邢曉婉 ,張玉芝 ,王岳軍,劉匯川

(1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所,同位素地球化學(xué)國家重點實驗室,廣東 廣州 510640;2.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049;3.中山大學(xué) 地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院,廣東 廣州 510275)

0 引 言

自 Gansser (1964)提出喜馬拉雅造山帶形成于早古生代以來,針對該造山帶內(nèi)早古生代構(gòu)造、巖漿、變質(zhì)及沉積作用相繼開展了大量研究工作(許志琴等,2005,2011;張澤明,2008;Dong et al.,2010;王曉先等,2011;Wang et al.,2012;楊學(xué)俊等,2012;Zhang et al.,2012;朱弟成等,2012;Zhu et al.,2012)。研究結(jié)果顯示,在青藏高原東南緣及喜馬拉雅地區(qū)廣泛分布有早古生代花崗巖(Hoffman et al.,1998;DeCelles et al.,2000;張澤明等,2008;戚學(xué)祥等,2010)和同期變質(zhì)作用(許志琴等,2005;Liu et al.,2007;Zhang et al.,2012)。許志琴等(2005)在聶拉木、亞東、吉隆和康馬地區(qū)高喜馬拉雅結(jié)晶巖獲得了529～457 Ma的鋯石U-Pb年齡,并認(rèn)為原始喜馬拉雅山是早古生代泛非造山作用的產(chǎn)物,現(xiàn)在的喜馬拉雅造山帶是在泛非造山基礎(chǔ)上再次造山作用的產(chǎn)物。Liu et al.(2006)在亞東地區(qū)的高喜馬拉雅結(jié)晶巖中得到了500 Ma左右的鋯石U-Pb巖漿事件年齡。時超(2010)對高喜馬拉雅地區(qū)亞東巖組片麻狀含石榴子石黑云母花崗閃長巖研究,獲得了 499.2±3.9 Ma的鋯石U-Pb結(jié)晶年齡。Zhu et al.(2012)在中部拉薩地塊識別出早古生代 492±4 Ma的雙峰式火山巖。但由于該地區(qū)中新生代強(qiáng)烈的構(gòu)造疊加與改造,早古生代地質(zhì)標(biāo)志多被“掩蓋”或抹失,導(dǎo)致目前對喜馬拉雅早古生代構(gòu)造背景仍未形成一致性看法。有的學(xué)者認(rèn)為其是泛非造山帶的一部分(許志琴等,2005;楊學(xué)俊等,2012),部分學(xué)者相信其屬于原特提斯洋向?qū)呒{大陸邊緣俯沖所導(dǎo)致的安第斯型造山作用產(chǎn)物(張澤明等,2008;Dong et al.,2010;王曉先等,2011;Wang et al.,2012;Zhang et al.,2012;朱弟成等,2012;Zhu et al.,2012)。尤為重要的是,目前有關(guān)早古生代巖漿作用的研究更多集中于印度–尼泊爾和高喜馬拉雅地區(qū),而對藏南經(jīng)喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)向東延伸的三江滇緬地區(qū),是否同樣發(fā)育早古生代巖漿作用關(guān)注不多。

最新的資料表明,在藏東南迦巴瓦地區(qū)、騰沖高黎貢山和保山平達(dá)地區(qū)相繼識別出 500～470 Ma的早古生代花崗巖(Chen et al.,2007;Song et al.,2007,2010;Liu et al.,2009;李再會等,2012a,2012b;Wang et al.,2013)。這表明早古生代巖漿作用很可能經(jīng)由喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)東延至騰沖和保山地塊。那么對騰沖與保山地塊同屬滇緬馬蘇陸塊的禪邦地塊內(nèi)是否也發(fā)育有早古生代巖漿？其成因背景如何？其巖石特征是否與保山、騰沖地塊內(nèi)同期巖漿作用相類似？基于上述問題,本文選擇大地構(gòu)造上屬于禪邦地塊的滇西西盟地區(qū)原劃為西盟群帕可組的花崗片麻巖開展了全巖主量元素、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及原位 Hf同位素分析,旨在約束西盟群花崗片麻巖的形成時代,并闡明它們的巖石成因及其與岡瓦納大陸演化的關(guān)系。

圖1 西盟地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Ximeng area,Yunnan province

