南嶺中段（湖南段）上地幔-下地殼對燕山期成礦花崗巖的約束

李振紅

摘 ?要 ?地震波速不均衡性反映南嶺中段（湖南段）處于裂谷構(gòu)造環(huán)境。深源包體顯示，其上地幔為二輝橄欖巖，下地殼為片麻巖、變粒巖、片巖、石英巖等混有幔源基性巖的中深變質(zhì)程度的長英質(zhì)沉積變質(zhì)結(jié)晶基底。上地幔局部熔融前曾遭受過富揮發(fā)組分、富K流體的交代作用，形成富集地幔。受富集地幔局部熔融的控制和參與，在源于“巖石圈地幔-下地殼花崗質(zhì)巖源”的燕山期成礦花崗巖漿沿深斷裂上升過程中，含F(xiàn)酸性流體更易于同化混染，并萃取圍巖中的金屬元素，形成成礦物質(zhì)多源性的富堿、尤其富K的鉀質(zhì)花崗巖，為成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 ?富集地幔;結(jié)晶基底;大離子親石元素;揮發(fā)組分;鉀質(zhì)花崗巖

中圖分類號：P588.12+1 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： The seismic velocity imbalance reflects that the middle Nanling （Hunan section） is in rift tectonic environment. The deep-seated inclusions show that the upper mantle consists of lherzolite， and the lower crust of gneiss， granulite， schist， quartzite and so on， mixed with rocks derived from mantle， forming felsic sedimentary metamorphic crystalline basement with moderate-deep metamorphic rocks. Before the partial melting of the upper mantle， it was subjected to the metasomatism of rich volatile components and K-rich fluid， forming the enriched mantle. Under the control and participation of enriched mantle partial melting， during the Yanshanian metallogenic granitic magma， derived from “l(fā)ithospheric mantle-lower crust granitic source”， rising along the deep fracture， it lays the material foundation for mineralization that the F-bearing acidic fluid is more likely to assimilate and extract the metal elements from the wall rock， forming alkali-rich， especially K-rich potassic granite bodies with multi-origin metallogenic materials.

Keywords： enriched mantle; crystalline basement; large ion lithophile element; volatile component; potassic granite bodies

南嶺中段（湖南段，以下稱湘南地區(qū)）燕山期花崗巖深源包體化學(xué)成分及同位素組成反映了其深部地質(zhì)背景及上地幔和下地殼對成巖成礦的作用，為深入了解、研究成礦花崗巖及其礦床的成因提供了深部地質(zhì)作用的信息和依據(jù)。

1 ?燕山期構(gòu)造環(huán)境及巖石圈結(jié)構(gòu)特征

1.1 構(gòu)造環(huán)境簡述

湘南地區(qū)位于湘東南NE向大型盆嶺構(gòu)造（帶）南段[1]，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：侏羅系張裂起始階段，成礦花崗巖侵位及主成礦期發(fā)生在本階段;白堊系裂谷成熟期，與花崗巖有關(guān)的成礦作用趨于尾聲;白堊系末-古近系裂谷漸趨閉合消亡。

1.2 巖石圈結(jié)構(gòu)及其特點

（1）巖石圈結(jié)構(gòu)特征

以茶陵-郴州-臨武斷裂為界，東側(cè)地殼平均厚度東側(cè)為31～32km，西側(cè)約29km;巖石圈厚度東側(cè)為120～150km。西側(cè)約240km。據(jù)大地電磁測深資料[2]，在60～110km處存在數(shù)公里厚的低阻高導(dǎo)層，電阻率數(shù)十至百余Ω·m，推測為上地幔內(nèi)局部熔融帶及韌性剪切帶之反映。在190～200km處，存在另一低阻高導(dǎo)層，電阻率0.24～0.5Ω·m，為巖石圈底界軟流層。地殼及上地幔平均地震波速分別為6.13～6.25km/s和7.96～8.03km/s，均低于華南巖石圈相應(yīng)數(shù)值（表1）。大地?zé)崃髦颠_66.0mwm-2（1.65HFU）[3]，表明其地殼及上地幔處于高濕低壓的裂谷構(gòu)造環(huán)境。

（2）上地幔橄欖巖及下地殼巖特點

道縣原生橄欖玄武巖道縣原生橄欖玄武巖成巖年齡204.3Ma（40Ar-39Ar）[7]，其中所含包體以尖晶石二輝橄欖巖為主，次為輝石巖堆積體及輝長巖。據(jù)黃國祥[8]、王京彬[9]，其包體碎裂構(gòu)造明顯，具有拉長定向碎斑結(jié)構(gòu)，橄欖石發(fā)育應(yīng)變階梯狀消光，塑性流變特征明顯。其熔融溫度1043～1245℃，壓力2200-2520Mpa，深度為72～85km。與本區(qū)上部低阻高導(dǎo)層位置吻合。古地溫梯度平均達13～14℃/km，與大陸裂谷對應(yīng)。與橄欖巖包體同時出現(xiàn)的下地殼巖包體成分較復(fù)雜，有黑云母斜長片麻巖，斜長角閃巖，矽線石石榴石變粒巖、石英巖、片巖等。巖石化學(xué)成分及Nd同位素特征[10]表明，有幔源基性巖漿混入。李獻華等[11]的研究，也顯示該區(qū)燕山早期花崗巖的形成，幔源巖漿發(fā)揮了重要作用。

