鸡公山花岗岩地球化学特征对桐柏地区地壳结构的约束 理工"学科究竟都学什么?

在桐柏山地区湖北与河南两省的交界地带，花岗岩占有较大的比例，它们主体侵入于桐柏杂岩中（图4-15），花岗岩出露于桐柏杂岩的中部和东部，总面积1200km²。按照岩相单元和地理位置划分可分为鸡公山岩体、灵山岩体和草店岩体等（李石，1991）。其中鸡公山岩体的主要岩石类型为似斑状二长花岗岩，斑晶为钾长石，大小一般为10mm×20mm，含量4%～8%，基质为中粒结构，其主要矿物组成为：石英25%～28%，钾长石25%～30%，斜长石（An=13～16）35%～40%，暗色矿物主要为黑云母，含量4%～7%。岩石主体为块状构造，但在岩体边部可见有面理构造，面理产状与区域构造面理方向一致。在湖北应山县北部的平靖关一带，可清楚地观察到鸡公山岩体与桐柏杂岩的侵入接触关系。灵山岩体和草店岩体的岩石类型均为中粒二长花岗岩，块状构造，岩石中钾长石斑晶少见，主要矿物组成为：石英26%～28%，钾长石28%～32%，斜长石40%～45%，黑云母3%～5%；总体矿物组成类似于鸡公山岩体，它们与鸡公山岩体在岩性上的差异主要反映在岩石的结构上有无钾长石斑晶，野外未观察到它们岩相之间的先后穿插关系，可能表明这些岩石单元之间具有相近的岩浆侵位时间。已获得的鸡公山岩体的黑云母K-Ar年龄为106～116Ma（张德全等，1988），锆石U-Pb谐和年龄为128Ma（李石，1991），锆石U-Pb下交点年龄为121Ma（湖北地质矿产局1：5万新店幅区调报告，1988）。灵山岩体黑云母K-Ar年龄为125～138Ma（河南省地质矿产局1：20万新县区调报告，1981）。由此可见，这些岩体属于白垩纪岩浆活动的产物。为叙述方便，本书将鸡公山岩体、灵山和草店岩体广义地统称为鸡公山岩体（图4-15）。

鸡公山花岗岩的主量元素和微量元素组成列于表4-6。岩石的主量元素组成变化不大，SiO₂为69.85%～72.35%，Al₂O₃为14.26%～14.81%，MgO为0.55%～0.85%，CaO为1.37%～2.07%，Fe₂O₃+FeO为1.96%～2.99%，K₂O+Na₂O为8.34%～8.92%，K₂O/Na₂O为0.87～1.13，A/CNK为0.91～1.03，岩石属准铝质，岩石总体化学组成特征类似于Ⅰ型花岗岩类（White and Chappell，1977），并与大别山白垩纪Ⅰ型花岗岩类在SiO₂含量相近的条件下具有相似的其他主量元素组成（Zhang H.F.et al.，2002）。在主量元素的Haker图上，鸡公山花岗岩各样品的SiO₂含量对其他主量元素含量的相关变化不明显。

在微量元素组成上（表4-6），鸡公山花岗岩大离子亲石元素Rb含量71～139μg/g，Sr为519～647μg/g，Ba为1118～1874μg/g，Rb/Sr为0.14～0.25；高场强元素的含量变化范围不大，其中Zr为208～277μg/g，Hf为5.3～7.2μg/g，Zr/Hf为31～39，Nb为10～21μg/g，Ta为0.9～1.9μg/g，Nb/Ta为9～12；放射性产热元素U、Th含量有较大的变化，其中U为1.5～5μg/g，Th为12～40μg/g，Th/U为3.3～12；亲基性元素Co为3.1～4.6μg/g，Ni为4.5～9.5μg/g，Cu为5～11μg/g，Cr为4.3～9.1μg/g。岩石稀土元素含量具有较大的变化范围，其∑REE为96～373μg/g，但各样品的稀土元素组成模式相似（图4-18），表现为轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，（La/Yb）_N=14～58，Eu异常不明显，Eu^*/Eu=0.79～1.05。上述鸡公山花岗岩的微量元素组成特征与Ⅰ型花岗岩的微量元素组成特征相似，而明显不同于S型花岗岩类（White and Chappell，1977）。

图4-18 鸡公山花岗岩稀土元素配分图

鸡公山花岗岩的8个全岩样品¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd为0.0876～0.1147，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd为0.511551～0.511829（表4-7），ε_Nd（0）为-18～-21。以鸡公山花岗岩体形成年龄t=128Ma计算，ε_Nd（t）为-16～-20；Nd同位素亏损地幔模式年龄（T_DM）变化于1.8～2.2Ga之间，明显高于岩体的形成年龄，表明岩浆来源于较为古老的再循环地壳物质。

