南岭中段（湖南段）上地幔-下地壳对燕山期成矿花岗岩的约束

李振红

摘  要  地震波速不均衡性反映南岭中段（湖南段）处于裂谷构造环境。深源包体显示，其上地幔为二辉橄榄岩，下地壳为片麻岩、变粒岩、片岩、石英岩等混有幔源基性岩的中深变质程度的长英质沉积变质结晶基底。上地幔局部熔融前曾遭受过富挥发组分、富K流体的交代作用，形成富集地幔。受富集地幔局部熔融的控制和参与，在源于“岩石圈地幔-下地壳花岗质岩源”的燕山期成矿花岗岩浆沿深断裂上升过程中，含F酸性流体更易于同化混染，并萃取围岩中的金属元素，形成成矿物质多源性的富碱、尤其富K的钾质花岗岩，为成矿奠定了物质基础。

关键词  富集地幔;结晶基底;大离子亲石元素;挥发组分;钾质花岗岩

中图分类号：P588.12+1          文献标识码：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 “lithospheric 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，以下称湘南地区）燕山期花岗岩深源包体化学成分及同位素组成反映了其深部地质背景及上地幔和下地壳对成岩成矿的作用，为深入了解、研究成矿花岗岩及其矿床的成因提供了深部地质作用的信息和依据。

1  燕山期构造环境及岩石圈结构特征

1.1 构造环境简述

湘南地区位于湘东南NE向大型盆岭构造（带）南段[1]，经历了三个发展阶段：侏罗系张裂起始阶段，成矿花岗岩侵位及主成矿期发生在本阶段;白垩系裂谷成熟期，与花岗岩有关的成矿作用趋于尾声;白垩系末-古近系裂谷渐趋闭合消亡。

1.2 岩石圈结构及其特点

（1）岩石圈结构特征

以茶陵-郴州-临武断裂为界，东侧地壳平均厚度东侧为31～32km，西侧约29km;岩石圈厚度东侧为120～150km。西侧约240km。据大地电磁测深资料[2]，在60～110km处存在数公里厚的低阻高导层，电阻率数十至百余Ω·m，推测为上地幔内局部熔融带及韧性剪切带之反映。在190～200km处，存在另一低阻高导层，电阻率0.24～0.5Ω·m，为岩石圈底界软流层。地壳及上地幔平均地震波速分别为6.13～6.25km/s和7.96～8.03km/s，均低于华南岩石圈相应数值（表1）。大地热流值达66.0mwm-2（1.65HFU）[3]，表明其地壳及上地幔处于高湿低压的裂谷构造环境。

（2）上地幔橄榄岩及下地壳岩特点

道县原生橄榄玄武岩道县原生橄榄玄武岩成岩年龄204.3Ma（40Ar-39Ar）[7]，其中所含包体以尖晶石二辉橄榄岩为主，次为辉石岩堆积体及辉长岩。据黄国祥[8]、王京彬[9]，其包体碎裂构造明显，具有拉长定向碎斑结构，橄榄石发育应变阶梯状消光，塑性流变特征明显。其熔融温度1043～1245℃，压力2200-2520Mpa，深度为72～85km。与本区上部低阻高导层位置吻合。古地温梯度平均达13～14℃/km，与大陆裂谷对应。与橄榄岩包体同时出现的下地壳岩包体成分较复杂，有黑云母斜长片麻岩，斜长角闪岩，矽线石石榴石变粒岩、石英岩、片岩等。岩石化学成分及Nd同位素特征[10]表明，有幔源基性岩浆混入。李献华等[11]的研究，也显示该区燕山早期花岗岩的形成，幔源岩浆发挥了重要作用。

（3）岩石圈模型

按表1地震波速的分层，也显示本区应存在壳幔过渡层。结合已出露地层最大累加厚度（约26km）和大地热流值，参照Eaton的构造解释性模型[12]（图1），对本区岩石圈结构模型解释如下：

