钦-杭结合带大体相当于扬子板块和华夏板块的结合带 (梁锦等, 2012; Li et al., 2013; Zheng et al., 2016; 周永章等, 2015)。上述两个板块在加里东期的汇聚导致了强烈的造山运动和花岗质岩浆活动 (Charvet et al., 1996; Wang et al., 2007; Zeng et al., 2008; Li et al., 2010)，在该带南段的粤西南地区，形成了大量的混合岩和花岗岩，对于这些混合岩和花岗岩，以往已有诸多研究 (Liu et al., 2010; Wan et al., 2010; Wang et al., 2013)。本文讨论的阳西福湖岭地区的混合岩和花岗岩，即为其中的一部分。

作为岩石熔融的过渡和端元产物，混合岩与花岗岩是造山阶段壳内温度的重要记录 (Jung, 2000; Harris et al., 2004; Rey et al., 2009; Toé et al., 2013; Xia et al., 2014)。查清混合岩-花岗岩形成所需要的P-T条件，对于探讨岩浆形成与造山作用的关系，以及成矿元素的迁移汇聚等，无疑具有重要意义。为此，本文选择了位处钦-杭结合带南端的广东阳西县福湖岭混合岩-混合花岗岩剖面，展开相关方面的研究。

粤西南地区广泛出露的地层为下古生界和上元古界，主要为海相复理石建造；晚古生代-中、新生代地层在区内零星出露 (图 1a)。加里东构造运动使早古生代-新元古代地层发生了不同程度的变形和变质作用，形成一套以变质砂页岩、云母石英片岩和不同类型混合岩为主的变质岩系 (广东省地质矿产局, 1988)，区内的深成岩除加里东期花岗岩外，尚有大量中生代花岗岩 (图 1a)。

图 1

Fig. 1

图 1 粤西阳江地区地质简图 (a, 据广东省地质矿产局, 1988修改) 及福湖岭地质简图 (b) a图中的红框示研究区，即b图的位置 Fig. 1 Geological map of Yangjiang, western Guangdong Province (a, after BGMRG, 1988) and Fuhuling (b) Red frame in Fig. 1a shows the location of Fig. 1b

本文研究的福湖岭位于图 1a中部的南海海边，地貌上为半岛状山丘，三面环海，面积约为1km²，山顶海拔高度138m。如图 1b所示，早古生代-新元古代的变质岩系在福湖岭山顶和山腰零星出露，岩性主要为云母石英片岩。云母石英片岩向下逐渐过渡到不同类型的混合岩，在山脚则出露混合花岗岩 (或称“脏花岗岩”)(图 1b)。

本次研究对上述三类岩石，即云母石英片岩、混合岩和混合花岗岩的锆石U-Pb年龄进行了分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年是在中国地质大学 (武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室完成的。云母石英片岩样品分析点43个，年龄介于545±8.2Ma~2822±16.4Ma，主要集中在545~622Ma和732~1027Ma区间，表明该套地层应主要形成于新元古代至早古生代早期，与前述区域地层资料 (图 1a) 吻合。混合岩样品36个分析点，其中有29个分析点²⁰⁶Pb/²³⁸U的年龄变化范围是431.2±5.9Ma~466.5±4.6Ma，其加权平均年龄为445.4±3.8Ma (MSWD=0.64)；混合花岗岩39个分析点，其中36个分析点²⁰⁶Pb/²³⁸U的年龄变化范围是431.1±3.1Ma~459.0±3.9Ma，其加权平均年龄为438.5±3.5Ma (MSWD=1.5)，证实混合岩和花岗岩均为加里东期热事件的产物 (具体测年数据另文发表)。

混合岩是原始岩石部分熔融的产物 (Brown, 2012; Chen and Grapes, 2007; Sawyer, 2014)，其内分为浅色体 (leucosome) 和暗色体 (melanosome) 两部分。前者代表熔出物，主要由长英质浅色矿物组成，含有少量的黑云母及白云母；后者则代表未熔融的原岩，或原岩部分熔融后的残余物 (Carvalho et al., 2014; Johannes, 1988; Sawyer, 1999, 2014; Yakymchuk et al., 2013)。根据混合岩中浅色体的含量与分布特征，本文将福湖岭地区的混合岩分为斑点状混合岩、条纹状混合岩、窄条带状混合岩、宽条带状混合岩四类。在福湖岭南东侧的岩壁上，上述各类岩石出露完整且分带清晰 (图 2a)。该剖面测量高度13m，自上而下为：