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西南三江地區(qū)地處青藏高原東喜馬拉雅南緣,特提斯–喜馬拉雅構(gòu)造域東部,是岡瓦納大陸與古歐亞大陸的結(jié)合地帶(孔會磊等,2012)。該區(qū)發(fā)育了騰沖、保山、思茅、禪邦等多個微陸塊(Wu et al.,1995;王鎧元,1996;鐘大賚,1998),陸塊內(nèi)部基底出露局限并經(jīng)歷多期構(gòu)造作用疊加,其基底屬性和演化歷史常難于恢復(fù)(陳福坤等,2006)。西盟地區(qū)位于特提斯喜馬拉雅構(gòu)造域的東南部,滇緬泰馬地塊東部,東接瀾滄江深斷裂,西由柯街?jǐn)嗔鸭澳贤『訑嗔讯c保山地塊相鄰(范承鈞,1982),昌寧–孟連古特提斯地殼縫合帶位于其西側(cè),是禪邦地塊在我國境內(nèi)唯一的變質(zhì)巖系出露地區(qū)。

西盟地區(qū)出露的前泥盆紀(jì)變質(zhì)巖系,前人一般統(tǒng)稱為西盟群,并認(rèn)為是一套連續(xù)的火山碎屑、陸源碎屑和碳酸鹽巖沉積巖系,其主體構(gòu)造格架為一南北走向的短軸背斜(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1982;趙章明等,1986;張傳恒等,1997)。西盟群集中出露于西盟一帶,面積約166 km2,呈NNW向橢圓狀分布,向北延入緬甸。本群與周圍古生代淺變質(zhì)巖系呈斷層接觸,未見頂?shù)?云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1982)。原西盟群自下而上定義為:①老街子組:構(gòu)成西盟隆起的核部,主要為云母斜長變粒巖與云母石英片巖互層,普遍具混合巖化,厚度大于 614 m。②帕可組:以大理巖、云母斜長變粒巖、云母石英片巖、以及片麻巖和混合巖為主,厚度大于 220 m。③王雅組:主體為絹云母片巖夾碳質(zhì)絹云母片巖,厚度大于100 m(楊岳清和王文瑛,2002)。④允溝組:以灰質(zhì)白云大理巖、條帶狀大理巖、綠泥絹云微晶片巖、千枚巖為主。王雅組和允溝組為一套淺變質(zhì)巖,云南省區(qū)域地質(zhì)志將其歸入古生界,而老街子組和帕可組歸入元古宇,其中的片麻巖和混合巖作為地層單元劃入帕可組(趙章明等,1986)。

本文研究的花崗片麻巖采自西盟群帕可組(圖1),其中樣品11ML-73A和11ML-73B采自老西盟往力所方向拐彎處公路旁(地理坐標(biāo):N22°41′23.0″,E99°27′55.1″),樣品 11ML-74A 和 11ML-74B采自曼亨村東北3km處(地理坐標(biāo) :N22°42′48.7″,E99°26′29.9″),野外可觀察到樣品侵位于沉積地層中。樣品主要含石英、長石、白云母和少量黑云母(圖2)。石英和長石約占總體含量75%～85%,其中部分石英發(fā)生碎裂,可見波狀消光,少數(shù)小顆粒的石英(～0.1 mm)被包裹在斜長石內(nèi)部。長石為自形–半自形的板狀及柱狀結(jié)構(gòu),呈半自形–它形粒狀,部分發(fā)生了泥化。暗色礦物以黑云母為主,偶見角閃石。石英和云母等礦物沿片麻理方向定向排列。

圖2 西盟群花崗片麻巖顯微鏡下礦物組成照片F(xiàn)ig.2 Microscopic photographs for the granitic gneisses from the Ximeng Group

2 測試方法

全巖主量元素分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室完成。使用的 X射線熒光光譜儀為日本株式會社理學(xué) Rigaku 100e型波長色散型光譜儀,分析精度優(yōu)于5%,詳細(xì)步驟見李獻(xiàn)華等(2002)。

