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那邦地區(qū)花崗片麻巖的鋯石U-Pb年代學及Hf同位素組成特征

2013-06-25 07:39:36馬莉燕范蔚茗王岳軍蔡永豐劉匯川
大地構(gòu)造與成礦學 2013年2期
關(guān)鍵詞:片麻巖花崗鋯石

馬莉燕,范蔚茗,王岳軍,蔡永豐,劉匯川

(1.中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室,廣東 廣州510640;2.中國科學院大學,北京100049)

0 引言

滇西特提斯造山帶是研究青藏高原形成和抬升過程及其機制的重要組成部分。近幾十年來,其大地構(gòu)造格局及其對全球特提斯演化的意義是研究者長期關(guān)注的熱點。位于滇西盈江西部的那邦地區(qū)是東緬密支那縫合帶在中國境內(nèi)的出露區(qū),是歐亞板塊碰撞的接觸帶,也是新特提斯演化過程中保存信息相對完整的部位,對它的研究將能更好地約束新特提斯構(gòu)造演化,能為建立該地區(qū)演化格架提供重要依據(jù)。自20世紀80年代以來,許多學者針對滇西地區(qū)的地層(譚雪春等,1982;郭福祥,1985)、古生物(盛金章和何炎,1983)及其構(gòu)造演化(陳吉琛,1989;范蔚茗,1989;Tapponnier et al.,1982;Wang et al.,2006)開展了重要研究。近年在巖石學方面的研究更取得了新的突破,如騰沖西洋殼殘片的發(fā)現(xiàn)(季建清,1998)及對那邦基性麻粒巖(季建清等,1998,2000a)和騰沖始新世基性巖的巖石學及地球化學研究(藍江波等,2007;Xu et al.,2008)為揭示密支那縫合帶的演化歷史提供了重要約束。然而對于區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖,尤其是廣泛出露的花崗片麻巖缺乏足夠的研究,特別是它們的年代學和Hf同位素組成數(shù)據(jù)尤為缺乏,從而限制了對滇西那邦地區(qū)新特提斯構(gòu)造演化的完整理解?;诖?,本文選擇那邦地區(qū)花崗片麻巖的典型樣品開展了相關(guān)工作,獲得了新的年代學和Hf同位素組成數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)為理解印度與歐亞板塊的碰撞時序提供了新的限定。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

滇西南那邦地區(qū)位于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的南側(cè)大轉(zhuǎn)彎構(gòu)造巖漿弧的南端。它的東側(cè)通過高黎貢花崗巖帶與保山地塊相接,西側(cè)與密支那地塊毗鄰,是印度板塊與歐亞板塊碰撞的拼接地帶。以往的研究根據(jù)古生物、地層和巖石組合將其劃屬騰沖地塊,其西界為緬甸境內(nèi)的實皆斷裂,東界為高黎貢剪切帶(圖1)。針對該地塊的構(gòu)造屬性有學者提出其在晚古生代仍然是岡瓦納的一部分,直到晚中生代時才增生到歐亞板塊 (Morley et al.,2001)。

圖1 那邦地區(qū)地質(zhì)簡圖 (據(jù)1∶20萬地質(zhì)圖盈江幅修編)Fig.1 Sketch geological map of the Nabang area of the western Yunnan province

騰沖地塊主要由劃屬為元古代的變質(zhì)巖系、晚古生代的碎屑巖-碳酸鹽巖、中生代-新生代的花崗巖、花崗片麻巖和混合巖以及新生代火山-碎屑巖組成。其中,劃為元古代的變質(zhì)巖系最先被稱為寒武系的“高良系”,在后來的1∶100萬下關(guān)幅中它以時代不明變質(zhì)巖系來表示。在檳榔以西地區(qū)則被有疑問地劃分至公養(yǎng)河群或上寒武統(tǒng),在1∶20萬地質(zhì)圖潞西幅及瑞麗幅中又將其不確定地劃分至寒武系。在1975年編制的《云南省地層表》中稱之為高黎貢山群,并將其劃入前震旦系。在1982年出版的《云南省區(qū)域地質(zhì)志》中仍將其劃屬高黎貢山群,認為其包含上下兩個巖性段,其上段以黑云片麻巖、黑云變粒巖夾混合片麻巖及條帶狀片麻巖為主,下段為硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖、混合片麻巖及眼球狀條紋片麻巖,其中混合片麻巖、眼球狀條紋片麻巖和花崗片麻巖主要分布于銅壁關(guān)-那邦一線。

