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王德滋与火山岩

时间:2010-09-18  归属:当代科技精华地学卷

王德滋,现任南京大学地球科学系教授,博士生导师,南京大学地学院院长。江苏泰兴人,1927年6月生。1950年毕业于南京大学地质系。专长岩石学,尤其擅长岩浆岩岩石学,长期从事火山岩与花岗岩研究,造诣精深。发表论文90余篇,专著和教材5部,译著9部。1982年获国家自然科学二等奖,1990年获国家教委科技进步一等奖和地质矿产部“东火”项目一等奖。

    火山是地球深部通向地表的窗口,火山岩则是地下岩浆喷至地表的直接见证,古今中外都有大量关于火山现象的记述。火山熔岩喷发的壮丽景观,显示着自然界迷人而巨大的魔力,它既给人类带来严重的威胁和灾难,也给人类提供了丰富的矿产资源。火山作用及其产物的研究对于阐明岩石圈特别是大陆岩石圈的组成、演化和动力学机制,对于阐明地球内部和外部各圈层之间的相互作用关系,对于解决自然资源日益短缺,探索新的资源类型和新的工业材料,扩大新的找矿和综合利用途径以及解决人类环境日益恶化等问题均具有重要的意义,因而历来受到人们的广泛关注。

    按板块学说的观点,火山活动与岩石圈板块的活动有着密切的关系。世界上火山活动主要集中在二个地区,其一为环太平洋地区,其二是地中海地区,这些地区均是板块聚合的边界,既有强烈的火山活动,同时也是重要的成矿带。我国地处太平洋西岸,中新生代时中国东部有着强烈的火山活动,在中生代以酸性、中酸性或中偏碱性火山岩最发育,而新生代则以玄武岩分布最广,它们共同构成宏伟的北北东走向的西太平洋火山岩带,其中以中生代的火山岩分布最为广泛,与成矿的关系也最为密切,因而一直是我国岩石学家的重点研究对象。

    王德滋长期从事中国东部酸性、中酸性、中偏碱性火山岩及其与成矿关系的研究。从60年代开始,系统研究了宁芜盆地中生代火山岩的特征与演化,将宁芜地区的火山岩由下而上划分为龙王山、濮塘、大王山和娘娘山四组,指出该区火山岩具有明显的由钙碱性向碱性演化的趋势,并最早在娘娘山周围发现环形分布的粗面质集块岩,提出娘娘山为一古火山口,这些认识至今仍具有重要的科学意义。

     

 

    王德滋在国内较早注意到酸性、中酸性火山岩与花岗岩的成因联系。他和他的同事在研究浙江桐庐盆地中生代火山岩时,注意到流纹质和流纹英安质火山岩沿盆边分布,石英二长闪长岩为代表的浅成侵入体占据盆地的中央部分,在二者之间,出现一种具碎斑结构的次火山岩,他称之为“自碎二长花岗斑岩”,这些岩石在空间上共同构成明显的三重圈层构造(图1)。在对自碎二长花岗斑岩化学成分、产状、结构及矿物特征综合研究的基础上,他认为这类岩石是由隐爆作用形成,与火山岩、火山深成岩具有密切的时空及成因联系。在对浙东南望海岗火山穹窿—北雁荡山破火山口岩相分析时,发现整个火山穹窿中的次火山岩和火山岩均围绕望海岗火山深成岩体(中央岩株)呈环状分布(图2)。通过对我国华南地区若干典型盆地的剖析,王德滋等总结出“同一火山活动形成的火山岩、次火山岩和火山深成岩往往受同一个火山机构控制,它们在平面上呈环带状分布,其中火山岩(包括火山碎屑岩和熔岩)分布在外环,次火山岩主要分布在内环,火山深成岩则分布在核心,构成中央侵入体。在垂向上,上部是火山碎屑岩和熔岩(火山岩),中部是次火山岩,而下部则是相应的火山深成岩”。在综合各方面资料的基础上,他指出火山岩、次火山岩、火山深成岩常构成“时、空、源”一致的“三位一体”式火山—侵入杂岩,其中“时”即深成岩、次火山岩与火山岩形成时代相近,“空”即三者受同一火山机构(破火口、火山穹窿、火山断陷盆地等)控制,“源”即指三者的成岩物质来源相同。在时、空、源一致的前提下,他认为花岗岩类实际上是酸性、中酸性火山岩所构成的中心式火山机构的“根”,并据此建立了完整的花岗质火山—侵入杂岩体系,提出了次火山花岗岩的新概念。这些认识对于阐明浅部岩浆房形成演化的规律具有十分重要的理论意义,有力地推动了火成岩石学成因理论的发展。

