2012, Vol. 28
2. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037;
3. 中国地质大学，北京 100083;
4. 安徽扬子矿业有限公司，广州 527522;
5. 广东省地质调查院，广州 510080
2. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China;
3. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
4. Anhui Yangtze Mining limited company, Guangdong 527522, China;
5. Guangdong Geological Survey, Guangdong 510080, China
长期以来，华南燕山期花岗岩因规模大，且多伴有钨锡矿化作用而得到瞩目(刘英俊, 1984; 华仁民等, 2005a, b；蒋少涌等, 2006, 2008; 毛景文等, 2007, 2011)。印支期S型花岗岩与铀矿密切相关也得到部分研究(陈培荣等，2004；董晨阳等，2010；李吉人，2011)。相比之下，有关加里东期花岗岩的研究却逊色很多(孙明志和徐克勤，1990)。但是，随着研究的深入和测试发展，加里东期花岗岩的数量和规模在不断扩大(吴富江和张芳荣，2003; 舒良树等，2006; 伍光英等，2008; 张爱梅等，2010)，相应也凸显了这期花岗岩可能与规模可观的多金属成矿作用有关。华南地区加里东期花岗岩主要出露在湘-赣、湘-桂和桂粤交界地区，并以武夷山和云开地区最为集中，其中又以强过铝质花岗岩为主(黄汲清等，1986)。此时期的花岗岩主要以钨、锡(王永磊等，2011；张文兰等，2011)、铜矿、金矿化(王秀璋等，2000) 为主。自李晓峰等(2009)首次报道了华南加里东期存在钼矿化(桂北白石顶钼矿) 后，陈懋弘等(2012)也相继报道了广西社洞钨钼矿床形成于早志留世，其认为华南加里东期与花岗岩有关的矿床系列可能比较复杂。因此，至今，与加里东期花岗岩有关的矿化增加到钨、锡、钼、铜的多种元素，而此期花岗岩是否与铅锌矿化有关却未见报道。
众所周知，研究花岗岩对揭示构造环境的演化具有重要意义。尽管加里东期是华夏板块构造演化的重要时期，然而华夏板块在加里东期具体的构造背景却一直存在争论，存在的观点包括：弧-陆俯冲-碰撞造山带(孙明志和徐克勤，1990；曾勇和杨明桂等，1999)；陆-陆碰撞造山(黄标等，1993；彭松柏等，2006a；Wang et al., 2007；舒良树等，2008；沈渭洲等，2008；陈懋弘等，2012)，与碰撞无关的陆内褶皱(周新民，2003)；后造山的陆内伸展拉张(张桂林，2004；孙涛等，2006；伍光英等，2008；张苑等，2011) 等，关于构造背景的多种观点一定程度上影响了华南地质研究工作。云开地区是华南加里东期花岗岩发育的集中地之一，包括片麻状花岗岩(Wang et al., 2007)、眼球状过铝质花岗岩等(彭松柏等，2006a)。本文所研究的高枨黑云母花岗岩即为加里东期岩浆活动的产物，因此，对其研究为反演同期构造地质背景提供参考依据。
粤西高枨矿床是云开地区近几年新发现的大型铅锌银矿床。该矿床先经广东地调院勘查发现，后由安徽扬子矿业有限公司勘查开发。目前控制的金属量为Pb：148919吨，Zn：313108吨，Ag：1357吨，Sn：18431吨。矿床平均品位Pb：1.32%，Zn：2.79%，Ag：120.72×10-6，Sn：0.16%(王强等，2009①)，属于大型矿床。矿体赋存在黑云母花岗岩中的构造断裂带中，空间上与黑云母花岗岩密切相关，但二者时间及成因关系尚不明确。国内多数热液脉状铅锌矿产在地层中(如豫西沙沟银铅锌矿)，或岩体与地层的接触带上，而像这种铅锌银矿体发育在花岗岩内的情况在国内外都比较少见。那么围岩黑云母花岗岩对成矿的贡献是什么？其是否就是铅锌矿化的成矿母岩？解决这些问题首先得从岩体的成岩时代及地球化学特征着手。因此，本文采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年厘定了此黑云母花岗岩是加里东期岩浆活动的产物，同时详细剖析了岩体的地球化学特征及形成时的构造背景，对华南地区加里东期成岩成矿作用及构造背景研究具有一定的借鉴作用。
①王强, 徐明君, 关炳庭等. 2009.广东省云安县高枨矿区勘查报告.1-69
