湖南蓝山县天鹅寨火山杂岩体岩石地球化学特征与成因探讨

龚飞 魏元泵

摘  要  天鹅寨火山杂岩体位于钦—杭（钦州—杭州）成矿带湖南段南部。各类岩石主量元素富Si、富Alk、Al饱和、贫Ca、贫Mg等，属高钾钙碱性岩系;稀土元素为轻稀土富集分配模式;微量元素富Rb、 Pb、Yb、Zr、 Th、U等，贫 Ba、Sr、Nb、Ta、Hf、Y等。具有相似主量元素与微量元素特征，指示为同源岩浆分异演化形成。根据富K、Rb、Th、Zr，贫Na、Ta、P等元素特征结合（87Sr/86Sr）初始值与成岩年龄（t）图解，表明岩浆源区以上地壳物质为主，下地壳物质混染熔融形成。结合区域构造背景分析，推测由于太平洋板块自东向西俯冲，造成华南陆块内扬子板块与华夏板块碰撞，碰撞产生热效益使区内上地壳物质及部分下地壳物质熔融形成岩浆，至燕山晚期，区内演化成碰撞后伸展阶段，岩浆喷发—侵入形成此火山杂岩体。

关键词  天鹅寨;火山杂岩体;高钾钙碱性岩系;岩石成因

中图分类码：P581          文献标志码：A

Abstract： The Tian'ezhai volcanic complexes is located in the southern part of Hunan setion in Qinzhou-Hangzhou metallogenic belt. Main elements of all kinds of rocks are silicon-rich， alkali-rich， aluminum-saturated， ca-poor， Mg poor， belongs to high-K calc-alkaline rock series. It is relative enriched in LREEs. Trace elements are rich in Rb， Pb， Yb， Zr， Th， U， and poor in Ba， Sr， Nb， Ta， Hf， Y， etc. All have similar characteristics of major elements and trace elements， indicates that it is a homologous magmatic differentiation. According to the characteristics of rich K， Rb， Th， Zr， poor Na， Ta， P， combining the initial value of （87Sr/86Sr） with diagenetic age （t） diagram， it is indicated that upper crust above the magmatic source area is dominant， and lower crust is co-formed by blending melting. Combined with regional tectonic background analysis， speculated that because of the subduction of the Pacific plate from east to west， the Yangtze plate collided with the Cathaysia plate in the south China continental block， collision generates thermal benefits in the region， causing the upper crust and part of the lower crust to melt and form magma， to the late Yanshan period， evolved into a post-collision extension stage， during which magmatic eruption and intrusion formed the volcanic complexes.

Keywords： Tian'ezhai; Volcanic complexes; High-K calc-alkaline rock series; Petrogenesis

0  引言

天鹅寨火山杂岩体处于扬子板块与华夏板块碰撞带，隶属于宁远—桂阳坳褶带，为湘南—粤北唯一大面积出露陆相火山岩，内已发现数个火山岩型铀矿点。前人对该杂岩体成岩年龄、岩相及成因做了一定研究，认为该物源主要来源上地壳，各类岩石物源相同[8]。分别对岩体形成时代做了研究[3-5]。文献对火山活动旋回划分、岩相归属提出了认识[7]。但针对区内岩石地球化学特征及岩石成因缺乏完整数据支持及系统研究分析，为此，在区内1：5万铀矿地质调查基础上，结合前人成果，通过总结分析天鹅寨火山杂岩体岩石地球化学数据，进一步探讨成岩物源及岩石成因。

1  地质概况

研究区位于钦州—杭州成矿带湖南段南侧（图1b），九嶷山复式岩体东段，其EW长约32km，SN宽约20km，面积约640km2（图1a）。其中贯穿杂岩体的SN向小洞断裂与近SN向王木坳断裂夹持火山盆地约30km2。基底岩系主要为中泥盆统跳马涧组（D2t）砂岩与棋梓桥组（D2q）灰岩。主岩为中侏罗统两江口组（J2l）（中）酸性熔巖、火山碎屑岩及沉火山碎屑岩等火山岩系和潜出—侵入相次火山岩。火山熔岩类型主要为英安岩（图2a）、英安质流纹岩、流纹质英安岩、流纹岩（图2b）、碎斑流纹岩、流纹质晶屑凝灰熔岩（图2c）及安山岩（图2d）等，具间歇性喷发—喷溢特征[7]。次火山岩主要由斑状黑云母花岗岩、次花岗斑岩、次流纹岩组成。

2  地球化学特征

2.1 主量元素特征

主量元素分析结果见表1。各类岩石Si2O含量范围为65.35%～75.31%，全碱Alk含量范围在4.17%～8.59%之间，ω（K2O）/ ω（Na2O）比值介于2.08～45.33，Al2O3含量在11.85%～12.77%之间，A/CNK比值介于1.32～2.74，A/NK比值在1.43～2.93之间，Al2O3>（CaO+Na2O+K2O），为过铝质。全铁（TFe2O3）含量变化较大，为1.37%～11.48%。此外，TiO2、CaO、MgO、P2O5含量均较低。

