黃金川, 彭建堂, 陽杰華, 徐春霞, 胡思柏

(1. 中國(guó)科學(xué)院 地球化學(xué)研究所, 礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 貴陽 550002; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049;3. 中南大學(xué) 地球物理與信息物理學(xué)院, 有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長(zhǎng)沙 410083; 4. 湖南省 水口山有色金屬集團(tuán)有限公司, 湖南 常寧 421513)

0 引 言

華南地區(qū)花崗巖, 尤其是中生代花崗巖, 分布十分廣泛; 且這些中生代花崗巖與該區(qū)鎢錫、鉛鋅等礦床具有密切的時(shí)空聯(lián)系, 如南嶺地區(qū)中生代大爆發(fā)成礦主要受大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動(dòng)控制[1], 因此華南花崗巖的研究歷來受到人們的高度重視[2–7]。

Chappellet al.(1974)基于物質(zhì)來源將花崗巖分為S型和I型[8], Ishihara (1977)基于環(huán)境條件將花崗巖分為磁鐵礦系列和鈦鐵礦系列[9], Loisellaet al.(1979)提出 A 型花崗巖的概念[10], 徐克勤等(1983)根據(jù)成巖物質(zhì)來源將花崗巖分為同熔型、陸殼改造型和幔源型3個(gè)類型[5]。按照徐克勤的分類方案, 華南花崗巖主要有兩種類型[5]: 一類為與Pb、Zn、Cu成礦作用有關(guān)的中酸性同熔型花崗巖, 如湖南水口山、寶山和銅山嶺等鉛鋅多金屬礦礦區(qū)出露的花崗閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖; 另一類為與 W、Sn、Nb、Ta等稀有金屬成礦作用有關(guān)的酸性改造型花崗巖, 如湖南瑤崗仙、柿竹園、江西西華山和漂塘等鎢礦礦區(qū)出露的花崗巖。已有的研究表明, 上述兩類花崗巖及其成礦作用在巖石學(xué)、物質(zhì)來源、成礦系統(tǒng)、礦床成因和構(gòu)造地質(zhì)背景等方面均存在明顯的差別[7,11]。

自 20世紀(jì) 40年代以來, 前人已對(duì)改造型花崗巖及其有關(guān)的鎢錫礦床進(jìn)行了大量的研究[2,4,12–17];相對(duì)而言, 華南同熔型花崗巖及其相關(guān)的鉛鋅成礦作用, 研究程度較低[18–20]。湘南水口山礦田中的花崗閃長(zhǎng)巖與該區(qū)鉛鋅成礦關(guān)系密切, 該巖體長(zhǎng)期被認(rèn)為是同熔型花崗巖[19,21,22], 但前人對(duì)其成因類型的判斷主要基于鋁飽和指數(shù)和稀土元素分布模式等方面的證據(jù), 而缺乏從礦物組成、主元素和微量元素等方面進(jìn)行有效判別; 該花崗閃長(zhǎng)巖的成巖構(gòu)造環(huán)境也存在爭(zhēng)議。故本文擬在前人工作的基礎(chǔ)上,以水口山花崗閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象, 試圖從其巖相學(xué)特征、元素地球化學(xué)和 Sr-Nd同位素特征等方面入手, 詳細(xì)判斷其巖石成因類型, 進(jìn)而探討其物質(zhì)來源以及形成的構(gòu)造環(huán)境, 這有助于查明水口山礦田成巖過程、弄清其成巖與成礦的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

水口山礦田位于湖南衡陽斷陷盆地南緣, 耒陽-臨武南北向褶皺帶北端, 距衡陽市40 km。水口山礦田是在華夏地塊中生代大規(guī)模成礦過程中形成的與花崗巖有關(guān)的鉛鋅礦床的典型代表, 同時(shí)也是我國(guó)重要的鉛鋅、貴金屬生產(chǎn)基地。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 共發(fā)現(xiàn)72個(gè)大小巖體(脈), 地表出露總面積約4.8 km2,由西向東依次發(fā)育有鴨公塘-中區(qū)-[0]老鴉巢花崗閃長(zhǎng)巖、老盟山英安玢巖和新盟山流紋斑巖, 局部有花崗斑巖(圖1)。另外, 本次在老盟山英安玢巖中還發(fā)現(xiàn)有橄欖巖包體。