1 地质概况及岩相学特征研究区位于粤西云开地区的中北段，罗定盆地北东缘。云开地区西以博白-岑溪断裂带与湘桂地块为界，东以吴川-四会北东向深断裂带与粤中地块隔开(图 1)，北至罗定-广宁断裂带，南至吴川-遂溪断裂带(蔡明海等，2002)。本区岩石建造包括元古宙变质沉积岩和早古生代褶皱基底、晚古生代-中三叠世以浅海相为主的沉积盖层和中新生代陆盆沉积建造3个构造层次(张业明，2000)。区域上发育大量的花岗质岩石，面积约10000km2，多沿深断裂带分布。按时代由老到新可划分为晋宁期、加里东期和燕山期。晋宁期火山岩和侵入岩都有发育，火山岩以细碧岩、角斑岩为主，含少量的火山角砾岩；侵入岩主要为片麻状黑云母二长花岗岩、片麻状含眼球黑云母二长花岗岩和眼球状矽线石榴花岗片麻岩等(彭松柏等，2006a)。加里东期以侵入岩为主，基本无火山活动。侵入岩多呈大面积的岩基产出，岩石类型为花岗岩和花岗闪长岩，少数为英云闪长岩，部分发育片麻状结构和混合岩化作用，约1/3~1/2的岩体均属于强过铝质花岗岩，部分伴有以Au、W、Mo为主的金属矿化作用(舒良树等，2006；2008)。燕山期是区内最重要的岩浆活动期，面积广泛，成分复杂，与该期岩浆活动有关的成矿作用规模大、强度高、形成的矿种多，且类型复杂，是区内成矿作用最为强烈的时期。区内矿床成群、成带集中发育，矿床的发育特别受深大断裂、岩浆岩以及盆地控制。时间上，云开地区铜金多金属矿床成矿作用集中于加里东期，燕山早期和燕山晚期三个峰期。其中加里东期(400 Ma±) 以Au、W、Mo为主，燕山早期(180~135Ma) 成矿作用以Cu、W、Mo、Sn为主，燕山晚期(133~76Ma) 是区内成矿作用最为强烈时期，主要矿化元素主要为Au、W、Mo、Sn (毛景文等，2011)。
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图 1 云开地区区域地质及矿产略图(据彭松柏等，2006a修改) 1-新生界砂岩、粉砂岩、泥岩、砂砾岩、粘土；2-中生界砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩；3-古生界浅变质复理石砂页岩、碳酸盐岩、浅海相碎屑岩；4-新元古界云开群类复理石浅变质岩类夹变质火山岩；5-燕山期花岗岩；6-海西-印支期花岗岩；7-加里东期花岗岩；8-变基性超基性岩；9-断裂；10-韧性剪切带；11-主要矿床 Fig. 1 Geological sketch map and major ore deposits in the Yunkai area (after Peng et al., 2006a) |
云开地区表现为典型的中生代盆地控矿的特征，其中罗定盆地位于云开地区的中心，为一个北东向的中生代断陷盆地，盆地周边是银铅锌、锡、金矿产密集分布区。其南缘是新榕-连州矿田，以新榕大型银锰矿为代表，包括有连州银锰矿、连州金矿(图 1)、云致含银黄铁矿等矿床；北缘是大绀山矿田，发育有大型高枨铅锌银矿床、大金山钨锡矿、尖山-石门头铅锌银矿、九曲岭锡矿等中型矿床等(罗大略等，2009)。大绀山旋转构造构成了大绀山矿田的基本构造格局，其是以大绀山片麻状花岗岩为核心，环状构造重叠围绕该核心展布。除核心外，依次可明显分为三个不同的构造带，分别是内带、中带和外带，内带和中带基本控制了区内铅、锌、银、锡及硫铁矿的分布。区域构造以北东向和东西向构造为主。北东向构造由一系列的褶皱及断裂带组成，东西向构造为倾角较陡的断裂带，其中充填多期石英脉。
高枨矿区位于大绀山旋转构造的外带，区内出露的地层主要为震旦纪大绀山组(Zd) 石英砂岩、变质炭质粉砂岩、炭质千枚岩、钙质石英岩、泥质结晶灰岩；三叠纪小云雾山组(Txy) 石英砂岩、页岩和白垩纪罗定组(Kl) 砂质砾岩、砾岩及第四系(图 2)。白垩纪罗定组(Kl) 出露于矿区西侧田谷-大塘面一带，与震旦纪大绀山组呈角度不整合接触关系。底部是一套砾岩呈角度不整合覆盖于花岗岩之上(王强等，2009)。高枨铅锌银矿体发育在黑云母花岗岩的断裂带中，由27条矿脉组成，断裂带具体可分为北西西向和北东向两组，其中北西西向断裂带主要分布于大田-白梅一带，由十多条大致平行的断裂组成。断裂总体走向约290°，倾向SSW，倾角变化于60°~80°。约十条矿体都赋存在此组断裂带中，矿体呈斜列式近于平行分布，规模最大的为V2矿脉。北东向断裂主要控制矿床中的4条矿脉，包括规模较大的V10。这些矿脉近于平行分布，走向NE，倾向SE，倾角60°~75°(王强等，2009)。矿区内发育三种不同类型的侵入岩，分别是加里东期片麻状中粒黑云母花岗岩，分布在矿区及矿区的北部；另有与矿密切相关的黑云母花岗岩，出露在矿区的中部，这部分花岗岩过去一直被认为是燕山期岩浆作用的产物。此外，燕山晚期石英斑岩脉呈北东、北西向产在黑云母花岗岩体内，矿区北部可见钾长花岗岩(图 2)。这几种花岗岩都缺乏高精度的年代学数据。
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图 2 粤西高枨铅锌银矿床地质简图(据罗大略等，2009修改) Fig. 2 Simplified geological map of the Gaocheng Pb-Zn-Ag deposit in western Guangdong (after Luo et al., 2009) |