δ（里特曼指数）介于0.76～2.37之间，为钙碱性岩。在Si2O—Na2O+K2O图解（图3）中，所有点均投影在亚碱性区域。在AFM图（图4）上，绝大部分样品落在钙碱性系列，个别落在拉斑玄武系列，说明以钙碱性系列为主。Si2O—K2O图解中（图5），样品落入高钾钙碱性系列和钾玄岩系列范围，表现出富钾特点。

该套火山杂岩体为（中）酸性岩，总体表现为富Si、富Alk、Al饱和、贫Ca、贫Mg，为过铝质高钾钙碱性系列。

2.2 稀土元素特征

稀土元素具体分析结果见表2。各类岩石稀土元素总量（∑REE）高，在337.76×10-6

～920.95×10-6范围之内，LERR含量介于284.05×10-6～811.70×10-6之间，HREE含量为31.69×10-6～129.37×10-6， LERR/HREE为4.86～12.57， （La/Yb）N为5.15～20.99，（La/Sm）N为3.04～4.50，表明该套火山杂岩体轻稀土富集且分馏较明显，重稀土相对亏损。稀土元素配分图（图6）呈右倾型富集的“V”字型分配，为轻稀土富集分配模式，具中—强Eu负异常（δEu为0.22～0.67），各类岩石稀土元素特征类似。

2.3 微量元素特征

在微量元素蛛网图（图7）上，各类岩石表现出相似微量元素特征，表明岩浆源区具有密切成因联系，可能为同源岩浆。且同种元素在蛛网图形态上差异说明岩浆在上升喷发过程高度演化。大离子亲石元素Rb与高场强元素Pb、Yb、Zr及放射性生热元素Th、U等相对富集，而大离子亲石元素Ba、Sr与高场强元素Nb、Ta、Hf、Y等相对亏损。贫Nb、Ta富Rb、Th反映岩浆形成演化过程中有陆壳成分参与。富Th、U、贫Ba，Sr呈尖峰状负异常，显示出岩浆结晶分异后存在残余岩浆地球化学作用。

3  岩石成因探讨

据野外调查产状结合前人工作成果[9]，该套火山杂岩体岩浆活动可分为两个期次，第一期次主要形成英安岩、流纹岩、英安质流纹岩、流纹质英安岩、流纹质晶屑凝灰熔岩等喷发相（中）酸性熔岩，稍晚第二期次产出斑状黑云母花岗岩、次花岗斑岩、次流纹岩等潜出—侵入相次火山岩。在Si2O—Na2O+K2O图解（图3）上，二者均落入英安岩—流纹岩区域，主量元素含量相近（表1）。在稀土分配模式上同为轻稀土富集型，具相似稀土元素分配曲线（图6）。微量元素同表现为富Rb Pb、Yb、Zr、 Th、U等，贫Ba、Sr、 Nb、Ta、Hf、Y等，具有相似微量元素蛛网图（图7）。上述这些预示着天鹅寨火山岩与次火山岩为同源岩浆产物。从ω（SiO2）—氧化物变异图（ωB/%）图解（图8）上可以看出，除Al2O3外，其他氧化物均表现出较明显的线性关系，其中K2O、Na2O、CaO、呈正相关，P2O5、Fe2O3T、Ti2O、MgO呈负相关，表明火山岩与次火山岩为同源岩浆分异演化形成。

来自不同源区的岩浆，在微量元素特征上势必也会留下源区的烙印，因此可以利用火成岩中微量元素的特征来示踪源区的组成与特征[10]。据微量元素蛛网图（图7），贫Sr、B，富Th、U指示岩浆分离结晶后存在残浆。Rb、Th、Zr富集，高强场元素Na、Ta亏损及富K、贫P说明岩浆形成演化与陆壳有密切关系。文献[4-5]分别通过Rb—Sr等时线法测得天鹅寨火山杂岩体成岩年龄为150±8Ma、145.5±8.4Ma，（87Sr/86Sr）初始值=0.7163±0.0030、0.7138±0.0030;文献[3]应用 SHRIMP 锆石 U -Pb法测年为156±2Ma，（87Sr/86Sr）初始值=0.71612～0.71819。由此推测岩浆喷发—侵入活动主要发生在156～145Ma之间，为燕山晚期岩浆活动产物。将上述3个测年数据与（87Sr/86Sr）初始值投点至（87Sr/86Sr）初始值—t图解（图9）上，投点落在上地壳与下地壳平均线上部，表现出以上地壳物质为主，下地壳物质混染熔融形成岩浆。

