湘南印支期塔山岩体地球化学特征及形成构造背景

钟 响，柏道远，贾朋远，熊 雄，黄文义

ZHONGXiang,BAIDao-Yuan,JIA Peng-Yuan,XIONGXiong,HUANGWen-Yi

(湖南省地质调查院，湖南长沙，410016)

(Hunan Institute of Geology Survey,Changsha 410016,China)

华南地区印支期花岗岩广泛发育，其中湖南境内总面积超过5000 km2[1-3]。自20世纪70年代以来，国内外学者针对华南印支期花岗岩及其相关的构造运动展开了大量研究，目前尚存在一些认识分歧。如关于印支运动的性质，有学者认为中三叠世晚期印支运动强度不大，上古生界中NNE向主体褶皱形成于燕山运动甚至更晚[4-9]；另有研究则强调印支运动的重要性，认为区域上古生界中NNE向为主的盖层褶皱主要形成于印支运动[10-17]。关于印支期花岗岩成因背景，则存在岛弧[18,19]、后碰撞[20-22]、早期同碰撞后期后碰撞[23]、后造山[24]、挤压加厚地壳局部伸展[25]等不同观点。

近年来笔者对湘南地区塔山岩体的地球化学特征、成因及形成构造背景进行了研究，结果表明其为印支运动之后形成的后碰撞强过铝花岗岩，认为其形成主要与印支运动陆内碰撞后的陆壳减压熔融有关，并可能受到软流圈地幔上隆的影响。

1 地质概况

塔山岩体位于华南造山带的北西缘、郴州-邵阳NW向基底隐伏断裂带的西南侧[26]（图1a），出露面积约200 km2，侵入于下古生界和泥盆系之中（图1b）。接触面倾向围岩，倾角一般45°左右，陡倾及波状弯曲者也常见，且常呈脉状伸入围岩中。所侵入围岩热接触变质作用较明显，常见有角岩化、硅化、大理岩化、矽卡岩化等，其宽度一般500~800m，最宽者达1500 m。岩体内部具热液蚀变作用，一般为绿泥石化、绢云母化、云英岩化等，蚀变岩石多循断裂方向零星出露。在岩体各期次接触界线附近发育呈椭球状的暗色同源析离体，长约3~15 cm。在岩体近围岩处常见有小捕虏体。总体呈中深成相的岩基产出，遭受中等剥蚀。

根据已知的锆石SHRIMPU-Pb年龄、不同岩石单元之间的侵入接触关系、岩石学及地球化学特征等，将塔山岩体划分为3个侵入期次（图1），自早到晚依次为粗中-中粒斑状二云母二长花岗岩（ηγT3a，218±3 Ma①）、中细粒-细粒斑状二云母二长花岗岩（ηγT3b，215±3 Ma①）、细粒二云母二长花岗岩（ηγT3c）。岩石均呈灰白色，多具块状构造。造岩矿物主要为钾长石（20%~30%）、斜长石（18%~35%）、石英（22%~30%）、黑云母（3%~4%）、白云母（1%~7%）等组成，副矿物有电气石、磷灰石等，蚀变矿物为绢云母、粘土矿物及少量斜黝帘石和绿泥石等。

2 分析方法

主量元素、微量元素和稀土元素由湖北武汉综合岩矿测试中心测定。主量元素除CO2采用非水滴定法、H2O+采用高温加热-浓硫酸吸收-重量法外，其它氧化物均采用X射线荧光光谱法（XRF）分析；样品采用无水四硼酸锂作为熔剂。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）、原子荧光光谱法（AFS）、发射光谱法（ES）等方法测定；除W、Mo采用碱溶法测定外，其它微量元素均采用酸溶法测定。稀土元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析，样品处理采用酸溶法。

图1 塔山岩体地理位置（a）及地质略图（b）Fig.1 Positional(a)and Geological(b)sketch map of Tashan pluton

1-早燕山期花岗岩；2-印支期花岗岩；3-加里东期花岗岩；4-花岗岩；5-地质界线；6-角度不整合界线；7-断裂；Q-第四系；D3-上泥盆统；D2-中泥盆统；O2-3-中-上奥陶统；C-寒武系；ηγT3a-晚三叠世粗中-中粒斑状二云母二长花岗岩；ηγT3b-晚三叠世中细-细粒斑状二云母二长花岗岩；ηγT3c-晚三叠世细粒二云母二长花岗岩；XJF-溆浦-靖州断裂；CXF-城步-新化断裂；CSF-郴州-邵阳隐伏断裂；ACF-安仁-常德隐伏断裂.

Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定由武汉地质矿产研究所同位素室完成。

Rb-Sr同位素测定：采用阳离子树脂(Dowex50×8)交换法分离和纯化铷、锶，用热电离质谱仪MAT261分析Rb、Sr同位素组成，用同位素稀释法计算试样中的铷、锶含量及锶同位素比值，用GBW04411、NBS607和NBS987标准物质分别对分析流程和仪器进行监控；全流程Rb、Sr空白分别为0.4×10-9g和0.8×10-9g。

图2 印支期塔山岩体氧化物Harker图解Fig.2 Harker diagramsfor the Indosinian Tashan granitic rocks

表1 印支期塔山岩体的主量元素组成（wt%）Table 1 Petrochemical components of granites in Indosinian Tashan pluton

Sm-Nd同位素分析：取加入145Nd+149Sm混合稀释剂和不加稀释剂的样品各1份，以氢氟酸和高氯酸溶解后用Dowe50x8阳离子交换树脂进行分离和纯化。加了稀释剂的样品用于Sm、Nd含量质谱分析；未加稀释剂的解吸液上P507有机萃取树脂柱分离和纯化Nd以用于Nd同位素比值分析。Sm、Nd含量和Nd同位素比值质谱分析采用热电离质谱仪Triton完成，Sm、Nd含量采用同位素稀释法公式计算得到。用GBW04419和ZkbzNd（JMC）标准物质对分析流程和仪器进行监控。全流程Nd、Sm空白分别为1×10-10和0.7×10-10g。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

印支期塔山岩体样品的主量元素分析结果如表1所示。岩石SiO2含量高，为71.57%~75.01%（SiO2及以下主元素含量值均系无水化处理结果，故与表1略有差别），平均为73.06%。随着SiO2含量的增加，Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、CaO、P2O5等总体呈减少趋势，而Na2O和K2O则未显示出规律变化（图2）。Al2O3含量高，为13.92%~15.51%，平均14.75%。K2O含量中等，为3.51%~5.20%，平均4.47%；全碱（ALK）含量中等，Na2O+K2O为6.89%~8.62%，平均7.73%；K2O均大于Na2O，K2O/Na2O比值在1.00~1.89之间，平均为1.41。FeOT含量中等，为0.81%~3.18%，平均2.12%。TiO2、MgO、CaO、P2O5含量平均分别为0.24%、0.48%、0.68%、0.22%。

根据Frost等[27]提出的Fe数（FeO/(FeO+MgO)，这里“FeO”为全铁（FeO+0.9×Fe2O3）），修改的碱钙指数（Na2O+K2O-CaO）、铝饱和指数（ASI）（Al/(Ca-1.67P+Na+K)（分子比））等三个地球化学变量以及ANK（Al/(Na+K)（分子比）），印支期塔山岩体花岗岩总体属铁质、碱钙性及过铝质花岗岩（图3(a)~(c)）。CIPW 标准矿物C含量1.77%~5.50%，平均3.85%；ASI均大于1.10（1.12~1.52），平均达1.33，属典型强过铝花岗岩。在硅-钾图中，总体属高钾钙碱性系列（图3(d)）。

图3 印支期塔山岩体地球化学分类图解Fig.3 Diagrams of geochemical classification for the Indosinian Tashan granitoids a-c据Frost et al.(2001)[27];d据Peccerilloetal.(1976)[28].

在SiO2-(K2O+Na2O)图解中，印支期塔山岩体样品均落入花岗岩区（图4）。

3.2 微量和稀土元素

印支期塔山岩体花岗岩微量元素和稀土元素分析结果分别见表2和表3。

图4 印支期塔山岩体SiO2-(K2O+Na2O)图解Fig.4 SiO2-(K2O+Na2O)diagramof Indosinian Tashan pluton（据Middlemost，1994）[29]

表2 印支期塔山岩体微量元素分析结果（×10-6，Au×10-9）及有关参数Table 2 Analysis results of trace elements in Indosinian Tashan granites

在不相容元素对原始地幔标准化分布曲线图上（图5），除HX222-1外的其它样品元素分布特征总体一致，与相邻元素相比，Ba、Nb、Sr、Ti表现为明显的亏损，而Rb、（Th+U+K+Ta）、（La+Ce）、Nd、（Zr+Hf+Sm）、（Y+Yb+Lu）等则相对富集，显示出一般壳源花岗岩特征。Nb相对Ta显著亏损，表明二者间发生过明显分馏，也暗示花岗岩具有壳源花岗岩特征[30]。Rb、Ba、Sr、Ti含量的变化主要受造岩矿物控制，Rb升高和Sr、Ba降低一般由钾长石、斜长石和黑云母分离结晶所造成，Ti负异常反映出钛铁矿的分离结晶作用。与相邻元素相比，P未显示出明显异常，暗示磷灰石未经历明显的分离结晶。样品HX222-1的微量元素组合特征显然有别于其它样品，主要表现为与相邻元素相比无Nb的亏损，但却有P的显著富集（图5），成因可能与其为高度分异强过铝花岗岩有关[31]：S型花岗岩高度分异后的残余熔浆中，因Al3++P5+置换2Si4+，P可以进入到碱性长石，使少数强分异S型花岗岩和花岗质伟晶岩有很高的P2O5含量[32]。