图 2

Fig. 2

图 2 福湖岭混合岩-混合花岗岩剖面 (a) 及岩石类型 (b) 数字代号说明：①斑点状混合岩；②条纹状混合岩；③窄条带状混合岩；④宽条带状混合岩；⑤混合花岗岩；黄色虚线为不同类型混合岩界线；红色虚线为重熔界面 (MI)(Chen and Grapes, 2007)，其下为混合花岗岩；Sp为采样方框编号，方框内不同颜色的圆点示混合岩的类型；图 2b示不同类型混合岩近照，数字与图 2a的分带编号对应 Fig. 2 Migmatite-migmatitic granite profile at the Fuhuling (a) and rock-types (b) ①spotted migmatite; ②linear migmatite; ③ribbon migmatite; ④banded migmatite; ⑤migmatitic granites; Yellow dotted lines for boundary between different migmatite types; red dotted line for melting interface (MI) (Chen and Grapes, 2007) under which migmatitic granite; Sp for square frame number and position; Fig. 2b Close-shots of different-typed migmatite with the numbers matching those in Fig. 2a

①斑点状混合岩 (图 2b①)，其特点是长英质浅色矿物的集合体 (浅色体) 呈斑点状或团块状的形态散布于岩石中，斑点或团块的直径一般不超过1cm；

②条纹状混合岩 (图 2b②)，特点是浅色体呈断续条纹状分布，厚度一般只有几毫米；

③窄条带状混合岩 (图 2b③)，其中的浅色体呈窄条带状产出，条带厚度一般小于20mm；

④宽条带状混合岩 (图 2b④)，与窄条带状混合岩相比，其浅色体的含量明显增加，浅色条带的宽度多在30~100mm之间。

⑤混合花岗岩 (“脏”花岗岩)(图 2b⑤)：位于剖面底部，与上部宽条带状混合岩之间的界线清晰 (图 2a中的MI处)。前述几类混合岩的共同特点是其暗色体基本呈连续分布，而在混合花岗岩中，暗色体被浅色体 (熔体) 所包裹，构成大小不等、互不相连的独立单元 (暗色包体)(Chen and Grapes, 2007)；由于暗色包体的存在以及部分包体与主岩之间常呈过渡关系，形成星云状或残影状构造，因此这类花岗岩也称为“脏花岗岩”。

前已述及，经受加里东期变质作用和混合岩化作用的寒武纪-晚元古代地层，是一套以泥质碎屑岩 (硬砂岩、泥质粉砂岩等) 为主的建造。为了解上述剖面中的各类混合岩与剖面上方分布的云母石英片岩是否为同类原岩，分别对它们进行化学成分分析。分析由澳实矿物实验室承担，分析仪器为荷兰PANalytical Axios Max荧光光谱仪，方法的准确度按“相对误差 (RE)＜2%”来控制，精密度按“相对偏差 (RD)＜5%”来控制。各样品的分析结果见表 1。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 福湖岭地区不同类型混合岩及云母石英片岩主量元素分析结果 (wt%) Table 1 Content of major elements of the migmatite and mica-quartz schist at the Fuhuling area (wt%) 样品号 岩性 SiO2 TiO2 Fe2O3T Al2O3 MgO MnO CaO K2O Na2O P2O5 LOI Total M1 斑点混合岩 67.39 0.72 6.05 14.06 2.33 0.15 2.67 3.07 2.19 0.206 1.08 99.92 M2 斑点混合岩 67.24 0.67 6.01 13.86 2.85 0.13 2.67 2.94 1.97 0.099 1.24 99.67 M3 条纹状混合岩 64.64 0.81 6.39 14.62 2.46 0.12 2.12 4.23 2.18 0.296 1.04 98.91 M4 条纹状混合岩 63.74 0.74 5.91 16.60 2.23 0.13 2.88 2.21 2.90 0.321 1.29 98.95 M5 条纹状混合岩 67.48 0.71 5.82 13.81 2.76 0.09 2.50 3.01 2.14 0.122 0.88 99.32 M6 窄条带混合岩 66.07 0.74 6.31 14.21 2.93 0.12 2.56 2.82 2.14 0.137 1.14 99.18 M7 窄条带混合岩 68.24 0.70 5.90 13.40 2.70 0.11 2.46 2.98 1.88 0.103 1.36 99.83 M8 宽条带混合岩 60.27 0.79 7.32 16.49 3.50 0.09 1.62 5.88 1.84 0.111 1.51 99.42 M9 宽条带混合岩 68.71 0.60 5.55 14.02 1.78 0.12 1.16 4.48 2.14 0.110 1.20 99.87 Mpl 云母石英片岩 70.9 0.63 5.47 12.50 2.23 0.09 1.84 2.26 2.40 0.06 0.86 99.24

