南岭万洋山加里东期花岗岩地球化学特征、成因与构造意义

2020-08-26谭陈诚石少华朱继华陈剑锋郑正福林碧海

华南地质 2020年2期

谭陈诚，向轲，石少华，朱继华，陈剑锋，郑正福，林碧海

TAN Chen-Cheng，XIANG Ke，SHI Shao-Hua，ZHU Ji-Hua，CHEN Jian-Feng，ZHENG Zheng-Fu，LIN Bi-Hai

（湖南省地质调查院，长沙410116）

（Hunan Institute of Geological Survey，Changsha 410116，Hunan，China）

南岭地区花岗岩以多期、多阶段、多成因为特点，一直是地质工作者的关注重点，其中大部分的研究聚焦在发生了大规模成矿作用的燕山期[1－2]，加里东期则因被认为成矿作用弱而研究较少[3－4]。万洋山岩体位于湘赣两省交界地带，南北边界分别受黄坳断裂和永新断裂控制，与南部的诸广山岩体一起构成了南岭中部巨大的复式岩体（图1）。上个世纪九十年代，已有学者对万洋山－诸广山一带的岩浆岩开展了研究，认为万洋山岩体为典型的S型花岗岩，形成时代为434 Ma，但其源区成分并不均一，存在陆源沉积物、地槽沉积物和蚀变的基性火山岩三种不同组分的混合[5－7]。二十一世纪初，越来越多的学者对万洋山岩体的形成时代、地球化学特征和同位素进行了研究，探讨了岩体成因[5、8－10]。由于采样期次的不同，造成了万洋山岩体存在S型花岗岩和I型花岗岩的争论。本文在1∶25万衡阳幅、1∶5万腰陂等4幅区调基础上，通过对万洋山岩体加里东期花岗岩的地球化学特征的分析，结合前人研究成果，对万洋山岩体成因展开讨论，以期为探索华南地区加里东期地质演化提供更为详实的资料。

1 岩体地质特征

万洋山岩体主要由英云闪长岩（γδo31）、花岗闪长岩（γδ32）、黑云母二长花岗岩（γ33）及二云母二长花岗岩（γ34）组成，以黑云母二长花岗岩分布最为广泛，各侵入期次的分布范围及位置见图1b[11]。

英云闪长岩具细粒结构、块状构造，含有10%左右的长石斑晶，斑晶呈自形－半自形，大小在0.8 mm×3 mm左右[9]。基质主要由斜长石（～54%）、微斜长石（～8%）、石英（～22%）、黑云母（～15%）组成；次要矿物为角闪石（～1%）。副矿物可见锆石、磷灰石、金红石、磁铁矿等。岩石中常发育暗色微粒包体，形态为椭圆状、不规则状等，成分为石英闪长质[12]。大多数包体与寄主岩呈截然接触，少数接触边界不清。

花岗闪长岩为中粒结构、块状构造，斑晶含量约25%，主要矿物成分为钾长石，次为斜长石，斑晶呈板柱状、板状，半自形，大小1.2×1.8～2.1×3.6 cm2。基质主要由矿物微斜长石（～19%），斜长石（～50%），石英（～21%），黑云母（～10%）组成，副矿物为锆石、榍石、磷灰石等。岩石中暗色微粒包体较发育，呈次圆状、椭圆状，个别呈条状、不规则状，主要岩性为石英闪长岩，与寄主岩界线较清楚。局部可见围岩捕虏体。

黑云母二长花岗岩分布最为广泛，粒度变化较大，从早到晚逐渐由粗中粒、细中粒向细粒转变。具花岗结构、似斑状结构、斑状结构、块状构造。斑晶成分主要为微斜长石、斜长石斑晶（含量5%～20%），从早到晚含量逐渐减少。呈半自形板状、板柱状或板条状。基质成分主要为微斜长石（～30%），斜长石（30%～35%），石英（30%～32%），黑云母（4%～6%）。副矿物普遍出现锆石、榍石、磁铁矿、磷灰石等。岩石中普遍出现有绢云母化、绿帘石化、黝帘石化。偶见暗色微粒包体。

二云母二长花岗岩形成最晚，具细粒－微细粒结构。岩石为细粒－微细粒结构，矿物粒径0.5～1.5 mm，主要矿物成分为微斜长石（～35%），斜长石（～28%），石英（～34%），黑云母（3%～5%），白云母（1%～3%）。副矿物较复杂，主要为锆石、磷灰石等。岩石中普遍出现云英岩化、绢云母化、绿帘石化、黝帘石化、高岭土化。