钻孔资料揭示高枨花岗岩向南倾斜，向西、北西向延伸。岩性为黑云母花岗岩，灰白色，细粒花岗质结构，块状构造(图 3)。主要矿物组成为：石英(35%~45%)，斜长石(20%~30%)，黑云母(5%~10%)，钾长石为(6%)，白云母(2%)，副矿物主要为锆石(3%) 和磷灰石(1%)、偶见石榴子石。斜长石呈半自形-他形产出，大小介于1~2mm，聚片双晶发育，平行于c轴的板状晶体可见一组完全解理。局部颗粒绢云母化和粘土化严重，蚀变多开始于斜长石晶体的边缘，中间残留的可见聚片双晶的斜长石。石英呈他形-半自形颗粒，粒径约0.5~1.5mm。黑云母呈自形片状集合体产出，大约1~3mm，呈黄色-红褐色多色性(图 3)，部分蚀变为绿泥石。绿泥石化黑云母及蚀变的斜长石多析出金属矿物。偶见单个钾长石颗粒，粒径约为1~2mm，具有弱的粘土化，但仍可见明显的卡斯巴双晶，含量少。
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图 3 高枨黑云母花岗岩样品及显微镜照片 Fig. 3 Photos of hand specimens and microphotographs of the Gaocheng biotite granite |
本次样品均采自高枨矿区的钻孔岩芯，样品呈灰白色、新鲜基本无蚀变或蚀变较弱。
锆石激光剥蚀等离子体质谱LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。锆石定年激光剥蚀所用斑束直径为25~30μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb (+204Hg)，202Hg用离子计数器接收，208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收，实现了所有目标同位素信号的同时接收，且不同质量数的峰基本上都是平坦的，进而可以获得高精度的数据。均匀锆石颗粒207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U的测试精度(2σ) 均为2%左右。对锆石标准的定年精度和准确度在1%(2σ) 左右。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127 (U: 923×10-6; Th: 439×10-6; Th/U: 0.475. Nasdala et al., 2008) 为外标进行校正。在测试过程中每测定5个样品点后，重复测定两个锆石GJ1和一个锆石Plesovice进行校正，观察仪器的状态以保证测试的精度。数据处理采用ICPMSDataCal 4.3程序(Liu et al., 2008)，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>500，故不进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除。锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。详细实验测试过程可参见侯可军等(2009)。样品分析过程中，Plesovice标样的分析结果为337.0±2.3Ma (n=4，2σ，MSWD=0.088)，对应的年龄推荐值为337.13±0.37Ma (2σ)(Sláma et al., 2008)，两者在误差范围内完全一致。
岩石地球化学分析样品采用无污染法破碎、磨碎(>200目) 制成分析样品, 测试工作在国家地质实验测试中心进行。主量元素采用X荧光光谱仪，精度优于5%，微量元素采用等离子质谱仪，含量＞10×10-6的元素分析精度优于5%，含量＜10×10-6分析精度优于10%。
样品的Sr、Nd、Pb同位素测试在核工业北京地质研究所完成。Sr-Nd同位素的分析流程为:称取0.1~0.2g粉末样品，置于低压密闭溶样罐中，加入稀释剂，用混合酸(HF+HNO3+HClO4) 溶解24h。待样品完全溶解后，蒸干，加入6mol/L的盐酸转为氯化物蒸干。用0.5mol/L的盐酸溶液溶解，离心分离，清液载入阳离子交换柱。然后用盐酸溶液淋洗，蒸干，最后用ISOPROBE-T热电离质谱计完成质谱分析。Sr同位素比值测定的内校正因子采用86Sr/88Sr=0.1194，标准测量结果NBS987为0.710250±0.000007。Nd同位素比值采用146Nd/144Nd=0.7219校正，标准测量结果SHINESTU为0.512118±0.000003 (标准值为0.512110)。87Rb/86Sr和147Sm/144Nd分别通过元素Rb、Sr和Sm、Nd含量计算获得。
