廣西浦北五皇山國家地質公園花崗巖地球化學特征及其成因分析

王俐俐 盧炳雄* 羅 麗 黃姣玉 黃平利 禹儀軒 張睿澤

（北部灣大學 資源與環境學院，廣西 欽州535000）

1 概述

五皇山以浦北巖體為基礎，是大容山- 十萬大山花崗巖帶的重要組成部分。長期以來，國內外學者從不同角度廣泛研究了花崗巖的成因機制及物質來源，其中以MISA（M、I、S 和A 型）成因分類方案為大多數學者所接受[1]。對于巖漿的形成，由于巖漿物理分離和熱量平衡的緣故，全部熔融在地幔和地殼都不可能發生。因此不論原巖的性質和巖漿種類怎樣，認為巖漿的形成都是部分熔融的結果[2]，而目前普遍認為花崗巖是大陸地殼發展演化的產物[3]，且誘發地殼物質發生熔融的熱源主要來自地幔，幔源巖漿以底侵方式囤積在地殼底部附近形成巖漿池，這種囤積作用帶來的地幔熱源引起下部地殼大規模變質作用，而此次研究區所在的大容山- 十萬大山花崗巖源區或許接收了來自地幔的熱源，卻沒有地幔物質的參與，且屬于典型的殼源S 型花崗巖[4]，為造山帶花崗巖[5]。綜合前人通過礦物學[6]、巖石學、年代學和地球化學等[4，7-8]對大容山- 十萬大山花崗巖帶進行的成因及演化過程研究，本文通過對出露面積較小的五皇山進行地球化學的系統性研究，探討五皇山花崗巖的特征及其成因，為理解大容山- 十萬大山花崗巖帶提供新認識。

2 區域地質概況

在揚子和華夏地塊結合部的廣西東南部大容山、六萬大山和十萬大山一帶分布著大量花崗巖體,包括有原地、半原地混合花崗巖,中深成相中粗?；◢弾r,淺成、超淺成相細?；◢弾r、花崗斑巖等不同產狀和結構的花崗巖類巖石，由于它們具有相同性質的物質來源和演化關系,被統稱之為“十萬大山- 大容山花崗巖帶”。該花崗巖帶位于廣西壯族自治區的東南部，整體呈NE-SW 向展布，一般為一些NE 向的深斷裂所分割，受東南博白- 岑溪和西北靈山- 藤縣兩大斷裂影響，分為東、西兩個亞帶：東亞帶，即大容山亞帶由深成相的花崗巖體組成，以大容山巖體、浦北巖體、舊州巖體等為代表;西亞帶,即十萬大山亞帶由淺成、超淺成相花崗巖體組成,以臺馬巖體為代表（圖1）。

3 地球化學特征

3.1 主量元素特征

五皇山花崗巖SiO2含量介于71%～75.56%之間，平均值為72.01%，大于65%，具富硅特征，屬酸性巖體（表1）；巖石Na2O含量介于0.78%～2.19%之間，平均值為1.79%，K2O 含量介于3.51%～4.49%之間，平均值為4.23%，全堿含量（K20+Na2O）介于5.38%～6.68%之間，平均值為6.02%，含量均較低，K2O/Na2O 值均大于1（1.75～5.90，均值2.73），比值較高，屬于鉀質系列，巖石里特曼指數σ 為0.33～0.49，遠小于3.3，為典型的鈣堿性巖石；在ω（SiO2）-ω（K2O）圖解中，樣品化學投點均位于高鉀鈣堿性系列- 鈣堿性系列區域內（圖2a）；巖石Al2O3含量介于10.78%～14.53%之間，平均值為13.30%，鋁飽和指數A/CNK 介于1.214～1.543 之間，均大于1.1，在A/CNK-A/NK 圖解中，樣品全部落入過鋁質區域內（圖2b）；CIPW 標準礦物中可見剛玉，質量分數為10.78%～14.53%，均值13.3%，均大于1，顯示其強過鋁特征，在TAS 圖解（圖3）中，樣品落入花崗巖、花崗閃長巖區域。

圖2 五皇山花崗巖ω（SiO2）-ω（K2O）圖解（底圖據Le Maitre，1989 和Rickwood，1989）和A/CNK-A/NK 圖解（底圖據Maniar et al，1989）

五皇山花崗巖高硅、富堿、富鉀，而MgO（1.19%～1.39%，均值1.29%）、Ti2O（0.44%～0.63%，均值0.53%）、MnO（0.07%～0.09%，均值0.08%）、P2O5（0.13%～0.19%，均值0.16%）質量分數低，表明五皇山花崗巖經歷的結晶分異作用較強，屬于高鉀鈣堿性系列強過鋁質花崗巖。

圖3 五皇山花崗巖TAS 圖解（底圖據Middlemost，1994）

3.2 稀土元素特征

五皇山花崗巖稀土元素總量∑REE=160.87×10-6～199.84×10-6，平均178.33×10-6，稀土總量較高；LREE=143.7×10-6～184.23 ×10-6，HREE=11.72 ×10-6～16.27 ×10-6，LREE/HREE=10.87～12.73，（La/Yb）n=19.58～33.98，表明富集輕稀土，重稀土虧損，輕重稀土分餾明顯（表1）；（La/Sm）n=3.42～3.84，（Gd/Yb）n=3.52～5.70，遠大于1，表明輕重稀土分餾程度均較高[9]；δCe=0.97～1.00，基本不具備異常，δEu=0.49～0.80，在稀土元素的科里爾圖解上，曲線呈現“谷”，屬Eu 負異常，反映巖漿分異程度高（圖4）。

