长江中下游地区武山中酸性岩石Li-Sr-Nd同位素及地球化学

Li-Sr-Nd Isotopes and Geochemistry of Wushan Intermediate-Acidic Magmatic Rocks in Middle-Lower Yangtze River Region

摘要

为确定长江中下游地区中酸性岩石的成因，对武山花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩和基性岩脉进行Li-Sr-Nd同位素和地球化学分析测试.武山花岗闪长斑岩样品以高SiO₂、MgO、K₂O和低Na₂O的含量，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，Y和Yb相对亏损为特征.花岗闪长斑岩的全岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i、ε _Nd（t）和δ⁷Li值分别为0.703 0~0.707 4、-5.1~-4.6和+0.9‰~+3.2‰，均介于地壳和地幔端元的同位素值之间，揭示出年轻下地壳起源的长英质熔体和富集地幔起源的基性熔体之间的壳幔岩浆混合过程.岩浆在上升至侵位过程中经历了轻微的以辉石和角闪石为主的分离结晶和轻微的地壳混染作用.长江中下游地区早白垩世中酸性岩及相关矿床与古太平洋板块俯冲引起的软流圈地幔上涌及其引起的岩石圈活化有关.

关键词

长江中下游地区 / 武山 / 中酸性岩石 / 地球化学 / Li-Sr-Nd同位素.

Key words

middle-lower Yangtze River region / Wushan / intermediate-acidic magmatic rock / geochemistry / Li-Sr-Nd isotope

0 引言

长江中下游地区是我国一条重要的铜、铁、金、钼多金属成矿带，已发现有色金属、黑色金属、贵金属和稀有金属矿床2 000多处，按规模来看，有超大型矿产地十余处、大型矿产地近60处，形成了鄂东南、九瑞、安庆‒贵池、铜陵、庐枞、宁芜、宁镇等7个大中型矿床群集的矿集区（图1；Pan and Dong，1999；Mao et al.，2011；Xie et al.，2011），与晚中生代中酸性侵入岩有关的斑岩、矽卡岩矿床是长江中下游地区最主要的矿化类型（蒋少涌等，2019）.七大矿集区内广泛出露的晚中生代中酸性侵入岩不仅具有高Sr/Y和（La/Yb）_N比值等埃达克岩的地球化学特征（Wang et al.，2006），还具有高Mg^#值［Mg/（Mg+Fe²⁺）的摩尔比］和高K₂O含量（Chen et al.，2016；Chu et al.，2020；Xie et al.，2011），与大陆地壳的同位素组成类似（Wang et al.，2006），因此也被称为C型埃达克岩（Xiao and Clemens，2007； Li et al.，2013）.C型埃达克岩以更宽的成分范围和更高的K₂O含量为特征区别于O型埃达克岩（Xiao and Clemens，2007；连琛芹等，2021；杨昕等，2021）.前人通过野外地质调查识别出鄂东南和铜陵等矿集区的中酸性侵入岩发育镁铁质暗色包体（Chen et al.，2016；Li et al.，2021），包体多呈椭圆状或浑圆状以及流动拉伸形态，与寄主岩石的界限多呈模糊过渡，显示出岩浆成因包体的特征（Chen et al.，2009），揭示长江中下游地区这些矿集区内发生壳幔岩浆混合作用（Chu et al.，2020）.但九瑞矿集区内鲜有类似暗色包体的报道（李亮和蒋少涌，2009；徐耀明等，2012；Xu et al.，2014；蒋少涌等，2019），这是否暗示九瑞矿集区内晚中生代时期的壳幔岩浆混合作用不显著呢？本文以长江中下游地区西南部九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩为例，利用主微量元素和Li-Sr-Nd同位素地球化学证据，揭示九瑞矿集区内地幔和地壳的相互作用，以期为埃达克岩的成因研究提供新的启示.

1 区域构造背景及样品描述

在大地构造位置上，长江中下游地区呈北东‒南西向展布于扬子克拉通北缘，大别造山带和华北克拉通以南（图1）.黄陵地区新太古代角闪岩相至麻粒岩相变质的崆岭杂岩是扬子克拉通最古老的基底岩石，主要由斜长角闪岩、奥长花岗质‒英云闪长质‒花岗闪长质片麻岩和变质沉积岩组成（Chen et al.，2001）.长江中下游地区出露的最古老的基底岩石是一套低级变质的古元古代火山沉积岩系，如长江北岸的怀宁地区董岭群（Chen et al.，2001， 2018）.长江中下游成矿带被3条深大断裂所围限，分别为西北方呈北西走向的襄樊‒广济断裂、东北缘的郯城‒庐江区域性走滑断裂和东西向横贯成矿带南侧的阳新‒常州断裂（图1；Xie et al.，2011）.不整合基底之上的沉积盖层主要为海相碳酸盐岩和碎屑岩等，多个基底块体和震旦系至三叠系盖层共同构成“一盖多底”的地壳结构特点（Mao et al.，2011），区域上普遍缺失中、下泥盆统，而中晚三叠世至新生代转为板内变形阶段（蒋少涌等，2019）.长江中下游地区晚侏罗世至早白垩世中酸性侵入岩多为闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩以及相应的玢岩或者斑岩，通常呈岩枝或者小岩株状侵入到泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系中，形成斑岩或矽卡岩型矿床（Zhou et al.，2015）.带内发育有200余个铜、铁、金及铅锌矿床，按照空间位置可划分为鄂东南、九瑞、安庆‒贵池、庐枞、铜陵、宁芜以及宁镇等7个矿集区（Mao et al.，2011；Zhou et al.，2015），其中仅鄂东南矿集区位于郯城‒庐江断裂以西，其余6个矿集区均位于郯城‒庐江断裂以东（图1）.