花崗閃長(zhǎng)巖是水口山礦田分布最廣的巖漿巖,位于鴨公塘倒轉(zhuǎn)背斜軸部?jī)蓚?cè), 在鴨公塘、中區(qū)和老鴉巢等礦區(qū)均有出露。其中, 出露于老鴉巢礦區(qū)的花崗閃長(zhǎng)巖體規(guī)模最大, 巖體呈巖盆、巖蓋超覆產(chǎn)出, 剖面呈“蘑菇”狀。前人普遍認(rèn)為該巖體與老鴉巢鉛鋅金礦床在時(shí)間、空間和成因上具有密切聯(lián)系[19,22]。此外, 鴨公塘和中區(qū)等礦區(qū)受資源枯竭、地下水淹沒等因素影響, 難以采到新鮮的巖體樣品,故本次研究的花崗閃長(zhǎng)巖樣品均采自老鴉巢礦區(qū)。

根據(jù)野外觀察和薄片鑒定, 老鴉巢礦區(qū)出露的巖體為中粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖。新鮮的巖石樣品呈暗灰色、灰色, 等粒結(jié)構(gòu)或似斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造(圖 2a)。主要礦物有斜長(zhǎng)石(30%～50%, An 27～38)、鉀長(zhǎng) 石 (10%～20%)、石 英 (22%～35%)、角閃 石(5%～10%)和黑云母(5%～10%)(圖2b至圖2d); 副礦物為鋯石、磷灰石、黃鐵礦、磁鐵礦、獨(dú)居石、金紅石、釷石、榍石、石榴子石和螢石等(圖2e和圖2f)。

斜長(zhǎng)石呈自形-半自形板狀、柱狀, 聚片雙晶(圖2b)和環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育, 部分呈卡納復(fù)合雙晶, 沿環(huán)帶常蝕變?yōu)榻佋颇负透邘X土等黏土礦物, 尤其在邊部熔蝕發(fā)育。常含石英、黑云母、磷灰石、鋯石、磁鐵礦等包裹體(圖2e)。

石英常被熔蝕為港灣狀-渾圓狀和他形不規(guī)則狀, 波狀消光明顯(圖2b)。

鉀長(zhǎng)石主要為正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石和極少量條紋長(zhǎng)石, 普遍具卡式雙晶、不明顯的環(huán)帶及格子雙晶(圖 2d), 偶見條紋結(jié)構(gòu)及扇狀雙晶, 局部也見絹云母化和高嶺土化(圖 2c)。常見石英、云母、釷石和鋯石等包體(圖2d)。

圖1 湖南水口山礦田區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[22]修改)Fig.1 Simplified geological map for the Shuikoushan deposit in Hunan (modified after reference [22])

黑云母呈自形-半自形, 紅褐色, 少數(shù)紅棕色,呈片狀, 多色性明顯, 解理非常清晰, 具暗化邊; 除個(gè)別顆粒綠泥石化和碳酸鹽化外, 黑云母通常比較新鮮。常見磷灰石、鋯石(圖2c和圖2e)、磁鐵礦、角閃石和榍石(圖2e)等細(xì)小礦物包體分布于黑云母中。

角閃石多為暗褐色, 假六邊形, 個(gè)別蝕變?yōu)榫G泥石, 解理不明顯。

2 樣品采集和分析方法

本次研究所用的樣品均采自老鴉巢礦區(qū) 12中段花崗閃長(zhǎng)巖的新鮮巖體, 無污染破碎至200目以下。

樣品的主元素和微量元素分析均在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。巖石主元素采用Axios PW4400型X射線熒光光譜儀(XRF)方法完成, 元素分析的重現(xiàn)性(準(zhǔn)確度)優(yōu)于3%, FeO和Fe2O3采用濕化學(xué)分析方法。微量元素采用加拿大 ELAN DRC-e型 Q-ICP-MS完成,分析精度優(yōu)于 10%, 微量元素具體分析流程參照文獻(xiàn)[23]。

