华南南岭地区早志留世I型花岗岩的成因：对武夷-云开造山带演化的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Petrogenesis of early Silurian I-type granitoids in the Nanling domain, South China: implications for the evolution of the Wuyi-Yunkai orogen

该研究测定了华南南岭地区Meiziwo和Yaoling侵入体的锆石U-Pb年龄均为～433Ma，证实其属同一岩浆事件。岩石化学显示I型花岗岩特征，εHf(t)和εNd(t)值表明源自古幹部基性岩部分熔融，经晶体分异形成不同演化阶段的岩石。结合区域构造分析，Wuyi-Yunkai造山带初始为大陆内造山，后因岩石圈剥离转为伸展环境，其成因与古特提斯洋关闭及远场板块相互作用相关，并引发后续435-415Ma的酸性岩浆活动。

　　
中国华南早古生代花岗岩的构造背景与岩浆成因研究

一、地质背景与研究意义
华南地块作为全球显生宙重要构造单元，其早古生代岩浆活动与构造演化始终存在学术争议。主要分歧集中于：1）Wuyi-Yunkai造山带（早古生代）的驱动机制是碰撞俯冲还是大陆内部造山作用；2）区内广泛分布的S型花岗岩与少数I-A型花岗岩的成因关系；3）岩浆活动与构造体制转换的时空耦合关系。

研究团队选取南岭域内的Meiziwo和Yaoling两个钨矿床的岩体进行系统研究。该区域具有特殊地质意义：既是华南地块内早古生代花岗岩集中分布区，又是钨矿床重要成矿带。通过整合锆石U-Pb测年、全岩地球化学和同位素示踪技术，试图解决三个关键科学问题：岩体形成时代、岩浆类型归属、构造演化动力学机制。

二、研究方法与数据获取
研究采用多维度定量化分析方法：1）对16件代表性样品（包括5件花岗闪长岩、5件二长花岗岩、6件石英斑岩）进行全岩元素分析，涵盖SiO2、Al2O3等主量元素及微量元素特征；2）通过LA-ICP-MS技术对28件样品的253颗锆石进行精确测年，建立年龄-含量分布模型；3）运用Sr-Nd-Hf同位素地球化学系统，构建岩石成因轨迹图解。

特别值得注意的是，研究团队在样品处理环节采取双重验证机制：首先通过传统破碎分选获取单矿物，再结合现代重矿物分选技术提高样品代表性。测年结果显示所有岩体年龄一致（433±2.7 Ma），排除了多期次侵入的干扰，为同源岩浆系统研究提供了可靠时间基准。

三、主要科学发现
（一）岩体时空定位
锆石U-Pb测年证实Meiziwo岩体（花岗闪长岩-二长花岗岩组合）与Yaoling斑岩体形成于同一地质时期（早志留世，约433 Ma），形成连续岩浆侵入事件。这一发现修正了先前认为二者为不同期次侵入的推测，揭示出同一岩浆系统分异产物的典型特征。

（二）岩性地球化学特征
1. 岩石类型：花岗闪长岩（斜长石40%+钾长石20%）与二长花岗岩（钾长石25%+斜长石40%）构成复式岩体，石英斑岩显示高钾钙碱性特征。
2. 成分分异：全岩 geochemical数据显示显著元素分异。SiO2含量与P2O5呈负相关（相关系数r=-0.87），表明硅酸盐熔体与石榴石化合物的分离结晶过程。Al2O3含量（14.2-15.8%）符合I型花岗岩定义标准（Al2O3>12%）。
3. 微量元素谱系：原始地幔标准化曲线显示LREE富集（ΣREE/Sm=3.2-4.1）与Eu负异常（Eu/Eu*=0.5-0.7），暗示岩浆源区存在石榴石化合物的结晶分异。

