幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：张斌武，郭春丽，陈振宇等 幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例 岩石学报，（）：，：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例张斌武郭春丽，陈振宇许以明 ，中国地质科学院矿产资源研究所，成矿作用与资源评价自然资源部重点实验室，北京 自然资源部深地科学与探测技术实验室，中国地质科学院，北京 湖南省矿产资源调查所，长沙 ，收稿，改回 ，：，（）：，：，（），：（），；（），；（），（）（），；（）（），（）（）（）（），（）（）（），；本文受国家自然科学基金重点项目（）、面上项目（）和中国地质调查局项目（）联合资助第一作者简介：张斌武，男，年生，博士生，矿物学、岩石学、矿床学专业，：通讯作者：郭春丽，女，年生，研究员，博士生导师，主要研究与稀有金属成矿相关花岗质岩浆的成因机制，：摘要湘南九嶷山复式花岗岩体位于南岭西段，由一个加里东期岩体和四个燕山期岩体组成。其西侧金鸡岭岩体中广泛发育形态多样的暗色包体。本次选取一个 不规则椭球形包体开展研究，发现它与寄主岩具有较为相近的年龄、矿物组合、地球化学和同位素特征：（）锆石 定年结果显示寄主岩和暗色包体的年龄分别为 和 ，两者在误差范围内一致；（）两者均以钾长石、石英、斜长石、黑云母、磷灰石、锆石等为主要的矿物组成，但在矿物组成比例、粒度和形态上有所差距；（）寄主岩和暗色包体的 含量分别为 和 ，两者均富集大离子亲石元素（）而亏损高场强元素（），但暗色包体的 略低于寄主岩而 略高于寄主岩；（）寄主岩的 （）值和 值分别为 和 ，包体的 （）值和 值分别为 和 。这些特征表明，金鸡岭暗色包体是由富钾的下地壳玄武质变质火成岩在受到幔源岩浆持续加热后发生部分熔融，熔融产物注入到已存在于中上地壳的岩浆房中（寄主岩）后发生淬冷作用形成的。尽管寄主岩和暗色包体均是下地壳物质发生部分熔融的产物，但地壳成分的不均一性导致两者拥有略有差异的同位素和元素组成。沿南岭郴州 临武北东走向断裂带从南向北依次分布有姑婆山、铜山岭、九峰、骑田岭、宝山、锡田花岗质岩体，其所含暗色包体的 （）和 值从亏损（、）到富集（、）变化范围很大，表明南岭地区暗色包体成因模式具有多样性，但无论是哪种类型，幔源岩浆的长期活动持续为下地壳的熔融和岩浆房演化提供热量是一个必不可少的重要因素。关键词暗色包体；金鸡岭花岗岩体；九嶷山复式岩体；南岭地区；华南地区中图法分类号 ；暗 色 微 粒 包 体 又 称 作 镁 铁 质 微 粒 包 体（，缩写为 ），在中酸性岩体中普遍存在，与其寄主岩相比颜色更深，化学成分和同位素特征显示与地幔岩浆有更多亲缘性（，）。自 世纪 年代 （）首次提出包体与花岗岩之间存在成因联系后，国内外学者开始对世界范围内花岗岩中的暗色包体开展大量研究工作（包括化学性质、结构构造以及岩浆来源），并划分出不同类型的暗色包体，诸如：残留体（，；，）、捕掳体（，；，；，；，）、同源包体（，；，；，）和混合包体（，；，；，；王德滋和谢磊，）等。随研究不断深入，暗色包体已逐渐发展为探讨花岗岩成因的重要研究对象，有助于解决花岗质岩浆的起源、定位机制、分异演化以及与花岗岩有关的成矿作用等关键科学问题（，；，；，；，；，；，；，）。中国华南地区是全球最大的花岗岩省之一，其中以燕山早期 花岗岩分布范围最广，总出露面积约 （孙涛，；，），岩性主要以黑云母花岗岩为主，少量花岗闪长岩和白云母花岗岩，其形成被称为中晚侏罗世“中酸性大火成岩事件”（，；李献华等，）。长期以来关于华南燕山早期花岗岩的成因机制及形成的动力学背景，尤其地幔岩浆在其形成过程中起到的作用一直是学术界关注和争议的重要科学问题（，；，）。湘南九嶷山复式岩体从西向东依次由加里东期雪花顶岩体，燕山早期螃蟹木、金鸡岭、砂子岭、西山岩体构成，其中发育大量暗色包体，但极少开展的详细研究工作（李剑锋等，；，）。