摘 要 湘東南地區位于南嶺地區中段北部，區內廣泛發育中生代花崗巖。通過在收集整理前人研究資料的基礎上，對湘東南地區花崗巖進行了放射性生熱率和元素熱貢獻率計算，結果表明;區內中生代花崗巖放射性生熱率平均值為7.03μW/ m3，屬于高產熱花崗巖，U熱貢獻率明顯高于Th熱貢獻率。結合該區開展的地球物理、地球化學、地熱學等研究成果，得出區內地殼熱流值地殼熱流平均值為56.24mW/m2，在地表熱流貢獻中占有較大比重，指示了湘東南地區為“熱殼冷幔”型巖石圈熱結構。
關鍵詞 湘東南地區;花崗巖;放射性生熱率;巖石圈熱結構
巖石中的放射性元素生熱是巖石圈熱能的主要來源[1-3]。目前，發現U、Th、K三種元素具有半衰期長，產熱量大等特點，是研究巖石放射性地球化學及區域巖石圈熱結構特征的重要參數[4-6]。湘東南地區隸屬華南板塊，根據其空間特點，地處南嶺地區EW向構造中段北部，區內廣泛發育中生代花崗巖，形成了獨具特色的構造格局[7-10]。同時，湘東南地區也是南嶺成礦帶中重要的組成部分[11-12]。前人對湘東南地區展開了大量的巖石學、年代學、礦床學等方面研究，本文結合已有的地球物理、地球化學及地熱學等資料，對湘東南地區中生代花崗巖進行巖石生熱率計算，探究區域內放射性地球化學及巖石圈熱結構特征。
1 區域地質概況
湘東南地區位于華南地區中南部，屬揚子陸塊與華夏陸塊兩者拼合地段，具有殼幔活動強烈的構造特點[13-14]。經歷了武陵運動以來的多期強烈構造運動，塑造了區內多期次構造相互疊加、干擾、改造的復雜構造格局(圖1)。
中生代以來的構造事件對區域造成巨大影響，期間多次劇烈的構造運動，促進了區內巖石的形成過程，同時，晚中生代時期的板塊俯沖碰撞—伸展作用，在湘東南地區形成了大規模的斷裂構造和擠壓盆地，也為區域內提供了有利的熱源傳導條件[10，15-16]。區內花崗巖體主要受控于主體斷裂構造帶，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—邵陽斷裂帶等，花崗巖多以巖基形式呈現，形成時代主要分為加里東期、印支期、燕山期等時代。燕山晚期花崗巖類在區內不多，其主要集中分布在華南板塊的東南沿海地區，指示著兩者之間的巖石圈熱結構具有明顯差異性[16-17]。研究表明，研究區內出露巖體中含有鐵鎂質暗色礦物，暗示區內殼幔運動強烈，深部熱源在熱能貢獻中占有一定比例[8]。
2 巖石學特征
湘東南地區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內最為發育(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]。巖石類型主要為二長花崗巖、黑云母正長花崗巖以及花崗閃長巖，據李獻華等[10]研究統計表明，大部分燕山早期花崗巖形成時代(165～160Ma)，巖體出露面積不等，主要組成礦物有石英、斜長石、正長石等，次要礦物為黑云母、白云母、綠泥石等，偶見角閃石，副礦物主要為綠簾石和磁鐵礦。
3 放射性地球化學特征
本文綜合李金冬[9]等人對湘東南地區花崗巖體主、微量元素數據(表1)，采用Rybach(1978)推薦的計算方法：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花崗巖平均密度值2.6g/cm3，獲得區內花崗巖生熱率數值。結果表明，湘東南地區花崗巖Th、U含量分別介于6.6～100.6ppm、2～30.6ppm之間，兩者表現出明顯的不均一性，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花崗巖生熱率，屬于高產熱花崗巖體(HPPG)，千里山巖體與騎田嶺巖體放射性生熱率略高于區內其他巖體，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，一方面促使著區內的成礦元素富集，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率是放射性生熱率特征重要體現。計算結果顯示，巖石放射性生熱率主要來自于U和Th元素的放射性衰變熱，K的貢獻率相對較小，一般在20%左右[4-5，20]。從表1可知，湘東南地區花崗巖U相對于K元素的放射性熱貢獻率介于1.74～19.25，而Th相對于K的熱貢獻率變化范圍為1.4～16.98，U、Th元素熱貢獻率平均值分別為10.6、7.3，其中，騎田嶺巖體的U、K熱貢獻率明顯高于區內其他巖體，造成區內兩者比值差異的原因可能區內含鈾礦床的形成，導致U元素的富集。
4 巖石圈熱結構特征
巖石圈熱結構是區域內地球物理、地球化學等參數的綜合體現，它不僅控制著圈層的流變狀態和物理特征，也影響著構造變形、殼幔演化過程、地震波速、地磁和重力等地球物理場的分布[5]。本文結合前人研究成果，通過對湘東南地區放射性地球化學特征的研究，進一步探明區內巖石圈熱結構體征。
早期資料表明，湘東南地區地殼厚度為32～34km，越靠近東南沿海地區，則地殼厚度越薄[21]，區內居里面深度約25km。根據不同地區來厘定放射性生熱元素的富集層位，參考章邦桐等[22]推算的華南地區花崗巖埋深厚度，表明區內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，根據本文計算花崗巖放射性生熱率7.03μW/ m3，可推測湘東南地區地殼熱流(Qc)為49～63mW/m2，平均值為56.24mW/m2。通過已有數據表明，區內地表熱流值為60～85mW/m2[23]，平均值為75mW/m2，由此可計算得出地幔熱流值(Qm)為11～22mW/m2，平均值為20mW/m2，Qc/Qm>1，因此，湘東南地區具有南嶺地區巖石圈熱結構特征，即為“熱殼冷幔”型巖石圈熱結構。
本文通過對前人研究數據的分析整理，重點討論了當前背景下湘東南地區的巖石圈熱結構。值得注意的是，地殼熱流主要源自產熱花崗巖體中的元素熱衰變，盡管目前在地表熱流貢獻中占比明顯，而處于中生代擠壓—伸展運動背景下，研究區內應具有更高的地幔熱流值。因此，在深入研究湘東南地區巖石圈熱結構的同時，必須要注意巖體熱擴散率、熱巖石圈厚度對地表熱流的影響。
5 結論
通過對湘東南地區巖石學、放射性地球化學、地球物理等方面的綜合研究，得出以下結論：
(1)結合前人對區內開展的地球化學數據，計算得出湘東南地區花崗巖放射性生熱率為7.03μW/ m3，屬于典型的高產熱花崗巖(HPPG)。
(2)通過對放射性生熱元素的熱貢獻對比，表明了湘東南地區總體上U熱貢獻率高于K熱貢獻率。
(3)湘東南地區地殼熱流(Qc)在地表熱流(Q)貢獻中高于地幔熱流(Qm)，Qc/Qm>1，屬于“熱殼冷幔”型巖石圈熱結構。
參考文獻/References
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