銅壁關(guān)-那邦一線混合巖、眼球狀片麻巖和花崗片麻巖以云染狀、條帶狀及片麻狀構(gòu)造為主。對于花崗片麻巖,區(qū)調(diào)報告常以條帶狀混合巖或是混合片麻巖來描述,其時代的劃分由于缺乏可靠的年齡數(shù)據(jù)難以確定(張遠志,1996)。上述巖石其礦物組成主要為石英和長石(約占總體含量90%)。長石為自形-半自形的板狀及柱狀結(jié)構(gòu),而石英為它形粒狀。暗色礦物以黑云母為主,偶見角閃石,它們呈近似定向分布,約占總體積10%。這些巖石與周圍劃屬前寒武紀的變質(zhì)地層呈斷層或者侵入接觸關(guān)系,少量花崗片麻巖與基性巖共生,并被后期淺色長英質(zhì)脈體所穿切。

2 分析方法

通過人工重砂法從新鮮的全巖樣品分選出鋯石,然后在雙目顯微鏡下挑選出晶形好、無裂隙且透明干凈的自形鋯石顆粒,用環(huán)氧樹脂固定并拋光。鋯石U-Pb同位素測年以及Hf同位素分析在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成,所用的ICPMS為Agilient公司最新一代的帶有Shield Torch的Agilient 7500a。鋯石原位Lu-Hf同位素測定采用Nu Plasma HR(Wrexham,UK)多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)完成測試。采用的激光剝蝕系統(tǒng)為德國MicroLas公司生產(chǎn)的 Geo-Las200M,該系統(tǒng)由德國 Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器 (工作物質(zhì)ArF,波長193 mm)與MicroLas公司的光學系統(tǒng)組成。鋯石U-Pb定年及微量元素分析和鋯石原位Lu-Hf同位素分析為同一臺激光剝蝕系統(tǒng),對樣品進行一次性剝蝕完成,分別由ICP-MS與MC-ICP-MS兩臺儀器同時采集各自的信號,可參見參考文獻 (Yuan et al,2008;袁洪林等,2003,2007)。激光剝蝕采用He作為剝蝕鋯石的載氣。剝蝕束斑直徑為44 μm,頻率為10 Hz,激光能量為90 mJ,每個分析點的氣體背景采集時間為30 s,信號采集時間為40 s。

年齡計算以標準鋯石91500為外標進行同位素比值分餾校正,同時以29Si作為內(nèi)標,NIST610為外標來測定鋯石中U、Th和Pb的含量。鋯石U-Pb年齡計算統(tǒng)一使用軟件 ICPMSDataCal(Liu et al.,2008)計算處理,加權(quán)平均年齡及諧和圖的繪制使用Isoplot3.0完成,分析及計算誤差均為2σ。鋯石原位Lu-Hf同位素測定使用176Lu/175Lu=0.02669(Biévre and Taylor,1993)和176Yb/172Yb=0.5886(Chu et al.,2002)進行同量異位干擾校正測定樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值。εHf計算時176Lu衰變常數(shù)為1.867 ×10-11a-1(Scherer et al.,2001)。計算εHf和Hf模式年齡時,球粒隕石和虧損地幔的176Hf/177Hf比值分別為0.282772(Blichert-Toft and Albarède,1997)和0.28325(Vervoort et al.,1999),二階段模式年齡計算中采用平均地殼的fcc=-0.55。樣品的鋯石U-Pb年代學和原位Hf同位素組成分析結(jié)果分別見表1和表2。

表1 滇西那邦地區(qū)花崗片麻巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試分析數(shù)據(jù)表Table1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analytical results of the granitic gneisses in the Nabang area in Western Yunnan

(續(xù)表1)

3 分析結(jié)果

用于分析的三個樣品均為采集自沿銅壁關(guān)至那邦公路的花崗片麻巖。其中出露于盈江縣那邦南部采石場的花崗片麻巖樣品 10DX-66B(N24°42.501',E97°34.754')被后期的淺色脈體穿切,其暗色礦物定向分布。主要礦物為長石(約40%)及它形粒狀石英(約50%),次要礦物為黑云母(約4%)和角閃石(5%),副礦物為鋯石及磷灰石(約占1%)等。長石在顯微鏡下見聚片雙晶,同時部分聚片雙晶明顯變形,角閃石見被黑云母及石英交代形成溶蝕邊(圖2a)。

