夏磊 閆全人 向忠金 鄭洪波 牛睿

1.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，云南省地球系統(tǒng)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650500 2.中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049 3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037 4.河南省巖石礦物測試中心，鄭州 450012

沉凝灰?guī)r是介于火山碎屑巖和正常沉積巖之間的過渡類型巖石，是火山噴發(fā)事件的直接記錄(邱家驤, 1985)。沉凝灰?guī)r的成分以火山碎屑物質(zhì)為主，混有少量陸源碎屑物質(zhì)，來源于沉積盆地周緣的火山噴發(fā)活動。通過觀察和統(tǒng)計(jì)沉積地層中沉凝灰?guī)r厚度、層數(shù)及粒度等特征，可推測火山灰搬運(yùn)的距離以及火山噴發(fā)活動的頻次和強(qiáng)度(Huangetal., 1980; Roseetal., 2003; Careyetal., 2010)。更重要的是，隨著近年鋯石U-Pb定年技術(shù)的發(fā)展，可用沉凝灰?guī)r中的巖漿鋯石年齡準(zhǔn)確測定盆地沉積時(shí)代，尤其是缺乏化石的“啞”地層，這也為區(qū)域地層劃分與對比以及生物滅絕事件的時(shí)限厘定提供重要的年代學(xué)依據(jù)(Lehrmannetal., 2003, 2006; Shenetal., 2011, 2019; 高林志等, 2013, 2014)。此外，有研究者通過分析沉凝灰?guī)r全巖地球化學(xué)特征及鋯石微量元素和Hf同位素等信息，探討其火山物質(zhì)(巖漿)源區(qū)特征和構(gòu)造環(huán)境，進(jìn)而揭示造山過程和盆地演化之間的耦合關(guān)系(張輝等, 2014; Scudderetal., 2016; Chen and Robertson, 2021; Liuetal., 2021)。

近年來，有關(guān)華南地區(qū)古特提斯分支洋盆俯沖閉合過程的研究已成為地學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)(Yangetal., 2012; 宋博等, 2013, 2014; Faureetal., 2014, 2016; Halpinetal., 2016; Xiaetal., 2021)，位于中越邊境地區(qū)的八布-Song Hien構(gòu)造帶(即滇-瓊縫合帶西段，Cai and Zhang, 2009)是解答上述科學(xué)問題的關(guān)鍵區(qū)域(圖1)。然而，關(guān)于該構(gòu)造帶的大地構(gòu)造屬性，國內(nèi)外學(xué)者仍存在不同認(rèn)識，包括：(1)印支期古特提斯分支洋盆俯沖閉合形成的縫合帶(吳根耀等, 2001; Cai and Zhang, 2009; Halpinetal., 2016)；(2)峨眉山地幔柱成因的被動大陸邊緣裂谷(Hoaetal., 2008a; Tranetal., 2016; Faureetal., 2014, 2016)；及(3)古特提斯分支洋盆或古太平洋俯沖形成的弧后裂谷或弧后洋盆(方維萱等, 2011; Thanhetal., 2014; Duanetal., 2020)。隨著國內(nèi)外學(xué)者對該構(gòu)造帶內(nèi)八布地區(qū)及北越Cao Bang地區(qū)超鎂鐵質(zhì)-鐵鎂質(zhì)巖石開展構(gòu)造成因和形成時(shí)代方面的深入研究，進(jìn)一步證實(shí)它們屬于晚古生代(328～265Ma)洋中脊型(N-MORB型)蛇綠巖(圖1b，Wuetal., 1999; Zhongetal., 1999; 吳根耀等, 2001; 張斌輝等, 2013; Halpinetal., 2016; Liuetal., 2018; 向忠金等, 2020)，其形成時(shí)代明顯早于峨眉山地幔柱活動時(shí)間(～260Ma, Heetal., 2007)。這些蛇綠巖組合或以逆沖推覆巖片的形式構(gòu)造就位于三疊系濁積巖之上(Zhongetal., 1999)，或連同晚古生代碳酸鹽巖、晚二疊世-早三疊世島弧火山巖和花崗巖一起，以巖塊形式構(gòu)造裹挾至三疊系濁積巖中，從而形成構(gòu)造混雜帶(Halpinetal., 2016)。在八布-Song Hien構(gòu)造帶北-東部的富寧、靖西及憑祥地區(qū)斷續(xù)出露晚二疊世-晚三疊世島弧火山巖(吳根耀等, 2000, 2001; 覃小鋒等, 2011; Qinetal., 2012; 胡麗沙等, 2012; 劉兵等, 2018; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021; 向忠金等, 2021)。此外，部分學(xué)者對該構(gòu)造帶內(nèi)那坡盆地及北側(cè)南盤江盆地中的晚古生代深水硅質(zhì)巖進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表現(xiàn)出成熟洋盆的地球化學(xué)特征，指示自晚泥盆世至中二疊世南盤江盆地已然發(fā)生裂解，并逐漸演化至開闊洋盆(黃虎等, 2013; 黃志強(qiáng)等, 2013)。上述研究成果揭示，華南地塊南緣存在古特提斯分支洋盆(八布-Cao Bang分支洋盆)，該洋盆于晚二疊世-中三疊世向北俯沖消減，但其最終閉合時(shí)限和過程仍不確定。