九瑞矿集区内出露的地层由老到新发育有奥陶系仑山坪组和汤山组、志留系罗惹坪组和纱帽组、泥盆系五通组、石炭系黄龙组，二叠系梁山组、栖霞组、茅口组、龙潭组、长兴组以及三叠系大冶组、嘉陵江组（Pan and Dong，1999；Yang et al.，2011）.岩石类型依次为奥陶系灰岩、志留系泥岩夹砂质页岩和砂岩夹粉砂岩、砂质页岩，泥盆系石英砂岩，石炭系白云岩、白云质灰岩和灰岩，二叠系和三叠系浅海相的碳酸盐岩.上述地层组成的复式褶皱由多个轴向近平行并交替出现的背斜、向斜所构成，褶皱轴线自西到东由北东东向逐渐转至北东向，总体为南东向弯曲的弧形复式褶皱带（图2a；Yang et al.，2011；Xu et al.，2014）.九瑞矿集区内的岩浆岩以花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩为主，二者与成矿关系密切（Mao et al.，2011），石英斑岩、花岗细晶岩、闪长岩及煌斑岩脉也有分布（Xu et al.，2014）.花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩株基本位于北西西向基底断裂上，而其他脉状岩体则多沿地层间不整合面及层内薄弱面贯入式侵位，与组成复式褶皱带的地层的走向一致（Xie et al.，2011），构成了九瑞矿集区内的五组次级构造‒岩浆‒成矿带（图2a），自北西向南东为东雷湾‒通江岭、丫头山‒宝山‒夫山、宋家湾‒武山、大浪‒洋鸡山‒丁家山以及长山‒城门山构造‒岩浆‒成矿带（蒋少涌等，2019）.

武山矿区内发育矽卡岩‒块状硫化物型铜‒金矿矿床，地表仅出露石炭系、二叠系和三叠系碳酸盐岩.武山中酸性岩株以花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩为主，闪长岩、辉绿岩、煌斑岩、石英斑岩、花岗细晶岩也有分布（图2b）（李亮和蒋少涌，2009；徐耀明等，2012；Xu et al.，2014）.虽然侵入顺序大致为花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、石英斑岩以及煌斑岩（李亮和蒋少涌，2009），但锆石U-Pb年代学研究揭示这些侵入岩的形成时代十分接近133~149 Ma（Yang et al.，2011；徐耀明等，2012），均系早白垩世侵入岩，与区域性成矿作用时代在误差范围内一致（Li et al.，2010）.本文采集的样品来自武山矿区北段，包括了花岗闪长斑岩株、岩株边部石英闪长玢岩、基性岩脉和石炭系黄龙组白云岩.花岗闪长斑岩呈深灰色，具斑状结构、块状构造，斑晶粒径1~ 3 mm至2~3 mm不等，斑晶常由斜长石、角闪石、黑云母、钾长石等矿物组成（图2c）.花岗闪长斑岩株边部出现石英闪长玢岩，但石英闪长玢岩蚀变严重呈深灰色，保留斑状结构呈斑晶假象，块状构造（图2d）.基性岩包括了煌斑岩和辉绿岩，块状构造，蚀变严重呈墨绿色，仅在显微镜下部分可见煌斑结构或者辉绿结构假象.锆石U-Pb定年确定了花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩和基性岩脉的形成时代分别为142±2 Ma、143±2 Ma和144±1 Ma（Yang et al.，2011），指示三者在误差范围内同时侵位.黄龙组白云岩由0.05~0.15 mm白云石颗粒组成，较为均匀，形态以半自形‒自形晶为主.在花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩脉与碳酸盐岩的接触部位发生大理岩化及矽卡岩化，岩脉局部可见碳酸盐岩捕虏体.内接触带的硫化物通常呈晶状与石榴子石、透辉石共生，外接触带的硫化物呈浸染状、细脉状分布于大理岩中（李亮和蒋少涌，2009）.