2 样品采集与测试方法

鉴于前人已做部分工作，本文仅对花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩以及二云母二长花岗岩进行采样，其中样品D0301为细中粒少斑状黑云母花岗闪长岩，样品TWX－1、LSZ－1、CY－1为中细粒黑云母二长花岗岩，样品LSZ－2为细粒二云母二长花岗岩。具体采样位置见图1。

主量元素、微量元素、稀土元素分析测试均在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究院测试所完成。其中主量元素中的氧化物测定采用X射线荧光光谱法（XRF）分析，H2O+的测定采用重量法。微量元素分别采用X射线荧光光谱法（XRF）、电感耦合等离子体质谱法（ICP－MS）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP－OES）等方法测定。稀土元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP－MS）分析。

图1万洋山岩体地质简图（据陈迪等[9]修改）Fig.1 Simplified geological map of Wanyangshan batholith

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素地球化学特征

加里东期万洋山岩体样品的主量元素分析结果如表1所示，部分前人数据一并列入。从英云闪长岩到二云母二长花岗岩，样品SiO2含量从63.94%逐渐增至74.8%，全碱（Alk）含量从5.89%增至7.88%，TiO2含量从0.79%逐渐降至0.04%，Al2O3含量从15.49%降到12.85%，FeOT含量从5.57%降至1.61%，CaO含量从4.18%降至0.31%。样品P2O5含量变化不大，位于0.08%～0.19%之间。所有样品K2O含量偏高，在K2O－SiO2图（图2a）中均落入高钾钙碱性系列分布区。英云闪长岩、花岗闪长岩样品表现出准铝质到弱过铝质，黑云母二长花岗岩表现为过铝质，部分表现为强过铝质，二云母花岗岩样品为强过铝质（图2b）。所有样品K2O均大于Na2O，K2O/Na2O比值在1.03～1.74之间。

图2万洋山花岗岩样品的SiO2-K2O图解（a）和A/CNK-A/NK图解（b）Fig.2 SiO2-K2O diagram（a）and A/CNK-A/NK daigram（b）of granitic samples from Wanyangshan batholith

表1万洋山花岗岩样品主量元素组成（wt%）Table 1 Major elements（wt%）of granitic samples from Wanyangshan batholith

3.2 微量元素特征

相对于全球大陆地壳组成[13]，万洋山岩体样品均富集元素Rb（138～927μg/g）、Th（7～38μg/g），U（2～20μg/g），Nb（12～41μg/g）、Ta（1～14μg/g）和Hf（4～9μg/g），明显亏损Sr（6～165μg/g）。除二云母二长花岗岩样品具有极低的Ba（73μg/g）和Zr（9μg/g）外，其他样品的Ba（309～752μg/g）和Zr（74～227μg/g）在平均地壳值[13]上下波动。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上（图3a），除二云母二长花岗岩样品外，其他样品均表现出强烈富集元素Rb、K、Th、U，相对亏损元素Nb、Sr、P、Ti的特征。二云母二长花岗岩样品具强烈富集Rb、K、U，相对亏损元素Ba、Sr、Zr、Ti的特征。相对大陆地壳平均值（分别为11.42和35.68[13]），样品的Nb/Ta值（2.9－15）和Zr/Hf值（1.29－47.50）显示出极大的波动。

所有样品中，英云闪长岩、花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩样品稀土含量相近，为132.9～274.6μg/g；二云母二长花岗岩样品稀土含量偏低，只有19.0μg/g。在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线（图3b）中，英云闪长岩、花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩样品表现为向右缓倾的稀土配分型式，（La/Yb）N值为3.72－14.74；二云母二长花岗岩样品为近水平的稀土配分型式，（La/Yb）N值为0.93，并呈现出四分组效应[14]。英云闪长岩、花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩样品δEu值为0.26～0.72，二云母二长花岗岩δEu值为0.13。

4 讨论

4.1 岩石成因

1990年代以来的研究成果表明，花岗岩的形成不仅仅是地壳物质再循环作用的结果，还可能有地幔组成的参与，最常见的就是基性和酸性岩浆的混合[15]，这种混合可以形成多个不同的花岗岩类型，犹如连续光谱[16]。对此，Castrol[17]提出了S、M和H型的分类标准，其中，H型花岗岩浆为M型和S型两个端元岩浆混合的产物，按混合程度可细分为HS、HSS和HM型，分别代表着以S型岩浆为主，S、M型岩浆量相等和以M型岩浆为主的三种混合状态。