Pb同位素的分析流程为:称取适量样品放入聚四氟乙烯坩埚中，加入氢氟酸中、高氯酸溶样。样品分解后，将其蒸干，再加入盐酸溶解蒸干，加入NHBr溶液溶解样品进行铅的分离。然后，将溶解的样品溶液倒入预先处理好的强碱性阴离子交换树脂中进行铅的分离，依次用NHBr和NHCl溶液淋洗树脂，再用NHCl溶液解脱，最后，将解脱溶液蒸干，用热表面电离质谱法进行铅同位素测量。对1μg的铅208Pb/206Pb测量精度优于0.005%。
3 测试结果及分析 3.1 花岗岩锆石的LA-ICP-MS定年黑云母花岗岩样品中锆石颗粒在透反射光下多为灰褐色，半透明，晶棱晶面清晰，一般长为40~150μm，宽20~60μm，长宽比主要为3:1~2:1。锆石呈规则的短柱状和长柱状，且多不完整或裂隙发育。阴极发光图像(CL) 显示锆石大致可以分为两种类型：第一类为岩浆结晶锆石，具有良好的自形形态和韵律环带结构，明显的岩浆震荡环带，暗色与亮色环带相间，暗色环带较宽，亮色环带较窄(图 4)。第二类为具有继承核的锆石(如GCH-1.4、1.21)，继承核多位于锆石的中央，边缘清晰，继承锆石轮廓不规则或略显浑圆，可能是捕获围岩或源区残留物。
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图 4 高枨岩体中锆石阴极发光图像 Fig. 4 CL images of analyzed zircons separated from the Gaocheng biotite granite |
本次对样品共进行了26颗锆石的LA-ICP-MS定年分析，分析结果列于表 1，从表中可以看出，由于238U和235U在丰度上存在明显差异导致207Pb/238U和207Pb/206Pb年龄测定精度较低。因此，对于放射成因组分积累较少的年轻锆石来说，一般采用206Pb/238U年龄。
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表 1 高枨黑云母花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Gaocheng biotite granite |
从表 1中可以看出这些锆石的206Pb/238U的年龄介于1314~402Ma，年龄值涵盖了从中元古界到志留纪的信息。大多数锆石的232Th和238U含量较低且变化范围较大，分别为26.36×10-6~635.9×10-6和17.09×10-6~1477×10-6。在26颗测年锆石中Th/U值介于0.13~2.09，均大于0.10，表明本次测年的锆石基本上是岩浆成因(Corfu et al., 2003)。选取谐和度较好的10颗锆石参与计算，从图 5中可以看出它们都位于谐和线上，表明这些锆石自形成以来，U-Pb同位素体系是封闭的，没有U或Pb同位素的加入或丢失。根据位于谐和线上的10颗锆石的206Pb/238U年龄获得的加权平均年龄为429±13Ma (MSWD=3.1)，可以代表高枨岩体的结晶年龄。继承锆石(图 4) 给出的207Pb/206Pb年龄分别为991Ma (GCH-1.5、GCH-1.14)、1311Ma (GCH-1.21)、920Ma (GCH-1.25)(表 1)，说明存在着中新元古代岩浆演化事件。
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图 5 高枨岩体中锆石年龄谐和图解 Fig. 5 Zircon U-Pb concordia diagram of the Gaocheng biotite granite |
选取9个高枨黑云母花岗岩新鲜样品进行了地球化学分析，分析数据见表 2。由表归纳样品的化学特征如下：(1) 样品的SiO2含量中等到较高，含量变化明显，为64.33%~74.54%之间，均值68.67%；(2) 碱质(Na2O+K2O) 含量高，介于5.31%~7.89%，碱指数(AKI) 变化于0.33~0.56。其中K2O变化很大(1.52%~5.22%)，K2O/Na2O=0.40~1.96；TAS图解中(图略)，样品落入花岗岩和石英闪长岩范围内，说明岩石总体为亚碱性。里特曼指数(δ) 介于1.11~2.38，为钙碱性特征；(3) Al2O3含量变化于13.88%~16.61%，铝饱和指数A/CNK=1.07~1.31，平均为1.16，多数大于1.1，A/NK=1.37~2.11，表现为过铝质特征(图 6)；(4) 低P2O5(0.08%~0.25%)、低TiO2(0.14~0.56%) 含量；(5) SiO2与CaO、Al2O3、TiO2、MgO、FeOT呈明显的负相关关系(图 7)，而与K2O无明显的相关性，说明岩体经历了铁镁矿物、铁钛氧化物的结晶分异作用(李献华等，2000)。由此可见，岩体属于钙碱性过铝质花岗岩。
