相山高分异A型花岗岩的识别及地质意义

刘龙，张树明,2*，张鑫,2

(1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室,南昌 330013;2.东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,南昌 330013)

花岗质岩石作为大陆地壳的重要组成部分，不仅在陆壳形成于演化大陆具有重要意义，而且是内生金属矿床的寄主岩石，因此一直是地质学家和矿床学家的研究热点[1-10]。徐夕生等[9]在系统总结前人研究的基础上认为，新时期中外花岗岩的研究呈现精细化和高技术化的特点，在揭示岩浆和矿物成因过程、地壳深熔与熔体形成初始过程、深化花岗岩成因研究等诸多领域能够提供越来越多更加精细的证据。为研究陆壳形成与演化，首先解决的就是花岗岩的成因问题[6]。相山火山侵入杂岩体位于赣杭构造带西段，因其是中国最大的火山岩型铀矿田，其岩石成因机制备受关注。目前，相山火山侵入杂岩体存在两种不同认识：S型[11-15]和A型[16-18]。

近年来的研究表明，花岗岩能够发生有效结晶分异作用，不仅是大陆地壳成分成熟度的标志，也与一系列稀有金属成矿作用关系密切[7]。因此，高分异花岗岩的成岩成矿机制是近年来的研究重点[19-22]，但相山火山侵入杂岩体是否为高分异花岗岩却鲜有报道。在收集大量相山铀矿田地球化学数据的基础上，现从高分异花岗岩的角度为相山火山侵入杂岩体岩石成因机制提供证据。

1为第四系黏土；2为上白垩统砂岩、砂砾岩；3为鹅湖岭组碎斑熔岩；4为鹅湖岭组晶屑凝灰岩、砂砾岩；5为打鼓顶组流纹英安岩；6为打鼓顶组砂岩、熔结凝灰岩；7为上三叠统石英砂岩、页岩；8为中元古界片岩、千枚岩；9为加里东期花岗岩；10为花岗斑岩；11为断裂；12为矿床图1 相山火山-侵入杂岩地质略图[24]Fig.1 Geological sketch map of Xiangshan volcanic-intrusive complex[24]

1 区域地质概况

相山火山杂岩体位于赣杭构造带西南段，扬子板块与华夏板块接触带内，近椭圆形，东西长约26 km，南北宽约16 km(图1)。相山破火山口基底主要为早中元古代和新元古代震旦系变质角岩和片岩组成。打鼓顶组和鹅湖岭组两个旋回火山侵入杂岩不整合上覆于前寒武基底之上。第一旋回早期由熔结凝灰岩、火山碎屑岩组成，晚期为流纹英安岩，主要分布于盆地北部和北西部；第二旋回早期由熔结凝灰岩和碎斑熔岩组成，晚期为花岗斑岩等次火山岩，沿着环状裂隙侵入并与碎斑熔岩互相穿插。已有高精度测年结果汇总优选，认为相山火山侵入杂岩形成时代集中在138～135 Ma，为一次集中且短暂的火山侵入活动[23]。

2 相山火山侵入杂岩判别现状

A型花岗岩是一种具有非造山(anorogenic)或者无水(anhydrous)，适度碱性(mildly alkaline)等特征的特殊花岗岩类。A型花岗岩整体的微量元素特征表现为富集稀土元素(rare earth element，REE)(Eu除外)、F、Zr、Zn、Nb、Y、Ga等高场强元素，并且具有较高的Ga/Al比值[25]。中国广泛使用Na2O-K2O图解鉴别伸展构造环境的A型花岗岩。在图1中，划分为3个区域，Na2O高为I型花岗岩，K2O高为S型花岗岩，Na2O和K2O均高为A型花岗岩。Whalen等[25]通过资料总结发现，以10 000Ga/Al比值(>2.6)和Zr+Nb+Ce+Y含量(>350)为横坐标，将K2O+Na2O、Zr、Ce、Nb等作为纵坐标，构建了一系列判别不同成因类型的花岗岩图解。按照相山火山侵入杂岩旋回特征，通过系统收集相山火山侵入杂岩判别参数，10 000Ga/Al变化范围2.07～3.44，平均2.71，Zr+Nb+Ce+Y分布范围165～744，平均435(表1、表2和表3)。在K2O-Na2O判别图解[图2(a)]和10 000Ga/Al-Nb图解[图2(b)]中，相山火山侵入杂岩同时投点与A型与S型花岗岩区域，并不完全属于A型花岗岩或S型花岗岩。

表1 相山第一旋回火山侵入杂岩岩石类型参数判别表Table 1 A list of parameters for distinguishing rock types of the first cycle,Xiangshan volcanic intrusive complex

表2 相山第二旋回侵入岩参数判别表Table 2 A list of parameters for distinguishing intrusive rocks of the second cycle,northern Xiangshan

表3 相山第二旋回火山岩岩石类型参数判别表Table 3 A list of parameters for distinguishing volcanic rocks of the second cycle,Xiangshan volcanic intrusive complex

图2 相山火山侵入杂岩体判别图解Fig.2 Diagrams of Xiangshan volcanic intrusive complex

3 相山火山侵入杂岩成因类型

与未分异或弱分异的花岗岩中锆石为早期结晶产物的情况不同，高分异花岗岩锆石属于晚结晶矿物[30]，且具较高的Hf和P含量，从而使富铪/磷成为高分异花岗石最重要的副矿物指标。此外，结晶分异作用中随着锆石的结晶析出会导致Zr含量不断降低。依据锆石Zr/Hf比值变化，将花岗岩划分为普通花岗岩(Zr/Hf>55)、中等分异花岗岩(25