圖1 華南地塊南緣區(qū)域大地構(gòu)造綱要圖(a, 據(jù)Cai and Zhang, 2009; Metcalfe, 2013; Faure et al., 2014, 2016修改)與地質(zhì)構(gòu)造簡圖(b, 據(jù)Xia et al., 2021修改)

那坡盆地位于八布-Song Hien構(gòu)造帶中段的Cao Bang混雜巖與富寧弧火山巖之間，發(fā)育早-中三疊世巖漿巖和巨厚海相碎屑巖系，是研究華南地塊南緣古特提斯造山過程的理想載體。筆者所在團(tuán)隊(duì)通過對那坡盆地開展了詳細(xì)的沉積相序及其組合特征分析，結(jié)合巖相學(xué)、地球化學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)證據(jù)，確定其構(gòu)造原型為早-中三疊世弧前盆地，充填物主要來自盆地北側(cè)晚二疊世-中三疊世中-基性島弧火山巖和晚古生代地層(夏磊等, 2018; Xiaetal., 2021)。然而，關(guān)于那坡盆地沉積時(shí)代的上限仍缺少確切的年齡約束，碎屑鋯石最年輕峰值年齡僅能限定地層的最大沉積時(shí)代。因此，在詳細(xì)的剖面測量基礎(chǔ)上，本文選取那坡盆地上部中三疊統(tǒng)河口組中的沉凝灰?guī)r為研究對象，開展了系統(tǒng)的巖石學(xué)、全巖地球化學(xué)和鋯石U-Pb-Hf同位素分析與研究，準(zhǔn)確測定了那坡盆地沉積充填的時(shí)代上限，并分析了沉凝灰?guī)r中火山物質(zhì)的源區(qū)性質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境，為進(jìn)一步探討華南地塊南緣古特提斯分支洋盆俯沖閉合時(shí)限和過程提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

那坡早-中三疊世盆地位于滇桂兩省交界且與越南接壤的邊境地區(qū)，部分延伸至越南境內(nèi)。大地構(gòu)造位置上，該盆地位于八布-Song Hien構(gòu)造帶中段(圖1b)，盆地內(nèi)充填物以下-中三疊統(tǒng)巨厚海相碎屑巖為主，可見少量滑塌堆積，受后期構(gòu)造作用影響與盆地周緣古生界(中-上寒武統(tǒng)、泥盆系-二疊系)呈斷層接觸關(guān)系(圖2)。1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976(1)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局.1976.1:20萬百色幅、德隆幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告; 云南省地質(zhì)局, 1978(2)云南省地質(zhì)局.1978.1:20萬富寧幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)顯示，那坡地區(qū)下-中寒武統(tǒng)以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖為主，奧陶系缺失。下泥盆統(tǒng)為富含生物化石的細(xì)碎屑巖，中-上泥盆統(tǒng)為灰?guī)r夾含燧石結(jié)核灰?guī)r、薄層硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖。石炭系和下-中二疊統(tǒng)以厚層碳酸鹽巖為主，包括塊狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、內(nèi)碎屑灰?guī)r和白云巖。上二疊統(tǒng)以灰?guī)r和燧石灰?guī)r為主，局部夾硅質(zhì)巖和火山碎屑巖。

圖2 廣西那坡區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976; 云南省地質(zhì)局, 1978)