Sr、Nd同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素室完成, 全巖樣品采用 HF+HClO4法溶樣。測(cè)試儀器為美國(guó)Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Triton熱電離質(zhì)譜儀,86Sr/88Sr比值通過86Sr/88Sr = 0.1194進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;146Nd/147Nd比值利用146Nd/144Nd = 0.7219進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。87Rb/86Sr和147Sm/144Nd利用ICP-MS測(cè)得的 Rb、Sr和 Sm、Nd的豐度計(jì)算得出。本文利用Geokit軟件[24]對(duì)巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主元素

水口山花崗閃長(zhǎng)巖的主元素分析結(jié)果見表 1。其主要特征為: (1) SiO2含量為60.0%～65.2%, 平均為 62.7%; 在 TAS圖解中, 本次分析的樣品落于石英二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖區(qū)域中(圖3a)。(2) K2O+Na2O 含量為 5.60%～7.55%, 堿含量偏低;K2O/Na2O比值為1.07～3.39, 多數(shù)在1.07～1.82之間, 僅樣品 SKS-30為 3.39, 表現(xiàn)出相對(duì)富鉀特征。在K2O-SiO2圖解中, 除少數(shù)樣品落入鉀玄巖系列外, 其余樣品均落入高鉀鈣堿性巖系列區(qū)域內(nèi)(圖3b)。那些落入鉀玄巖系列的樣品, 具有較高的 K2O含量和燒失量(LOI), 可能是巖體受到后期蝕變的影響所致。里特曼指數(shù)σ值為2.48%～2.93%, 平均為2.54 (＜3.3), 同樣反映出該區(qū)巖石屬鈣堿性系列。(3) Al2O3含量為15.0%～16.2%, A/CNK比值為0.94～1.32, A/NK比值為1.33～1.55; 在 A/NK-A/CNK 圖解中, 大部分樣品分布在準(zhǔn)鋁-弱過鋁質(zhì)區(qū)域(圖 3c), 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖。(4) CaO、MgO的含量高, 固結(jié)指數(shù) SI值為15.1～20.1, 反映出該巖體富含Ca和Mg。值得注意的是,樣品SKS-30的CaO、Na2O含量偏低, 明顯偏離其他樣品; 樣品SHKSH-3*的CaO和K2O含量也明顯偏低, 從而導(dǎo)致這兩個(gè)樣品的鋁飽和指數(shù)(1.32和1.34)明顯高于其他樣品(圖 3c), 在(Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO圖中, 樣品SKS-30落入了FG區(qū)域; 這可能與巖石形成過程中混染作用或后期蝕變作用有關(guān)。與湘南其他同熔型花崗巖[20]和中國(guó)花崗閃長(zhǎng)巖[25]相比, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖表現(xiàn)出酸度和堿度偏低, 而富鈣鎂的特點(diǎn), 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖系(表1)。

圖2 水口山花崗閃長(zhǎng)巖手標(biāo)本及顯微特征Fig.2 Hand specimen and microscopic characteristics of the Shuikoushan granodiorite(a) 手標(biāo)本; (b) 花崗結(jié)構(gòu)(正交偏光); (c)和(d) 似斑狀結(jié)構(gòu)(正交偏光); (e)和(f) 背散射圖像。Qtz-石英; Pl-斜長(zhǎng)石; Kfs-鉀長(zhǎng)石; Am-角閃石; Bt-黑云母; Chl-綠泥石; Ser-絹云母; Ap-磷灰石; Sph-榍石; Thor-釷石; Zr-鋯石; Mag-磁鐵礦; Mnz-獨(dú)居石。(a) Hand specimen; (b) granitic texture (cross-polarized light); (c) and (d) porphyritic-like texture (cross-polarized light); (e) and (f) BSE image. Qtz -Quartz; Pl – plagioclase; Kfs – K-feldspar; Am – amphibole; Bt – biotite; Chl – chlorite; Ser – sericite; Ap – apatite; Sph – sphene; Zr – zircon; Mag –magnetite; Mnz – monazite.