     

 

    花岗质火山—侵入杂岩存在不同的类型,Ⅰ型(大体与同熔型相当)火山侵入杂岩的存在是毋庸置疑的,S型(大体与陆壳重熔型相当)火山侵入杂岩是否存在则有争议。Chappell和White(1974)认为Ⅰ型花岗岩伴生有同源火山岩,而S型则否。但近年来已在澳大利亚东南部发现三条S型火山岩带,继之在秘鲁亦有发现。王德滋和他的研究集体通过对赣东北及其邻区中生代火山岩的研究,发现该区相山、东乡、信江等盆地也存在S型火山岩,并形成一条北北东向延伸的S型火山岩带,这是继澳大利亚、秘鲁之后在国内首次发现的S型火山岩带。他确立这条S型火山岩带的主要依据为:(1)该区火山岩出现S型特有的富铝矿物石榴子石和红柱石;(2)化学成分上该区火山岩属铝过饱和,A/NKC值均在1以上,CIPW计算的标准矿物中常出现刚玉分子;(3)该区火山岩的Isr(T)值均在0.7100以上,而∈Nd(T)值多小于-6,具有S型的Sr、Nd同位素特征。他所发现的这条S型火山岩带是一条重要的铀成矿带,赋存有我国最大的火山岩型铀矿床——相山铀矿。通过研究,他还提出在武夷山西坡也存在一条S型火山岩带,该带是一条重要的锡成矿带。这些S型火山岩带的发现和确立对进一步指导找矿有重要的实际意义。

    在研究花岗质火山—侵入杂岩时,王德滋运用板块—地体构造理论,将构造作用与岩浆作用有机地联系起来,指出不同类型的花岗质火山—侵入杂岩具有不同的地球动力学背景,结合中国东南部花岗质火山—侵入杂岩产出的具体情况,提出Ⅰ型火山—侵入杂岩主要产于大陆边缘B型俯冲带以及大陆边缘和大陆内部断裂坳陷带中,而S型火山—侵入杂岩主要产于大陆板块碰撞带以及大陆内部A型俯冲带中,并据此建立了不同类型花岗质火山—侵入杂岩的构造岩浆模式。

    在对郯庐断裂中南段及其邻区中生代火山岩特征详细分析和广泛对比的基础上,王德滋和他的研究生指出该区火山岩具有以橄榄安粗岩系为主、高钾钙碱性岩系为次的组合特点,并首次将这一具有特殊组合的岩石分布区称之为“橄榄安粗岩省”。对中国东部中生代火山岩的成因认识,多数学者均主张将其与古太平洋板块对欧亚板块的俯冲联系起来,认为是同一板块运动过程中不同地质条件下的产物。诚然,用这一观点能较圆满地解释中国东部(尤其是华南地区)由沿海向内陆火山作用渐弱,火山岩碱度、K2O含量和(87Sr/86Sr)i值渐增的变异特征,但难以解释中国东部中生代火山岩南北为钙碱性岩系,而中间则主要为偏碱性的橄榄安粗岩系的“夹心式”空间分布格局。为此,王德滋等在对橄榄安粗岩省形成的动力地质背景全面分析的基础上,指出该区在中生代为一受多种动力因素影响的区域性“地幔热区”,其火山岩产出的构造背景既非典型的岛弧,又有别于典型的裂谷,在区域位置上具过渡性。在诸种动力因素中,以华北板块和扬子板块的碰撞拼贴及其后续的伸展引张机制对区内火山岩形成的影响最为直接。这些认识较圆满地解释了橄榄安粗岩省火山岩的碱度较之华南及东北等地火山岩碱度偏高的地质事实。

     

 

    

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