塔山岩体花岗岩稀土元素含量较低（表3），ΣREE为17.9~184.0μg/g，平均为119.1μg/g。ΣCe/ΣY为1.273~5.67，平均为3.80；(La/Yb)N值为2.52~17.89，平均10.77，显示轻稀土相对重稀土较明显富集。Eu显著亏损，δEu值0.17~0.37，平均为0.30，暗示经历了显著的斜长石分离结晶作用。除样品HX222-1和LJ5外的其它样品轻稀土配分曲线明显右倾（图6），反映轻、重稀土均具有明显分馏。样品HX222-1和LJ5的稀土配分曲线特征显著区别于其它样品（图6），其稀土总量显著偏低，曲线总体呈近水平海鸥状，但具明显的M型四分组效应特征，可能与高程度演化的花岗质岩浆结晶晚期流体/熔体的相互作用有关[33]。

综上，塔山岩体花岗岩多数样品的微量元素蛛网图及稀土元素配分曲线形态总体一致，暗示其为同时代、同来源的产物。个别样品曲线形态即元素

组成的差异，可能与岩浆结晶晚期强分异及流体/熔体相互作用等有关。

表3 印支期塔山岩体稀土元素分析结果（×10-6）及有关参数Table 3 Analysis results of rare earth elements in Indosinian Tashan granites（×10-6）

图5 印支期塔山岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.5 Primitivemantle-normalized trace element spider diagram for Indosinian Tashan granites

图6 印支期塔山岩体稀土元素球粒陨石标准化分布模式Fig.6 Chondrite-normalized REEpattern of Indosinian Tashan granites

表4 印支期塔山岩体Sr、Nd同位素组成及有关参数计算Table 4 Sr and Nd isotope compositions of granites in Indosinian Tashan pluton

3.3 Sr、Nd 同位素

对印支期塔山岩体早期侵入的粗中—中粒斑状二云母二长花岗岩（ηγT3a）进行了2个样品的Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定，同位素测试数据及有关参数值列于表4。根据岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄（见前文），在计算有关参数时样品年龄取值216 Ma。岩体花岗岩ISr值为0.73271、0.72739（平均0.73005），εSr(t)值为324.9、400.4，εNd(t)值为-11.05、-10.82，t2DM为1.87、1.89 Ga。

4 讨论

4.1 岩石成因

印支期塔山岩体与围岩呈清楚的侵入接触关系，外接触带具热接触变质，镜下表现出典型的岩浆结晶结构，因此花岗岩应为岩浆成因。

岩体的地质学、岩石地球化学及Sr、Nd同位素地球化学特征表明其为陆壳重熔型花岗岩，且源岩主要为中、上地壳酸性岩石；岩浆形成与陆壳减压熔融及软流圈热传递有关；岩浆过程受部分熔融、分离结晶及岩浆混合作用控制。具体分析如下：

（1）岩石为ASI值均大于1.1的强过铝（SP）花岗岩（ASI值平均达1.33），而前人研究表明强过铝花岗岩多为地壳物质熔融产物，属于S型花岗岩类[37-38]。

（2）微量元素蛛网图（图5）上岩石显示出一般壳源花岗岩特征（见前述）。

（3）湘桂内陆带花岗岩的Nd模式年龄（tDM）背景值为1.8~2.4 Ga[42,43]，基底的时代主要在1.7~2.7 Ga间[44]。湘东南地区具地幔物质加入的早燕山期花岗岩t2DM多在1.22 Ga~1.76 Ga之间[44]。由上可见，印支期塔山岩体的两阶段Nd模式年龄值（1.87 Ga、1.89 Ga）与基底地壳相当，并高于有地幔物质加入的湘东南早燕山期壳源花岗岩。鉴此，初步推断岩体主要源于基底地壳的重熔。此外，岩体ISr值（0.73271和0.72739，平均0.73005）与大陆地壳0.719的ISr平均值[39]相近，Sr、Nd同位素组成（εSr(t)=324.9和400.4，εNd(t)=-11.05和-10.82）与澳大利亚东南部Lachlan褶皱带S型花岗岩（εSr(t)=77和204，εNd(t)=-6.1和-9.8）[40]类似，在εNd(t)-εSr(t)图解[41（]图7）中落入华南S型花岗岩区，也说明岩体主要源于地壳重熔。

