摘 要 湘東南地區(qū)位于南嶺地區(qū)中段北部，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育中生代花崗巖。通過(guò)在收集整理前人研究資料的基礎(chǔ)上，對(duì)湘東南地區(qū)花崗巖進(jìn)行了放射性生熱率和元素?zé)嶝暙I(xiàn)率計(jì)算，結(jié)果表明;區(qū)內(nèi)中生代花崗巖放射性生熱率平均值為7.03μW/ m3，屬于高產(chǎn)熱花崗巖，U熱貢獻(xiàn)率明顯高于Th熱貢獻(xiàn)率。結(jié)合該區(qū)開(kāi)展的地球物理、地球化學(xué)、地?zé)釋W(xué)等研究成果，得出區(qū)內(nèi)地殼熱流值地殼熱流平均值為56.24mW/m2，在地表熱流貢獻(xiàn)中占有較大比重，指示了湘東南地區(qū)為“熱殼冷幔”型巖石圈熱結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)鍵詞 湘東南地區(qū);花崗巖;放射性生熱率;巖石圈熱結(jié)構(gòu)

　　巖石中的放射性元素生熱是巖石圈熱能的主要來(lái)源[1-3]。目前，發(fā)現(xiàn)U、Th、K三種元素具有半衰期長(zhǎng)，產(chǎn)熱量大等特點(diǎn)，是研究巖石放射性地球化學(xué)及區(qū)域巖石圈熱結(jié)構(gòu)特征的重要參數(shù)[4-6]。湘東南地區(qū)隸屬華南板塊，根據(jù)其空間特點(diǎn)，地處南嶺地區(qū)EW向構(gòu)造中段北部，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育中生代花崗巖，形成了獨(dú)具特色的構(gòu)造格局[7-10]。同時(shí)，湘東南地區(qū)也是南嶺成礦帶中重要的組成部分[11-12]。前人對(duì)湘東南地區(qū)展開(kāi)了大量的巖石學(xué)、年代學(xué)、礦床學(xué)等方面研究，本文結(jié)合已有的地球物理、地球化學(xué)及地?zé)釋W(xué)等資料，對(duì)湘東南地區(qū)中生代花崗巖進(jìn)行巖石生熱率計(jì)算，探究區(qū)域內(nèi)放射性地球化學(xué)及巖石圈熱結(jié)構(gòu)特征。

　　1 區(qū)域地質(zhì)概況

　　湘東南地區(qū)位于華南地區(qū)中南部，屬揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊兩者拼合地段，具有殼幔活動(dòng)強(qiáng)烈的構(gòu)造特點(diǎn)[13-14]。經(jīng)歷了武陵運(yùn)動(dòng)以來(lái)的多期強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，塑造了區(qū)內(nèi)多期次構(gòu)造相互疊加、干擾、改造的復(fù)雜構(gòu)造格局(圖1)。

　　中生代以來(lái)的構(gòu)造事件對(duì)區(qū)域造成巨大影響，期間多次劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了區(qū)內(nèi)巖石的形成過(guò)程，同時(shí)，晚中生代時(shí)期的板塊俯沖碰撞—伸展作用，在湘東南地區(qū)形成了大規(guī)模的斷裂構(gòu)造和擠壓盆地，也為區(qū)域內(nèi)提供了有利的熱源傳導(dǎo)條件[10，15-16]。區(qū)內(nèi)花崗巖體主要受控于主體斷裂構(gòu)造帶，以NNE和NW向展布，如茶陵—郴州深大斷裂帶、桂東—汝城斷裂帶、郴州—邵陽(yáng)斷裂帶等，花崗巖多以巖基形式呈現(xiàn)，形成時(shí)代主要分為加里東期、印支期、燕山期等時(shí)代。燕山晚期花崗巖類(lèi)在區(qū)內(nèi)不多，其主要集中分布在華南板塊的東南沿海地區(qū)，指示著兩者之間的巖石圈熱結(jié)構(gòu)具有明顯差異性[16-17]。研究表明，研究區(qū)內(nèi)出露巖體中含有鐵鎂質(zhì)暗色礦物，暗示區(qū)內(nèi)殼幔運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，深部熱源在熱能貢獻(xiàn)中占有一定比例[8]。

　　2 巖石學(xué)特征

　　湘東南地區(qū)大面積出露花崗巖體，火山巖、潛火山巖出露較少。燕山早期花崗巖在研究區(qū)內(nèi)最為發(fā)育(占花崗巖總面積的75%以上)，主要有諸廣巖體、大義山巖體、瑤崗仙巖體、騎田嶺巖體等[9]。巖石類(lèi)型主要為二長(zhǎng)花崗巖、黑云母正長(zhǎng)花崗巖以及花崗閃長(zhǎng)巖，據(jù)李獻(xiàn)華等[10]研究統(tǒng)計(jì)表明，大部分燕山早期花崗巖形成時(shí)代(165～160Ma)，巖體出露面積不等，主要組成礦物有石英、斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石等，次要礦物為黑云母、白云母、綠泥石等，偶見(jiàn)角閃石，副礦物主要為綠簾石和磁鐵礦。