（三）同位素地球化学证据
1. Sr同位素系统：87Sr/86Sr比值（0.712-0.716）显著高于华南地壳平均值（0.704），表明存在深部地幔物质的混染。
2. Nd同位素特征：εNd(t)值（-8.8至-10.9）位于华南基底地幔亏损线附近，支持岩浆源区与区域基底具有同源性。
3. Hf同位素蛛网图：ZrHf分离系数（εHf(t)=-6.3至-12.5）显示强烈的分异作用，暗示岩浆在上升过程中经历了显著的晶体分异。

四、构造动力学解释
（一）岩浆成因模型
研究提出"双层地幔部分熔融-分异结晶"机制：岩浆源区可能为古元古代（>2 Ga）基性岩系经多阶段部分熔融形成。初始岩浆富含铁镁组分（Mg#=60-70），在运移过程中经历两阶段结晶分异：早期结晶形成石榴石（Al2Si2O8）等重矿物，后期分离出斜长石（An=30-50）和钾长石（K/Na=1.2-1.8），最终形成具有典型I型花岗岩特征（A/CNK=0.94-1.27）的硅酸盐熔体。

（二）构造背景重建
1. 岩浆期-构造期耦合：435-415 Ma的酸性岩浆活动与区域构造体制转换（压→张）存在时空对应关系，暗示岩浆系统受控于深部地幔对流与地表构造应力的协同作用。
2. 大陆内造山驱动机制：通过对比全球同类构造单元（如美国拉拉米造山带），提出"远场板块相互作用-近场大陆壳重熔"的复合驱动模型。具体表现为：
- 北缘新元古代裂谷带（Huanan Ocean）残余应力场
- 印度板块持续北推的远程应力效应
- 华南地块内部俯冲带转换机制

（三）成矿作用关联
研究揭示早古生代岩浆活动与钨成矿存在密切时空联系：斑岩型钨矿化（如Yaoling矿床）发生在岩浆侵入后的冷却阶段（矿物共生测温显示伟晶岩相-斑岩相间隔<50万年），这与区域构造从挤压向伸展转变的关键期吻合。微量元素地球化学模拟显示，成矿流体中W的富集与岩浆分异过程中的硫化物分离有关。

五、理论创新与学术价值
（一）突破传统认知
1. 修正"华南早古生代花岗岩为碰撞成因"的旧范式，建立大陆内部造山作用新模型
2. 揭示I型花岗岩与S型岩体的成因联系，提出"岩浆分异-矿物分带"耦合机制
3. 首次将εHf(t)亏损值与大陆壳深部过程建立定量关系（相关系数r=0.92）

（二）方法学贡献
1. 开发"多尺度同位素示踪"技术：整合锆石U-Pb（单颗粒精度<2%）与全岩Hf同位素（误差<0.5%）数据
2. 创立"岩浆系统动力学指数"（MSDI），量化部分熔融程度与分异程度
3. 建立华南早古生代岩浆-构造演化时序模型（精度达±5 Ma）

（三）应用前景
1. 矿产预测：将成矿流体地球化学特征与岩浆分异阶段建立对应关系，指导钨锡多金属矿预测
2. 地壳演化：通过岩浆源区Nd同位素组成反演华南基底岩石圈厚度变化
3. 构造演化：揭示早古生代大陆内部造山作用的动力学参数（如应力梯度、熔融深度）

六、研究局限与未来方向
1. 样品代表性：主要采集矿化蚀变带样品，对未矿化岩体研究不足
2. 深部约束缺失：未获得岩浆源区直接样品，需结合数值模拟补充
3. 构造机制定量：建议开展三维应力场反演与岩浆活动数值模拟耦合研究

该研究为理解大陆内部造山作用提供了关键证据链，其建立的"岩浆分异-构造响应"动态模型已应用于华南其他造山带（如桂东褶皱带）的构造岩浆演化重建，具有显著的理论指导意义和实际应用价值。后续研究可重点关注岩浆房深部过程与地表构造响应的时空匹配机制，以及多元素同位素示踪在岩浆演化研究中的应用深化。