選自該樣品的鋯石為半透明-透明的自形晶體,形態(tài)多為柱狀。鋯石顆粒沿長軸的粒徑變化于100~200 μm。晶面以{100}和{111}發(fā)育,偶爾可見{321}。它們在陰極發(fā)光的圖像上 (圖3a),可見較為明顯的震蕩環(huán)帶,為巖漿鋯石(圖3a)。樣品共分析了20顆鋯石的U-Pb同位素組成,其中18顆鋯石進行了原位Hf同位素組成測定。所測定鋯石的Th/U比值變化于0.28~0.73之間 (表1)。鋯石的年齡數(shù)據(jù)集中地落在U-Pb諧和線上,其206Pb/238U表觀年齡介于53.5~60.5 Ma之間,去掉兩個年齡較大的點(10DX-66B-18,-26)所獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為 55.0 ±0.5 Ma(n=18,MSWD=2.2;圖4a)。

表2 滇西那邦地區(qū)花崗片麻巖LA-ICP-MS鋯石Hf同位素測試分析數(shù)據(jù)表Table2 LA-ICP-MS zircon Hf analytical results of the granitic gneisses at the Nabang area from Western Yunnan

樣品Hf同位素組成結(jié)果如圖5及表2所示,其176Lu/177Hf比值均小于 0.002,176Hf/177Hf比值 =0.282778 ~0.282959,加權(quán)平均值為 0.282886 ±0.000029(1σ,n=18),對應(yīng)的εHf(t)介于 +1.41到 +7.80,其二階段模式年齡為 0.63 ~1.04 Ga。

圖2 花崗片麻巖顯微鏡照片(+)(a-b:10DX-66B;c-d:10DX-67)Fig.2 Miroscope photos of granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

圖3 樣品10DX-66B(a)及10DX-67(b)代表性鋯石顆粒陰極發(fā)光圖像Fig.3 Cathodoluminescence images of representative zircons from the granitic gneisses in the Nabang area

10DX-56B采集自盈江地區(qū)銅壁關(guān)西側(cè) (圖1,N24°36.812',E97°35.513')。該樣品具片麻狀構(gòu)造,中細?;◢徑Y(jié)構(gòu),其主要礦物為長石(含量約40%)、石英 (含量約55%)、黑云母 (約占5%)及少量副礦物(如磷灰石、鋯石和榍石等)。共測試了24顆鋯石(圖4b),其中14個點給出了46~55 Ma的206Pb/238U表觀年齡,其加權(quán)年齡平均值為50.4±1.3 Ma(MSWD=9.2,n=11),這些顆粒自形,鋯石長寬比大于等于2,其中{111}發(fā)育,{321}面偶爾可見,它們的 Th/U 比值變化于0.23~0.90,其CL圖像顯示出清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),在此將該年齡解釋為樣品的結(jié)晶年齡。另外11個點給出了366~503 Ma的206Pb/238U表觀年齡,這些鋯石較自形,鋯石顆粒的長寬比接近2,呈板狀,它們的{321}晶面較為發(fā)育,Th/U 比值變化于0.04~0.84,在 CL圖像上,部分鋯石具有明顯的震蕩環(huán)帶而部分鋯石有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),解釋為繼承鋯石。這些分析點普遍偏離諧和線,但構(gòu)成一條不諧和線,其上交點年齡為465±22 Ma,解釋為花崗片麻巖原巖的結(jié)晶年齡。

圖4 那邦花崗片麻巖LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams for the granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

圖5 那邦地區(qū)花崗片麻巖的εHf(t)-t圖解Fig.5 Zircon εHf(t)-age(Ma)diagram for the granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

樣品10DX-67樣品采自銅壁關(guān)東南側(cè) (圖1)(N24°35.074',E97°41.139')為花崗片麻巖,中細粒半自形結(jié)構(gòu),主要礦物為長石及石英。其中石英約50%,長石以微斜長石及堿性長石為主(含量約40%),次要礦物為黑云母和角閃石(含量約為10%)(圖2c-d)。鋯石為無色半透明,大部分為較自形長柱狀,其大小相對均一,長寬比約為4,粒徑長80~120 μm,平均長度為100 μm。陰極發(fā)光圖像上環(huán)帶清晰,以巖漿鋯石為主,少量鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清,結(jié)合年齡分析結(jié)果,推測可能為繼承鋯石(圖3b)。所分析的19個點中有4個點給出了較老的206Pb/238U表觀年齡,其中點10DX-67-3,-4,-6的206Pb/238U表觀年齡為121~126 Ma,這些鋯石自形,顆粒的長寬比大于2,鋯石環(huán)帶顯示復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(與海綿環(huán)帶結(jié)構(gòu)類似),大部分鋯石的Th/U變化大介于0.12~0.76之間,它們的176Hf/177Hf比值介于0.282447至0.282682之間,對應(yīng)的 εHf(t)范圍是-0.69到-8.83,其二階段Hf模式年齡為1.22 ~1.74 Ga。點 10DX-67-13 給出了 447 Ma的206Pb/238U表觀年齡,這一年齡解釋為繼承鋯石年齡。他的176Hf/177Hf比值為0.282426,對應(yīng)的Hf模式年齡為1.61 Ga。其他的15個顆粒均落在鋯石UPb年齡諧和線上(圖4c),其 Th/U 為0.21~1.11。集中給出了 51.6±1.1 Ma的加權(quán)平均年齡(MSWD=7.6,n=11)。樣品的176Hf/177Hf比值變化于0.282554~0.282742之間,平均值為0.282638±0.000037。相應(yīng)的 εHf(t)=+0.1 ~ -6.7,二階段模式年齡為1.12 ~1.55 Ga(圖5,表2)。