研究區(qū)巖漿巖普遍發(fā)育，以基性侵入巖為主，局部出露中-基性噴出巖。前人根據(jù)基性侵入巖地球化學(xué)特征及相互穿插關(guān)系(云南省地質(zhì)局, 1978)，將其劃分為二期：第一期為高Ti堿性輝長輝綠巖(又稱“半瓦型”巖體)；第二期為低Ti輝長蘇長巖和輝長閃長巖(又稱“安定型”巖體)。Zhouetal.(2006)測得二期侵入巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為260～258Ma，將其解釋為峨眉山地幔柱作用的產(chǎn)物。然而，最新的野外地質(zhì)調(diào)查和年代學(xué)結(jié)果表明，“安定型”巖體的形成時(shí)代要晚于“半瓦型”巖體，其時(shí)代介于244～215Ma(皮橋輝等, 2016; 劉兵等, 2018; 江文等, 2017; Jiangetal., 2021)，為中-晚三疊世。

研究區(qū)的噴出巖可劃分為二期。第一期是晚泥盆世拉斑玄武巖及早石炭世堿性玄武巖，出露于那坡縣城以南，被解釋為古特提斯分支洋盆打開時(shí)的產(chǎn)物(吳根耀等，2000；Xiangetal., 2021; Guoetal., 2004)；第二期是晚二疊世-中三疊世鈣堿性中-基性玄武巖和玄武安山巖(胡麗沙等，2012；向忠金等，2021)，主要出露于盆地以北的富寧皈朝-架街一帶，部分沿那坡百都-德隆一線展布，具有典型島弧火山巖的地球化學(xué)特征，是古特提斯分支洋盆的俯沖作用的產(chǎn)物。

此外，覃小鋒等(2011)、Qinetal.(2012)及Ganetal.(2021)對靖西和憑祥一帶的基性-酸性火山巖開展了系統(tǒng)的地球化學(xué)和年代學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)這些火山巖同樣具有弧巖漿巖特征，其形成時(shí)代為晚二疊世-中三疊世(251～246Ma，圖1b)，與富寧-那坡地區(qū)的弧火山巖高度一致。李政林等(2019)對憑祥地區(qū)島弧英安巖的鋯石定年結(jié)果表明，與古特提斯分支洋盆俯沖導(dǎo)致的弧巖漿作用可能持續(xù)至晚三疊世早期(228Ma)。在北越Song Hien地區(qū)沿Cao Bang-Lang Son斷裂零星出露一些早三疊世流紋巖和英安巖(Hoaetal., 2008a; Halpinetal., 2016)，這些巖石多被后期構(gòu)造作用裹挾至三疊系濁積巖中。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集與描述

本文研究的樣品采自那坡盆地南部中三疊統(tǒng)河口組中部和上部，均為沉凝灰?guī)r(圖3)。其中，用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的樣品19BN-1和19BN-3坐標(biāo)分別為23°01′27.2″N、105°49′21.5″E和23°01′35.1″N、105°48′57.1″E。

圖3 廣西那坡地區(qū)清華-百南早-中三疊世地層綜合柱狀圖(據(jù)Xia et al., 2021修改)

野外觀察顯示，河口組沉凝灰?guī)r呈灰綠色-淺灰色，塊狀構(gòu)造，局部夾硅質(zhì)泥巖，可見細(xì)小的水平紋層，偶見輕微的軟沉積變形構(gòu)造(圖4a-c)。河口組下部為一套濁積扇外扇-盆地平原相粉砂質(zhì)泥巖和含Mn泥巖(Xiaetal., 2021)。由此分析，沉凝灰?guī)r沉積于地形相對平坦的深海平原環(huán)境，輕微的軟沉積變形可能與火山、地震活動引發(fā)的重力失穩(wěn)有關(guān)。鏡下薄片觀察顯示，沉凝灰?guī)r主要由細(xì)小的石英和長石晶屑組成，具明顯定向性，絹云母化蝕變強(qiáng)，基質(zhì)則以隱晶質(zhì)和黏土礦物為主，整體表現(xiàn)為凝灰結(jié)構(gòu)(圖4d, e)。

圖4 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r野外地質(zhì)特征(a-c)和顯微照片(d-e)