鋯石的分選及制靶工作由河北廊坊誠信地質(zhì)有限公司完成,采用常規(guī)的重選和磁分選技術(shù)分選出鋯石,再將鋯石樣品顆粒和鋯石標(biāo)樣 Plésovice或TEMORA和 Qinghu粘貼在環(huán)氧樹脂靶上,拋光使其暴露一半晶面,用于分析鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石陰極發(fā)光成像(CL)分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所CAME-CA SX100型電子探針上進(jìn)行。鋯石U-Pb同位素測年和Lu-Hf同位素組成分析均在香港大學(xué)完成。測試采用裝備了ArF-193nm laser-ablation system (Resonetics RESOlution M-50-HR)的 Nu Plasma HR MC-ICPMS進(jìn)行,激光剝蝕束斑的直徑約 40～50 μm,頻率為 6 Hz,產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品91500的238U信號為0.03 V,激光的積分時間為40 s,剝蝕深度為30～40 μm。采用91500及GJ作為標(biāo)樣。儀器的設(shè)置及詳細(xì)的分析過程參考Xia et al.(2011)。分析數(shù)據(jù)處理使用軟件 ICPMSDataCal 7.2 以及Isoplot/Ex_2.49 (Ludwig,2001)。Lu-Hf同位素分析測試標(biāo)樣91500的179Hf信號為0.04 V。每個點分析測試點的激光剝蝕時間為40 s,標(biāo)樣為91500及GJ。每分析 10個測試點分析 2次標(biāo)樣。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化至179Hf/177Hf=0.7325,使用指數(shù)修正質(zhì)量偏差。176Hf的干擾同位素176Lu通過測試同位素175Lu自由干擾強(qiáng)度及使用推薦的176Lu/175Lu=0.02655 (Machado and Simonetti,2001)來校正。

3 結(jié)果分析

3.1 主量元素特征

樣品主量元素分析結(jié)果見表1。SiO2含量變化在 76.91%～77.52%之間。K2O+Na2O含量變化在7.59%～7.99%之間,Na2O/K2O比值為0.49～0.55。Al2O3含量變化范圍為12.37%～13.39%,A/CNK值變化范圍為1.15～1.20。

3.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

兩個樣品的鋯石具有相似的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu),以半透明至透明為主,呈長柱狀、短柱狀及不規(guī)則狀,長寬比為 2∶1～4∶1,具有典型的韻律環(huán)帶,為巖漿成因鋯石,代表性鋯石的CL圖像見圖3。兩個樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及原位Hf同位素測試結(jié)果見表2。

樣品11ML-73共測定32個分析點,U、Th含量分別變化于 263.8～2922.7 μg/g,84.9～524.3 μg/g,Th/U比值變化于0.08～1.73。由于7個點(11ML-73-02、07、09、17、24、28、29)的年齡數(shù)值偏離諧和線較遠(yuǎn),所以未納入加權(quán)平均值統(tǒng)計。其余25個落在諧和線上或諧和線附近的點206Pb/238U表面年齡介于 444～493 Ma之間(圖3a),加權(quán)平均年齡為461.4±2.5 Ma (n=25,MSWD=3.4),該年齡指示花崗巖形成年齡為中奧陶世。

表1 西盟群花崗片麻巖主量元素(%)組成Table1 Major element (%)compositions for the granitic gneisses from the Ximeng Group

樣品11ML-74共分析了26顆鋯石,有3個分析點信號不穩(wěn)定,另外有兩顆鋯石的諧和度低于 90%,均未納入統(tǒng)計分析,其余21個分析點給出了較為可信的年齡。其中11ML-74-09和11ML-74-20分別給出 748±22 Ma和 1048±64 Ma的206Pb/238U年齡,解釋為繼承鋯石年齡。11ML-74-22和11ML-74-23分別給出 358±11 Ma和 220±7 Ma的206Pb/238U 年齡,其 Th/U比值均小于 0.1,推測其代表了后期變質(zhì)年齡。其余17個分析點的U含量變化于489～1925 μg/g,Th含量變化于123～1027 μg/g,Th/U比值介于0.08～1.87之間,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為461.5±3.3 Ma(圖3b,n=17,MSWD=0.21),屬中奧陶世。

3.3 鋯石原位Lu-Hf同位素分析

樣品11ML-73中29顆鋯石給出的176Lu/177Hf比值多小于 0.001,顯示鋯石在結(jié)晶以后具少量放射性成因 Hf累積。其176Hf/177Hf比值介于 0.282307～0.282437之間,加權(quán)平均值為 0.282358±0.000010,對應(yīng)的 εHf(t)值為-6.45～ -1.90(圖4a),平均值為-4.73±0.36,而二階段模式年齡(tDM2)介于1.57～1.86 Ga之間。