本次对金鸡岭岩体中一个 暗色包体及其寄主岩开展了详细的岩相学观察、锆石 定年、斜长石和黑云母矿物学、全岩地球化学和锆石 同位素分析，以揭示该岩体中暗色包体的成因机制；结合南岭地区其他岩体及其暗色包体，探讨了地幔岩浆长期持续加热在促使地壳发生部分熔融以及形成不同类型暗色包体中所起的作用；研究有助于更好地理解南岭壳幔相互作用以及晚中生代构造动力学背景。区域地质背景和岩体地质特征 区域地质背景南岭地区位于华南地区东南部（图 ），走向郴州临武断裂带是扬子地块和华夏地块在湖南境内的缝合带（图 ），九嶷山岩体位于该断裂带西南侧。沿郴州 临武断裂带分布诸多中酸性岩体，包括花岗闪长岩体和花岗岩体（图 ，；朱金初等，；蒋少涌等，）。其中，主 要 的 花 岗 闪 长 岩 体 有 七 宝 山（）、水 口 山（）、宝山（）和铜山岭（），呈中细粒斑状结构，主要由斜长石、石英、黑云母组成，属准铝质、高钾、钙碱性系列花岗闪长岩（，；谢银财等，；，；郭春丽等，）；主要的花岗岩体有 锡 田（）、骑 田 岭（）、九 嶷 山（）、九峰（）、花山（）和姑婆山（）岩体，岩性变化较大，粒度从中粗粒似斑状黑（二）云母二长花岗岩到细粒二（白）云母钾长花岗岩均有出露，从准铝质花岗岩逐渐过渡为过铝质花岗岩（付建明等，；刘勇，；，；李献华等，；岩石学报 ，（）：图 南岭西段地理位置图及地质简图（，据谢银财等，），九嶷山岩体地质简图（，据 ，）和金鸡岭岩体与暗色包体野外采样位置（）（，），（，）（），；，）。花岗闪长岩体和花岗岩体中广泛发育形态各异、大小不一的暗色包体，大多数呈椭圆形、透镜状、球状，少数具有棱角状或者被拉长；其中（椭）圆形包体直径从 到 不等，最大者可达 ，有时以暗色包体群形式出现。大多数暗色包体呈灰黑色，粒度细，等粒结构：以闪长质为主的包体主要矿物组成有斜长石、钾长石、角闪石、黑云母；以辉长岩为主的包体除上述矿物之外还含有少量辉石（李献华等，；，；刘勇，；谢银财等，；，；，）。岩体地质特征九嶷山复式花岗岩体出露面积 （图 ，付建明等，），自西向东由雪花顶、金鸡岭、螃蟹木、砂子岭和西山 个岩体组成（图 ）。已有年龄数据表明，雪花顶岩体形成时代为加里东期（，），其余岩体形成时代均为晚侏罗世（，；，；，；李剑锋等，）。岩体周围出露的地层以震旦 寒武系，泥盆 三叠系和白垩系为主（图 ），其中震旦 寒武系主要为边缘海盆相砂泥质岩，出露于岩体南部和东北部；泥盆 三叠系主要为浅海盆相碳酸盐岩，分布在岩体北部及西部；白垩系主要分布在岩体外围的断陷盆地中，属于陆相沉积岩。金鸡岭岩体位于九嶷山复式花岗岩体的中西部，出露地表部分呈现为 走向的不规则椭圆状，出露面积 （图 ），主要岩性为中粗粒黑云母二长花岗岩，由钾长石、石英、斜长石、黑云母和少量角闪石组成。岩石富硅、铝、钠和钾，但贫镁和钙，属高钾钙碱性、准铝 过铝质系列花岗岩（）（付 建 明 等，；李 剑 锋 等，）。金鸡岭岩体的内部广泛分布暗色微粒包体，本次研究的 不规则椭球形包体及寄主岩样品来自采石场直立剖面（图 ；、）。条带状异离体（长度几厘米到大于 米、宽度 到 ）围绕暗色包体分布（图 ）。与包体相比，异离体中黑云母含量更高、粒度更细、颜色更深（图 ），且优先定向排列形成叶理结构（图 ）（，；，）。这种结构通常与寄主岩岩浆房和后来熔体之间的压 力 差 有 关（，；，）。寄主岩浆灌入暗色包体形成浅色的反向脉（图 ，），这是由于相对高温的岩浆注入相对低温的寄主岩浆时，快速冷却固结导致包体沿周边形成裂隙，使寄主岩浆灌入形成此种反向脉（，；，）。与寄主岩接触边界处的暗色包体中可见白色钾长石自形晶体（图 ），是寄主岩浆中已结晶的钾长石在两者发生混合作用过程中迁移至尚未固结的暗色包体中所造成的（，；，）。寄主岩与包体张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 金鸡岭花岗岩体及暗色包体野外地质特征（）寄主岩和暗色包体总体特征及采样位置；（、）含有大量黑云母的黑色条带状异离体；（、）寄主岩浆穿切暗色包体形成的浅色反向脉；（、）寄主岩与暗色包体截然接触且暗色包体中含有从寄主岩中晶出的自形钾长石 （）；（，）；（，）；（，），截然接触（图 ，），未见明显的烘烤边和冷凝边，只有从寄主岩晶出的少量细粒黑云母沿两者边界分布，说明两者近乎同时形成且具有一定的温度差。