L1：上地壳为断块状地表岩层。上部呈脆性变形，向下渐变为半脆性，并具高孔隙度及高渗透率。

L2：中地壳，为基底岩层及变粒岩，夹有大量沉积岩及岩浆岩。

L3：下地壳，近顶部或上部为中酸性岩浆岩及中浅部变质岩，向下渐变为花岗岩、混合岩、片麻岩、长英质变粒岩、角闪岩及镁铁质岩。有上地幔岩熔融产生的玄武岩墙侵入。

L4：上地幔，为浸染状熔体组成的超镁铁质岩（本区为尖晶石二辉橄榄岩）。因岩墙作用，呈上升的泡状体而产生固态流延伸。

2  上地幔交代作用及燕山期花岗岩源区性质

2.1 上地幔交代作用

本区上地幔发生局部熔融前，发生过含不相容元素富K流体的交代富集作用。为此，王京彬、赵振华、刘钟伟[9， 10， 13]等做了较深入的研究。

（1）尖晶石二辉橄榄岩包体与原始地幔比较，不相容元素Ti、Al、Ca相对亏损，K及LREE明显富集，[La/Yb]CN达24.5，与亏损地幔及原始地幔有较大差异[13]。表明上地幔发生了亏损事件，后又受到富K流体的交代，形成富大离子亲石元素、富K的富集地幔。而且還明显富集W、Sb、Bi、Pb、U、Cu等成矿元素[10]。

（2）尖晶石二辉橄榄岩包体中可见含水角闪石交代并包裹单斜辉石。地幔中含水约0.1%时，只能以含水矿物角闪石和金云母保存在二辉橄榄岩中。而角闪石在1100℃（±），压力大于3000MPa条件下分解，金云母约在1300℃时才脱水。从而可形成橄榄石+辉石+角闪石的共生组合（如图2）。

（3）湘南地区玄武岩形成时代属于侏罗系及白垩系，均属碱性玄武岩（表2-1、2-2）。它们也具有由富集地幔衍生之基性岩源。

与洋脊玄武岩相比，本区玄武岩明显富集K、Rb、Ba、Th及轻稀土等。Ba、Rb、Th是金云母中的特征元素，其高含量表明玄武岩来自富K地幔局部熔融。据Olafsson和Eggler的橄榄岩+CO2+H2O熔融试验，富K岩浆是在低度熔融时形成的，金云母属早期熔融相。这与王京彬[9]据shaw非实比平衡熔融公式计算结果一致，表明本区玄武岩浆是由交代地幔低程度选择性熔融形成的。其εNd（t）>0（源于地幔）与fsm/Nd<0相矛盾[10]，说明其源区经历过交代富集作用。

综上所述，道县虎子岩玄武岩中的二辉橄榄岩包体源自72～85km的上地幔熔融带，且上地幔富含水、K和挥发组分CO2。挥发组分的迁移是地幔交代作用及玄武岩液体形成的预兆。地幔富K时，放射性能量增强，进一步促使交代作用及熔融作用发生。因此，本区上地幔在局部熔融前发生富K流体交代作用，形成了富碱、富K，富挥发组分及富W、Sn、Bi、Cu、Pb、Sb、U等的富集地幔，为成矿奠定了物质基础。