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表 2 高枨黑云母花岗的主量(wt%)、稀土和微量元素(×10-6) 分析结果 Table 2 Major elements (wt%), trace and rare earth element (×10-6) compositions for the Gaocheng biotite granite |
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图 6 高枨花岗岩中A/CNK-A/NK关系图解 Fig. 6 A/CNK-A/NK plot of the Gaocheng biotite granite |
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图 7 高枨花岗岩的Harker图解 Fig. 7 The Harker diagrams of the Gaocheng biotite granite |
高枨黑云母花岗岩的稀土总量低且变化较大，其∑REE介于62.30×10-6~150.9×10-6，远低于世界花岗岩平均水平及我国华南地区改造型花岗岩(刘英俊，1984)。其中轻稀土略富集(LREE=46.19×10-6~125.9×10-6)，LREE/HREE为2.87~11.10，(La/Yb)N=3.46~18.18，反映了岩石不同程度富集轻稀土，亏损重稀土。(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分别变化于1.84~3.95和1.27~3.15，轻稀土较重稀土分馏明显，因而在球粒陨石标准化的稀土元素分布模式图上(图 8a)，各样品稀土元素标准化曲线呈现相似右倾型，轻稀土较陡，重稀土平缓，说明轻稀土较重稀土分馏程度高。其配分模式明显不同华南燕山期大面积分布的与W-Sn矿化有关的花岗岩的“V”型模式。高枨花岗岩具铕负异常(Eu/Eu*=0.38~0.90，平均为0.85)，无明显的Ce异常。
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图 8 高枨岩体的稀土元素球粒陨石标准化图解(a, 据Boynton, 1984) 和微量元素原始地幔标准化蛛网图解(b, 据Sun and McDonough, 1989) Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns (a, after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace elements spiderdiagram for Gaocheng granite (b, after Sun and McDonough, 1989) |
在原始地幔标准化微量元素蛛网图上(图 8b)，高枨花岗岩大离子亲石元素K、Rb、U富Pb集，而贫Sr、Ba、P、Ti元素亏损，强亏损Eu等相容元素。样品Nb、Ta负异常较弱，分布曲线明显呈现左侧“隆起”和右侧“凹陷”的特征，相似于南岭地区的S型或壳源型花岗岩(周新民，2007)。由图 8b可知，高枨岩体属于低Ba、Sr花岗岩，明显不同于成岩过程中有较多地幔物质参与的高Ba、Sr花岗岩(Tarney and Jones, 1994; Fowler and Henney, 1996; Hu et al., 2012)。资料揭示，华南地区多数加里东期花岗岩都属于低Ba、Sr花岗岩，如江西宁冈岩体(沈渭洲等，2008)、付坊花岗岩体(张芳荣等，2010；张苑等，2011)、广西大宁岩体等(程顺波等，2009)，具有这种特征的花岗岩多为壳源物质低程度部分熔融的产物(Harris and Inger, 1992)。
3.2.3 Sr-Nd-Pb同位素特征高枨岩体的Sr、Nd同位素组成列于表 3。计算时采用的年龄是本文所测的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄429Ma。样品Rb/Sr为0.38~4.19之间(表 3)，均远高于下地壳值(0.047)。除一个样品(GCH-10) 的87Rb/86Sr值较大外，其余87Rb/86Sr值介于1.03~8.25，高于全球平均值(0.09)(Taylor and McLennan, 1985)，显示了成熟大陆壳高Rb/Sr比值的特征。高枨黑云母花岗岩Sr的初始值偏高(0.709115~0.725895)，均值为0.7183。Nd同位素组成相对均一，147Sm/144Nd为0.1120~0.1831，(143Nd/144Nd)i为0.511630~0.511745，εNd(t) 变化于-6.1~-8.9之间，两阶段模式年龄(t2DM) 变化于1.67~1.83Ga。Sr、Nd同位素比值表明，高枨黑云母花岗岩与华南古生代花岗岩的平均值(87Sr/86Sr)i=0.7128，εNd(t)=-8.2，tDM=1.84)(沈渭洲等，1999) 和澳大利亚Lachlan褶皱带S型花岗岩((87Sr/86Sr)i=0.708~0.720，εNd(t)=-6.1~-9.8)(Chappell et al., 1992) 基本一致。