2 分析方法

所采集的样品首先经薄片显微镜下鉴定，然后选择样品进行地球化学分析.样品的粉碎加工均在无污染设备中进行.主量元素分析测试在诚谱检测技术（廊坊）有限公司完成，利用X荧光光谱法测定，误差<0.5%.微量元素分析测试在河北省战略性关键矿产资源重点实验室和自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成，其中Zr、Sr、Ba、Rb和Nb元素利用X荧光光谱法测定，误差<3%（仅Ba元素误差为5%），而其余元素（稀土元素及V、Cr、Ni、Co、Cu、Pb、U、Th、Ta和Hf等）均利用等离子体光质谱仪测定，误差<5%（Li et al.，2015， 2019）.

全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析测试在武汉上谱分析科技有限责任公司和天津地质矿产研究所同位素实验室完成，利用多接收电感耦合等离子体质谱仪测试花岗闪长斑岩样品，利用电离同位素质谱仪测试其余样品，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的原始测量值分别对¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd=0.721 9和⁸⁶Sr/⁸⁸Sr=0.119 44进行校正，调整至JMC Nd₂O₃ ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.511 122和NBS-987 SrCO₃ ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.710 250.浓度测量过程中，元素Sm和Nd的浓度影响同位素稀释的误差为0.2%~0.5%，元素Rb和Sr的浓度影响同位素稀释的误差分别为1%~2%和0.5%，平均程序空白为Sm=50 pg、Nd=50~ 100 pg、Rb=100 pg和Sr=400 pg.实验过程中，按照国际标样‒测试样品‒国际标样的顺序测试，监控分析方法的可靠性.年龄估算过程中，¹⁴⁷Sm和⁸⁷Rb的衰变常数为0.006 54 Ga^-1和0.014 2 Ga^-1.Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析的样品前处理工作在武汉上谱分析科技有限责任公司实验室完成.使用HCl清洗过的二次阳离子交换柱对Rb、Sr、Sm和Nd元素提纯处理（Li et al.，2020）.

全岩Li同位素分析测试在中国科学技术大学超净实验室完成，首先参见Gao and Casey（2012）的分析方法对Li元素进行分离.利用电感耦合等离子体质谱仪详细检测Li元素分离过程，以确保Li元素的高回收率（平均回收率约为99.8%）、低Na/Li比值（<0.5）和低Al/Li比值（<1）.将收集的Li干燥后置于2%硝酸（（50~100）× 10^-9）中处理，以备后续在多接收电感耦合等离子体质谱仪上分析Li同位素组成.通过法拉第杯L4和H4收集⁶Li和⁷Li，色谱柱的程序空白不超过0.03 ng Li，与样品的高Li含量（200~5 000 ng）形成鲜明对比，即在达到不确定性水平时的程序空白校正影响可忽略不计.用L-SVEC Li同位素标样计算，Li同位素组成为δ⁷Li=［（⁷Li/⁶Li）_样品/（⁷Li/⁶Li）_标准-1）］×1 000（Flesch et al.，1973）.

3 分析结果

笔者采集的九瑞矿集区武山早白垩世花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩和基性岩样品的元素含量和Li-Sr-Nd同位素分析结果见附表1和附表2.本文还收集了长江中下游地区九瑞矿集区和鄂东南矿集区已发表的早白垩世中酸性岩和基性岩的地球化学数据，方便比较研究武山花岗闪长斑岩成因（Wang et al.，2006；Li et al.，2009， 2010，2013，，2021； Xie et al.，2011；Xu et al.，2014；Chu et al.，2020）.值得注意的是，由于石英闪长玢岩和基性岩样品蚀变严重，后续仅二者作为探讨花岗闪长斑岩成因的参考.武山花岗闪长斑岩样品的化学成分变化都较小，具有高SiO₂（64.22%~67.68%）和 K₂O（3.37%~5.17%）、低Na₂O（2.07%~4.14%）和全碱（Na₂O+K₂O）含量（5.44%~9.29%）的特征.在TAS分类图上，样品落入花岗闪长岩和石英二长岩范围内，属于亚碱性系列（图3a；Irvine and Baragar，1971）.在K₂O-SiO₂分类图上，样品的K₂O/Na₂O比值高（1.0~2.1），落入高钾钙碱性和钾玄岩范围内（图3b；Rickwood，1989），这与前人研究的九瑞矿集区大部分早白垩中酸性岩属于高钾钙碱性系列的特征一致（Xu et al.，2014；Li et al.，2021）.Al₂O₃含量为14.41%~15.66%，CaO含量为2.07%~3.29%，在A/NK-A/CNK图解上，武山花岗闪长斑岩样品分布于A/CNK>1范围，属于弱过铝质（图3c；Maniar amd Piccoli，1989），九瑞矿集区早白垩中酸性岩整体属于准铝质‒弱过铝质（Xu et al.，2014）.此外，花岗闪长斑岩样品的 TiO₂（0.45%~0.65%）、MgO（0.94%~2.16%）和全铁（Fe₂O_3T=1.67%~3.26%）含量很低.除了样品TH-2外（Mg^#=36.88），其余花岗闪长斑岩样品的Mg^#值（48.98~71.93，平均为57.80）较高.与花岗闪长斑岩样品相比，蚀变的石英闪长玢岩样品具有低SiO₂（57.26%~59.93%）和全碱含量（2.16%~2.37%），样品落入花岗闪长岩和闪长岩范围内（图3a），揭示出明显的碱流失过程，类似于红土型或粘土型风化过程中的脱碱作用.蚀变石英闪长玢岩样品的MgO含量变化范围较大（2.18%~6.67%）及CaO含量高（3.92%~5.30%），但Fe₂O_3T（2.39%~3.96%）、TiO₂（0.63%~0.65%）和Al₂O₃（14.62%~15.41%）含量基本与武山花岗闪长斑岩样品持平.蚀变严重的基性岩样品的SiO₂含量低（42.02%~49.39%）及CaO含量高（5.63%~10.06%），但其他主量元素变化范围较大，如全碱（0.08%~4.49%）、MgO（2.38%~5.04%）、Fe₂O_3T（2.18%~7.95%）和Al₂O₃（14.48%~24.00%）的含量.