金鸡岭花岗岩与暗色包体岩相学特征金鸡岭寄主花岗岩以黑云母二长花岗岩为主，呈灰白色（图 ），由 钾 长 石（）、斜 长 石（）、石 英（）、黑云母（）和角闪石（）组成（图 ），副矿物主要有磷灰石、锆石、褐帘石和钛铁氧化物等。钾长石呈半自形 自形板柱状，具条纹结构，粒度 ，包裹早结晶的斜长石和黑云母（图 ），有时与石英共生构成文象结构（图 ）。斜长石呈自形板状，聚片双晶发育，部分斜长石发育环带和明亮的次生边（图 ），少量斜长石的核部发生了绢云母化蚀变。黑云母片状，单偏光下为褐色、棕色，一组节理发育完全（图 ），有时以集合体的形式出现。少量角闪石主要包裹于黑云母或斜长石中。石英晚于上述矿物结晶，呈他形，充填于上述主要矿物间隙。磷灰石呈短柱状，零星但均匀分布（图 ）。暗色包体与寄主花岗岩矿物组合相似，但镁铁质矿物含量更高，粒 度 更 细，颜 色 更 深（图 ），主 要 由 黑 云 母（）、斜 长 石（）、钾 长 石（）和 石 英（）组成，多数矿物粒度在 以下（图 ），其典型的火成结构表明不是围岩的捕掳体或寄主岩浆房的早期堆晶。磷灰石、锆石和钛铁氧化物是常见的副矿物。钾长石为短板片状，粒度相较寄主岩明显变小。斜长石自形板状，多数斜长石发育环带结构和明亮的次生边，核部大多发生绢云母化蚀变（图 ）；包体中核部发生蚀变的斜长石比例明显高于寄主岩。黑云母片状，边缘常被熔蚀成港湾状（图 ）。石英呈他形填充在斜长石、钾长石和黑云母颗粒间。岩石学报 ，（）：图 金鸡岭岩体手标本（）及镜下照片（）褐帘石；磷灰石；黑云母；钾长石；斜长石；石英 （）（）；图 暗色包体手标本（）及镜下照片（）（）（）磷灰石呈细长针状，数量相较寄主岩多，大多以簇状聚合体形式出现（图 ），说明暗色包体岩浆温度高于其寄主岩浆，前者注入后者时发生快速淬冷作用而形成的（，；，）。测试方法 锆石 定年锆石 原位 定年在中国科学院地质与地球物理研究所完成，仪器型号为 ，仪器工作条件张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例和测试流程参照 （）。实验过程使用电流为 的 离子束在 加速电压下对样品表面进行轰击，产生大小为 的椭圆形剥蚀坑。锆石的 同位素比值用标准锆石 （，）进行校正，标样锆石 长期测量误差为 （）（，）。普通 采用 校正法，由于测得的普通 含量非常低，认为其主要来源于样品制备过程中带入的表面 污染，因而采用现代地壳的平均 同位素组成（，）作为普通 校正。单点分析的同位素比值和年龄的误差为 ，加权平均年龄为 置信度。加权平均年龄的计算和 年龄谐和图使用软件 完成（，）。为保证整个分析流程的可靠性，使用标准锆石 （清湖）为监控标样，获得其加权平均年龄为 （，）和 （，），与推荐值 （）在误差范围内一致（李献华等，）。矿物电子探针分析矿物电子探针（）在中国地质科学矿产资源研究所电子探针室完成，仪器型号为 ，实验条件加速电压为 ，电子束流为 ，电子束斑为 。所有元素的信号采集时间为 ，背景时间 ，原始数据采用 方法校正，主量元素的分析误差一般优于 。全岩地球化学分析主微量元素分析在国家地质实验测试中心完成，其中主量元素测试采用 射线荧光光谱法（）分析，首先称取 样品放入坩埚，然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片，最后通过 射线荧光光谱法（）测定（型号：）。微量和稀土元素采用等离子质谱法（），称取 样品用酸溶法（）制成溶液，然后在 （型号：）上进行测定，同时分析了标样 、和 以保证分析结果的准确度。全岩 含量单独用湿法化学滴定法测试分析。锆石 同位素分析锆石 同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所完成。测试仪器为 多接收等离子质谱仪和 紫外激光剥蚀系统（）。实验过程中采用 作为剥蚀物质载气，根据锆石尺寸大小，剥蚀直径采 或 ，测定时使用国际上通用的锆石标样 作为参考，分析过程中的测试条件详见侯可军等（）。