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表 3 高枨黑云母花岗岩Sr-Nd同位素组成 Table 3 Sr-Nd isotopic compositions of the Gaocheng granite |
样品的Pb同位素测试结果见表 4，根据样品的Th、U和Pb含量，进行Pb同位素比值校正计算(t=429Ma)，计算后的样品的初始206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb范围分别是17.458~18.131、15.563~15.638和37.547~38.406。
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表 4 高枨黑云母花岗岩的铅同位素组成 Table 4 Pb isotopic compositions of the Gaocheng granite |
本文所研究的高枨黑云母花岗岩含黑云母及少量白云母等富铝矿物，同时岩石硅含量中等(SiO2=64.33~74.54%)，富碱(Na2O+K2O=5.31%~7.89%)，贫FeO、MgO、CaO、TiO2及P2O5，并具有强过铝质花岗岩特征(A/CNK>1.1)(图 5)。稀土配分模式呈右倾型，Eu弱亏损(Eu/Eu*=0.38~0.90)(表 2)，在(La/Yb)N-Eu/Eu*图解上，数据点位于壳源花岗岩区域内(图略)。微量元素富集Rb、Th、U、Pb，贫Ba、Sr、Ti (图 8b)，Nb、Ta负异常较弱，属于低Ba、Sr花岗岩。Rb/Sr (0.38~4.19，平均1.61) 和Rb/Nb (6.29~227.37，平均17.22) 比值都明显高于中国东部上地壳(分别为0.31和6.8，高山等，1999) 和全球上地壳的平均值(分别为0.32和4.5，Taylor and Mcennan, 1985)，说明岩体源自成熟度较高的陆壳物质。岩石的Nb/Ta与Zr/Hf值范围集中，分别为5.98~14.12(平均9.91) 和26.50~32.88(平均28.82)，远低于原始地幔的相应值17.8与37(McDonough and Sun, 1995)，而与地壳的相应值11和33(Taylor and Mclenann, 1985) 相近。Th/U比值(1.42~9.14)，平均为4.0，接近于地壳平均值3.8，表明原始岩浆起源地壳组分，而没有明显幔源物质的加入。区内也没发现有同期基性侵入岩。岩体的初始Sr同位素组成为(0.7091~0.7259)，εNd(t) 值相对略高(-8.9~-6.1)。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图上，样品点位于上地壳S型花岗岩区域内(Ling et al., 2001, 图 9a)，Pb同位素也表现了源区为上地壳的特征(图 10)。因此，综合以上特征，可以认为高枨黑云母花岗岩为来自上地壳的S型花岗岩。
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图 9 高枨岩体的εNd(t)-(87Sr/86Sr)i (a) 和εNd(t)-t (b) 图解 华南元古代地壳演化域据沈渭洲等(1993)；I型和S型花岗岩范围据Ling et al. (2001)；华南加里东期花岗岩数据黄萱等(1989)，沈渭洲等(1999)，柏道远等(2006)，张芳荣等(2009) Fig. 9 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i (a) and εNd(t)-t (b) diagrams of the Gaocheng bitotite granite |
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图 10 高枨黑云母花岗岩铅同位素图解 Fig. 10 Diagram for lead isotopic compositions of the Gaocheng biotite granite |