从稀土元素球粒陨石标准化配分图解中可以看出，九瑞矿集区武山早白垩世花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩的稀土元素配分曲线呈明显右倾型，轻重稀土分馏明显，以轻稀土元素富集、中稀土和重稀土元素亏损、轻微的铕异常或无异常为特征（图4a）.角闪石是中稀土元素和重稀土元素主要的寄主矿物，而斜长石是铕元素最主要的寄主矿物，可能暗示母岩浆演化过程中角闪石分离结晶明显而斜长石分离结晶较弱.在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，武山早白垩世花岗闪长斑岩和石英闪长玢岩以大离子亲石元素富集和Nb、Ta等高场强元素亏损为特征（图4b）.武山早白垩世基性岩的稀土元素配分曲线与花岗闪长斑岩类似，但呈现出更大的微量元素变化范围（图4b）.

除样品TH-2具有异常低（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i=0.700 98和ε _Nd（t）=-17外，花岗闪长斑岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值为0.703 0~0.707 4，ε _Nd（t）值为-5.1~-4.6，Nd同位素模式年龄T _DM为1.1~1.3 Ga，δ⁷Li值为+0.9‰~+3.2‰.蚀变石英闪长玢岩的ε _Nd（t）值为-4.9~-4.7，Nd同位素模式年龄T _DM为1.1 Ga，与花岗闪长斑岩的Nd同位素特征一致，说明蚀变过程并没有造成稀土元素显著的带入带出.闪长玢岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值为0.706 76和δ⁷Li值为-5.51‰~-4.41‰，与花岗闪长斑岩样品的Sr和Li同位素特征差别较大，暗示在蚀变过程中大离子亲石元素呈现出较强的活动性.虽然九瑞矿集区武山石英闪长玢岩样品遭受蚀变且花岗闪长斑岩样品的烧蚀量也不低（LOI普遍高于2%），但是花岗闪长斑岩样品的LOI与δ⁷Li值之间缺乏相关性的特征指示花岗闪长斑岩样品受到地表附近后期热流体影响微弱（R² = 0.02；图5a），而蚀变石英闪长玢岩样品遭受表生作用强烈改造.此外，Ba是流体活性元素，Nb是非流体活性元素，Ba/Nb比值可以被当作识别后期热流体活动作用的重要指标.九瑞矿集区花岗闪长斑岩样品的LOI与Ba/Nb比值之间缺乏相关性，进一步揭示这些样品未受到后期热流体的剧烈影响（R² = 0.05；图5b）.相较于花岗闪长斑岩样品，基性岩样品呈现出低（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值为0.698 99~ 0.702 81和低δ⁷Li值为-4.9‰~+0.6‰，但基性岩的ε _Nd（t）值为-6.1~-4.3和Nd同位素模式年龄T _DM为1.1~1.4 Ga，与花岗闪长斑岩样品的Nd同位素特征一致.石炭系黄龙组白云岩呈现出低（⁸⁷Sr/ ⁸⁶Sr）_i值为0.702 83和低δ⁷Li值为-5.6‰（附表2）.