2.2 分析方法

鋯石挑選在河北廊坊宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，采用常規(guī)重力和磁力分選方法分選，在雙目鏡下手工精選出透明、無裂隙鋯石。將待測樣品的鋯石顆粒粘置環(huán)氧樹脂中，磨至約1/2，然后進(jìn)行透射、反射和陰極發(fā)光(CL)照相，觀察其表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，以便選取合適的測定分析部位。鋯石制靶和陰極發(fā)光(CL)照相均在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素測試分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。U-Pb同位素分析采用AnlyitikJena PQMS Elite型ICP-MS進(jìn)行測定，剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193nm，激光束斑直徑為32μm，頻率為8Hz，能量密度約為2.01J/cm2，采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣。詳細(xì)測試流程以及儀器運(yùn)行條件等參見侯可軍等(2009)。測定時(shí)采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，微量元素含量校正采用NIST SRM 610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)。數(shù)據(jù)處理基于ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)，年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用Isoplot 4.15完成(Ludwig, 2012)，單個(gè)測點(diǎn)誤差為1σ，采用206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值具95%置信度，分析結(jié)果見表1。

表1 廣西那坡地區(qū)河口組沉凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

Lu-Hf同位素測試采用Neptune plus型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)及配套的Resolution SE 193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑直徑為35μm，頻率為10Hz，能量密度為7～8J/cm2，測試時(shí)同樣采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1作為外標(biāo)，氦氣作為載氣。利用175Lu和172Yb對176Lu和176Yb進(jìn)行同質(zhì)異位素的干擾校正，采用179Hf/177Hf=0.7325對176Hf/177Hf比值進(jìn)行指數(shù)歸一化校正(Wuetal., 2006)。176Hf/177Hf初始值和εHf(t)值參考球粒隕石均一庫(CHUR)計(jì)算，虧損地幔模式年齡(tDM)采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384計(jì)算(Griffinetal., 2000)，而Hf同位素地殼模式年齡(tDMC)則是通過假設(shè)其母巖漿來自平均大陸地殼(176Lu/177Hf=0.015)計(jì)算獲得(Griffinetal., 2002)，分析結(jié)果見表2。

沉凝灰?guī)r樣品13NP-1、13NP-2、13NP-3及13NP-6的全巖主量、微量和稀土元素含量測定在中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，樣品19BN-1和19BN-3的元素含量測定在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。主量元素通過X射線熒光光譜儀(XRF-1800/3080E)測定，分析精度為5%。微量和稀土元素通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS-Excel/Agilent 7500)測定，含量大于10×10-6的元素測試精度為5%，含量小于10×10-6的元素測試精度為10%，分析結(jié)果見表3。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

那坡盆地南部河口組沉凝灰?guī)r中的鋯石呈短柱或長柱狀，半自形-自形，粒徑70～150μm，發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶，個(gè)別鋯石具核幔結(jié)構(gòu)(圖5a)。絕大部分鋯石Th/U比值大于0.01(表1)，輕、重稀土分餾明顯，呈向左傾斜的輕稀土虧損型模式(數(shù)據(jù)略)，整體表現(xiàn)出典型的巖漿鋯石特征(圖5b)。

樣品19BN-1共測試了30個(gè)點(diǎn)，獲得了27個(gè)諧和年齡，僅測點(diǎn)#10、#20及#22諧和度小于95%。其中，22個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U諧和年齡介于231～238Ma之間，加權(quán)平均年齡為236.3±0.8Ma(MSWD=0.55)(圖5c)，為晚三疊世早期(卡尼期)。另有4個(gè)測點(diǎn)年齡介于241～248Ma之間，記錄了早期的巖漿活動，測點(diǎn)#25獲得495±4Ma的較老年齡，為捕獲的早古生代鋯石。

樣品19BN-3測點(diǎn)共計(jì)30個(gè)，僅測點(diǎn)#10、#13及#18年齡不諧和。14個(gè)測點(diǎn)的年輕206Pb/238U諧和年齡介于238～242Ma之間，加權(quán)平均年齡為240.6±1.0Ma(MSWD=0.35)(圖5d)，為中三疊世晚期(拉丁期)。其余測點(diǎn)年齡在244～256Ma范圍內(nèi)，推測來自早期的巖漿活動，測點(diǎn)#22獲得913±7Ma的古老年齡，代表捕獲的新元古代鋯石。

圖5 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像、U-Pb年齡與εHf(t)值(a)、鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖和206Pb/238U年齡加權(quán)平均值(c、d)