（3）巖石圈模型

按表1地震波速的分層，也顯示本區(qū)應(yīng)存在殼幔過渡層。結(jié)合已出露地層最大累加厚度（約26km）和大地?zé)崃髦担瑓⒄誆aton的構(gòu)造解釋性模型[12]（圖1），對本區(qū)巖石圈結(jié)構(gòu)模型解釋如下：

L1：上地殼為斷塊狀地表巖層。上部呈脆性變形，向下漸變?yōu)榘氪嘈?，并具高孔隙度及高滲透率。

L2：中地殼，為基底巖層及變粒巖，夾有大量沉積巖及巖漿巖。

L3：下地殼，近頂部或上部為中酸性巖漿巖及中淺部變質(zhì)巖，向下漸變?yōu)榛◢弾r、混合巖、片麻巖、長英質(zhì)變粒巖、角閃巖及鎂鐵質(zhì)巖。有上地幔巖熔融產(chǎn)生的玄武巖墻侵入。

L4：上地幔，為浸染狀熔體組成的超鎂鐵質(zhì)巖（本區(qū)為尖晶石二輝橄欖巖）。因巖墻作用，呈上升的泡狀體而產(chǎn)生固態(tài)流延伸。

2 ?上地幔交代作用及燕山期花崗巖源區(qū)性質(zhì)

2.1 上地幔交代作用

本區(qū)上地幔發(fā)生局部熔融前，發(fā)生過含不相容元素富K流體的交代富集作用。為此，王京彬、趙振華、劉鐘偉[9， 10， 13]等做了較深入的研究。

（1）尖晶石二輝橄欖巖包體與原始地幔比較，不相容元素Ti、Al、Ca相對虧損，K及LREE明顯富集，[La/Yb]CN達24.5，與虧損地幔及原始地幔有較大差異[13]。表明上地幔發(fā)生了虧損事件，后又受到富K流體的交代，形成富大離子親石元素、富K的富集地幔。而且還明顯富集W、Sb、Bi、Pb、U、Cu等成礦元素[10]。

（2）尖晶石二輝橄欖巖包體中可見含水角閃石交代并包裹單斜輝石。地幔中含水約0.1%時，只能以含水礦物角閃石和金云母保存在二輝橄欖巖中。而角閃石在1100℃（±），壓力大于3000MPa條件下分解，金云母約在1300℃時才脫水。從而可形成橄欖石+輝石+角閃石的共生組合（如圖2）。

（3）湘南地區(qū)玄武巖形成時代屬于侏羅系及白堊系，均屬堿性玄武巖（表2-1、2-2）。它們也具有由富集地幔衍生之基性巖源。

與洋脊玄武巖相比，本區(qū)玄武巖明顯富集K、Rb、Ba、Th及輕稀土等。Ba、Rb、Th是金云母中的特征元素，其高含量表明玄武巖來自富K地幔局部熔融。據(jù)Olafsson和Eggler的橄欖巖+CO2+H2O熔融試驗，富K巖漿是在低度熔融時形成的，金云母屬早期熔融相。這與王京彬[9]據(jù)shaw非實比平衡熔融公式計算結(jié)果一致，表明本區(qū)玄武巖漿是由交代地幔低程度選擇性熔融形成的。其εNd（t）>0（源于地幔）與fsm/Nd<0相矛盾[10]，說明其源區(qū)經(jīng)歷過交代富集作用。

綜上所述，道縣虎子巖玄武巖中的二輝橄欖巖包體源自72～85km的上地幔熔融帶，且上地幔富含水、K和揮發(fā)組分CO2。揮發(fā)組分的遷移是地幔交代作用及玄武巖液體形成的預(yù)兆。地幔富K時，放射性能量增強，進一步促使交代作用及熔融作用發(fā)生。因此，本區(qū)上地幔在局部熔融前發(fā)生富K流體交代作用，形成了富堿、富K，富揮發(fā)組分及富W、Sn、Bi、Cu、Pb、Sb、U等的富集地幔，為成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 花崗巖源區(qū)性質(zhì)及燕山期花崗巖特點

（1）花崗巖源區(qū)性質(zhì)