4 讨论

4.1　岩浆源区

过去几十年里，许多学者对长江中下游地区的早白垩世侵入岩有关的斑岩、矽卡岩矿床进行了研究，但仍存在较大争议（Chu et al.，2020）.究其本质是在长江中下游地区的燕山期中酸性侵入岩的成因认识上存在较大的理论分歧，尤其是对中酸性侵入岩的埃达克岩地球化学属性的解释，前人主要提出了5种模式（Li et al.，2021）.基于岩浆源区性质的不同，又可将五种模式归纳为两类.第一类为长江中下游地区的早白垩世中酸性侵入岩起源于单一地壳或地幔源区，包括了以下3种观点：（1）长江中下游地区的燕山期中酸性侵入岩起源于富集岩石圈地幔，而后在岩浆演化过程中经历了地壳物质的同化混染和分离结晶过程（Li et al.，2009， 2010，2013）；（2）南侧的太平洋板块（Pacific Plate）与北侧的伊泽纳崎板块（Izanagi Plate）之间的洋脊俯冲过程的洋壳部分熔融或者由海水改造的俯冲大洋板块部分熔融形成中酸性侵入岩（Ling et al.，2009）；（3）中酸性侵入岩是加厚的下地壳部分熔融的产物（Wang et al.，2006）.第二类为起源于复合型岩浆源区控制长江中下游地区的燕山期中酸性侵入岩的地球化学特征，包括（4）长江中下游地区的燕山期中酸性侵入岩形成于拆沉的加厚下地壳部分熔融产生的酸性熔体与地幔反应过程（李亮和蒋少涌，2009； Xie et al.，2011；徐耀明等，2012；Xu et al.，2014；蒋少涌等，2019）和（5）基性岩浆和酸性岩浆之间的混合过程形成（Chen et al.，2016；Chu et al.，2020；Li et al.，2021）.因此，对于九瑞矿集区武山早白垩世花岗闪长斑岩岩石成因，起源于单一地壳或地幔源区还是复合型岩浆源区，有必要通过以下地球化学特征来判断.

与长江中下游地区其他矿集区的早白垩世侵入岩一样，九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩最显著的地球化学特征为高Sr/Y（30.16~65.43）和（La/Yb）_N（29.29~35.25）比值（附表1； Wang et al.，2006），与埃达克岩地球化学的特征一致，明显高于经典岛弧火山岩（图6；Xiao and Clemens，2007；Li et al.，2013；Xu et al.，2014）.九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩具有高SiO₂（64.22%~67.68%）含量的地球化学特征（附表1），全部落于高硅埃达克岩的范围（图7a）.考虑到包括武山花岗闪长斑岩在内的长江中下游地区鄂东南矿集区和九瑞矿集区的早白垩世侵入岩主要落于玄武岩的实验部分熔融的范围，说明长江中下游地区的早白垩世中酸性侵入岩的岩浆源区主要为玄武岩（图7a）.在Mg^#-SiO₂图解上，武山花岗闪长斑岩全部分布于酸性熔体和高镁熔体混合线上，且Mg^#值明显高于玄武岩的实验部分熔融熔体（图7b），说明武山花岗闪长斑岩应起源于复合型岩浆源区而非单一的地壳或地幔源区，可以排除模型（1）富集岩石圈地幔源区部分熔融、模型（2）洋壳部分熔融和模型（3）加厚的下地壳部分熔融的可能性.由于玄武岩部分熔融不可能产生Mg^#值高于48的熔体（Rapp et al.，1999），武山花岗闪长斑岩样品的Mg^#平均值高于玄武岩部分熔融的熔体，同样暗示武山花岗闪长斑岩不可能仅仅起源于洋壳部分熔融或者加厚的下地壳部分熔融.此外，Gromet and Silver（1987）揭示高Mg^#值（40~50）英云闪长岩和石英辉长岩等不可能直接来自橄榄岩的部分熔融，证实了武山花岗闪长斑岩不可能起源于单一地幔源区.值得注意的是，不论在单一岩体尺度还是矿集区尺度上，长江中下游地区的早白垩世中酸性侵入岩均呈现出较大的同位素变化范围，同样揭示了其复合岩浆源区属性：如九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i、ε _Nd（t）和δ⁷Li值分别为0.703 0~0.707 4、-5.1~-4.6和+0.9‰~+3.2‰；鄂东矿集区闪长岩‒石英闪长岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i、ε _Nd（t）和δ⁷Li值分别为0.702 8~0.708 7、-8.9~-3.0和-2.0‰~+9.9‰（Li et al.，2021）；安徽铜陵矿集区石英二长闪长岩‒花岗闪长岩的锆石Hf同位素变化于-9.5~-26.3范围内等（Chen et al.，2016）.