鸡公山花岗岩6个全岩样品的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为16.707～17.055，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.239～15.326，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.587～37.853（表4-8）。据张理刚（1995）和李石（1991），鸡公山花岗岩4个长石样品的Pb同位素组成为：²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为16.729～16.893，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.323～15.398，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.583～37.854。这表明全岩Pb与长石Pb的同位素组成是非常接近的，并且两者均以低放射成因的Pb同位素组成为特征，应源自于具有低放射成因Pb同位素组成的地壳物质。鸡公山花岗岩在全岩Pb和Nd同位素组成上无明显的相关关系。

表4-6 鸡公山花岗岩主量元素（w_B/%）和微量元素（w_B/10^-6）组成

表4-7 鸡公山花岗岩（t=128Ma）Sm-Nd同位素组成

注：ε_Nd值的计算采用（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_CHUR=0.512638，（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）_CHUR=0.1968；T_DM计算采用（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_DM=0.51315，（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）_DM=0.2137。

上述鸡公山花岗岩的地球化学特征表明，岩石属于Ⅰ型花岗岩类，岩浆应主要由地壳中的火成岩物质的部分熔融形成。岩石ε_Nd（t）值具有较高的负值（-16～-20）和较高的Nd同位素模式年龄（1.8～2.2Ga），暗示鸡公山岩体的岩浆源区中地幔物质参与比例是极为有限的，而主要以中、古元古代的地壳物质为主。

表4-8 鸡公山花岗岩Pb同位素组成

在桐柏-大别地区，出露有许多前寒武纪基底岩块，如桐柏杂岩、大别杂岩和大别超高压变质杂岩等。在这些暴露的基底岩块中，是否有基底物质可作为鸡公山岩体的岩浆源区是本书研究的一个关键问题。幸运的是，对大别杂岩和大别超高压变质杂岩已积累了较为丰富的Nd-Pb同位素资料，而在本次研究中，同时开展了对桐柏杂岩的Nd-Pb同位素的测定，这为进一步确定鸡公山岩体的岩浆物质来源提供了有利的条件。

桐柏杂岩作为鸡公山岩体的直接侵入围岩，并为桐柏山暴露的最老基底，其主要岩石组成为花岗质片麻岩和呈包体或岩块产于花岗质片麻岩中的斜长角闪岩。桐柏杂岩无论是其中的花岗质片麻岩还是斜长角闪岩，在Nd同位素组成上（表4-9），呈现出较大的变化范围，反映桐柏杂岩具有复杂的组成和演化历史。在相当于鸡公山岩体岩浆侵位年龄（t=128Ma）时期，桐柏杂岩（包括花岗质片麻岩和斜长角闪岩）的 ε_Nd（t）变化于-16.3～-0.2之间，平均为-6.8，明显高于鸡公山岩体的值（-16～-20）。从桐柏

表4-9 桐柏杂岩Sm-Nd同位素组成

注：*为桐柏杂岩在鸡公山岩体岩浆侵位时（t=128Ma）的ε_Nd（t）值。杂岩的Pb同位素组成看，花岗质片麻岩和斜长角闪岩具有相似的Pb同位素组成，所有样品的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为17.130～17.499，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.331～15.392，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.420～38.188。根据桐柏杂岩全岩Pb同位素比值及U、Th、Pb含量，计算桐柏杂岩在鸡公山岩体的岩浆侵位时（t=128Ma）的Pb同位素比值为：²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为17.025～17.366，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.326～15.391，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.329～38.037。对比岩石Pb同位素比值的计算值表明，桐柏杂岩各Pb同位素比值分别高于鸡公山花岗岩的相应Pb同位素比值，而鸡公山花岗岩的Pb同位素比值则与大别杂岩（t=128Ma）的Pb同位素比值范围重叠（图4-19）。因此，Nd-Pb同位素的组成对比结果表明，桐柏杂岩不可能作为鸡公山岩体的岩浆源区，而岩浆源区岩层应相当于大别杂岩，并且应位于桐柏杂岩之下的深部。

图4-19 （²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_t-（²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb）_t和（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_t-（²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb）_t图

图中全岩样品Pb同位素比值为t=128Ma时的校正值，阴影区为鸡公山岩体初始Pb同位素比值分布范围，其中▲为鸡公山岩体全岩样品，■为鸡公山岩体长石样品（张理刚，1993），□为北大别杂岩，△为大别超高压变质岩，●为桐柏杂岩。北大别杂岩和大别超高压变质的Pb同位素资料引自文献（张宏飞等，2001）