圖3 水口山花崗閃長(zhǎng)巖主元素圖解Fig.3 Major elements diagrams for the Shuikoushan granodiorite(a) 底圖據(jù)文獻(xiàn)[26]; (b) 底圖據(jù)文獻(xiàn)[27]; (c) 底圖據(jù)文獻(xiàn)[28]。

在 Haker圖解(圖 4)中, 隨著 SiO2含量的增加,水口山花崗閃長(zhǎng)巖的 MgO、Al2O3、TiO2、CaO 和FeO含量明顯降低, 而Fe2O3含量變化不明顯。這些成分變化特征很可能與鐵鎂氧化物及含 Ti-Fe氧化物等礦物的結(jié)晶分異作用有關(guān)[29–31]。

3.2 稀土和微量元素

總體而言, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的REE含量較高,∑REE 含量為 154～224 μg/g。LREE/HREE 比值為9.59～12.8, 表現(xiàn)出LREE富集、HREE虧損的特點(diǎn)。(La/Yb)N= 11.2～13.9, 表明該花崗閃長(zhǎng)巖輕、重稀土元素分餾強(qiáng)烈;δEu = 0.82～0.89,δCe = 0.89～0.95, Eu和Ce都表現(xiàn)出弱虧損的特點(diǎn)(表2和圖5a)。所有樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線大致互相平行且緊密排列,說明它們起源相同或巖漿演化過程相似。HREE的虧損可能與角閃石、鋯石、磷灰石、獨(dú)居石等富MREE、HREE礦物的分離結(jié)晶作用有關(guān), 這與鏡下觀察到鋯石、磷灰石、獨(dú)居石等副礦物相當(dāng)發(fā)育相吻合。該巖體負(fù)Eu異常較弱, 反映出巖漿演化過程中斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用不明顯。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上, 所有樣品的高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Ta、Nb和Ti)虧損, 大離子親石元素(如 Rb、Th、U和 K)和LREE相對(duì)富集, 且Ba、Sr相對(duì)Rb虧損(圖5b)。Nb-Ta虧損可能與含Ti礦物相(如榍石和銳鈦礦等)的結(jié)晶分異有關(guān)。同時(shí), Ti的虧損程度和Rb、Th、U、K、La、Nd和Sm的富集程度隨著SiO2含量增加而增強(qiáng); 且隨SiO2含量增加, Sr和Ba含量明顯增加(圖4), Rb/Ba、Rb/Sr比值逐漸降低。這些微量元素的變化特征與主元素變化特征相吻合。

3.3 Sr-Nd同位素

水口山花崗閃長(zhǎng)巖的Sr-Nd同位素組成見表3。該巖體87Rb/86Sr比值變化較大, 為 0.7339～5.4981,87Sr/86Sr比值為 0.711467～0.723729。147Sm/144Nd 比值為 0.1134～0.1520,143Nd/144Nd比值為 0.512219～0.512434。最近我們課題組利用SIMS準(zhǔn)確了測(cè)定了該花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石U-Pb年齡為(158.3±1.2) Ma(未刊數(shù)據(jù)), 以該年齡對(duì)該巖體的 Sr、Nd同位素組成進(jìn)行校正, 可獲得(87Sr/86Sr)i值為 0.707364～0.711380,εNd(t)值為–6.61～ –2.40。除了樣品 SKS-32具有年輕的二階段模式年齡(t2DM, 1.1 Ga)外, 其他樣品的t2DM集中在1.4 Ga附近。

4 討 論

4.1 成因類型

水口山花崗閃長(zhǎng)巖的主要礦物為石英、黑云母、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和角閃石等, 鏡下未發(fā)現(xiàn)堇青石和白云母等礦物, 符合典型的同熔型花崗巖的礦物組成特征[35]。其副礦物主要為磷灰石、磁鐵礦和榍石

等, 與同熔型花崗巖富磁鐵礦的富鈣組合的副礦物組合特征[5]也非常吻合。

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圖4 水口山花崗閃長(zhǎng)巖部分主元素和微量元素對(duì)SiO2圖解Fig.4 Variation diagrams of some major elements and trace elements vs. silica for the Shuikoushan granodiorite

圖5 水口山花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE diagram (a) and primitive mantle-normalized incompatible element spider diagram (b) for the Shuikoushan granodiorite標(biāo)準(zhǔn)值引自文獻(xiàn)[33]; 西華山數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[34]。