锆石 同位素分析锆石氧同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成，仪器型号为 ，测试前将对锆石靶进行二次抛光和磨制，并重新镀上金膜，仪器工作条件和测试流程参照 （），点位与锆石 定年位置一致。实验过程使用强度为 的一次 离子束经历 加速电压加速后对样品表面进行轰击，轰击时离子束采用高斯照明的方式聚焦于约 大小区域，以光栅扫描的方式扫描 大小范围。负价态二次离子将通过 加速电压提取，接收 和 使用两个法拉第杯并同时进行。这样条件下，的信号一般为 。每次测试时长约 ，包含 预溅射，束流自动对准和 数据采集。仪器质量分馏（）采用锆石标样 （，）进行校正。内部标准锆石 被用来检测仪器状态和数据质量，获得的 加权平均值分别为 （）和 （），与推荐值 在误差范围内一致（李献华等，）。测试分析结果 锆石 年龄本次共选取了 件寄主花岗岩样品（样品号：、）与 件暗色微粒包体样品（样品号：、）进行锆石 定年，测试结果见电子版附表 。寄主岩的锆石从短柱状到长柱状，颗粒长约 ，长宽比在 到 之间（图 ）。包体中的锆石主要是长柱状，颗粒长约 ，长宽比约 （图 ）。此外，寄主岩和包体中锆石颗粒的边缘多数具有较清晰的振荡环带，未发现残留核。所选锆石均具有大于 的 比值，寄主岩和包体锆石的 比值分别为 和 ，均属于典型的岩浆成因锆石（，）。件寄主岩样品（图 ）和 件暗色包体样品（图 ）的 加权平均年龄在误差范围内一致。其中距离暗色包体最远的花岗岩样品 年龄为 （，图 ）可以代表寄主花岗岩的形成时间，暗色包体中心样品 年龄为 （，图 ），代表暗色包体侵入岩浆房的时间。尽管仅从年龄信息显示不出两者形成时间的差异性，但穿插到寄主花岗岩中的暗色包体中反向脉显示暗色包体岩浆应该是在花岗质岩浆房形成后再侵入其中（图 ，）。斜长石和黑云母电子探针结果寄主花岗岩和暗色包体中斜长石和黑云母的电子探针分析结果分别见表 和表 。寄主岩与暗色包体的斜长石都具有正环带结构，但包体中斜长石相对寄主岩而言，更富 因而 牌号更低。寄主岩（图 ）和暗色包体（图 ）中的大多数斜长石具有核 边 次生边的环带结构，且两者次生边在正交偏光下亮度发生突变。寄主岩斜长石从核部到边缘再到次生边，牌号不断降低，核部的 牌号为 （中 岩石学报 ，（）：图 金鸡岭岩体（）和暗色包体（）代表性锆石阴极发光图及相应 年龄、（）和 值红色圈代表 年龄以及 同位素测试点位置 （）（）（），（）图 金鸡岭岩体（）和暗色包体（）锆石 加权平均年龄用不同颜色代表不同采样位置，花岗岩和暗色包体均是从左到右颜色由深逐渐变浅，其中花岗岩颜色越深表明其距离暗色包体越远（图）；图 图 、图 、图 中样品颜色代表的含义同此图 （）（），（）；，长石），边部 牌号为 （奥长石），次生边 牌号骤降为 （钠长石，图 ）。暗色包体斜长石核部 牌号为 （奥长石）、边部 牌号为 （奥长石），次生边 牌号 （钠长石，图 ）。具有极高 牌号的斜长石次生边通常是早期结晶的富 斜长石被岩浆期后的富 残余熔浆流体交代，并围绕原有斜长石继续生长的结果（刘志超等，）。相较于暗色包体中的黑云母，寄主岩黑云母更富 ，（）比值（）稍高于暗色包体（）。但两者中的黑云母均为原生铁叶云母，只是在成分和氧逸度上具有一定的差异（图 ）。根据 （）研究表明，黑云母中钛含量、（）和温度存在非线性关系，并提出了黑云母的 度计（计算公式见 ，）。通过黑云母 温度计计算，获得的暗色包体中黑云母形成温度为 （平均 ，图 ），寄主岩黑云母形成温度为 （平均 ，图 ）。此外两者均显示地壳源区的特征（图 ），但源区性质并不完全相似。全岩地球化学特征寄主岩和暗色包体的全岩主量、微量和稀土元素分析结果及相关计算参数见表 。寄主岩的 含量为 ，相对高钾（，图 ）、富碱（，图 ），属钙碱性 碱钙性花岗岩（图 ），值 （）摩尔比值相对高（），绝大部分点投在过铝质花岗岩范围（图 ）。与寄主岩相比，暗色包体属二长岩（含量低 ，图 ），落入钾玄质系列（张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 金鸡岭岩体锆石 年龄谐和图 ，图 ）和碱性岩（图 ）范围内。具有相比寄主岩更高的 含量（），可划分为弱准铝质（值为 ）（图 ）。