复合岩浆源区包括了岩浆源区混合和开放体系下的岩浆混合作用，那么如何厘定二者的主导作用呢？可以利用元素相容性和元素比值区分岩浆源区混合和开放体系下的岩浆混合作用，因为部分熔融过程对相容元素/不相容元素的比值产生很大影响，而不相容/不相容元素的比值不会受到显著影响.在岩浆源区混合和开放体系下的岩浆混合过程中，不相容元素/不相容元素的比值均呈现出混合趋势.但以上两种情况下，相容元素/不相容元素的比值则会呈现出不同的趋势，若相容元素/不相容元素的比值呈现出混合趋势，则指示开放体系下的岩浆混合而非岩浆源区混合作用.基于此，绘制1/C^C-C^I/C^C图解可更有效地区分岩浆源区混合和岩浆混合作用，其中C^C是相容元素（如Cr、Ni、Co和V），C^I是强相容元素（如Rb、Ba、Th和U），C^I分配系数D^I满足（D^I-1）≈-1的条件.Zr元素是活动性最弱的元素之一，作为地球化学变化中相对独立的指针元素，可以利用Zr元素与其他元素的相关性来反映不同元素的活动性.九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩的Rb和V元素含量与Zr元素含量显示出良好的相关性（R² 为0.6和0.9），指示其在岩浆后期的次生蚀变过程中二者未经历显著改造.九瑞矿集区武山在成岩时代、岩石类型、成矿类型及围岩特征等方面与邻区的鸡笼山相似，因此本文将二者对比研究.在1/V-Rb/V判别图中，武山花岗闪长斑岩和鸡笼山石英闪长岩的数据点构成一条R² ≈0.9的趋势线，可以排除部分熔融过程的主导作用（图8a）.因此，图8a中所示的混合过程必须是熔体与固体分离之后发生于岩浆之间的混合作用，而不是固体源区之间的混合作用.地壳部分熔融过程会造成岩浆的大离子亲石元素亏损（如Ba）和高场强元素富集（如Nb），而武山花岗闪长斑岩样品的δ⁷Li值与Ba/Nb之间缺乏相关性的特征也说明部分熔融过程对元素的影响并不显著（R² =0.32；图8b）. 1/V与Rb/V之间的相关性（R² >0.9）在鄂东南矿集区石英闪长岩和闪长岩也被识别出来（Li et al.，2021），鄂东南矿集区的椭圆状或浑圆状镁铁质暗色包体呈流动拉伸形态且与寄主埃达克质岩石的界限多呈模糊过渡，显示出岩浆包体的特征（Chen et al.，2009），支持长江中下游地区早白垩世壳幔岩浆混合模型（Chu et al.，2020）.

既然壳幔岩浆混合作用在武山花岗闪长斑岩的成岩过程中起到了重要作用，下面需要考虑壳幔岩浆混合过程中不同岩浆源区的性质.九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩与长江中下游其他矿集区同时代中酸性侵入岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i和ε _Nd（t）值均分布在富集地幔和下地壳端元之间（图9），揭示出年轻或者古老下地壳起源的长英质熔体和富集地幔起源的基性熔体之间的壳幔岩浆混合过程.虽然九瑞矿集区内早白垩世具岩浆混合属性的包体发育远不及鄂东南矿集区普遍，很可能是九瑞矿集区较鄂东南矿集区的岩浆混合后均一化作用更为明显，但九瑞矿集区内发育一定规模的与武山花岗闪长斑岩同时代的基性岩脉或者同深成岩脉（李亮和蒋少涌，2009；徐耀明等，2012；Xu et al.，2014；蒋少涌等，2019），如武山岩体周缘的早白垩世煌斑岩脉及辉绿岩脉等（图2b、附表1），这些基性岩脉很可能是镁铁质暗色包体及同深成岩墙的前身，也是地幔岩浆对长江中下游地区中酸性侵入岩改造的重要表现（图10；地幔趋势）.