陳駿等對(duì)南嶺地區(qū)的與鎢錫鈮鉭礦化有關(guān)的改造型花崗巖特征進(jìn)行了歸納總結(jié), 得出這些花崗巖表現(xiàn)出明顯富硅、富堿特征, 并全部落在 SiO2-AR圖的堿性區(qū)域內(nèi)[16]。而水口山花崗閃長(zhǎng)巖則為貧硅、富堿、高鉀的鈣堿性巖石, 明顯有別于南嶺地區(qū)改造型花崗巖(圖6)。

已有的研究表明[5], 華南改造型花崗巖堿土金屬Sr含量平均為159 μg/g, 而同熔型花崗巖的Sr含量較高, 為 250～360 μg/g。水口山花崗閃長(zhǎng)巖的 Sr含量為 237～491 μg/g (表 2), 與同熔型花崗巖較吻合。改造型花崗巖的Rb含量也遠(yuǎn)高于同熔型花崗巖,如西華山和千里山這類改造型花崗巖的稀堿金屬Rb分別為508 μg/g和783 μg/g, 而同熔型的浙江桐廬二長(zhǎng)花崗斑巖和次二長(zhǎng)花崗斑巖 Rb的含量分別

為163 μg/g和 200 μg/g[5]。水口山花崗閃長(zhǎng)巖Rb的含量為107～224 μg/g (表2), 具同熔型花崗巖的Rb含量特征。

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表3 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的Sr-Nd同位素組成Table 3 Sr-Nd isotopic compositions for the Shuikoushan granodiorite

圖6 水口山花崗閃長(zhǎng)巖SiO2-AR圖Fig.6 SiO2 vs. AR variation diagram for the Shuikoushan granodiorite改造型花崗巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[16]; 底圖引自文獻(xiàn)[36]。

與典型的西華山改造型花崗巖[34]進(jìn)行對(duì)比, 不難發(fā)現(xiàn), 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的重稀土含量明顯低于改造型花崗巖, 其弱負(fù)Eu異常及LREE/HREE比值也與改造型花崗巖明顯不同(圖 5a), 而與同熔型花崗巖特征相似。同樣, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的Ba、Sr、Ti等元素的虧損程度及Rb、Th、U等大離子親石元素的富集程度沒有西華山改造型花崗巖明顯(圖5b),而與同熔型花崗巖特征相似。

徐克勤等[5]的研究表明, 華南同熔型花崗巖的(87Sr/86Sr)i值均較低, 一般為0.705～0.712, 而該區(qū)改造型花崗巖具有較高的(87Sr/86Sr)i值, 為 0.722～0.735。本次得到的水口山花崗閃長(zhǎng)巖的(87Sr/86Sr)i值(0.7097～0.7101)落于同熔型花崗巖的Sr同位素的組成范圍。

水口山所有花崗閃長(zhǎng)巖樣品都具有較小的10000Ga/Al變化范圍, 在(Na2O+K2O)-Ga/Al圖解、Na2O/K2O-Ga/Al圖解、Zr-Ga/Al圖解和Y-Ga/Al圖解中均遠(yuǎn)離A型花崗巖而落入M-、I-和S-型花崗巖區(qū)域(圖 7), 表明其不是 A 型花崗巖。此外, 在K2O-Na2O 圖解中落入 I型花崗巖范圍內(nèi)(圖 8)。FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解和(K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解被認(rèn)為是判別高度分異I型花崗巖的有效方法[30]; 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的樣品,除樣品SKS-30外, 全部落入OGT范圍內(nèi)(圖7), 表明其不是高度分異型的I型花崗巖。

總之, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖在主要礦物組成、副礦物組成、堿金屬元素、稀堿元素、主元素、微量元素和同位素等方面均符合同熔型花崗巖的基本特征, 且各種成因判別圖解也表明其為I型花崗巖, 即徐克勤等[5]劃分的同熔型花崗巖。

4.2 源區(qū)性質(zhì)

水口山花崗閃長(zhǎng)巖的微量元素 Nb/Ta比值為29.4～39.6, 遠(yuǎn)大于虧損地幔的相應(yīng)值(＞17.0)[33], 暗示有地幔的參與; 且該巖體的 Zr/Hf比值為33.7～38.2(平均36.1), 接近于地幔平均值36.5[39], 也說明有幔源物質(zhì)參與了其成巖作用。