寄主岩的 、含量低于暗色包体（图 ，），寄主岩和暗色包体中上述元素的含量分别为 和 、和 、和 、和 、和 。寄主岩主量元素与 含量有一定相关性，而暗色包体主量元素与 含量无线性相关关系；寄主岩与暗色包体之间不具有连续的演化趋势，但距暗色包体较近的样品（、，图 ）位于距暗色包体较远样品（、，图 ）中间位置，显示出与暗色包体成分的趋同性；样品 更显示出与暗色包体的相似性。寄主岩的 比值（）高于暗色包体（），而 （）和 （）比值低于暗色包体（、）。寄主岩稀土总量 为 ，稀土元素球粒陨石标准化配分模式图整体呈右倾趋势，富集轻稀 岩石学报 ，（）：图 暗色包体锆石 年龄谐和图 土（，（），岩石具有明显的负铕异常（，图 ）。暗色包体的轻稀土元素低于寄主岩（，（），图 ）。稀土总量变化范围小（），负铕异常不如寄主岩明显（）。寄主岩相对富集大离子亲石元素（如 、），相对亏损高场强元素（如 、），且具有明显的 、负异常（图 ）。锆石 同位素特征锆石原位 同位素分析结果见电子版附表 ，寄主岩和暗色包体的 和 同位素组成均呈正态分布（图 ）。寄主岩锆石 比值为 ，（）值为 （平均值 ），同位素二阶段模式年龄（）为 （平均值 ）；暗色包体锆石 比值介于 之间，（）值（，平均值 ）稍高于寄主岩，值（，平均值 ）稍低于寄主岩。寄主岩锆石 值分布区间为 （平均值 ），暗色包体 值略低于寄主岩，分布区间为 （平均值 ）（图 ），均高于地幔锆石的 同位素值（，）。张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例表 金鸡岭岩体和暗色包体的斜长石电子探针分析结果（）（）测点号 寄主岩斜长石核部 寄主岩斜长石边部 寄主岩斜长石次生边 岩石学报 ，（）：续表 测点号 暗色包体斜长石核部 暗色包体斜长石边部 暗色包体斜长石次生边 张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例续表 测点号 表 金鸡岭岩体和暗色包体的黑云母电子探针分析结果（）（）测点号 （）寄主岩 寄主岩 寄主岩 岩石学报 ，（）：续表 测点号 （）寄主岩 暗色包体 暗色包体 暗色包体 张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例续表 测点号 （）注：（）表 金鸡岭岩体和暗色包体全岩主量元素（）和微量元素（）组成 （）（）样品号 岩石类型二长花岗岩暗色包体 岩石学报 ，（）：续表 样品号 岩石类型二长花岗岩暗色包体 （）讨论 暗色包体成因 金鸡岭暗色包体成因目前普遍认为花岗岩中的暗色微粒包体主要有以下四种成因模式：（）围岩捕掳体，指岩浆上升过程中捕获的围岩（，；，）；（）源区残留体，一般指花岗岩源区的残留物质或者难熔部分被带入岩浆房（，；，；，；，）；（）同源包体，通常是与寄主花岗岩具有相同源区的包体（，；，；，）；（）岩浆混合，不同来源的岩浆发生不充分混合作用的产物（，；，；，）。金鸡岭暗色包体不属于上述前三种类型：（）围岩捕掳体相较于寄主花岗岩来说，具有典型的变质结构与更老的形成年龄，这与金鸡岭暗色包体具有火成结构以及在误差范围内与寄主岩相似的形成年龄不符；（）源区残留体通常会保留变质或沉积残余结构，富含过铝质矿物，并且与寄主岩的主量、微量元素含量往往可以构成线性变化，然而这些特征未见于金鸡岭暗色包体中；（）同源包体中的矿物一般具有明显的堆晶结构，与寄主岩呈渐变过渡关系，且具有明显的 和 的正异常（，；，），但金鸡岭寄主岩与包体呈截然接触，具细粒结构和熔蚀结构，且 和 均不具有正异常。金鸡岭暗色包体可能是由岩浆混合作用形成的。