3.2 鋯石Hf同位素

對沉凝灰?guī)r樣品19BN-1和19BN-3中已測定U-Pb年齡的部分鋯石開展Lu-Hf同位素原位分析。分析結(jié)果顯示(表2)，樣品19BN-1中鋯石(t=232～248Ma，206Pb/238U年齡)的176Hf/177Hf初始值為0.282102～0.282445，εHf(t)為-18.6～-6.6(圖6a)，其對應(yīng)的虧損地幔模式年齡(tDM)為1157～1608Ma，地殼模式年齡(tDMC)介于1680～2434Ma之間(圖6b)。

表2 廣西那坡地區(qū)河口組沉凝灰?guī)r鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

樣品19BN-3中鋯石年齡(t=238～256Ma)較老于前者，但具有相近的176Hf/177Hf初始值(0.282123～0.282449)和εHf(t)=-17.6～-6.3(圖6a)，及虧損地幔模式年齡(1134～1600Ma)和地殼模式年齡(1664～2383Ma)(圖6c)。上述結(jié)果表明，兩套沉凝灰?guī)r為同源巖漿演化的產(chǎn)物，且均來源于古老地殼物質(zhì)的再造。

圖6 沉凝灰?guī)r鋯石εHf(t)-年齡圖解(a)與地殼模式年齡(b、c)

3.3 巖石地球化學(xué)特征

沉凝灰?guī)r相學(xué)特征表明，兩套沉凝灰?guī)r均含有大量石英和長石晶屑及隱晶質(zhì)和黏土礦物基質(zhì)。通過與下部砂巖碎屑鋯石年齡譜及鄰區(qū)弧火山巖年齡分布特征進(jìn)行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)廣泛分布于砂巖中的兩組碎屑鋯石(分別為480～420Ma和400～320Ma，Xiaetal., 2021)在該沉凝灰?guī)r樣品中幾乎不可見，同時(shí)沉凝灰?guī)r鋯石年齡分布集中，且與富寧、憑祥弧火山巖基本一致(覃小鋒等, 2011; Ganetal., 2021; 向忠金等, 2021)。因此，結(jié)合沉凝灰?guī)r鏡下特征分析，我們認(rèn)為河口組沉凝灰?guī)r中絕大多數(shù)組分來源于火山灰，而陸源碎屑物質(zhì)極為有限，其地球化學(xué)特征能夠反映其火山源區(qū)特征。

分析結(jié)果(表3)表明，那坡盆地河口組沉凝灰?guī)r主量元素總體具有較高的SiO2(74.02%～82.41%)和K2O(2.15%～5.81%)，較低的TiO2(0.20%～0.28%)、Al2O3(9.78%～15.04%)、Na2O(0.26%～2.50%)和CaO(0.10%～0.28%)。所有樣品的MgO、FeOT和P2O5明顯較低，含量分別為0.37%～0.48%、1.27%～1.48%和0.03%～0.12%。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.6～2.8，平均值為2.2，表現(xiàn)出殼源巖石過鋁質(zhì)的特征。全堿含量(Na2O+K2O)為3.32%～7.46%，平均值為5.57%。在火成巖TAS(SiO2-Na2O+K2O)分類圖上，本文分析的6個(gè)樣品均投點(diǎn)在流紋巖區(qū)域內(nèi)(圖7a)，顯示為亞堿性?？紤]到樣品本身存在輕微的硅化和絹云母化蝕變作用，可能會導(dǎo)致樣品中SiO2含量偏高。因此，本文采用抗蝕變元素圖解進(jìn)一步確定巖石類型。在Nb/Y-Zr/TiO2×0.0001判別圖上，本文分析的樣品均投在英安巖區(qū)域內(nèi)(圖7b)，暗示這些沉凝灰?guī)r樣品是中酸性火山噴發(fā)的產(chǎn)物。結(jié)合鏡下薄片鑒定結(jié)果，本文分析的沉凝灰?guī)r樣品屬于亞堿性英安質(zhì)，與憑祥和北越Lang Son地區(qū)的酸性火山巖較為相近(覃小鋒等, 2011; Halpinetal., 2016; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)。

圖7 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)rSiO2-ALK圖解(a, 據(jù)Le Maitre et al., 2002)和Nb/Y-Zr/TiO2×10-4圖解(b，據(jù)Winchester and Floyd, 1977)