根據(jù)前人已有的資料[40]進(jìn)行計(jì)算, 我們得到華夏地塊變質(zhì)基底的εNd(t= 158 Ma)值為–14.37, 江南古陸變質(zhì)基底的εNd值(t= 158 Ma)為–7.68。很明顯,水口山花崗閃長(zhǎng)巖的εNd(t)值(–6.61～ –2.40), 明顯高于華南的古老基底變質(zhì)巖, 故幔源物質(zhì)應(yīng)參與了其成巖作用。同時(shí), 我們以典型的殼源型花崗巖廣西大容山堇青石花崗巖來代表華南上地殼端元[41], 以MORB來代表虧損地幔端元[39], 根據(jù) Faure提出的簡(jiǎn)單二元混合方程[39]進(jìn)行了簡(jiǎn)單理論模擬, 最終擬合出如圖 9所示的混合曲線。可以看出該巖體的Sr-Nd同位素組成呈負(fù)相關(guān)(圖 9), 與湘南地區(qū)銅山嶺和寶山的花崗閃長(zhǎng)巖一起全部落于華南上地殼和MORB的混合線附近, 且較靠近上地殼端元, 表現(xiàn)出巖漿混合作用的特征。因此, Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)也表明, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖應(yīng)為華南地殼物質(zhì)和地幔物質(zhì)混合作用形成。

圖7 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的K2O+Na2O (a), K2O/Na2O (b), Zr (c), Y (d) vs. 10000×Ga/Al和(K2O+Na2O)/CaO (e),FeOT/MgO (f) vs. (Zr+Nb+Ce+Y)判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[37])Fig.7 Discrimination diagrams of K2O+Na2O (a), Fe2O3T/MgO (b), Zr (c), Y (d) vs. 10000×Ga/Al and (K2O+Na2O)/CaO (e), Fe2O3T/MgO (f) vs.(Zr+Nb+Ce+Y) for the Shuikoushan granodioriteI–I型花崗巖; S–S型花崗巖; A–A型花崗巖; FG–分異的長(zhǎng)英質(zhì)花崗巖; OGT–未分異的I型、S型、M型花崗巖。

根據(jù) Watsonet al.提出的鋯石飽和溫度計(jì)算方法[32], 我們可求出水口山花崗閃長(zhǎng)巖的母巖漿的鋯石飽和溫度為 730～816 ℃(表 2), 明顯高于西華山花崗巖(702～748 ℃[34]), 而與寶山花崗閃長(zhǎng)巖(724～778 ℃1)用文獻(xiàn)[19]的數(shù)據(jù), 以文獻(xiàn)[32]的方法計(jì)算。)相似。另外, 水口山礦田可見一些幔源巖漿巖或幔源包體, 如在老盟山深部鉆孔曾揭露到輝長(zhǎng)橄欖巖2)全鐵軍, 曾維平, 水口山礦田找礦歷史回顧及新一輪老礦山找礦方向, 國(guó)土資源導(dǎo)刊, 2006, 3(3), 70–73。; 在本次研究中, 我們亦在老盟山英安玢巖中發(fā)現(xiàn)有橄欖巖包體(圖10)。

因此, 微量元素特征、Sr-Nd同位素特征、鋯石飽和溫度和深源包體均表明, 幔源物質(zhì)在水口山花崗閃長(zhǎng)巖形成過程中的確發(fā)揮了重要的作用。

圖8 水口山花崗閃長(zhǎng)巖K2O-Na2O圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38])Fig.8 K2O vs. Na2O variation diagram for the Shuikoushan granodiorite

圖9 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的Sr-Nd同位素圖解Fig.9 εNd(t) vs. εSr(t) diagram for the Shuikoushan granodiorite廣西大容山堇青石花崗巖代表華南上地殼[41], MORB代表虧損地幔[39],銅山嶺、寶山數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[19], 所有數(shù)據(jù)均校正到了t = 158 Ma。

4.3 成巖的構(gòu)造環(huán)境

圖10 老盟山英安玢巖及暗色包體Fig.10 Hand specimen of dacite-porphyrite with a dark enclave from Laomengshan of Shuikoushan granodiorite