表 1 福湖岭地区不同类型混合岩及云母石英片岩主量元素分析结果 (wt%) Table 1 Content of major elements of the migmatite and mica-quartz schist at the Fuhuling area (wt%)

将表 1的分析数据投影到Simonen (1953)的 (al+fm)-(c+alk)-Si原岩恢复图解，可见上述各类岩石的投影点均都于砂岩和泥岩之间，故其原岩均应属于泥质碎屑岩，亦即硬砂岩类岩石 (图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 福湖岭地区混合岩及云母石英片岩的 (al+fm)-(c+alk)-Si原岩恢复图解 (原分区图解据Simeon, 1953) Fig. 3 Diagram of (al+fm)-(c+alk) vs. Si for plotolith restoration of the migmatites and mica-quartz schist at the Fuhuling area (original classification diagram is after Simenon, 1953)

相平衡模拟是获取混合岩-花岗岩形成P-T条件的常用方法 (Powell et al., 1998; White et al., 2003; Sawyer et al., 2011; Brown, 2012; Chen et al., 2015)，但由此获得的P-T参数是模拟值而非实验或实测值。实验证明，在岩石熔融过程中，熔出物数量与系统温度呈正相关关系 (Sawyer et al., 2011; White et al., 2005)。混合岩中浅色体即为原岩部分熔融产生的熔体 (Chen and Grapes, 2007)，因而根据浅色体的含量，有可能获取到壳内岩石熔融过程的P-T参数。为此，我们使用了方格法对福湖岭剖面不同类型的岩石进行了影像采样：用30×30cm²方框 (目的是使各个样品具有相同的采样面积) 固定在不同类型岩石露头表面，方框间距约1m左右 (图 2a)，然后拍摄相框内的岩石影像。上述过程获得的岩石影像在计算机上利用图像处理软件进行处理：(1) 调节对比度和亮度，使浅色体和暗色体的区别更为明显；(2) 确定阀值，在统一阀值下对不同岩石照片进行灰度处理，获得黑白图像 (图 4)；(3) 记录直方图中的像素数值，计算白色像素所占的比例，即获得混合岩中浅色体的含量比数据 (表 2)。

图 4

Fig. 4

图 4 福湖岭剖面混合岩-混合花岗岩样品经计算机处理后的影像 Fig. 4 Processed images of the migmatite and migmatitic granite samples from Fuhuling profile

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 福湖岭剖面不同类型混合岩和混合花岗岩样品浅色体含量 Table 2 Leucosome content of different-typed migmatites and migmatitic granite in Fuhuling profile 方框编号 岩性 高度 (m) 总像素 白色像素 黑色像素 浅色体比例 Sp1 斑点状混合岩 13.02 4334720 161694 4173026 3.73% Sp2 条纹状混合岩 10.46 3168288 179234 2989054 5.66% Sp3 9.67 4782160 501181 4280979 10.48% Sp4 9.14 4792736 263592 4529144 5.50% Sp5 窄条带混合岩 8.23 5086464 729577 4356887 14.34% Sp6 7.57 4896320 791964 4104356 16.17% Sp7 宽条带混合岩 6.12 4291072 1212267 3078805 28.25% Sp8 5.23 4927376 725252 4202124 14.72% Sp9 4.54 4160000 1222845 2937155 29.40% Sp10 3.31 4804288 1082298 3721990 33.52% Sp11 混合花岗岩 0.47 4007520 1814908 2192612 45.29% Sp12 2.22 3616448 2255757 1360691 62.37%