據(jù)Nd及Pb模式年齡，本區(qū)加里東期及燕山期花崗巖源巖（表3）與華南陸殼改造性花崗巖NdTDM為1554-2201Ma[14]吻合。表明本區(qū)在晚太古代可能已有古陸核，其下地殼不僅是上地幔熔融巖漿（玄武巖類）上升的貯集地，也是成礦元素的重要富集場所。桂北寶壇-元寶山地區(qū)發(fā)現(xiàn)與基性、超基性巖有關(guān)的Sn、Cu礦床及四堡-雪峰期含Sn花崗巖和成鈾花崗巖，與本區(qū)上地幔巖富W、Sn、Bi、Cu、Pb、Sb、U等特點一脈相承。在廣西牛廟、同安、里松花崗巖體中的暗色包體，也反映了地幔物質(zhì)的參與和下地殼的混染[15][16]，并認為南嶺燕山早期為準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)的I型/分異I型花崗巖演化系列，其源巖主要為元古代火成巖，少量新生地殼和/或地幔分異物質(zhì)很可能參與了花崗巖的形成。在研究湘南地區(qū)花崗巖中鎂鐵質(zhì)微粒包體，認為包體中明顯的不平衡礦物組合和結(jié)構(gòu)是巖漿混合的巖相學(xué)特征，為殼—幔巖漿混合而成，而且?guī)r漿混合作用的強弱、基性物質(zhì)加入的多少都與錫成礦作用呈正相關(guān)[17]。

（2）燕山期花崗巖特點

本區(qū)燕山期巖漿活動具有基性及酸性（中酸性）火山巖（含次火山巖）并行的裂谷型雙模式活動特點（表4）。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

① 在一些巖體（如王仙嶺、騎田嶺、姑婆山、黃沙坪301#及里松等）人工重砂中見有藍灰色剛玉、碳硅石。剛玉特有的藍灰色色調(diào)可能與深部超基性巖有關(guān)，碳硅石是金伯利巖之特征礦物，其出現(xiàn)可能與下地殼及上地幔巖有聯(lián)系。而西山巖體含較多鐵橄欖石-角閃石-黑云母及輝石-角閃石等暗色礦物結(jié)合體?？赡苁堑蒯r漿在高壓結(jié)晶作用的產(chǎn)物構(gòu)成的捕虜晶。

②與華南同期花崗巖比較，本區(qū)與W、Sn、Pb、Zn、Sb（Ag）成礦系列有關(guān)的燕山期酸性花崗巖Mg、FeO、Fe2O3、Na2O較低，而Al2O3、K2O及K2O/Na2O較高。與Cu、Pb、Zn、Au、Ag成礦系列有關(guān)的花崗閃長（斑）巖SiO2、Na2O及K2O較低， FeO、Fe2O3、MnO及MgO和K2O/Na2O較高，同樣富K（表5）。

③ 燕山期花崗超常富集揮發(fā)組分（F、Li、B），尤其是與W、Sn、Pb、Zn、Sb（Ag）成礦系列有關(guān)的酸性花崗巖，F(xiàn)含量明顯偏高（表6）。另外，東坡及香花嶺礦脈石英流體包裹體δ13C%=-5，屬金剛石碳同位素組成范圍（δ13C%=-9～+2），表明成礦過程中有地幔CO2氣的加入。

④千里山、野雞尾、瑤崗仙、騎田嶺等成礦巖體顯示了特殊的Sm-Nd同位素組成，143Nd/144Nd值均大于0.5120，偏離華南陸殼143Nd/144Nd=0.511858[14]的值，從而向地幔143Nd/144Nd=0.5130（G.Faure，1986）值靠近。其εNd（t）=-3～-10.7，絕對值又低于華南陸殼改造型花崗巖（遠大于10）。顯示有較多幔源物質(zhì)加入，屬于高釹（Nd）花崗巖。

⑤本區(qū)燕山期花崗巖微量元素含量，除Hg、Sr、Zr、Ba、La等外，其余均高出世界酸性巖平均值，尤其是富深源元素Cr、Ni、Co（表7）。

3 ?結(jié)論

本區(qū)燕山期花崗巖形成于富集地幔上隆的深部地質(zhì)背景。在下地殼發(fā)生局部熔融時，有富含大離子親石元素和揮發(fā)組分及部分幔源熔漿在內(nèi)的富K流體參與，形成“巖石圈上地幔-下地殼花崗質(zhì)巖漿”。其上升過程中，富含揮發(fā)組分（尤其是F）的流體在高溫高壓下，增強對堿金屬（Li、Na、K、Rb、Cs）的溶解能力，易于同化混染并萃取圍巖中的金屬元素，為成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。本區(qū)中生代中晚期發(fā)生了一次大的地幔分離事件，地殼中有的地幔物質(zhì)加入與本區(qū)大規(guī)模成礦作用相對應(yīng)。因此，上地幔及下地殼活動對湘南燕山期成巖成礦具有重要的制約作用。

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