理解谈一些不成熟的想法,主要是一些原则性或前提性的问题,请专家予以指正,恕作者班门弄斧。

(1)地球化学研究必须以地质研究为基础,地球化学解释不能离开野外研究和薄片观察,那种完全脱离野外实际,根据数据推演得出的结论是靠不住的,是经不起推敲的。

(2)正确理解和使用哈克图解,一方面,不能把哈克图解作为万金油和包治百病的药方来使用;另一方面,从哈克图解得出的结论也要与岩石学和地质学得出的认识相符合而不能相背离。我们现在有一种很不好的现象,即片面地、形而上学地、各取所需地使用哈克图解。只取对自己有利的、符合自己想法的图解,而回避出现矛盾的、与自己的期望相左的、解释不了的图解。这不是正确的研究方法,这样得出的结论也是靠不住的。

(3)主元素是地球化学研究的前提,不重视主元素给出的信息是要吃亏的。主元素数据与岩相学观察大体应当吻合起来,按照作者的经验,在多数情况下,岩相学观察可以和主元素数据相互印证,可以检查主元素数据是否可靠。

(4)微量元素是地球化学研究最重要的内容,是花岗岩成因研究最关键的环节。影响微量元素的因素很多,如矿物组成、化学成分、流体参与、温度、压力、部分熔融程度、残留相组成、混合作用等。我们只有掌握了某个花岗岩的具体的情况,才能判断上述诸因素中究竟何重要,何次重要,何不重要,才能知道在什么情况下我们应当重点关注哪个或哪些因素,才能知道在什么情况下选择哪些哈克图解(和判别图),才能知道不同的哈克图解有什么不同的含义,也才能在投图中遇到矛盾时知道如何应对。这里不仅需要扎实而丰富的地球化学知识,也需要对花岗岩物理和化学性质的基本了解。缺了上述两条,地球化学研究就不算入门。

(5)同位素地球化学研究能够提供比微量元素更深层次的认识。最近,同位素研究取得了突出的进展,且势头不减,这是高科技快速发展的结果。花岗岩地球化学研究近期取得的许多新进展,也大多体现在同位素地球化学研究方面,例如锆石Hf同位素研究(吴福元等,2007)。目前的状况是,虽然我们已经高度关注了花岗岩的同位素地球化学研究,但是,研究的深度还不够,发展的潜力还很大。作者在这里只强调一个问题.即同位素资料与微量元素资料如何相互配合的问题。作者认为,在一般情况下,同位素研究的结论不应当与微量元素得出的结论相违背,也就是说,同位素研究是在微量元素研究的基础上进行的,它不能违反由微量元素得出的基本结论,只能补充和深化微量元素的结论。当然,它更不能违反主元素资料给出的基本信息。例如一个玄武岩,假定其εNd(t)=+3,87Sr/86Sr(t)=0.705,如果不知道微量元素资料,你能够知道它究竟是洋脊的、岛弧的、弧后的还是洋岛的吗?又如一个花岗岩,假定其εNd(t)=-10,87Sr/86Sr(t)=0.708,如果没有微量元素资料限制的话,是否也可以存在好多种解释的可能性?又如同样是上述数据(εNd(t)=-10,87Sr/86Sr(t)=0.708),如果既不知道主元素资料也不知道微量元素资料,你将何以适从?

(6)花岗岩的解释不同于玄武岩。我们之所以建议鲍温反应原理不能再用了,其关键的一点是幔源岩浆不同于壳源岩浆。我们的基本观点是:地球上的岩浆千千万,幔源和壳源要分开。幔源岩浆不可能演化为壳源岩浆,壳源岩浆基本上不可能演化。一个玄武岩的数据投在哈克图解上,按照元素和元素比值之间的关系,可以用结晶分离、混合作用或AFC过程等来解释,但是,对于花岗岩则不行。花岗岩在哈克图解上的位置,很可能是源岩不同的反映,至于它们之间是否存在某种关系,则很难判定,需要有其他资料的佐证,除了野外和薄片的资料外,还需要准确的年龄资料和同位素资料。其中年龄资料是前提,如果两个成分略有不同的岩石的年龄相差较大(以岩浆能够保持的时间为准),则二者之间不大可能存在任何相关关系,虽然其源区组分可能类似。