花岗岩的Nd模式年龄代表着源区物质的平均地壳存留年龄。高枨花岗岩的Nd两阶段模式年龄(t2DM) 为1.67~1.83Ga，说明其源区主要为一套古元古代物质。综合区域上已有的早古生代花岗岩的Sr、Nd同位素数据，发现华南地区早古生代花岗岩具有一致的Sr、Nd同位素组成，如江西的付坊岩体εNd(t)=-12.0~-13.2，(87Sr/86Sr)i=0.71107~0.71379，t2DM=2.15~2.25Ga；上犹、龙回、乐安岩体的εNd(t)=-4.6~-6.9，(87Sr/86Sr)i=0.70353~0.71686，t2DM=1.53~1.70，(张芳荣等，2010)。在εNd(t)-t图上，高枨岩体与区内大多数同期花岗岩均位于华南元古代地壳演化区域内(沈渭洲，2006; 图 9b)。这些岩体两阶段模式年龄都反映了源区为元古代物质，因此，推测高枨黑云母花岗岩为元古代地壳物质经部分熔融形成。
花岗岩的地球化学特征主要受源岩特征、部分熔融程度、温度、压力等方面的制约(张旗等，2008)。CaO/Na2O比值可以示踪强过铝质花岗岩的源区成分(Sylvester, 1998)。高枨岩体除了一个样品的CaO/Na2O为0.21外，其余9个样品都大于0.3(CaO/Na2O=0.33~0.95)，暗示其源区为砂质岩石为主。在A/MF与C/MF关系图解上(图 11a)，4个样品落入变玄武区，其它均分布于变泥质岩及变砂质岩的区域。在Rb/Sr-Rb/Ba图解上，岩体因具有较低的Rb/Sr (0.38~4.19，均值1.61) 和Rb/Ba (0.16~0.84，均值0.43) 比值而投影于砂岩区域内(图 11b)，由此可见，高枨岩体的源岩主要是含少量泥质的砂质岩组成，此结论与本区元古代地层普遍为含杂砂岩相(南颐等，1996) 的地质事实相符。
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图 11 高枨岩体的CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT) (a, 据Altherr et al., 2000) 与Rb/Sr-Rb/Ba关系图(b) Fig. 11 CaO/(MgO+FeOT) vs. Al2O3/(MgO+FeOT) (a, after Altherr et al., 2000) and Rb/Sr vs. Rb/Ba diagram for the Gaocheng granite (b) |
大量的研究表明，在严重缺水的深部地壳源区，源区物质的部分熔融主要通过含水矿物的脱水反应来进行(Altherr et al., 2000; Altherr and Siebel, 2002; Jiang et al., 2006; Zhao et al., 2011)。其中云母类和角闪石矿物是中下地壳中最普遍的含水矿物，广泛出现于变沉积岩、变中基性火山岩等源岩中。富含云母类矿物的变沉积岩脱水熔融形成的熔体则富含Rb、Cs并具有较高的K2O/Na2O比值，而角闪石主要存在变玄武岩或变安山质岩石中，其脱水熔融形成的熔体通常富含Na、K并具有较低的K2O/Na2O比值(Altherr et al., 2000; Altherr and Siebel, 2002)。考虑高枨岩体的源岩为变沉积岩，结合较高的Rb、Cs含量，认为其源区熔融是通过云母类等矿物脱水而进行。高枨花岗岩的Al2O3/TiO2 < 100(集中于29.14~58.83)，表明其熔融温度大于875℃(Sylvester, 1998)，属于高温型强过铝质花岗岩。
高枨花岗岩的的MgO含量较低(0.31%~2.01%，表 2)，SiO2与MgO、TiO2、CaO呈明显的相关性(图 7)，并伴有强烈的Sr、Ti、Eu负异常。这些特征表明，熔体在岩浆房中经历了一定的程度的分离结晶作用。Sr和Eu在斜长石的分配系数较高，尤其是在偏铝质的酸性岩中。两元素与SiO2呈明显的负相关性，暗示斜长石的分离结晶导致了明显的Sr和δEu亏损。在SiO2-Zr相关图上，随着SiO2含量的增加，Zr的含量降低(图 7)，说明锆石在岩浆中是饱和的，并且存在锆石的分离结晶(Li et al., 2007)。
综上所述，高枨花岗岩为元古代地壳物质在较高温度(>875℃) 条件下经部分熔融形成的S型花岗岩，源岩为含少量泥质的砂质成分，熔体在岩浆房时经历了斜长石、锆石等矿物的分离结晶作用。
4.2 构造背景及地质意义本文采用锆石LA-ICP-MS测年获得黑云母花岗岩的结晶年龄为429Ma，为早志留世。所测锆石的U-Pb年龄中不含有燕山期的信息，故可以认为高枨铅锌矿的赋矿围岩黑云母花岗岩并不是地质资料所认为的燕山期岩浆作用的产物。因此，赋存在其中的铅锌矿体的矿化时间应晚于429Ma，具体是否是燕山期的矿化事件需要其他方法来精确厘定。