九瑞矿集区的早白垩世基性岩脉与区域上同时代基性岩及镁铁质暗色包体的主微量元素和Nd同位素特征一致，呈现出高MgO和低SiO₂含量、大离子亲石元素和Nd同位素富集及高场强元素亏损，表明基性岩起源于富集型地幔II（图9）（Hou et al.，2013；Chu et al.，2020；Li et al.，2021）.在壳幔岩浆混合过程中，富集地幔起源的基性熔体以镁铁质暗色包体或者基性岩脉的母岩浆为代表，而地壳端元可能包括了古老的奥长花岗质‒英云闪长质‒花岗闪长质片麻岩、变质沉积岩和镁铁质麻粒岩‒角闪岩（Chen et al.，2001），也可能是年轻的底侵镁铁质下地壳（Chu et al.，2020；Li et al.，2021）.变质沉积岩部分熔融会产生高SiO₂含量的过铝质熔体，进而结晶出富铝矿物（如堇青石、石榴石等），类似于S型花岗岩，而区别于长江中下游地区大规模的中酸性侵入岩以角闪石和辉石大量出现为特征，首先可以排除变质沉积岩源区的可能性.实验岩石学和视剖面计算表明镁铁质麻粒岩‒角闪岩部分熔融会产生富钠的熔体，而奥长花岗质‒英云闪长质‒花岗闪长质片麻岩的部分熔融通常会产生富钾的岩浆（Petford and Gallagher，2001）.九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩及鄂东南矿集区早白垩世中酸性侵入岩的K₂O/Na₂O比值为1.0~2.1，主体上属于高钾钙碱性系列，可以排除奥长花岗质‒英云闪长质‒花岗闪长质片麻岩源区的可能性.长江中下游地区早白垩世中酸性侵入岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i和ε _Nd（t）值明显区别于晚太古代镁铁质麻粒岩‒角闪岩（>0.706和<-20），但与同时代基性岩的放射成因同位素重叠，表明年轻的镁铁质底侵下地壳应该是中酸性岩浆的重要源区（图9），与MgO-SiO₂图解所揭示的岩浆源区为玄武岩特征一致（图7a）.九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩缺乏太古宙模式年龄也表明古老的下地壳物质在壳幔岩浆混合过程中不明显（附表2），在邻近的德兴斑岩铜矿区早白垩世埃达克岩研究中也揭示出年轻镁铁质下地壳的源区属性（图9；Hou et al.，2013）.自南部的德兴斑岩铜矿区起，经过九瑞矿集区和鄂东南矿集区，到北部的安徽铜陵矿集区，早白垩世中酸性侵入岩呈现出Nd-Sr同位素极性，暗示古老地壳物质自南向北持续增加，南部九瑞矿集区有更多的新生地幔物质加入（图9）.相较于普通混合岩浆（基性熔体+酸性熔体；图7b中趋势1），九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩呈现出异常高的Mg^#值特征（>70；附表1、图7b），也表明岩浆源区需要地幔高镁熔体加入.高镁熔体很可能起源于软流圈地幔（Xu et al.，2014），当软流圈地幔起源岩浆底侵至岩石圈底部时诱发年轻下地壳和富集型岩石圈地幔岩石发生部分熔融分别形成长英质熔体和基性熔体（Xu et al.，2014），随后三者发生不同程度的混合形成高镁的安山质混浆（徐耀明等，2012）.通过壳幔岩浆混合过程，幔源岩浆不仅为下地壳提供了足够的热量，更重要的是其同时卷入到新生成的长英质岩浆中，进而改变了最终岩浆的组成（李亮和蒋少涌，2009；蒋少涌等，2019）.因此，早白垩世时期，长江中下游地区内岩石圈伸展，软流圈物质上涌引发下地壳和岩石圈地幔大规模活化并发生部分熔融分别形成长英质熔体和基性熔体，以上熔体充分混合形成武山花岗闪长斑岩株.

4.2　同化混染和分离结晶

长江中下游地区的武山早白垩世中酸性岩浆起源于下地壳和岩石圈地幔，而后穿过中下地壳，最后在石炭系至三叠系碳酸盐岩内侵位，在此过程中不可避免地会发生熔体与围岩的相互作用.基于鄂东南矿集区大冶地区的中酸性侵入岩的SiO₂与ε _Nd（t）之间缺乏相关性的特征，Li et al.（2009）认为同化混染作用并不明显.鉴于SiO₂与ε _Nd（t）之间的相关性受到岩浆混合和分离结晶作用等多因素的影响，同化混染作用存在与否需要结合其他证据进一步验证.虽然大多数长江中下游地区的早白垩世中酸性侵入岩落入基性岩和富集型地幔II的混合趋势范围内，但仍有部分中酸性侵入岩沿着中‒下地壳趋势分布（图9），可能指示中下地壳物质的同化混染.此外，Li元素和同位素特征可为同化混染提供新的制约，富集型岩石圈地幔起源的岩浆（如基性岩墙）具有低δ⁷Li值和Li含量，年轻的镁铁质底侵下地壳起源的熔体（如典型的I型花岗岩）具有较高δ⁷Li值和低Li含量（图10），而中上地壳具有较高Li含量和较低δ⁷Li值（Chen et al.，2018），以及本文研究的石炭系黄龙组白云岩呈现出高Li含量为40.54×10^-6和低δ⁷Li值为-5.6‰的特征（附表2）.部分九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩和鄂东南矿集区的中酸性侵入岩具有较高的Li含量，表明除了富集型岩石圈地幔起源的熔体和年轻的镁铁质底侵下地壳起源的熔体外，还需要高Li含量的中上地壳物质加入.为进一步厘定中上地壳物质（黄龙组白云岩）在同化混染过程的比例，基于简单混合模型利用Li元素和同位素进行模拟（Langmuir et al.，1978），结果显示九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩和鄂东南矿集区的中酸性侵入岩在成岩过程中存在3%~5%和>10%的中上部地壳加入（或者存在6%~10%和>20%的黄龙组白云岩；图10），表明长江中下游地区的早白垩世中酸性岩浆受同化混染的影响普遍不高，而且如此低的混染量在主微量元素和同位素上很难体现出来.此外，地壳混染也会严重影响La/Sm、Nb/La、Th/Ta、Sm/Nd、SiO₂/MgO和Nb/U等元素比值之间的相关性，而花岗闪长斑岩的以上比值之间无显著的相关性，进一步说明轻微的同化混染.

