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湖南东南部地区位于扬子陆块与华南陆块的接合地带,属南岭东西向构造-岩浆-成矿带中段北部。经历了武陵、加里东、海西—印支、燕山、喜山等几个主要构造发展阶段。以茶陵—郴州断裂为界分为2个不同的构造单元,东面为炎陵—汝城隆起区,出露大量前泥盆纪地层(褶皱基底);西面为衡阳—桂阳拗陷带,主要发育泥盆纪—三叠纪盖层沉积,前泥盆纪基底仅于局部隆起带小块出露。区内中生代花岗岩与有色金属矿产非常发育,且成岩成矿在不同构造单元具显著差异。
印支期花岗岩在断裂东面隆起区内酸性程度高,主要为黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩,物质来源于沉积岩类;西面拗陷区花岗岩基性程度较高,主要为角闪石黑云母花岗闪长岩、角闪石黑云母二长花岗岩为主,少量黑云母二长花岗岩,物质主要来源于基性岩的部分熔融。燕山早期花岗岩在东面隆起区分布面积广,主要为黑(白)云母二长花岗岩等,多组成规模较大的中深成岩体,原岩主要来源于中下地壳,并有少量地幔物质加入;西面拗陷区内岩石分布面积小,除局部隆起地带发育酸性程度高的二长花岗岩外,主要为小型浅成—超浅成小岩体,偏基性的花岗闪长斑岩大量发育,源岩除有中下地壳物质外,还有大量来自地幔的成分加入。
茶-郴断裂以东的隆起区以及断裂以西拗陷区内局部隆起地带,主要发育钨锡多金属成矿系列,成矿岩体为酸性程度较高的中深成二长花岗岩等;断裂以西拗陷区内主要发育铜铅锌多金属成矿系列,成矿岩体为浅成花岗斑岩、花岗闪长斑岩等。
经对湘东南地区中生代构造-岩浆-成矿动力学过程进行系统研究,取得以下新进展与新认识:
通过本项目新测得的锆石SHRIMPU-Pb法和Ar-Ar法年龄,结合前人已有的大量同位素年龄数据,对湘东南地区中生代3个主要阶段花岗岩形成的具体时限进行了较精确的厘定和总结:第一阶段印支期时限约为233~210Ma,即中三叠世末—晚三叠世后期;第二阶段燕山早期时限约为174~135Ma,即中侏罗世早期—晚侏罗世;第三阶段燕山晚期,时限约为130~85Ma,即白垩纪。
大量构造环境的地球化学判别图解,以及对岩体地质地球化学特征、陆相盆地、火山岩、构造变形等地质因素的时代与特征等多方面的综合研究表明,不同阶段花岗岩形成的构造环境有别。印支期花岗岩形成于陆内同造山构造环境,且于主俯冲汇聚的峰期之后挤压松弛条件下侵位;燕山早期花岗岩形成于后造山伸展构造环境;燕山晚期花岗岩形成于陆内裂谷环境。
研究表明区域构造格架和岩石圈结构主要控制了中生代花岗岩浆活动。印支后期,茶-郴断裂以东的隆起区由于俯冲板片的叠置与横向收缩,地壳厚度大,加厚熔融机制使中地壳结晶片岩、片麻岩熔融,形成酸性程度高的花岗质岩浆;断裂以西的拗陷区增厚幅度较小,下地壳基性岩熔融而形成偏基性岩浆。燕山早期,隆起区以及拗陷区内的局部隆起地带,可能由于具有厚的地壳与地幔岩石圈,岩石圈发生大规模拆沉,导致中地壳结晶片岩大量熔融,从而形成酸性程度高的规模较大的中深成岩体;拗陷区陆壳和地幔岩石圈较薄,壳幔作用及其引起的热扰动作用较弱,中地壳结晶片岩以及下地壳偏基性岩少量熔融,沿断裂上侵于近地表而分别形成酸性程度高的花岗斑岩和石英斑岩、偏基性的花岗闪长斑岩小岩体。
提出并论证了区内印支期花岗岩成矿能力差,而燕山早期花岗岩成矿能力强的原因,认为可能主要是由于构造体制不同所致。前者形成于区域挤压构造体制,不发育开放的断裂与裂隙系统,不利于成矿。而后者则形成于区域后造山的拉张构造环境,断裂与裂隙系统高度开放,有利于成矿流体的运移、物质交换与矿质沉淀。
提出了湘东南燕山早期成矿差异性和成矿专属性的主要深层原因是构造背景差异的新认识。茶郴大断裂以东的隆起区(包括断裂带),以及断裂以西拗陷区内的局部隆起地带,由于中地壳结晶片岩大量熔融形成大规模岩浆房(侵位形成较大规模的二长花岗岩—碱长花岗岩岩体),大批量的部分熔融作用、结晶分离作用等造成W、Sn等不相容元素的富集,从而在侵位深度较大,温度较高的环境下形成W、Sn多金属成矿系列。由于岩浆量大,对深部Cu、Pb、Zn、Au等矿质起到了屏蔽作用,从而限制了这些中低温矿产的发育。西面拗陷区由于岩浆量少及相对薄而简单的陆壳结构,形成超浅成小岩体。由于地壳重熔岩浆量小,不能形成W、Sn等亲花岗岩元素的大规模富集;而来源于深部地幔和下地壳的Pb、Zn、Cu、Au等相容成矿元素则源源不断顺利地运移到近地表而富集成矿。同时由于岩体规模很小,供热有限,加之近地表高度开放环境下热量极易散失,使得成矿温度偏低,亦不利于中高温矿床形成。
研究发现W、Sn多金属矿床中,W和Sn所占比重与岩体侵位深度有一定关系,总体上W花岗岩较Sn花岗岩的形成深度大。对这一成矿规律的合理解释是:由于W的成矿温度相对较高,当岩体侵位深度相对较大时,花岗岩结晶温度一般相对较高,W、Sn成矿倾向于以W为主;相反,侵位深度相对较小时矿床倾向于以Sn为主。此外,相对高侵位岩体通常为结晶演化晚期产物,由于规模较小、温度较低、以及更富挥发分等原因,倾向于形成Sn、Nb、Ta等矿产。
此外,还就岩体规模、产状等与成矿的关系,地质构造对成矿作用的控制等进行了阐述。