　　3 放射性地球化學(xué)特征

　　本文綜合李金冬[9]等人對(duì)湘東南地區(qū)花崗巖體主、微量元素?cái)?shù)據(jù)(表1)，采用Rybach(1978)推薦的計(jì)算方法：A[μW/ m3 ] = 10?5 ×ρ[kg m?3 ]×(9.52 ×CU [ppm] + 2.56×CTh [ppm] + 3.48×CK [%] )，巖石密度采用世界范圍內(nèi)花崗巖平均密度值2.6g/cm3，獲得區(qū)內(nèi)花崗巖生熱率數(shù)值。結(jié)果表明，湘東南地區(qū)花崗巖Th、U含量分別介于6.6～100.6ppm、2～30.6ppm之間，兩者表現(xiàn)出明顯的不均一性，其中，騎田嶺巖體具有較高的Th、U含量。總體上花崗巖生熱率介于1.41～12.45μW/ m3，平均值為7.03μW/ m3，明顯高于世界范圍內(nèi)花崗巖生熱率，屬于高產(chǎn)熱花崗巖體(HPPG)，千里山巖體與騎田嶺巖體放射性生熱率略高于區(qū)內(nèi)其他巖體，分別為8.67μW/ m3、8.91μW/ m3。不同巖體放射性生熱率具有明顯差異，表明多階段的巖漿活動(dòng)，一方面促使著區(qū)內(nèi)的成礦元素富集，另一方面為生熱元素向地表遷移形成有利條件。

　　放射性生熱元素的熱貢獻(xiàn)率是放射性生熱率特征重要體現(xiàn)。計(jì)算結(jié)果顯示，巖石放射性生熱率主要來(lái)自于U和Th元素的放射性衰變熱，K的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，一般在20%左右[4-5，20]。從表1可知，湘東南地區(qū)花崗巖U相對(duì)于K元素的放射性熱貢獻(xiàn)率介于1.74～19.25，而Th相對(duì)于K的熱貢獻(xiàn)率變化范圍為1.4～16.98，U、Th元素?zé)嶝暙I(xiàn)率平均值分別為10.6、7.3，其中，騎田嶺巖體的U、K熱貢獻(xiàn)率明顯高于區(qū)內(nèi)其他巖體，造成區(qū)內(nèi)兩者比值差異的原因可能區(qū)內(nèi)含鈾礦床的形成，導(dǎo)致U元素的富集。

　　4 巖石圈熱結(jié)構(gòu)特征

　　巖石圈熱結(jié)構(gòu)是區(qū)域內(nèi)地球物理、地球化學(xué)等參數(shù)的綜合體現(xiàn)，它不僅控制著圈層的流變狀態(tài)和物理特征，也影響著構(gòu)造變形、殼幔演化過(guò)程、地震波速、地磁和重力等地球物理場(chǎng)的分布[5]。本文結(jié)合前人研究成果，通過(guò)對(duì)湘東南地區(qū)放射性地球化學(xué)特征的研究，進(jìn)一步探明區(qū)內(nèi)巖石圈熱結(jié)構(gòu)體征。

　　早期資料表明，湘東南地區(qū)地殼厚度為32～34km，越靠近東南沿海地區(qū)，則地殼厚度越薄[21]，區(qū)內(nèi)居里面深度約25km。根據(jù)不同地區(qū)來(lái)厘定放射性生熱元素的富集層位，參考章邦桐等[22]推算的華南地區(qū)花崗巖埋深厚度，表明區(qū)內(nèi)放射性集中層厚度為7～9km[6]。地表熱流(Q)由地殼熱流(Qc)與地幔熱流(Qm)組成，即Q=Qc+Qm，根據(jù)本文計(jì)算花崗巖放射性生熱率7.03μW/ m3，可推測(cè)湘東南地區(qū)地殼熱流(Qc)為49～63mW/m2，平均值為56.24mW/m2。通過(guò)已有數(shù)據(jù)表明，區(qū)內(nèi)地表熱流值為60～85mW/m2[23]，平均值為75mW/m2，由此可計(jì)算得出地幔熱流值(Qm)為11～22mW/m2，平均值為20mW/m2，Qc/Qm>1，因此，湘東南地區(qū)具有南嶺地區(qū)巖石圈熱結(jié)構(gòu)特征，即為“熱殼冷幔”型巖石圈熱結(jié)構(gòu)。

　　本文通過(guò)對(duì)前人研究數(shù)據(jù)的分析整理，重點(diǎn)討論了當(dāng)前背景下湘東南地區(qū)的巖石圈熱結(jié)構(gòu)。值得注意的是，地殼熱流主要源自產(chǎn)熱花崗巖體中的元素?zé)崴プ儯M管目前在地表熱流貢獻(xiàn)中占比明顯，而處于中生代擠壓—伸展運(yùn)動(dòng)背景下，研究區(qū)內(nèi)應(yīng)具有更高的地幔熱流值。因此，在深入研究湘東南地區(qū)巖石圈熱結(jié)構(gòu)的同時(shí)，必須要注意巖體熱擴(kuò)散率、熱巖石圈厚度對(duì)地表熱流的影響。

　　5 結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)湘東南地區(qū)巖石學(xué)、放射性地球化學(xué)、地球物理等方面的綜合研究，得出以下結(jié)論：

　　(1)結(jié)合前人對(duì)區(qū)內(nèi)開(kāi)展的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出湘東南地區(qū)花崗巖放射性生熱率為7.03μW/ m3，屬于典型的高產(chǎn)熱花崗巖(HPPG)。

　　(2)通過(guò)對(duì)放射性生熱元素的熱貢獻(xiàn)對(duì)比，表明了湘東南地區(qū)總體上U熱貢獻(xiàn)率高于K熱貢獻(xiàn)率。

　　(3)湘東南地區(qū)地殼熱流(Qc)在地表熱流(Q)貢獻(xiàn)中高于地幔熱流(Qm)，Qc/Qm>1，屬于“熱殼冷幔”型巖石圈熱結(jié)構(gòu)。

　　參考文獻(xiàn)/References

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