文档介绍：花岗质岩浆主要形成在地壳的哪个部位?——花岗岩讨论(9)
张旗
2010-04-16
花岗质岩浆主要形成在地壳的哪个部位有不同的认识,多数人认为花岗质岩浆既可以形成在地壳底部,也可以形成在地壳中部或上部,只要满足花岗质岩浆熔融所需要的热即可。不错,花岗质岩浆熔融的第一要素是热,热从哪里来?可能的原因很多,如地热增温带来的热、放射性蜕变产生的热、构造摩擦热、玄武岩以及软流圈上涌带来的热等。上述因素中,有些不足以导致花岗质岩浆的熔融,如正常的地热增温率以及放射性元素蜕变等。强烈的构造挤压的确可以产生花岗质熔体,如高级变质岩中分异的深色和浅色条带以及混合岩化作用,但是,其规模很小,不可能导致大范围地壳的部分熔融。实际上,能够引发具有一定规模的花岗质岩浆熔融的热主要来自玄武质岩浆上侵和软流圈上涌两个因素,尤其大规模的花岗质岩浆活动必定伴随软流圈的大规模上涌。下地壳底部与地幔接触的部位(壳幔过渡带)是地壳最热的部位,下地壳底部也是玄武质岩浆底侵的最佳部位,因此,这里是花岗岩形成的温床,全球绝大多数花岗岩,尤其是大规模花岗质岩浆活动,应来源于下地壳底部。
许多模式(和教科书)认为花岗质岩浆可以形成在地壳的内部,不一定统统形成在下地壳底部。这些模式认为,如果玄武岩底侵到地壳内部,例如中地壳,也能够引发中地壳的部分熔融形成花岗岩,如图1所示,于是,花岗岩只能指示其形成的深度而非地壳的厚度。图1的一个模式来源于世界顶尖杂志《Science》,另一个也来源于顶级杂志《Lithos》和著名学者B. Bonin。那么,他们的结论是正确的吗?从理论上说,上述模式是可能的,但是,实际上有多少可能性是值得商榷的。因为,即使玄武岩侵入到地壳上部,可以带来热,但这种热是有限的,持续时间很短,不可能产生大量的花岗质岩浆。玄武质岩浆一旦离开地幔上升进入地壳,即处于降温过程,玄武质岩浆即使可以停滞在地壳某个部位一段时间,岩浆将很快降温固结,最可能产生的是某种程度的接触变质作用,很难使围岩地壳熔融产生花岗质岩浆。如野外在许多辉长岩侵入体边部可以见到宽度不一的接触变质带(最高变质可达为辉石角岩相),而很少见到辉长岩边部有熔融的花岗质岩浆的现象,即使是规模巨大的大火成岩省。青藏高原北部地球物理探测发现在中地壳有一个低速带,推测是热的花岗岩的反映,有人解释为花岗质岩浆在中地壳发生部分熔融的证据,而我们认为这是花岗质岩浆侵入到中地壳的产物。
图1 流行的岩浆形成深度图
左图据Kemp et al. (2007),右图据Bonin (2007),它们均强调花岗岩形成于地壳内部而非底部,实际上是很少可能的
以华北为例,中国东部高原从165 Ma开始首先在华北北部出现,随之向南扩展,大别和长江中下游最早的埃达克岩是152 Ma的,高原大约从130~125 Ma之后开始垮塌(张旗等,2008)。因此,中国东部高原持续的时间至少是从165~130 Ma。据目前的资料,出现在这个年龄段的花岗岩绝大多数是埃达克岩,目前还未发现有浙闽型和南岭型花岗岩出现的实例,说明在高原持续期间出现的花岗岩都是来自下地壳底部的。当然,随着研究工作的进展,可能会有160~130 Ma期间的浙闽型、南岭型花岗岩出现,如果没有其他的解释,或许就是地壳内部熔融的了。如果出现这种情况,就需要特别予以关注,估计这种岩体的规模不可