目前, 對(duì)華南中生代的構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)主要有以下幾種觀點(diǎn): (1) Andean型活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境[29,42,43];(2) 巖石圈拆沉或伸展-減薄的環(huán)境[44–45]; (3) 地幔柱活動(dòng)[46]; (4) 與俯沖作用相關(guān)的巖漿弧環(huán)境[47]。

最新研究表明, 在中、晚侏羅世之交發(fā)生了古太平洋板塊對(duì)歐亞大陸板塊的俯沖[48], 從而誘使華南處于伸展構(gòu)造背景, 發(fā)生了燕山早期的板內(nèi)巖漿活動(dòng)[6,17,29]。華南存在大量的晚侏羅-晚白堊世(J2-K2)伸展構(gòu)造的巖石學(xué)證據(jù), 如大規(guī)模巖墻群、巖漿混合現(xiàn)象、鏈狀巨型火山巖帶、A型、堿性、晶洞花崗巖帶、變質(zhì)核雜巖帶等[49], 表明晚中生代華南的確處于伸展應(yīng)力環(huán)境。Gilderet al.[44]、Chenet al.[50]和洪大衛(wèi)等[51]在華南內(nèi)部識(shí)別出幾條高εNd、低tDM的花崗巖帶(十-杭帶或欽-杭帶), 這種高εNd、低tDM帶被認(rèn)為是巖石圈伸展和殼幔之間強(qiáng)烈相互作用的證據(jù)。而且欽-杭成礦帶很可能是揚(yáng)子地塊和華夏地塊的碰撞拼接帶[51]。而湘南的水口山、寶山和銅山嶺正好位于欽-杭構(gòu)造帶的中段, 在這些地方出現(xiàn)的板內(nèi)巖漿活動(dòng)很可能以欽-杭帶為通道上涌, 并底侵上地殼與地殼物質(zhì)混合形成。李曉峰等[52]最近也認(rèn)為華南地區(qū)與同熔型花崗巖有關(guān)的銅鉛鋅成礦作用是殼幔相互作用的結(jié)果。

因此, 筆者認(rèn)為, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的形成是由于在晚中生代太平洋板塊對(duì)歐亞板塊俯沖作用過程中, 誘發(fā)了華南板塊處于板內(nèi)伸展-減薄的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境, 由減壓熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿通過欽-杭帶上涌, 并底侵上地殼, 引發(fā)水口山地區(qū)玄武質(zhì)巖漿與地殼物質(zhì)的相互作用所致。

5 結(jié) 論

(1) 湖南水口山花崗閃長(zhǎng)巖富 Al2O3、Fe2O3T、MgO, 貧SiO2, 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖系。

(2) 水口山花崗閃長(zhǎng)巖為 LREE富集型, 輕重稀土明顯分餾, LREE分異程度大于HREE, 弱Eu和Ce虧損。微量元素 Ba、Ta、Nb、Sr、Ti虧損, 而Rb、Th、U、K、LREE相對(duì)富集。

(3) 礦物組成、主元素、微量元素和同位素組成等特征均指示, 水口山花崗閃長(zhǎng)巖為一典型的同熔型花崗巖。

(4) 水口山花崗閃長(zhǎng)巖的微量元素、Sr-Nd同位素組成、鋯石飽和溫度和深源包體等均暗示其成巖過程中有幔源物質(zhì)的參與, 理論模擬計(jì)算也證實(shí)了這點(diǎn)。

(5) 水口山花崗閃長(zhǎng)巖形成于板內(nèi)伸展-減薄的構(gòu)造環(huán)境中, 是由幔源巖漿上涌底侵上地殼, 并與上地殼物質(zhì)發(fā)生殼-?；旌献饔盟?。

野外工作得到了湖南省水口山有色金屬集團(tuán)有限公司屈金寶、左昌虎和王繼國(guó)等工程師的大力支持; 實(shí)驗(yàn)過程中得到了中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所胡靜、包廣萍、黃艷和楊淑勤老師和天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所劉卉老師的熱情幫助; 匿名審稿人的建設(shè)性意見對(duì)完善本文很有價(jià)值, 在此一并表示感謝！

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