樣品 11ML-74中點 11ML-74-09的176Hf/177Hf為0.282210,計算出εHf(t)值為-3.69,tDM2為1.65 Ga。14顆中奧陶世的鋯石給出的176Hf/177Hf比值變化于0.282210～0.282452 之間,平均值為 0.282353±0.000034,對應(yīng)的εHf(t)值介于-5.60～-1.44之間(圖4b),平均值為-4.46±0.57,tDM2變化于1.54～1.90 Ga之間。

4 討 論

4.1 原巖屬性及源區(qū)分析

圖3 西盟群花崗片麻巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb Concordia diagrams of the representative granitic gneisses from the Ximeng Group

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圖4 西盟群花崗片麻巖鋯石εHf(t)組成(a,b)及εHf(t)-t (c)圖解(其中,樣品PDXZ01、DZ01、PHZ01引自Liu et al.2009;樣品TG-08引自王曉先等,2011)Fig.4 εHf(t)(a,b)and εHf(t)-t (c)diagrams for zircons from the granitic gneisses from the Ximeng Group

西盟花崗片麻巖的高 SiO2含量(76.91%～77.52%),低 Na2O 含量(2.49%～2.83%)和高 A/CNK值(>1.1)都指示其原巖為過鋁質(zhì) S型花崗巖(Sylvester,1998;Chappell,1999)。樣品的K2O+Na2O含量變化在 7.59%～7.99%之間,Na2O/K2O比值為0.49～0.55,表現(xiàn)為高鉀鈣堿性特征。高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)S型花崗巖的源區(qū)成分通常以變泥質(zhì)或泥質(zhì)為主,新生地幔物質(zhì)或火成質(zhì)組分參與比例不明顯(Pati?o Douce,1997,1999;Bonin et al.,1998;Sylvester,1998)。

Hf同位素的示蹤研究已經(jīng)廣泛應(yīng)用于一些重要地球化學(xué)儲庫(如虧損地幔、球粒隕石和地殼等)的源區(qū)判別(吳福元等,2007)。εHf(t)<0的巖石通常被解釋為與古老地殼物質(zhì)部分熔融有關(guān)。西盟地區(qū)花崗片麻巖的鋯石Hf同位素組成均一,εHf(t)值均為負(fù)值(集中于-6.45～ -1.44),tDM2集中于 1.54～1.90 Ga。在εHf(t)-t圖解中(圖4c)落在地殼物質(zhì)區(qū)域。綜合本次研究并結(jié)合騰沖–保山地區(qū)花崗巖(Chen et al.,2007;Song et al.,2007,2010;Liu et al.,2009;李再會等,2012a,2012b)及藏南吉隆地區(qū)眼球狀片麻巖(王曉先等,2011)的Hf同位素資料,我們認(rèn)為西盟地區(qū)花崗片麻巖很可能來源于元古宇地殼物質(zhì)的部分熔融,很少有新生地幔物質(zhì)參與。

4.2 原西盟群花崗片麻巖形成年齡

以往認(rèn)為,西盟地區(qū)出露地層為前寒武紀(jì)基底(張傳恒等,1997)。云南省區(qū)域地質(zhì)志將西盟群老街子組和帕可組劃為中元古代地層,將王雅組和允溝組歸為早古生代地層。所有地層均受到不同程度的混合巖化作用,其中老街子組和帕可組的變質(zhì)程度較深,而王雅組和允溝組的變質(zhì)程度較淺(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1982)。我們對原劃為西盟群帕可組的花崗片麻巖的鋯石U-Pb定年得到了461.8±3.6 Ma和461.5±3.3 Ma的年齡(圖3),說明西盟地區(qū)原西盟群帕可組內(nèi)巖石至少有一部分屬于中奧陶世,而不是以往所認(rèn)為的中元古代,原西盟群可能需要重新認(rèn)識或解體。