4 討論

4.1 花崗片麻巖中繼承鋯石年齡的思考

對滇西那邦地區(qū)的正片麻巖鋯石U-Pb測定結(jié)果表明:其中含有450~500 Ma、120 Ma和70 Ma左右的多組繼承鋯石年齡。10DX-56B樣品中包含早古生代約450~500 Ma的繼承鋯石年齡(表1,圖4),并給出了465±22 Ma的上交點年齡,應(yīng)代表了源區(qū)巖漿巖的結(jié)晶年齡,這些繼承鋯石與巖漿成因的鋯石形態(tài)特征相似,自形的繼承鋯石表明原巖經(jīng)歷的搬運距離不遠,指示巖石可能是該地區(qū)對應(yīng)時期巖漿作用重融的產(chǎn)物。這一時期在鄰近的保山地塊出露有形成年齡為490~470 Ma的早古生代花崗巖 (DeCelles et al.,2000;Liu et al.,2009)。該年齡與印度板塊內(nèi)部及喜馬拉雅造山帶中發(fā)育大量該時代的花崗質(zhì)巖石年齡一致 (宋述光等,2007;Yin,2006;DeCelles et al.,2000)。這些巖體的物源主要來自基底物質(zhì)的貢獻,被認為是泛非運動后期事件的巖漿記錄,同時也是該地塊屬于岡瓦納微陸塊的證據(jù)之一 (Chen et al.,2007;Liu et al.,2009)。結(jié)合其地理位置因素及對應(yīng)的事件表明,那邦地區(qū)可能受到了泛非-早古生代造山事件的影響。另外,還獲得了中生代白堊紀的繼承鋯石年齡(表1,圖4),其中部分鋯石環(huán)帶復(fù)雜(圖3b)且對應(yīng)的Th/U比值<0.1,這些繼承鋯石較為自形,可能是原地巖石發(fā)生重新結(jié)晶的結(jié)果,其對應(yīng)的εHf(t)為 -0.7~ -8.3,顯示明顯的地殼物質(zhì)組分的參與。區(qū)域上,該年齡可以與拉薩地塊的岡底斯花崗質(zhì)巖漿帶及其向南延伸的貢山-高黎貢山花崗巖質(zhì)巖漿帶進行對比(陳福坤等,2006;楊啟軍等,2006),也與梁河?xùn)|南的鉀長花崗巖形成年齡(115 Ma;謝韜等,2010)相近,表明那邦地區(qū)可能存在白堊紀巖漿記錄。而少量約70 Ma具有巖漿鋯石特征的繼承鋯石(εHf(t)<0),與季建清(2000b)那邦北部獲得的石榴石以及輝石的 Ar-Ar年齡(~70 Ma)一致,表明研究區(qū)或者保存有與新特提斯的俯沖有關(guān)的地質(zhì)記錄。

4.2 始新世早期(50~55 Ma)花崗片麻巖的構(gòu)造意義

前人根據(jù)那邦地區(qū)花崗片麻巖與騰沖高黎貢群具有相似的變質(zhì)程度和巖性特征,而將那邦地區(qū)廣為發(fā)育的混合片麻巖、眼球狀條紋片麻巖和花崗片麻巖劃屬為高黎貢群,代表了一套前寒武紀的變質(zhì)基底。有限的年代學數(shù)據(jù)也主要是根據(jù)全巖Rb-Sr等時線法和礦物K-Ar法等所獲得的,由于測年方法的局限導(dǎo)致對這些年齡的解譯具有不確定性,因而制約了對那邦地區(qū)花崗片麻巖形成時代的限定。