2.2 花岗岩源区性质及燕山期花岗岩特点

（1）花岗岩源区性质

据Nd及Pb模式年龄，本区加里东期及燕山期花岗岩源岩（表3）与华南陆壳改造性花岗岩NdTDM为1554-2201Ma[14]吻合。表明本区在晚太古代可能已有古陆核，其下地壳不仅是上地幔熔融岩浆（玄武岩类）上升的贮集地，也是成矿元素的重要富集场所。桂北宝坛-元宝山地区发现与基性、超基性岩有关的Sn、Cu矿床及四堡-雪峰期含Sn花岗岩和成铀花岗岩，与本区上地幔岩富W、Sn、Bi、Cu、Pb、Sb、U等特点一脉相承。在广西牛庙、同安、里松花岗岩体中的暗色包体，也反映了地幔物质的参与和下地壳的混染[15][16]，并认为南岭燕山早期为准铝质-弱过铝质的I型/分异I型花岗岩演化系列，其源岩主要为元古代火成岩，少量新生地壳和/或地幔分异物质很可能参与了花岗岩的形成。在研究湘南地区花岗岩中镁铁质微粒包体，认为包体中明显的不平衡矿物组合和结构是岩浆混合的岩相学特征，为壳—幔岩浆混合而成，而且岩浆混合作用的强弱、基性物质加入的多少都与锡成矿作用呈正相关[17]。

（2）燕山期花岗岩特点

本区燕山期岩浆活动具有基性及酸性（中酸性）火山岩（含次火山岩）并行的裂谷型双模式活动特点（表4）。主要表现在以下几个方面：

① 在一些岩体（如王仙岭、骑田岭、姑婆山、黄沙坪301#及里松等）人工重砂中见有蓝灰色刚玉、碳硅石。刚玉特有的蓝灰色色调可能与深部超基性岩有关，碳硅石是金伯利岩之特征矿物，其出现可能与下地壳及上地幔岩有联系。而西山岩体含较多铁橄榄石-角闪石-黑云母及辉石-角闪石等暗色矿物结合体。可能是地幔岩浆在高压结晶作用的产物构成的捕虏晶。

②与华南同期花岗岩比较，本区与W、Sn、Pb、Zn、Sb（Ag）成矿系列有关的燕山期酸性花岗岩Mg、FeO、Fe2O3、Na2O较低，而Al2O3、K2O及K2O/Na2O较高。与Cu、Pb、Zn、Au、Ag成矿系列有关的花岗闪长（斑）岩SiO2、Na2O及K2O较低， FeO、Fe2O3、MnO及MgO和K2O/Na2O较高，同样富K（表5）。

③ 燕山期花岗超常富集挥发组分（F、Li、B），尤其是与W、Sn、Pb、Zn、Sb（Ag）成矿系列有关的酸性花岗岩，F含量明显偏高（表6）。另外，东坡及香花岭矿脉石英流体包裹体δ13C%=-5，属金刚石碳同位素组成范围（δ13C%=-9～+2），表明成矿过程中有地幔CO2气的加入。

④千里山、野鸡尾、瑶岗仙、骑田岭等成矿岩体显示了特殊的Sm-Nd同位素组成，143Nd/144Nd值均大于0.5120，偏离华南陆壳143Nd/144Nd=0.511858[14]的值，从而向地幔143Nd/144Nd=0.5130（G.Faure，1986）值靠近。其εNd（t）=-3～-10.7，绝对值又低于华南陆壳改造型花岗岩（远大于10）。显示有较多幔源物质加入，属于高钕（Nd）花岗岩。

⑤本区燕山期花岗岩微量元素含量，除Hg、Sr、Zr、Ba、La等外，其余均高出世界酸性岩平均值，尤其是富深源元素Cr、Ni、Co（表7）。

3  结论

本区燕山期花岗岩形成于富集地幔上隆的深部地质背景。在下地壳发生局部熔融時，有富含大离子亲石元素和挥发组分及部分幔源熔浆在内的富K流体参与，形成“岩石圈上地幔-下地壳花岗质岩浆”。其上升过程中，富含挥发组分（尤其是F）的流体在高温高压下，增强对碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）的溶解能力，易于同化混染并萃取围岩中的金属元素，为成矿奠定了物质基础。本区中生代中晚期发生了一次大的地幔分离事件，地壳中有的地幔物质加入与本区大规模成矿作用相对应。因此，上地幔及下地壳活动对湘南燕山期成岩成矿具有重要的制约作用。

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