图3 相山高分异花岗岩Zr/Hf-Nb/Ta变异图[7] Fig.3 Zr/Hf vs. Nb/Ta diagram of highly differentiated granite from Xiangshan[7]

在图10 000Ga/Al-Zr图解中[图4(a)]，相山火山侵入杂岩整体上属于高分异A型花岗岩。在10 000Ga/Al-Zr+Nb+Ce+Y图解中[图4(b)]，部分样品落入A型花岗岩区域，随着岩浆演化过程，其余样品的投影点具有向高分异花岗岩区演化的趋势。此外，样品的Y/Nb比值随着岩浆演化并没有明显的变化，应属于Eby[32]提出的A2型花岗岩[图5(a)、图5(b)]，这与Yu等[18]得出的结论一致。综上所述，相山火山侵入杂岩应属于高分异的A2型花岗岩。

图4 相山高分异花岗岩判别图解Fig.4 Diagrams for identifying highly differentiated granites from Xiangshan

图5 相山火山侵入杂岩岩石成因图解[32-33]Fig.5 Diagrams of diagenesis of Xiangshan volcanic-intrusive complex[32-33]

4 讨论

相山火山侵入杂岩历经六十多年的研究，在基础地质和矿床地质取得了一系列成果，但是这套火山侵入杂岩的成因仍然存在争议。争议的原因主要存在以下两点：一是不同学者的样品地球化学数据存在差异，可能直接影响相应的判别；二是前人对岩石成因类型的判断均采用相应的地球化学判别图解进行，但是这类图解对于高分异花岗质岩石的判别并不准确。

相山火山侵入杂岩富含基底物质，影响地球化学成分。磷灰石作为岩浆岩、变质岩和沉积岩常见副矿物，因其对熔体和流体较为敏感，可利用磷灰石的化学成分变化探索岩石成因。Yu等[18]对相山火山侵入杂岩中磷灰石的研究结果表明其属于A型岩系。与I&S型花岗岩具有低F磷灰石不同，相山火山侵入杂岩中磷灰石具有高F，且与主岩范围广泛铝饱和指数(aluminum saturation index，ASI)值成正比。从结晶分异角度亦证明相山火山侵入杂岩属于高分异A2型花岗岩。

锆石具有很高的Hf同位素封闭体系，因此锆石可以记录岩浆源区不同性质的源岩特征，是讨论岩浆起源甚至是探讨地壳演化以及地壳演化以及壳幔相互作用的重要工具。相山火山侵入杂岩锆石Hf同位素具有明显的负值，位于上地壳和下地壳演化线之间，表明其形成于陆壳物质的部分熔融[16]。郭福生等[15]通过Pb同位素判别图解认为，相山火山侵入杂岩岩浆来源于上地壳有关。因此，相山火山侵入杂岩的物质来源应集中在上中地壳。

至于幔源物质参与，郭福生等[15]根据二元混合模型，计算流纹英安岩、碎斑熔岩、粗斑花岗斑岩及似斑状花岗岩上地壳端元组分的平均值为78.18%、81.07%、77.16%和74.69%。传统的全岩地球化学数据容易受到围岩混染导致无法准确反映岩浆的物理化学条件，而黑云母、磷灰石等矿物化学特征对熔体和流体极为敏感，因此更具优势。磷灰石和黑云母的化学特征表明，地幔物质的参与直到岩浆晚期的石英二长斑岩才显著发生[16,34]。

A型花岗岩多形成于拉张构造环境中，Zhou等[35]根据华南中生代花岗岩-火山岩Nd同位素模式年龄等值线识别出华南地区三条晚中生代低Nd模式年龄带，分别为浙闽粤沿海带、南岭带和十杭带(湘桂粤带和赣杭带)。这三个低Nd年龄模式带内分布众多燕山期A型花岗岩，且与深大断裂密切相关，反映幔源物质的参与[36]。但是幔源物质的加入并不明显，其在相山火山侵入杂岩形成过程中主要提供热源，直到石英二长斑岩形成开始才有明显的幔源物质混合。

因此，相山火山侵入杂岩A2型花岗岩可能的成因模式如下：中新元古代上中地壳变质基底，在燕山晚期强烈的拉张作用下，受上涌地幔物质加热而发生部分熔融，形成A2型花岗质岩浆，该岩浆经历了较强的结晶分异作用，最终形成高分异的A2型花岗岩。晚期，壳幔混合作用明显，形成了与流纹英安岩、碎斑熔岩、花岗斑岩完全不同的石英二长斑岩。

5 结论

相山火山侵入杂岩共有116组Zr/Hf和Nb/Ta表明，相山火山侵入杂岩属于高分异花岗岩范畴(Zr/Hf<38，Nb/Ta<17)。地球化学判别图解表明，相山火山侵入杂岩具有A型花岗岩演化趋势和A2型花岗岩特征，为高分异A2型花岗岩。相山火山侵入杂岩A2型花岗岩可能的成因模式如下：中新元古代上中地壳变质基底，在燕山晚期强烈的拉张作用下，受上涌地幔物质加热而发生部分熔融，形成A2型花岗质岩浆，该岩浆经历了较强的结晶分异作用，最终形成高分异的A2型花岗岩。晚期，壳幔混合作用明显，形成了与流纹英安岩、碎斑熔岩、花岗斑岩完全不同的石英二长斑岩。