在早期文献中，南岭加里东期花岗岩一般被划入陆壳改造型（即S型花岗岩）[18]。但是近年来越来越多的研究显示，很多加里东期花岗岩中都存在不同程度的壳幔相互作用[19－21]。程顺波等根据岩石学、矿物学、地球化学、同位素特征将南岭加里东期花岗岩重新分为S型、HS以及HSS型[22]。

图3万洋山花岗岩样品微量元素原始地幔标准化蛛网图（a）和稀土元素球粒陨石标准化分布模式图（b）Fig.3 Primitive mantle－normalized spider diagram（a）and Chondrite－normalized REE patterns（b）of granitic samples from Wanyangshan batholiths

表2万洋山花岗岩样品微量元素分析结果（μg/g）Table 2 Trace elements of granitic samples from Wanyangshan batholith

万洋山岩体是南岭地区典型的多阶段复式岩体，从早到晚发育英云闪长岩、花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩。早期的英云闪长岩以富斜长石，含角闪石、磁铁矿和榍石，准铝质，含暗色微粒包体，在A/MF－C/MF图（图4a）中落入变质玄武岩和英云闪长岩区，部分学者将其归入I型花岗岩[9]。本文根据Castrol[17]的分类，并考虑英云闪长岩源区岩石为火成岩，包体中含有针状磷灰石和寄主花岗岩的熔蚀长石斑晶，将英云闪长岩划入Hss型。根据弱过铝质到强过铝质、εSr（t）值介于109.8～131.5之间和εNd（t）值介于－9.93～－7.1之间，前人将花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩归入S型花岗岩[2，8－10]。但这两类花岗岩中发育有暗色微粒包体，副矿物含榍石，在A/MF－C/MF图（图4a）中花岗闪长岩落入变质玄武岩和英云闪长岩区，黑云母二长花岗岩落入变质杂砂岩和变质玄武岩过渡区，因此并不能将他们简单归入S型花岗岩。根据Castrol[17]的分类，花岗闪长岩更具有HSS型花岗岩特征，黑云母二长花岗岩更具有HS型花岗岩特征。二云母二长花岗岩含较多过铝矿物白云母，属强过铝质，贫Ca、Sr、Ba，在A/MF－C/MF图（图4a）落入变质泥质岩石区，为典型的S型花岗岩。将所有样品点投入A/CNK－SiO2图（图4b）中可发现，英云闪长岩、花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩和二云母二长花岗岩构成了一条源区混合曲线，英云闪长岩含有最多的幔源熔体成分，花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩壳源熔体成分逐渐增加，二云母二长花岗岩仅有壳源熔体成分。

图4万洋山花岗岩样品A/MF－C/MF图（据Alther R et al.[23]）和A/CNK－SiO2图（据张亮亮等[24]）Fig.4 Diagram of A/MF vs C/MF and/CNK vs SiO2 of granitic samples from Wanyangshan batholith

4.2 岩体形成构造环境

新的研究资料表明，华夏板块与扬子板块在南华纪已有物源相通性，江绍断裂在南华纪以前就已经拼合[25]；中奥陶世以后各期岩相古地理格局反映出的盆地结构和沉积充填样式不符合典型前陆盆地的特征，且华南早古生代晚期并无洋陆碰撞事件、无洋盆的消减和从被动大陆边缘到前陆盆地的演化而表现为板内挤压造山、造陆过程[26]，种种证据说明华南各块体在早古生代处于陆内演化阶段。同时，Li et al.指出华南加里东期造山带具有板内造山带特征[27]，根据地层不整合和物源供给的证据[28－30]推断造山带的构造驱动力可能来自东南方向。

现有资料表明，从大约460 Ma到440 Ma，华南加里东期造山带地壳发生过快速褶皱缩短[31]和逆冲加厚[32]，中地壳进入变质峰期达到石榴石角闪岩相[27]，下地壳也出现了高压麻粒岩相[33]。440 Ma左右，挤压造山过程逐渐转入应力松弛的伸展阶段，下、中地壳近等温降压发生部分熔融[34]形成大面积的中酸性岩浆侵入活动（440～400 Ma）[4，22，31]，之后造山带逐渐调整到正常地壳厚度，伴随近等压降温退变质作用[27]。前人研究显示万洋山岩体形成时代介于462～433 Ma[2，5，8－10]，表明其经历了造山带从褶皱加厚到伸展垮塌的地质过程。同时，因为岩体内花岗岩均具有块状构造，所以其形成环境主要集中在造山带从挤压向伸展转换阶段，为华南加里东晚期花岗岩[4，31]。南北两侧的黄坳断裂和永新断裂，控制了岩体的上升通道和就位空间。