天鹅寨火山杂岩体主量元素高K2O，低Na2O，里特曼指数δ介于0.76～2.37之间，属高钾钙碱性系列，SiO2与主要氧化物呈较明显线性关系，喷发相（中）酸性火山岩与潜出—侵入相次火山岩体密切共生，与大陆边缘弧或大陆弧产出火山岩特征较为类似。微量元素蛛网图（图7）表现为明显Nb—Ta谷，贫Nb、Ta、Ti（Ti2O<0.463%），此被认为与俯冲作用或消减带上火山岩的特征[11-12]。这些与燕山期华南陆块受太平洋板块俯冲作用造成陆块内岩石圈伸展和减薄[2][12]区域构造环境表现出一致性。在Y+Nb—Rb图解（图10）与Y—Nb图解（图11）上，投点均落在后碰撞花岗岩范围。依上述推断，中生代以来，由于太平洋板块自东向西俯冲，造成华南大陆内扬子板块与华夏板块碰撞，研究区正好位于两大板块接触过渡内，碰撞产生热效应使区内上地壳物质，混染下地壳物质熔融形成岩浆，至燕山晚期（156～145Ma），区内演化成碰撞后伸展阶段，岩浆沿构造薄弱部位上涌喷发—潜出—侵入形成天鹅寨火山杂岩体。

4  结论

（1）火山杂岩体的主岩为中侏罗统两江口组（J2l）（中）酸性熔岩、火山碎屑岩及沉火山碎屑岩等火山岩系及潜出—侵入相次火山岩体。其中（中）酸性熔巖主要为英安岩、英安质流纹岩、流纹质英安岩、流纹岩、碎斑流纹岩、流纹质晶屑凝灰熔岩等;次火山岩主要为斑状黑云母花岗岩、次花岗斑岩及次流纹岩。

（2）各类岩石总体表现为富Si、富Alk（K2O>Na2O）、Al饱和、贫Ca、贫Mg，为（中）酸性岩，属高钾钙碱性系列。稀土元素呈右倾型富集的“V”字型分配，为轻稀土富集分配模式，具中—强Eu负异常。微量元素富Rb、Pb、Yb、Zr、Th、U，贫、Ba、Sr、Nb、Ta、Hf、Y等。

（3）火山杂岩体为同源岩浆分异演化产物，岩浆源区主要为上地壳物质，混染下地壳物质熔融形成。推测由于中生代以来太平洋板块自西向东俯冲，造成华南陆块内华夏板块与扬子板块碰撞，碰撞产生热效应使区内上地壳物质及部分下地壳物质熔融形成岩浆，至燕山晚期（156～145Ma），区内演化成碰撞后伸展阶段，岩浆沿构造薄弱部位上涌喷发—潜出—侵入形成杂岩体。

参考文献/References

[1]王德兹，周金城，邱检生等. 中国东南部晚中生代花岗质火山—侵入杂岩特征及成因[J].高校地质学报. 2000：6（4）：487-498.

[2]张国伟，郭安林，王岳军等.中国华南大地构造与问题[J].地球科学.2013.43（10）：1553—1582.

[3]付建明，马昌前，谢才富等. 湖南九嶷山复式花岗岩体SHRIMP锆石定年及其地质意义[J].大地构造与成矿学. 2004.28（4）：370—378.

[4]陈延愚，王雪英，任纪舜等.湖南九嶷山及白马山复式花岗岩体的同位素地质年代测定[J].地质评论. 1986.32（5）：433—439.

[5]李耀菘，朱杰尘，郑愁公等. 九疑山花岗杂岩体的Rb一Sr年代学及其成因[J].铀矿地质.1986.2（5）：257—264.

[6]毛景文，陈懋弘， 袁顺达等. 华南地区钦杭成矿带地质特征和矿床时空分布规律[J].地质学报.2011.85（5）：636—657.

[7]张振华.天鹅寨火山地质特征研究[J].火山地质与矿产. 1997.18（2）：105—115.

[8]彭学军，李泽泓，倪艳军等.湘南两江口火山岩的时代及其与西山岩体的成因联系[J].华南地质与矿产. 2003.1：7—11.

[9]曹裕广，夏实行，胡远林等.三八〇地区两江口火山岩盆地地质调查小结[R].湘核303大队.1977：8—35.

[10]路风香，桑隆康，邬金华等.岩石学[M].第四版.北京：地质出版社，2006：43—58.

[11]郭富生，杨庆坤，孟祥金等.江西相山酸性火山—侵入杂岩体地球化学特征与岩石成因[J].地质学报.2016.90（4）：769—784.

[12]万天丰，王亚妹，刘俊来.中国东部燕山期和四川期岩石圈构造滑脫与岩浆起源深度[J].地学前缘.2008.15（3）：1—35.