九瑞矿集区武山花岗闪长斑岩样品的MgO及相容元素含量和Mg^#值呈现出较小的变化范围（附表1），暗示它们经历了轻微的分离结晶作用.武山花岗闪长斑岩样品具有轻微的铕异常或无异常，暗示斜长石的分离结晶作用可忽略不计（图4a）.九瑞矿区花岗闪长斑岩样品的Cr含量与Ni含量的正相关揭示单斜辉石和角闪石的分离结晶作用，但是武山花岗闪长斑岩样品较为集中，表明在武山地区结晶分异趋势不明显（图11a）.在主量元素变异图解上，九瑞矿集区中酸性侵入岩的CaO与MgO及CaO/Al₂O₃与MgO之间呈弱正相关同样指示单斜辉石的分离结晶作用微弱（图11b、图11c），因为大量的单斜辉石将强烈地改变岩浆的CaO/Al₂O₃值.角闪石的分离结晶可从武山花岗闪长斑岩明显的中稀土及重稀土元素亏损和铕元素异常不明显等特性看出（图4a），因为角闪石的分离结晶可抵消由斜长石分离结晶形成的铕元素负异常，同时造成中稀土和重稀土元素亏损.磷灰石的分离结晶也可能导致中稀土元素亏损，但鉴于副矿物含量较低，其对元素含量的影响有限.

4.3　地球动力学背景

长江中下游地区的早白垩世中酸性侵入岩具有埃达克岩地球化学的特征，即高Sr和La含量、低Yb和Y含量以及高Sr/Y和（La/Yb）_N比值（图6；Martin et al.，2005），曾被认为是榴辉岩部分熔融的产物（Wang et al.，2006），本质上是强调岩浆源区残留矿物相中存在大量石榴石（富集Yb和Y元素）而缺少斜长石（Martin et al.，2005）.不难发现，本文研究揭示武山花岗闪长斑岩经历了复杂的岩浆过程，如高（La/Yb）_N比值的基性熔体加入、Y和Yb分配系数较大的角闪石等镁铁矿物的分离结晶以及高Sr/Y比值的石炭系黄龙组白云岩等同化混染等，均可以提升岩浆的Sr/Y和（La/Yb）_N比值.如上所述，长江中下游地区早白垩世中酸性岩的高Sr/Y和（La/Yb）_N比值受岩浆混合、分离结晶、同化混染等复合过程影响，而非仅仅受控于岩浆起源压力这一因素，为埃达克岩的成因研究提供新的启示.

晚中生代时期，古太平洋板块向欧亚板块的斜向俯冲诱发岩石圈伸展，软流圈物质上涌引发岩石圈物质大规模活化（Mao et al.，2011；Chu et al.，2020）.上升软流圈地幔提供了额外的热量来诱发岩石圈富集地幔橄榄岩和年轻的底侵镁铁质下地壳的部分熔融.长江中下游地区早白垩世的基性岩墙和镁铁质暗色包体就是富集地幔起源的基性熔体演化出来的，而早白垩世中酸性岩则是年轻下地壳起源的长英质熔体和富集地幔起源的基性熔体混合后经历一定程度的同化混染和分离结晶后的产物.这样的混合岩浆富集硫和金属元素，不断向地壳浅部运移，形成富含挥发分和矿质的岩浆‒热液系统，伴随岩浆的侵位和结晶，含矿流体最终发生出溶及成矿.

5 结论

（1）长江中下游地区的九瑞矿集区武山早白垩世花岗闪长斑岩具有高硅埃达克岩的地球化学特征，是年轻下地壳起源的长英质熔体和富集地幔起源的基性熔体之间的壳幔岩浆混合过程后经历轻微的镁铁矿物分离结晶和同化混染作用的产物.

（2）地幔熔体的加入过程、镁铁矿物的分离结晶和地壳物质的同化混染等都会提升混合岩浆的Sr/Y和（La/Yb）_N比值，也是造成长江中下游地区早白垩世中酸性侵入岩具有埃达克岩的地球化学特征的重要原因.

（3）中国中东部埃达克岩及其相关铜、钼、金等多金属矿床可能与早白垩世古太平洋板块俯冲引起的软流圈地幔上涌及其引起的岩石圈活化有关.

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基金资助

广西省自然科学基金项目(2018GXNSFAA138063)

国家自然科学基金项目(42002238;41804045)

东北亚矿产资源评价重点实验室开放课题(DBY-KF-19-03)