前人已在云开地区获得了一批加里东期花岗岩和混合岩的锆石U-Pb年代学资料：如高州地区的深熔混合岩394~449Ma (王江海等，1999)；残斑岩404~428Ma (黄圭成等，2000)，眼球状过铝质花岗岩(彭松柏等，2006a)；云开基底的片麻岩集中侵位于421~441Ma (Wang et al., 2007) 等。它们与华夏板块的武夷山(Wang et al., 2007; 曾勇等，2000)、万洋山-诸广山地区(伍光英等，2008)、江西武功山(吴富江等，2003) 以及闽西(曾雯等，2008；张爱梅等，2010) 等的加里东期花岗岩和混合岩一致，大多与周围前寒武纪基底变质岩具有相似的地球化学特征，故被认为其主体属壳源型, 为当时加厚的地壳在减压条件下部分熔融所形成(王德滋等，2003)。本次研究的高枨黑云母花岗岩年龄为429±13Ma，属于加里东期花岗岩。地球化学特征揭示，其为元古代含泥质的砂岩陆壳物质经高温(>875℃) 部分熔融的产物，那么是什么因素导致大规模源区地壳物质的部分熔融？
研究表明，包括云开地区在内的华南地区普遍发育的加里东期花岗岩结晶时间大约为400~450Ma (Wang et al., 2007)，这些花岗以过铝质为主，并叠加了强烈的构造运动(约423~428Ma)(舒良树等，2008)，部分具有片麻状构造和混合岩化结构。彭松柏等(2006a, b) 认为云开地区加里东期花岗岩为扬子板块向华夏板块俯冲碰撞后拆沉-底侵-伸展作用构造环境中岩浆岩活动的产物，底侵的幔源岩浆为花岗岩的形成提供了热源。侵入辉长岩(392±53Ma) 的形成则标志俯冲-碰撞造山作用的结束和大陆伸展作用的开始。Wang et al.(2007) 通过对云开基底片麻岩的研究，认为华夏与扬子两地块陆内加里东碰撞造山时间大约在400~450Ma，故430Ma的花岗岩形成于碰撞过程中。张桂林(2004)对桂北前寒武纪花岗岩中的滑脱型韧性剪切带糜棱岩40Ar-39Ar法坪年龄结果分别为404.3±6.2Ma、425.7±0.19Ma、324.8±0.16Ma，说明在425Ma以前，区内处于挤压向伸展转换的环境，随后进入后造山的伸展环境。张芳荣等(2009)认为具有片麻状构造和混合岩化结构的加里东期花岗岩应属碰撞作用产物，具有块状构造的花岗岩应形成于碰撞后的伸展环境。两类花岗岩的侵入年龄以430Ma为界，故430Ma华南从碰撞造山转为后造山的伸展环境。然而，年代学研究表明片麻状和块状花岗岩没有明显的时间差，均形成于后碰撞的伸展环境(张苑等，2011)。沈渭洲等(2008)认为宁冈岩体(433.8±2.2Ma) 侵位于碰撞后的伸展构造环境中，古老变质沉积岩由于在地壳减薄、减压熔融为主导的机制下发生部分熔融而形成花岗岩浆。
尽管华南地区在430Ma碰撞作用是否结束还未达成统一的认识，然而，可以确定的是华南加里东期花岗岩与华夏板块与扬子板块发生板内碰撞-拼合事件有关(舒良树，2012)，其导致华南地区发生大规模的热事件，区内地壳物质发生部分熔融形成包括高枨岩体在内的早古生代壳源型花岗岩。
5 结论高枨黑云母花岗岩为脉状铅锌银矿体的赋矿围岩，本文通过对其进行年代学、地球化学及同位素研究，得出以下结论：
(1) 高枨黑云母花岗岩的结晶年龄为429±13Ma，属于早志留世，为加里东期岩浆活动的产物。
(2) 岩石的SiO2含量为(64.33~74.54%，平均为68.67%)，Al2O3偏高(13.88%~16.32%)，碱含量中等(K2O+Na2O=5.30%~7.89%)，低P2O5( < 0.25%) 含量，强过铝质(A/CNK=1.17~1.31)，富集LREE和Rb、K、U、Pb，贫Ba、Sr、Nb、P、Ti元素，铕具负异常(Eu/Eu*=0.38~0.90)，属于钙碱性强过铝质花岗岩。
(3) 初始Sr同位素比值高(87Sr/86Sr)i=0.7091~0.7259，但εNd(429Ma) 值相对较低(-8.9~-6.1)，t2DM=1.67~1.83Ga，暗示岩体来源于元古代的地壳组分部分熔融，其源岩主要为含少量泥质的砂岩质组成。
(4) 综合区域地质资料的综合分析，认为高枨岩体的形成与华夏板块与扬子板块发生板内碰撞-拼合事件有关。
致谢 在野外工作期间得到安徽扬子矿业有限公司的王强、刘金平总工程师及相关技术人员，广东地质调查院罗大略教授级高工等人的大力支持与协助；审稿人对本文提出了建设性的修改意见；在此一并表示衷心感谢| [] | Altherr R, Holl A, Hegener E, Langer C and Kreuzer H. 2000. High potassium, calc-alkaline I-type plutonism in the European variscides: Northern Vosges (France) and northern Schwarzwald (Germany). Lithos, 50(1-3): 51-73 |
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