金鸡岭暗色包体所代表的岩浆是在塑性状态下进入未完全固结的寄主岩浆房并发生有限程度混合作用的产物：（）包体呈不规则椭球形（图 ），而且环绕暗色包体周边分布有大量条带状异离体（图 ），显示出暗色包体岩浆进入寄主岩浆房后，随岩浆流动发生旋转过程中逐渐解离的特征；（）寄主岩反向脉穿切包体（图 ，），表明在包体岩浆冷却过程中发生破裂，寄主岩浆灌入包体中；（）因为暗色包体自身发育的钾长石颗粒较小（图 ），因此可以认为包体中的白色钾长石巨晶来源于寄主花岗岩浆（图 ），说明两者混合过程中，寄主岩浆中早结晶的矿物在包体岩浆尚未完全冷却之前机械进入其中（贺敬博和陈斌，；，；，）；（）包体与寄主岩接触边界比较截然（图 ，），暗示两种岩浆并未发生过充分混合（，；，）；（）包体中长针状磷灰石（图 ）反映包体岩浆以熔体状态注入寄主岩浆，并发生淬冷而快速结晶的产物（，；，；，；，；，）；（）黑云母 温度计算值表明包体形成温度（平均 ）稍高于寄主岩（平均 ，图 ）；（）寄主岩和暗色包体沿岩浆混合趋势分布（图 ）且两者的 与 比值具有良好的线性相关性（图 ），表明两者具有岩浆混合成因。暗色包体（）、张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 金鸡岭岩体（、）和暗色包体（、）中斜长石显微照片及分类图解圆圈为电子探针分析点位 （，）（，）图 金鸡岭岩体和暗色包体中黑云母分类图解（，底图据 ，；，底图据 ，；，底图据 ，）（，；，；，）及其寄主岩（）、）的锆石 、同位素组成较为相似（图 ），可能指示了：（）两者来源于同位素相似的地壳组分部分熔融；或者（）暗色包体岩浆来源于地幔或新生地壳，在注入寄主岩浆房后与两者之间发生了同位素的充分扩散，导致两种岩浆成分的均一化。而种种迹象表明暗色包体及其寄主岩岩浆均是地壳组分发生部分熔融的产物，且两者之间并未发生过充分的成分 岩石学报 ，（）：图 金鸡岭岩体和暗色包体黑云母 温度（，底图据 ，）及黑云母岩浆源区（，底图据周作侠，）（，）（，）扩散作用，且两者物质组成上具有一定的差异：（）最能代表寄主岩（，在主量元素图解中受暗色包体影响最小）和暗色包体（，位于暗色包体的相对中心位置）端元的两个样品均具有地壳组分的锆石 同位素组成；（）两者黑云母均为富 贫 的原生黑云母，并且显示出壳源特征（图 ），依据丁孝石（）的研究，典型幔源黑云母中 ，壳源黑云母中 ，本次研究的金鸡岭寄主岩和暗色包体黑云母 均小于 ，也说明其地壳来源的特征；（）两者接触边界截然（图 ，）以及包体中广泛发育的长针状磷灰石（图 ）暗示它们之间并未进行过充分的化学扩散，而是机械混合为主（，）；（）寄主岩和暗色包体的斜长石均具有正环带结构（图 ，），表明两者均是在各自岩浆演化过程中结晶的，之间没有充分的成分交换。同时，暗色包体斜长石核部 牌号明显低于寄主岩，而在镁铁质岩浆中结晶的斜长石往往是富 的，值也较大（，），表明金鸡岭暗色包体的原始岩浆起源于地壳端元，与幔源岩浆基本无关，也不属于同一岩浆房批次熔融的产物。全岩地球化学成分可以指示中酸性岩浆的来源（，；，）。图和 与 （）图（图 ）均显示金鸡岭花岗岩及其暗色包体具有不同源区。结合前人观点，金鸡岭花岗质岩体的源岩以下地壳变质杂砂岩为主，而暗色包体的源岩以富钾的下地壳玄武质变质火成岩为主且含少量的变质杂砂岩（，；孙克克等，）。因此金鸡岭岩体及其暗色包体记录的岩浆混合作用不同于通常提出的壳?幔岩浆混合作用，两者更可能是具有相似物质组成的源区发生部分熔融的产物。暗色包体成因模式的新启示对于不同性质岩浆之间的混合作用，多数现象和观点认为：（）这种混合作用发生在同位素亏损的镁铁质岩浆和同位素富集的长英质岩浆之间，镁铁质端元具有更加亏损的同位素组成（图 ，；，；，；，；，；，；，）。但是，近年来陆续发现在一些暗色包体中记录着与寄主岩相似或更加富集的同位素特征，而这种现象通常被解释为：（）富集地幔来源的岩浆经历较快的同位素扩散平衡后的结果（图 ，；，；，），例如实验岩石学表明岩浆中 同位素相较于其他元素的扩散速率快大概 倍（，）；（）包体与寄主岩为同源岩浆不同期次结晶冷却的产物，然后再发生混合的结果，其中包体为早期结晶相（图 ，；，；，；张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 金鸡岭岩体及暗色包体岩分类图解（）图解（据 ，）；（）图解（据 ，）；（）（）图解（据 ，）；（）图解（据 ，）；数字代表样品编号，图 、图 同 （）（，）；（）（，）；（）（）（，）；（）（，）；，）。但本次研究的金鸡岭岩体及其暗色包体并不属于上述三种成因模式，应归于第四种新的成因模式（图 ，），即形成寄主岩和暗色包体岩浆来源于物质组成相和同位素特征相似的下地壳物质的部分熔融。