根据已积累的大别地区的Sm-Nd同位素资料（谢智等，1995；Chen and Jahn，1998；Jahn，1998；Ma et al.，2000；Zheng et al.，2000；Zhang et al.，2002），计算在鸡公山岩体岩浆侵位时，大别杂岩（包括正片麻岩和斜长角闪岩）的ε_Nd（t）为-3～-26，与鸡公山花岗岩的值相重叠；大别超高压变质杂岩（包括其中的榴辉岩或退变的榴辉岩和各类片麻岩）ε_Nd（t）主要为-1～-14，只有位于双河地区的硬玉石英岩ε_Nd（t）低，达-28。因此，从Pb-Nd同位素组成的对比（图4-20），鸡公山花岗岩的特征也同大别杂岩相似，而与桐柏杂岩存在明显的差异。鉴于鸡公山岩侵位于桐柏杂岩中，因此，鸡公山岩体的岩浆源区（大别杂岩层位）应在已暴露的桐柏杂岩之下。这点也是同地质构造学研究所得出的认识——大别地区由于地壳抬升程度高，并受到强烈剥露，已出露到造山带的根部截面，而桐柏地区地壳抬升程度相对较低，剥蚀稍浅（Hacker，1996；张国伟等，2000；索书田等，2001），相协调的。

图4-20 （²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_t=128Ma-ε_Nd（128Ma）相关图

北大别杂岩的Pb-Nd同位素资料据Zhang H.F.et al.（2002）。鸡公山花岗岩的Pb-Nd同位素组成指示其岩浆物质来自于类似大别杂岩的岩层

鸡公山花岗岩与大别山白垩纪花岗岩的Pb同位素组成均以低放射成因Pb的同位素组成为特征，后者全岩现今的Pb同位素比值：²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 15.62～17.06，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 15.21～15.44，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb 36.59～37.81（表4-4）；在Sm-Nd同位素组成上，鸡公山花岗岩的ε_Nd（t）值（-16～-20）亦与大别山白垩纪花岗岩的ε_Nd（t）值（-13～-25）相重叠（表4-3）。大别白垩纪花岗岩已通过Pb-Sr-Nd同位素的示踪确认其岩浆源区岩层应相当地表出露的大别杂岩（Ma et al.，1998；Zhang H.F.et al.，2002）。因此，鸡公山与大别山白垩纪花岗岩具有甚为相似的Pb-Nd同位素组成应能说明，它们具有共同的岩浆物质来源，即大别杂岩。这也可支持上述关于大别杂岩位于桐柏杂岩之下的论断。

综上所述，桐柏地区和大别地区在地壳结构上应具有统一的陆壳基底，但桐柏地区缺乏超高压变质岩系的出露，而大别地区尚未发现类似于西部桐柏杂岩存在的确切证据。从构造学角度看，现今暴露于地表的桐柏和大别地区的构造截面具有统一的构造样式，是超高压/高压变质岩折返后构造伸展作用的结果，并受到了不同程度的剥露（索书田等，2001a，2001b）。因此，大别地区原先属于大别杂岩上部相当桐柏杂岩的层位，由于地壳抬升程度高，剥露程度深，并受到构造拆离作用的影响而基本没有得到保存。而桐柏地区，由于地壳抬升相对低，地表有桐柏杂岩的保存和出露。

鉴于桐柏地区具有清楚的构造格局，并有较好的地质记录，在桐柏山高压岩系北侧具有北秦岭典型岩群的分布，如秦岭群、宽坪群和二郎坪群等，因此，桐柏杂岩的块体属性归属于秦岭地区的南秦岭构造单元（Kroner et al.，1993；张国伟等，2000），从而认为大别地区的基底岩块的构造属性也应相当于南秦岭构造单元，属于扬子板块的北部边缘。因此，大别地区关于扬子板块与华北板块的俯冲-碰撞缝合线位置应位于大别核部杂岩的北侧，这一认识与根据锆石年代学（Hacker et al.，1998）和区域构造分析（Faure et al.，1999；索书田等，2001b）得出的认识是一致的，而不是先前认为的位于大别核部杂岩（北大别杂岩）和超高压变质岩系之间的五河-水吼断裂。

理工学科是什么~

　　理工学科是指理学和工学两大学科。理工，是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。
　　理学
　　理学是中国大学教育中重要的一支学科,是指研究自然物质运动基本规律的科学,大学理科毕业后通常即成为理学士。与文学、工学、教育学、历史学等并列，组成了我国的高等教育学科体系。
　　理学研究的内容广泛，本科专业通常有：数学与应用数学、信息与计算科学、物理学、应用物理学、化学、应用化学、生物科学、生物技术、天文学、地质学、地球化学、地理科学、资源环境与城乡规划管理、地理信息系统、地球物理学、大气科学、应用气象学、海洋科学、海洋技术、理论与应用力学、光学、材料物理、材料化学、环境科学、生态学、心理学、应用心理学、统计学等。

　　工学
　　工学是指工程学科的总称。包含 仪器仪表 能源动力 电气信息 交通运输 海洋工程 轻工纺织 航空航天 力学生物工程 农业工程 林业工程 公安技术 植物生产 地矿 材料 机械 食品 武器 土建 水利测绘 环境与安全 化工与制药 等专业。

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