4.3 西盟群花崗片麻巖與喜馬拉雅構(gòu)造帶的時空對比及與岡瓦納的聯(lián)系

現(xiàn)有資料表明,喜馬拉雅造山帶廣泛存在525～467 Ma的早古生代巖漿記錄(Bhanot et al.,1979;DeCelles et al.,1998,2000;Godin et al.,2001;許志琴等,2005;Gehrels et al.,2006;Liu et al.,2006;Cawood et al.,2007;張澤明等,2008;董昕等,2009;戚學(xué)祥等,2010;時超等,2010;王曉先等,2011;Wang et al.,2012;Zhang et al.,2012;Zhu et al.,2012)。針對這一事件的成因,主要有泛非造山作用(許志琴等,2005;楊學(xué)俊等,2012)和安第斯型造山作用(張澤明等,2008;Dong et al.,2010;王曉先等,2011;Wang et al.,2012;Zhang et al.,2012;朱弟成等,2012;Zhu et al.,2012)兩種觀點。東岡瓦納北緣的喜馬拉雅造山帶的年齡記錄多集中在 520～490 Ma左右,而滇西地區(qū)多集中在500～470 Ma。如Chen et al.(2007)和Liu et al.(2009)在保山平達(dá)花崗巖體獲得了470 Ma,499±5 Ma和502±5 Ma的鋯石U-Pb年齡,李再會等(2012a,2012b)和Song et al.(2007)在高黎貢山獲得了黑云二長片麻巖的原巖結(jié)晶年齡為500～470 Ma,以及李再會等(2012a,2012b)在高黎貢地區(qū)獲得同期變質(zhì)基性火山巖與花崗巖構(gòu)成雙峰式巖漿作用,年齡為 500～498 Ma。王保弟等(2013)在昌寧–孟連縫合帶南汀河地區(qū)獲得了堆晶輝長巖的年齡為473.0±3.8 Ma。我們在西盟地區(qū)所獲得的花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡為461～462 Ma,為中奧陶世。這些年齡明顯滯后于泛非造山的時間,也晚于印度、尼泊爾和藏南喜馬拉雅地區(qū)早古生代造山作用年齡。Xu et al.(2012)通過對高黎貢–騰梁–盈江地區(qū)與西藏早白堊世–古近紀(jì)花崗巖對比研究,認(rèn)為高黎貢–騰梁–盈江花崗巖帶是拉薩地塊向東的延伸部分,滇緬泰馬地塊與拉薩地塊有極大的相似性?？紤]到泛非運動主要發(fā)生在岡瓦納大陸內(nèi)部不同陸塊之間,而不是邊緣(Cawood and Buchan,2007;Cawood et al.,2007),且東岡瓦納的最后聚合發(fā)生在 570～510 Ma之間,早于西盟和保山地區(qū)早古生代巖漿作用時間(Meert,2003;Cawood and Buchan,2007),因此,我們認(rèn)為西盟地區(qū)是東岡瓦納大陸微陸塊的一部分,原特提斯洋在喜馬拉雅地塊和印度克拉通之下沿著岡瓦納邊緣俯沖(Cawood et al.,2007),形成一個活動大陸邊緣,但俯沖時間上具有穿時性。俯沖洋殼巖石圈的部分熔融以及折返引起了地幔對流和同期低于下地殼的鎂鐵質(zhì)巖漿侵位及與之同期或稍晚的區(qū)域變形、地殼熔融(Miller et al.,2001;Visonà et al.,2010),底侵巖漿貢獻(xiàn)的熱能誘發(fā)地殼中泥質(zhì)沉積物的深熔而形成 S型花崗巖。如此過程與岡瓦納大陸拼合之后在其邊緣形成的安第斯型造山作用關(guān)系密切,而不屬于岡瓦納超大陸匯聚過程中陸–陸碰撞形成的泛非造山帶的一部分(王曉先等,2011;Wang et al.,2012)。

5 結(jié) 論

(1)西盟花崗片麻巖形成于中奧陶世(462～461 Ma),而不是以往所認(rèn)為的中元古代。

(2)該片麻狀花崗巖具高 SiO2,低 Na2O,高Al2O3特征,A/CNK>1.1,屬 S型花崗巖,結(jié)合其Hf同位素特征,推斷其源于元古宇地殼物質(zhì)的重熔。

(3)西盟地區(qū)花崗片麻巖形成滯后于泛非造山事件,也普遍年輕于喜馬拉雅造山帶早古生代年齡,是原特提斯洋向?qū)呒{大陸俯沖期間安第斯型造山作用的產(chǎn)物。

致謝:謹(jǐn)以此文紀(jì)念陳國達(dá)院士誕辰 102周年。感謝馬莉燕和蔡永豐在野外工作中給予的幫助,吉林大學(xué)周建波教授、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所許繼峰研究員對論文修改提出的寶貴意見。感謝專輯組稿人陳國能教授的指導(dǎo)。

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