總體上，五皇山稀土元素球粒隕石配分模式與地殼重熔型花崗巖分配型式相似，具有較高的一致性。

3.3 微量元素特征

五皇山花崗巖明顯富集大離子親石元素Rb、Th、U，而相對虧損Sr、Ba，明顯虧損高場強元素Nb、Ta，相對Rb 而言虧損Ba，具有高度的一致性，表明其殼源特征（表2）。Rb、Th、U 是強不相容性元素（圖5），在巖漿作用晚期趨于富集，表明五皇山花崗巖巖漿已過高度分異。

表1 五皇山主量（WB/%）、稀土元素（WB/10-6）含量及相關參數

4 討論

4.1 花崗巖成因類型

目前，花崗巖成因分類方案中實用最多的為MISA（即M、I、S 和A 型）分類方案，認為判斷I 型、S 型和A 型三大類型花崗巖的重要礦物學標志分別是角閃石、堇青石和堿性暗色礦物[1]。五皇山花崗巖主量元素具有較高含量ω（SiO2），平均為72.01%，全堿含量較高ω（K20+Na2O）=（5.38%～6.68%），平均值為6.02%，鋁飽和指數較高（A/CNK=1.214～1.543）的特點。同時具有低鎂（MgO：1.19%～1.39%）、低鈦（Ti2O：0.44%～0.63%）、低錳（MnO：0.07%～0.09%）、低磷（P2O5：0.13%～0.19%）的特征，表明其經歷了高程度的結晶分異作用。

表2 五皇山微量元素含量（WB/10-6）

在稀土元素組成上，五皇山稀土元素配分型式均為典型的右傾型，具有一致性。其中五皇山花崗巖REE 總量160.87×10-6～199.84 ×10-6， 平 均 178.34 ×10-6，LREE/HREE 為10.87～12.73，（La/Yb）n大于1，輕稀土分餾明顯，暗示形成花崗巖的巖漿主要來自上地殼；δEu 平均0.63，屬Eu 負異常，反映其巖漿分異程度高。因此，五皇山花崗巖應為高分異花崗巖，巖漿源于上地殼。

研究表明，當花崗巖質巖漿發生分異作用時，元素Li，Rb 等含量會隨著花崗質巖漿分異程度的增加而增加，而Cr，Ni,Sr,Ba等元素在殘余熔體中含量會降低[10]。五皇山花崗巖富集Rb、Th、U 和虧損Sr、Ba 以及Nb、Zr 等高場強元素，符合S 型花崗巖的微量元素特征；Rb/Sr 比值可以有效反映源區物質的性質，若Rb/Sr＞0.9，則為S 型花崗巖，若Rb/Sr＜0.9，則為I 型花崗巖[11]，而五皇山樣品Rb/Sr 介于1.75～3.59 之間，平均2.60，明顯大于0.9，屬于S 型花崗巖。

4.2 花崗巖物質來源

五皇山稀土元素配分曲線（圖4）為典型的右傾型，暗示形成花崗巖的巖漿來自地殼；Eu 的負異常指示著巖漿分異程度高，指示著巖漿可能由低程度的熔融產生，說明巖石可能經歷了斜長石的分離結晶作用，大容山部分的Eu 正異常指示著巖漿分異作用不明顯，可能與原巖特征、結晶溫壓有關。在原始地幔微量元素“蛛網圖”（圖5）上，五皇山相對富集大離子親石元素Rb、Th、U 等，相對虧損Sr、Nb、Ta 等高場強元素，相對Rb 而言虧損Ba，暗示在巖漿形成過程中或有地殼物質的參與；Rb 的強烈富集暗示巖漿分異作用進行得很充分；而Ba、Sr 的相對虧損指示巖體不是形成于俯沖消減背景下[12]，暗示源區內可能有斜長石礦物的殘留或結晶分離的存在，與Eu 的負異常相對應，也暗示其可能是殼源物質低程度部分熔融的產物[13]；Nb 元素的虧損暗示巖體物源可能來自地殼。以上證據表明五皇山與大容山花崗巖源自地殼，經歷了高分異演化作用，其巖漿演化過程中可能發生了斜長石的分離結晶作用。

因此，五皇山花崗巖明顯富集大離子親石元素Rb、Th，相對虧損高場強元素Nb、Ta 和Ba、Sr，為右傾型的稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖，這些特征表明五皇山花崗巖物源以殼源為主。

圖4 五皇山稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（球粒隕石標準值取自Boynton,1984）

圖5 五皇山原始地幔微量元素“蛛網圖”（原始地幔標準值取自Sun&McDonough,1989）

5 結論

5.1 五皇山花崗巖表現出輕稀土和大離子親石元素（LREE和Rb、Th）明顯富集,重稀土和高場強元素（HREE 和Ta、Nb）相對虧損的特征，A/CNK 值均大于1.1，標準礦物分子剛玉均大于1%，為高鉀鈣堿性系列強過鋁質S 型巖石。

5.2 五皇山花崗巖在其形成過程中經歷了高分異演化作用，Eu 的負異常說明巖漿由低程度的部分熔融產生，巖石經歷了斜長石的分離結晶作用，其物質來源以殼源為主。