表 2 福湖岭剖面不同类型混合岩和混合花岗岩样品浅色体含量 Table 2 Leucosome content of different-typed migmatites and migmatitic granite in Fuhuling profile

表 2可见，剖面带岩石的浅色体 (熔体) 比例，自剖面顶部向下总体从3.73%逐渐增至62.37%，但有2个样品例外：一是条纹状混合岩中的Sp3，其浅色体比例 (10.48%) 比同带其它2个样品的比例 (5.50%和5.66%) 高出近一倍；二是宽条带混合岩中的Sp8，其浅色体比例 (14.72%) 比同带其它3个样品 (28.25%~33.52%) 低近一半 (表 2)，其原因初步认为与采样过程有关，即可能上述2个样品的采样方框未置于反映浅色体含量的最佳位置，或影像受露头表面凹凸不平干扰。

岩石的熔融实验已有大量资料 (Winkler and von Platen, 1961; Patiño Douce and Johnston, 1991; Wyllie, 1998; Grant, 2009; Webb et al., 2015)，其中Winkler and von Platen (1961)在P_H2O=2kbar的条件下，对5个硬砂岩样品进行了不同温度的熔融实验，其结果其后被广泛应用 (Wimmenauer et al., 1989; Bohlen et al., 1995; Gibson and Reimold, 1999; Kriegsman, 2001; Gualda et al., 2012)。从表 3可见，随着温度的升高，熔融程度不断增加，至780℃，熔体的比例已到达73%。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 不同温度下硬砂岩熔融比例及熔体成分 (PH2O=2kbar)(据Winkler and Platen, 1961) Table 3 Molten rate and melt composition of greywacke under different temperatures (PH2O=2kbar) (after Winkler and Platen, 1961) 组份 熔体中各组分的百分含量 (标准分子) 690℃ 710℃ 730℃ 750℃ 780℃ 石英 41.0 36.0 32.0 35.0 38.5 钾长石 37.5 19.0 16.5 14.6 13.5 钠长石 21.5 38.8 41.4 39.8 37.2 钙长石 0.0 3.2 3.1 5.2 4.8 黑云母 0.0 0.5 2.0 1.3 2.0 夕线石 0.0 0.0 5.0 4.5 4.0 熔体 (wt%) 23 48 59 68 73

表 3 不同温度下硬砂岩熔融比例及熔体成分 (PH2O=2kbar)(据Winkler and Platen, 1961) Table 3 Molten rate and melt composition of greywacke under different temperatures (PH2O=2kbar) (after Winkler and Platen, 1961)

在6kbar压力下，长英质岩石的湿固相线温度多在600℃附近 (Chen and Grapes, 2007)。Winkler and von Platen (1961)的实验压力为2kbar，故实验岩石的固相线温度应在630℃左右。将表 3的实验数据编制成温度-熔体含量曲线图并将福湖岭剖面不同类型混合岩和混合花岗岩实测的浅色体 (熔体) 含量 (表 3) 投影到图上，得到了福湖岭剖面混合岩-混合花岗岩形成时的温度/熔体比关系曲线 (图 5a)。从中可见，实验和实测两类数据甚为协调，表明Winkler and von Platen (1961)的实验比较逼近壳内岩石熔融的自然过程。将该曲线与福湖岭剖面的岩石分带 (图 5b) 进行比较，可发现该剖面混合岩形成的温度区间在630~705℃之间。混合岩与其下方“脏”花岗岩分界面被称为重熔界面 (MI)(Chen and Grapes, 2007)，相当于White et al. (2005)的低度熔融岩 (metatexite)-高度熔融岩 (diatexite) 原地转换界面。重熔界面对应的熔体比约40%，对应的温度为705℃(图 5b)。换言之，705℃是剖面岩石的熔断温度；混合岩是重熔界面 (MI) 上方部分熔融区的产物，而“脏”花岗岩则为MI之下含大量熔融残余物的“准岩浆”固结而成 (Chen and Grapes, 2007)。