地壳是不均一的（，），在地幔岩浆持续不断加热上覆地壳过程中地壳发生不一致熔融，先后发生部分熔融的壳源物质可以形成不同批次岩浆，逐次上侵注入到中上地壳中，并形成金鸡岭岩浆房。当金鸡岭岩浆房冷却至一定程度时，当由玄武质变火成岩下地壳部分熔融形成的新岩浆注入到由于金鸡岭岩浆房时，由于其温度相对较高而发生淬冷，就形成了金鸡岭暗色包体。岩浆房由不同批次岩浆累积而成，陆续有不同批次相对高温岩浆注入到逐渐冷却的岩浆房中发生淬冷（，；，）形成不同类型的包体（图 ）：（）高温软流圈地幔岩浆不仅起到加热导致下地壳发生部分熔融的作用，如其自身上侵注入早已形成的岩浆房则形成具有亏损同位素特征的暗色包体（图 ）；（）如果岩石圈地幔岩浆注入则形成富集同位素特征的暗色包体（图 ）；（）如果由不均一的地壳部分熔融形成的岩浆注入则会形成与岩浆房岩浆相似同位素和元素成分的暗色包体（图 ）；（）如果同一岩浆房早期结晶矿物形成的堆晶再循环注入上层岩浆房则形成具有明显分离结晶相的暗色包体，其同位素往往也与寄主岩一致（图 ）。上述四种模式可归结为具有成因联系的一系列地质过程，本质上可归属于同一形成过程，即底垫幔源岩浆对上部地壳的持续加热。下地壳发生部分熔融形成的岩浆汇聚成岩浆房，不同来源的岩浆批次注入已形成的岩浆房内，以及岩浆房内持续的岩浆演化均需要大量的热来维持，正是长期活动的高温幔源岩浆维系了这一地质过程，形成各类型暗色包体。南岭地区壳 幔相互作用南岭地区 大规模钨锡钼铋铌钽锂铍等成岩成矿作用形成于伸展的构造动力学背景下，上述矿床的形成是壳 幔相互作用的结果（，；，；蒋少涌等，；朱金初等，；，；，；，；赵正等，；吴福元 岩石学报 ，（）：图 金鸡岭岩体及暗色包体的主量元素（、）和微量元素比值（、）与 含量相关性图解 （，）（，）等，）。而且根据前人针对南岭地区地球物理研究表明（，；孙劲松，；吕苗苗等，；，），在 期间，南岭地区正处于古太平洋板块俯冲板块的破裂、分层和回撤的构造背景下，存在明显的岩石圈拆沉与减薄，软流圈地幔上涌以及大陆地壳大尺度拉张。大多数学者认为南岭该时期形成的暗色包体是由幔源岩浆注入酸性岩浆房中，发生冷却固结的产物，因而是壳幔相互作用的直接证据（李献华等，；刘勇，；，；谢银财等，；，；吴福元等，），但也有少数学者认为这些暗色包体可能属于同源包体，与壳幔岩浆混合作用无关（，；汪相，）。依据前人对华南地区的地球物理工作，证实有大量幔源岩浆底垫于下地壳：（）证明在九嶷山地区存在上地幔和中地壳的 波低速异常带，其中上地幔的低速异常代表软流圈上涌以及对岩石圈的改造，而中地壳的低速异常代表该层地壳物质发生了部分熔融作用。（，）发现在华夏中地壳下部存在一个厚约 的辉长岩 玄武岩的基性岩层，在下地壳底部存在一个 波异常的过渡层，表明华夏地块有可能存在时代较新的大规模基性岩的侵入和底侵。通过对该时期暗色包体的 同位素值的统计，发现其物质来源极为复杂，从接近于亏损地幔来源的清湖二长岩到南岭前寒武纪地壳组分均有分布，形成年龄也非常宽泛，从 到 均有岩浆形成（图 ）。因此，南岭地区暗色包体应该是幔源岩浆参与花岗岩形成的直接证据，表明该时期幔源基性岩浆底垫于下地壳，导致下地壳发生部分熔融上侵在中、上地壳形成岩浆房并为岩浆房的持续分异和进一步演化提供了大量的热；其他下地壳组分随后发生熔融形成中酸性岩浆注入已存在岩浆房，形成具有富集同位素特征的暗色包体，例如锡田、金鸡岭和九峰（如图 ）；在此过程中也有幔源岩浆注入岩浆房形成具有亏损同位素特征的的暗色包体，例如里松（如图 ）、骑田岭、宝山和铜山岭（如图 ）。结论（）湘南九嶷山岩体西侧金鸡岭花岗岩中暗色包体并不张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 金鸡岭岩体及暗色包体球粒陨石标准化稀土元素配分图（、）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（、）（标准化值据 ，）（，）（，）（，）图 金鸡岭岩体和暗色包体锆石原位 同位素 （）（）和 同位素 （）概率统计直方图 （）（）（）是传统认为幔源岩浆注入中酸性岩浆房中发生淬冷的产物。