海南岛地幔柱及成矿作用初探

戈金明

摘要：本文从地球物理学、岩石学等方面总结了海南岛地幔柱存在的证据，并探讨了海南地幔柱成矿作用对海南一些重要矿产形成的影响。

关键词：地幔柱；成矿作用；海南岛

地幔柱是当代地学研究的前缘和热点，它较好地解释了大火成岩省、热点、大陆裂谷、大规模成矿和生物灭绝事件等很难用板块构造理论解释的现象。关于地幔柱成矿作用，我国研究比较详细的是峨眉山地幔柱，相关的矿产主要是与岩浆及热液有关的矿床。在总结前人研究成果的基础上，笔者认为海南岛是存在地幔柱的，而且对我省一些重要矿床的形成有一定的影响。

1.海南岛地幔柱

1.1地球物理学证据

有学者通过利用地震层析成像技术，指出海南岛之下存在地幔柱，近垂直的低波速柱体位于海南岛及南海之下，从浅部一直延伸到660km的不连续面处（上下地幔的分界面），即模型的底界，并指出地幔柱的物质源区可能是大约200Ma之前与华北碰撞后大陆岩石圈俯冲并停滞在过渡带（410km～660km）至今；还有学者H进一步研究指出在670km之下仅可见斑点状低速体，暗示堆积在过渡带的少量古老物质可能穿透了660km这一相界面（即相当于地震不连续面），或者可能是来自深部核一幔边界的深地幔柱逐渐失去地幔柱尾部而使地幔柱趋于消失。

另有学者由地震层析成像反演的P波、S波速度结构及接收函数得到的地幔转换带厚度变化，揭示了海南地幔柱从地表往深部逐步向东北方向偏移，而低速异常延伸到地幔转换带以下及地幔转换带的局部减薄都暗示海南地幔柱可能起源于下地幔；也有研究者获得了海南岛及其邻区深达地幔转换带的P波三维速度结构模型，初步结果显示，海南岛及周边地区之下的上地幔速度不均匀性显著，海南热点之下明显的低速异常从上地幔浅部一直向下延伸穿过410km间断面到地幔转换带；还有研究者利用架设的宽频带流动地震台站，采用接收函数、横波分裂等方法进行分析，得出雷州半岛及琼州海峡地区的上地幔存在明显异常，这些都是支持地幔柱存在的有力证据。

1.2岩石学证据

海南岛新生代玄武岩分布范围广，具有高镁、高钙、高锰特征，指示富镁原始母岩浆的组分，微量元素轻稀土富集、重稀土亏损，具有OIB型不相容元素特征，可能记录了地幔热柱的地球化学信息。有研究者根据sr、Ph同位素及微量元素地球化学特征，认为第四纪火山岩浆来源于上地幔。

有学者利用南海新生代玄武岩中的橄榄石斑晶推算出了地幔潜在温度平均为1661℃，与正常洋中脊系统下的地幔潜在温度相比，南海地幔潜在温度明显偏高，其平均差值（△TP）约为200℃，说明海南岛深部具有热异常，为地幔柱提供有力的证据。

综上所述，地球物理学、岩石学等方面的证据充分证实了海南岛地幔柱是存在的。

2.地幔柱成矿作用

与地幔柱相关的成矿作用可分成两类：一类是与地幔柱产出岩浆直接相关的矿床；另一类是由于地幔柱及其岩浆产物是巨大的热源，因此对上覆地壳形成热液循环系统，促进成矿元素的活化和矿床的形成，是与地幔柱产出岩浆间接相关的矿床（图1）。

2.1与地幔柱产出岩浆直接相关的矿床

与海南岛地幔柱直接相关的矿产是新近系、第四系深灰一灰黑色多期喷发（溢）的玄武岩类，广泛分布在琼北地区的海口市、临高县，以及文昌市的西部、琼海是的西北部、定安县和澄迈县的北部、儋州市的西北部，其中深灰一灰黑色致密状和微气孔状玄武岩，是饰面、工艺石材的上乘原料，其资源分布广且潜量大。另外，与玄武岩风化壳有关的矿产有蓬莱大型三水型铝土矿床、蓬莱中型钴土矿床、南阳小型钴土矿床、居丁小型钴土矿床等。

2.2与地幔柱产出岩浆间接相关的矿床

关于海南岛地幔柱出现的时间至今没有定论，有学者认为可能为晚白垩纪一早始新世。海南省的一些重要矿产如石碌铁矿、抱伦金矿，它们都是多期次成矿作用的产物，而都经历了燕山晚期的热液叠加改造富集成矿阶段，因此可能都受到海南岛地幔柱的早期演化影响。

海南石碌铁矿曾被誉为“亚洲最大的富铁矿”，是以富铁矿为主并伴生有钴铜等矿产的大型矿集区，有研究者将它定义为火山一沉积变质+多期热液叠加改造型矿床，其成矿期次经历了“新元古代海底火山喷流沉积期一加里东一海西期的变质改造成矿期一印支一燕山早期热液叠加改造富化期一燕山晚期热液叠加改造富化期”。其中燕山晚期发生了多次构造一岩浆活动，使得原来矿体发生改造富集，形成了脉状、角砾状铁矿体及伴生的铜钴矿体，可能与海南岛地幔柱的早期演化有关。

海南抱伦金矿是一个高品位大型岩浆热液型金矿，经历了“前印支期成礦物质初步富集一印支期构造应力场转换与大规模成矿作用一燕山期成矿物质叠加富集”的成矿过程，其中燕山晚期的构造作用产生的构造分异热液及岩浆热能，可能与海南岛地幔柱的早期演化有关。

3.结论

从地球物理学、岩石学等方面有力的证实了海南岛是存在地幔柱的，而与之有关的矿产除了大面积分布的玄武岩石材矿外，海南一些重要矿床如石碌铁矿和抱伦金矿也有可能受海南岛地幔柱早期演化的影响，表现为燕山晚期的热液叠加改造富集成矿作用。endprint