图 5

Fig. 5

图 5 福湖岭剖面岩石熔融温度曲线及其与剖面岩石类型对比图 (a) 为Winkler and Platen (1961)硬砂岩熔融实验数据与福湖岭实测数据合成的混合岩形成温度曲线；(b) 为福湖岭混合岩-混合花岗岩剖面岩石类型分带，其中黄线为不同类型混合岩界线，红线为混合岩与混合花岗岩界线 (重熔界面MI)；样品编号同图 2a；圆点颜色代表不同岩性 (同图 2a) Fig. 5 Graph of melting temperature of rocks in Fuhuling profile comparing to the zones of migmatite-migmatitic granite of the profile (a) temperature curve of rock-melting plotted by integrating data from both greywacke-melting experiment (Winkler and Platen, 1961) and leucosome-measurement of migmatite-migmatitic granite in Fuhuling profile; (b) lithological zonation of migmatite and migmatitic granite of Fuhuling profile; yellow line for boundary of distinct migmatite zones; red line for the melting interface (MI) between migmatite and migmatitic granite; sample numbers are similar to those in Fig. 2a; color of dot for type of rocks (see Fig. 2a)

Winkler and von Platen五个样品的实验压力均为2kbar。一般认为陆壳岩石的平均密度为2.75g/cm³，故2kbar压力对应的地壳深度约为7.3km (不考虑构造压力)。据此推测，福湖岭剖面的岩石在加里东期壳内熔融过程中，其埋深大体应在当时地表以下7km左右。

华南钦-杭结合带南段广泛发育的加里东期混合岩和混合花岗岩，记录了该区这一阶段的地壳热事件。准确测量这些岩石的形成温度，对于该区加里东造山期壳内的温度状态和岩浆生成条件、以及大陆流变学等方面的研究，无疑具有重要意义。问题是，如何才能测量到这些岩石的形成温度？

位处钦-杭带端的广东阳西福湖岭海边岩壁剖面上，出露有自上而下分带清晰的不同类型混合岩和混合花岗岩。混合岩和混合花岗岩均为加里东期热事件的产物，锆石U-Pb年龄在439~445Ma之间。原岩恢复研究表明，上述各类岩石的原岩均为砂泥质岩石。为了研究上述剖面各类岩石的形成温度，作者对该剖面上不同类型的混合岩和混合花岗岩进行影像样品采集，方法是用30×30cm²的方框固定在不同类型岩石露头上，用同一相机拍摄方框内的岩石影像；使用图像处理软件在计算机上进行照片处理，确定阀值后转换为黑白图片，并计算其中黑色 (暗色体，代表未熔岩石或熔渣) 和白色 (浅色体，代表熔体) 部分所占的百分比。在此基础上，结合Winkler and von Platen (1961)在不同温度下硬砂岩的熔融实验数据，得到了福湖岭剖面所代表的地壳深度在加里东期热事件中的熔融温度曲线，揭示出剖面混合岩的形成温度在630~705℃之间。705℃为原岩的熔断温度 (“脏”花岗岩浆的形成温度)。剖面当时的埋深大体在地表以下7km左右。

作为壳内熔融过程中从岩石到岩浆的过渡产物，混合岩中的浅色体 (leucosome) 代表了岩石部分熔融过程中产生的熔体，若压力不变 (对于同一实验或壳内熔融过程中处于某一深度的岩石，P为常数)，其含量与温度的变化呈正相关。然而，实验室条件下获得的与岩石熔融度对应的P-T参数很难得到地质观察的支持，其主要原因是缺失了实验结果与野外地质现象之间关联性研究。本文结合福湖岭剖面的地质研究和岩石熔融实验资料而建立的“熔融温度计”，不但揭示了该剖面上各类岩石的形成温度，更重要的是建立了实验室内获得的熔融实验数据与壳内熔融产物 (混合岩-混合花岗岩) 之间的物理联系，为这类岩石形成温度的测定提供了新的途径，其意义显然超出了区域地质的范畴。