（4）Allégre[45]指出花岗岩εSr(t)值大于0，反映同位素与中、上地壳的亲缘性而不是麻粒岩相下地壳。印支期塔山岩体εSr(t)=324.9和400.4，暗示源岩主要为中、上地壳酸性岩石，而不是下地壳基性岩。花岗岩C/MF-A/MF图解显示源岩为变质泥质岩，可能有少量变质杂砂岩[46]（图8），对此提供了进一步佐证。

图7 印支期塔山岩体εNd(t)-εSr(t)图解Fig.7εNd(t)-εSr(t)diagramfor Indosinian Tashan granites

图8 印支期塔山岩体C/MF-A/MF图解[46]Fig.8 C/MF-A/MFdiagramof Indosinian Tashan granites

（5）根据Sylvester[37]有关强过铝花岗岩物源和形成温度的理论，具强过铝特征的印支期塔山花岗岩样品CaO/Na2O比值大多低于0.3，少量高于0.3（图9），暗示其源岩主要为泥质岩石，部分为长英质岩石。这一推断与图8所反映的信息基本一致。此外，大部分样品Al2O3/TiO2比值小于100（图9），暗示岩浆主要形成于温度高于875℃的“高温”条件，除造山带地壳增厚导致升温外，软流圈地幔热能向上传递可能对岩浆形成起到一定作用。

（6）La/Sm-La图解（图10）显示，岩浆过程既受部分熔融也受分离结晶作用控制。La/Sm-La图解中较好的正相关关系显示出部分融熔趋势，但趋势线斜率很低而与分离结晶趋势线靠近。结合前述微量元素和稀土元素特征显示的分离结晶及晚期高度分异岩浆信息，初步推断岩浆过程既受部分熔融也受分离结晶作用控制。

（7）镁铁质微粒包体的发育可能与岩浆混合作用有关，并暗示存在软流圈地幔的上隆和热能向上传递。

图9 印支期塔山岩体CaO/Na2O-Al2O3/TiO2图解Fig.9 CaO/Na2O-Al2O3/TiO2 plot of Indosinian Tashan granites

图10 印支期塔山岩体La/Sm-La图解Fig.10 La/Sm-Laplot of Indosinian Tashan granites

4.2 岩体形成构造环境及机制

区域上印支运动的主幕发生于中三叠世后期[11,44]，而塔山岩体(218±3)Ma的侵位年龄表明其主要形成于晚三叠世早期，因此岩体应形成于印支运动强烈挤压后的后碰撞构造环境。顺便指出，区域印支运动属板内造山运动，因此塔山岩体相关的“碰撞”作用并非通常所指的大陆板块之间的碰撞，而是陆块内部的强挤压作用。

上述后碰撞构造环境的判断可得到构造环境判别图解的支持。在Maniar和Piccoli[47]提出的多组主元素构造环境判别图解中，印支期塔山岩体的分析样品主要落入IAG+CAG+CCG区，且有较多样品位于与POG重叠区之外（图11），因此总体应属于IAG+CAG+CCG组类型。而岩体的所有样品均属ASI值大于1.1的强过铝（SP）花岗岩，进而可进一步判断为大陆碰撞花岗岩类（CCG）[48]。在Pearceetal[49]多组微量元素构造环境判别图解中（图12），塔山岩体所有样品显示为“同碰撞花岗岩（S-COLG）”或“火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩（VAG+S-COLG）”。

结合前文岩浆成因和形成环境，推断塔山岩体形成机制为：中三叠世后期印支运动产生强烈陆内变形，导致地壳叠置、增厚和升温，变形峰值后进入地壳伸展阶段，在变形减弱、应力松弛的后碰撞构造环境下，基底地壳减压重熔向上侵位形成塔山岩体。此外，地壳重熔可能尚受软流圈地幔上隆及其热传递的影响。

5 结论

（1）晚三叠世塔山岩体高硅、富铝、中钾、中碱，总体属铁质、高钾钙碱性系列强过铝质花岗岩类。

（2）塔山花岗岩属S型花岗岩，源岩主要为中、上地壳泥质岩石，部分为长英质岩石。

（3）塔山花岗岩的形成主要与印支运动陆内强挤压之后的地壳减压熔融有关，并可能受到软流圈地幔上隆的影响。

图11 印支期塔山岩体构造环境氧化物判别图Fig.11 Diagramsfor discrimination of structural enviroment of Indosinian Tashan granites

图12 印支期塔山岩体微量元素构造环境判别图解Fig.12 Traceelement diagramsfor discrimination of tectonic environment of Indosinian Tashan granites

注释：

①湖南省地质调查院.湖南上堡地区矿产远景调查报告(野外验收稿)[R].2014.

②湖南地质矿产勘查开发局.1∶5万罗家桥幅.阳嘉洲幅区域地质调查报告[R].1999.

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