(7)投图与研究的关系。我们现在有些人只是简单地从投图中得出信息,他们很少对元素和元素的比值关系进行细致的分析,也不考虑其他关系,只是投图,样品投入岛弧范围就是岛弧环境的,投入钙碱性区域就是钙碱性系列的,投入A型花岗岩范围就是A型花岗岩。总之,结论出自投图,把地球化学研究简单化为投图地球化学。殊不知,这是颠倒了认识的因果关系。我们的结论应当来自对岩石地球化学性质的研究,来自各个方面的信息的综合,投图只是地球化学研究的一个部分,一种表述方式,只是进一步证实地球化学研究的结论,而不是代替地球化学的研究。我们的投图往往得出错误的或者互相矛盾的结果,其原因就在于对数据缺乏研究和理解,没有搞明白数据受制约的因素(主要因素和次要因素)以及在什么情况下(例如水加入的不同,SiO2含量变化的不同)数据会有什么变化。有些则属于不当投图,即没有搞明白投图的边界条件。例如,许多玄武岩的判别图不适合安山质岩石,将安粗岩的数据投上去必错无疑。

(8)混合花岗岩问题。有些花岗岩几乎到处可见混合现象,于是被称为混合成因的花岗岩。实际上这是一种不同花岗岩之间过渡的情况,属于中间产品。例如,某样品据野外和薄片观察,混合现象特别强烈,它可能是A、B两种花岗岩混合的产物,该样品既非A也非B。有的可能更复杂,可能还有第三种组分的加入。这些特殊的样品可称其为“混合花岗岩(hybrid granite)”,应当与花岗质岩浆(granitic magma)的样品区别开来,因为,其含义已经不同于通常的花岗岩了。这些混合花岗岩可能也是有意义的,可用以了解不同岩浆之间相互作用的情况。至于该数据能否与其他花岗岩一样用于指示岩浆成因,则应依据数据的对比和混合端元组分的情况而定。

(9)将地球化学研究与年代学研究结合起来。一个大的花岗岩基通常包含几十甚至上百个侵入体,即使一个小侵入体,也往往不是一次侵位形成的(如盘山岩体)。因此,花岗岩地球化学研究如果不与年代学研究结合起来,我们将无法考虑花岗岩的成因问题。年代学研究不是可有可无的,不是点缀,也不是几个数据能够满足的。幸好目前大多数人已经明白这个问题的重要性,但是与花岗岩的实际需要仍然还差得很远。令人堪忧的是,目前年代学研究有与地球化学研究脱节的现象。如有的一篇文章报道一个SHRIMP年龄,却没有地球化学资料;有的一篇文章可以罗列很多很好的年龄资料,也没有相应的地球化学数据。人们似乎很关心张家口组火山岩的时代问题,却不怎么关心张家口组火山岩的性质。例如,最近发表的专门讨论张家口组火山岩时代的文章就不少,但是,却没有发表过一个相应的地球化学数据。这种现象令作者迷惑不解,难道张家口组火山岩的地球化学研究程度已经很高了吗?难道张家口组火山岩的地球化学不值得研究吗?中国解放已经快60年了,我们却拿不出一个张家口组火山岩可靠的地球化学数据,这种现象正常吗?那么,为什么大家都不重视张家口组火山岩的地球化学研究呢?没有地球化学研究我们对张家口组火山岩的意义能够有多少深入的认识?脱离了地球化学的年代学资料只能告诉我们存在过一次热事件,而仅仅满足于对热事件的了解是远远不够的。

地质情况是万分复杂的,我们的思想也要复杂一些,考虑的方面也应当多一些。由于花岗岩源于下地壳底部,我们对下地壳底部的物质组成、热和压力状态缺乏了解;由于花岗岩实验研究的薄弱,我们对岩浆的行为、岩浆之间物质交换的形式、交换的条件、水和挥发份对物质交换的影响还缺少系统的知识;由于花岗岩基体积大、黏性大、成分变化大,我们对花岗岩侵位的问题还缺乏基本的认识。凡此种种,大大限制了我们对花岗岩的了解,我们甚至不知道一个大岩基的各个侵入体在一定的时间范围内是怎样依次挤上来的。就以非常简单的常见的环状侵入体为例,它是怎样形成的?侵位的时间顺序?从外到内成分变化的规律?变化的原因?各自的来源?试想,在上述情况都不清楚的情况下,我们对花岗岩地球化学能够作出明确的、令人信服的判断吗?因此,在花岗岩地球化学研究中,不能仅根据一两个证据就贸然作出结论,更何况目前岩浆作用的理论有许多并不适合花岗岩。我们必须创建属于花岗岩的地球化学理论,但是,理论的创建谈何容易,它必须建立在扎实的基础上。因此,花岗岩地球化学研究任重而道远。

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