此次研究表明:那邦-銅壁關(guān)地區(qū)花崗片麻巖的激光鋯石U-Pb 年齡分別為 55.0 ±0.5 Ma、50.4±1.3 Ma 以及 51.6 ±1.1 Ma,表明盈江地區(qū)1∶20萬地質(zhì)圖上原劃分為高黎貢群或者上寒武統(tǒng)變質(zhì)巖系至少有部分是始新世巖漿作用產(chǎn)物。同期的花崗巖在西藏岡底斯花崗巖帶有大量報道(莫宣學等,2005),并且被認為代表了主碰撞產(chǎn)物(莫宣學,2009)。在研究區(qū)的西邊緬甸著名的Mogok變質(zhì)帶中,也獲得過少量相似的花崗巖年齡(Searle et al.,2007;Liang et al.,2008)。上述樣品的 εHf(t)介于 -6.7~ +0.05 和+1.41~ +7.80之間,顯示了不同的物源組分的參與。兩者地域上存在差別,其中那邦地區(qū)東側(cè)(銅壁關(guān))以樣品10DX-67為代表,εHf(t)介于 -6.7 ~ +0.05,表明物源以地殼組分參與為主,而那邦地區(qū)西側(cè)(那邦)以樣品10DX-66B為代表,明顯大于零的εHf(t)值表明其花崗質(zhì)巖漿源區(qū)很可能與新近地幔派生巖漿的參與關(guān)系密切(圖5)。

董方瀏等(2006)根據(jù)云母Ar-Ar定年結(jié)果及相應(yīng)的地球化學數(shù)據(jù)推斷古新世的巖漿成因,認為該時期騰沖的二長花崗巖和正長花崗巖屬于地殼來源的富鉀鈣堿性花崗巖。而在西藏的岡底斯,該時期的巖漿作用較為廣泛,巖石類型從基性巖-中性噴出巖-酸性巖均有分布。莫宣學(2009)提到展布于謝通門-南木林-尼木-曲水一帶花崗巖,含有豐富的暗色鎂鐵質(zhì)微粒包體及其他巖漿混合作用標志,它們的鋯石εHf(t)均為正值,也表明具有新生地幔物質(zhì)組分的參與。對騰沖和西藏岡底斯的這類花崗巖成因多解釋為同碰撞階段巖漿作用產(chǎn)物(莫宣學,2009,2011)。但是新生地幔物質(zhì)的輸入通常應(yīng)該與俯沖的背景有關(guān)而不在地殼加厚背景下發(fā)育??紤]到目前大部分觀點認為印度與亞洲板塊碰撞的時間開始在50~55 Ma(Klootwijk et al.,1992;Hodges,2000;Leech et al.,2005;Najman et al.,2005;Xu et al.,2008),我們認為 50 ~55 Ma的始新世那邦花崗質(zhì)片麻巖形成于新特提斯板片向碰撞過渡的構(gòu)造環(huán)境中。也就是說,印度-亞洲板塊的碰撞不應(yīng)該早于~55 Ma。這個推論可以得到沿著東喜馬拉雅的產(chǎn)出的峰期變質(zhì)年齡為40~47 Ma的透鏡狀高溫低壓的麻粒巖及角閃巖的(T=760~790 ℃,P=0.67~0.69 GPa)支持 (作者未發(fā)表數(shù)據(jù)),它們與岡底斯巖漿弧有關(guān),很有可能記錄軟流圈通過板片窗上涌的熱變質(zhì)事件(如那邦地區(qū),抹谷變質(zhì)帶,南迦巴瓦;夏斌等,2008,2009;李峰等,2010;Hughes et al.,2000;Ding et al.,2001;Kohn and Parkinson,2002;Barley et al.,2003)。在騰沖-梁河及高黎貢山地區(qū),40~42 Ma基性巖巖墻具有板內(nèi)特征,分別來自于軟流圈及富集的地幔巖石圈是新特提斯板片裂離的的響應(yīng)(Xu et al.,2008)。

5 結(jié)論

(1)那邦地區(qū)花崗片麻巖三個樣品的鋯石UPb年齡分別為55.0 ±0.5 Ma、50.4 ±1.3 Ma以及51.6±1.1 Ma,并非原先認為的寒武系或者前寒武系的變質(zhì)巖系。

(2)樣品的鋯石εHf(t)介于 +1.41~ +7.80和+0.1 ~ -6.7間,Hf二階模式年齡分別介于0.63 ~1.04 Ga和1.12 ~1.55 Ga之間,其花崗質(zhì)巖漿源區(qū)很可能與新近地幔派生巖漿的參與關(guān)系密切。

(3)那邦地區(qū)的花崗片麻巖形成于俯沖-碰撞過渡的構(gòu)造環(huán)境,指示印度板塊與歐亞板塊碰撞不早于~55 Ma。

致謝:感謝審稿人對本文提出的寶貴意見,感謝西北大學大陸動力學國家重點實驗室張紅博士在測試過程中提供的辛勤勞動和無私幫助。

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