暗色包体与其寄主花岗岩来源于不均匀的下地壳物质，其中前者成分更偏变质砂岩，而后者更偏玄武质变质火成岩。（）花岗岩中暗色包体具有四种来源：软流圈地幔、岩石圈地幔、下地壳和岩浆房内较早结晶矿物形成的堆晶。无论哪种成因模式，底垫于地壳下部的高温地幔岩浆的持续加热是形在上述包体至关重要的条件。岩石学报 ，（）：图 金鸡岭岩体和暗色包体 （，据 ，）和 （，据周繤若，）协变图解 （，），（，）图 金鸡岭岩体和暗色包体锆石 （）图解（）中金鸡岭岩体和暗色包体数据来源于代表性样品，底图和里松数据引自李献华等，锡田数据引自 ，；（）中数据来源于本次研究 （），；图 金鸡岭岩体及暗色包体源岩判别图解（，底图据 ，；，底图据 ，）（，；，）张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例图 暗色包体四类成因模式图软流圈地幔岩浆注入早期岩浆房（），岩石圈地幔岩浆注入早期岩浆房（），下地壳组分部分熔融形成的岩浆注入早期岩浆房，（）早期岩浆房内堆晶进入上层岩浆房（）（），（），（）图 南岭燕山期暗色包体及其寄主岩 （）（）（）和 （）年龄（）图解数据引自李献华等，；，；刘勇，；谢银财等，；，；，（）（）（）（）（），；，；，；，；，；，致谢感谢中国地质调查局宜昌中心付建明研究员在野外调研和采样过程中给予的指导与帮助。文章初稿蒙两位审稿人审阅并提出建设性修改意见，帮助提高文章水平，在此深表感谢。，：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，：（），（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：岩石学报 ，（）：，：，：，：，：（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，（）：，：，：，（）：，（）：（），：，（）：（），（）：，（）：（），：，：，（）：，（）：，（）：（），：，（）：，：，（）：，：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：（），（）：，：，：，（）：（），：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例 ，（）：，：，（）：（），（）：（），：（），（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（），：，（）：，（）：（）：，：，：，（）：，（）：（），：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：？：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：（）：，：（，），（）：，：，（）：，（）：，岩石学报 ，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（），（）：（）：（），（）：，（）：（），（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：（），（）：（），：，（）：，（）：，：，（）：，：，：（），（）：，（）：（），：，（）：，：，（）：（），：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（），：，（）：（），（）：（）：，（）：张斌武等：幔源岩浆持续提供热的有力证据：以湘南九嶷山花岗岩体中暗色包体成因研究为例 ，：，（）：，（）：（），（）：（），（）：附中文参考文献丁孝石 西藏中南部花岗岩类中云母矿物标型特征及其地质意义见：中国地质科学院矿床地质研究所文集北京：地质出版社，：付建明，马昌前，谢才富，张业明，彭松柏 湖南九嶷山复式花岗岩体 锆石定年及其地质意义 大地构造与成矿学，（）：郭春丽，许以明，楼法生，郑佳浩 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