表3 廣西那坡河口組沉凝灰?guī)r主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

沉凝灰?guī)r稀土總量為124×10-6～236×10-6，平均值181×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖8a)上，樣品具有一致的配分曲線，表現(xiàn)為輕稀土元素(LREEs)相對富集、重稀土元素(HREEs)相對平坦的特征，輕、重稀土元素分異明顯，(La/Yb)N比值介于4.5～7.3之間，具明顯Eu負(fù)異常(δEu=0.18～0.26)，指示巖漿演化過程中經(jīng)歷了斜長石分離結(jié)晶作用。對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)6件沉凝灰?guī)r樣品的稀土配分曲線較為一致，推測為同源區(qū)不同期次火山活動的產(chǎn)物，且與憑祥、越南Lang Son及Truong Son地區(qū)的酸性火山巖稀土元素含量基本一致。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)上，所有樣品相對富集大離子親石元素(LILEs)、Rb、Th和U，虧損高場強(qiáng)元素(HFSEs)，具有顯著的Nb、Ta和Ti負(fù)異常，整體反映出較多的殼源物質(zhì)加入，與島弧火山巖地球化學(xué)特征一致。

圖8 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

4 討論

4.1 沉積時(shí)代

20世紀(jì)70年代，前人對那坡地區(qū)巨厚的海相碎屑巖開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976; 云南省地質(zhì)局, 1978)，將這套海相碎屑巖劃分為下三疊統(tǒng)羅樓組、中三疊統(tǒng)百逢組和河口組。由于該套碎屑巖中化石記錄稀缺，這套碎屑巖的確切沉積時(shí)代一直存在爭議。最近，夏磊等(2018)、Xiaetal.(2021)通過開展詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和沉積學(xué)研究，結(jié)合碎屑鋯石U-Pb定年分析結(jié)果，認(rèn)為沿德隆-平孟斷裂出露的下三疊統(tǒng)羅樓組為一套斜坡相火山巖-碳酸鹽巖混雜型滑塌堆積，并緊密伴生有碎屑流和鈣質(zhì)濁積巖，其砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡為247Ma，位于奧羅尼克期與安尼期界線處。中三疊統(tǒng)百逢組和河口組由北向南可識別出扇三角洲相和濁積扇相，整體表現(xiàn)為一套向南變深變細(xì)的沉積序列。百逢組下-中段砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡分別為247Ma和240Ma，指示沉積時(shí)期為安尼期至早拉丁期。河口組下-中段砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡分別為243Ma和239Ma，指示拉丁期的沉積時(shí)代。

本文研究的兩個(gè)沉凝灰?guī)r樣品(19BN-3和19BN-1)分別采自河口組中部和上部，除部分捕獲的較老鋯石外(如鋯石19BN-1#25與19BN-3#22)，其余年輕鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為240.6±1.0Ma和236.3±0.8Ma。這一測年結(jié)果準(zhǔn)確地限定了那坡盆地河口組碎屑巖沉積時(shí)代為中三疊世拉丁期，部分為晚三疊世卡尼期早期，可與滇東南地區(qū)蘭木組進(jìn)行對比(張斌輝等, 2019)。

4.2 巖石成因

巖相學(xué)和地球化學(xué)特征表明，廣西那坡盆地南部河口組沉凝灰?guī)r屬于亞堿性系列英安質(zhì)巖石，REE配分模式呈右傾型，相對富集LREEs和LILEs，虧損HFSEs，具明顯的Eu、Nb、Ta負(fù)異常，與中越邊境地區(qū)中-酸性火山巖高度相似，均表現(xiàn)出與俯沖相關(guān)的島弧火山巖一致的地球化學(xué)特征。

考慮到火山碎屑和火山塵在搬運(yùn)、堆積、固結(jié)成巖過程中受流體影響會導(dǎo)致部分活動性較強(qiáng)的元素含量發(fā)生變化，因此本文選擇活動性較弱、穩(wěn)定性強(qiáng)的不相容元素(如Nb、Ta、Rb、Y等)含量及其比值來判別沉凝灰?guī)r源區(qū)構(gòu)造環(huán)境。研究區(qū)河口組沉凝灰?guī)r的Nb和Ta含量分別為6.30×10-6～12.0×10-6和0.68×10-6～1.13×10-6，Nb/Ta比值介于8.7～10.8之間，平均值為9.9，明顯低于虧損地幔(Nb/Ta=15.5±1.0，Rudnicketal., 2000)，與大陸地殼(Nb/Ta=10～14，Taylor and McLennan, 1985)相近。在沉凝灰?guī)r全巖(Y+Nb)-Rb判別圖中，大部分樣品投在Syn-COLG(同碰撞)和VAG(火山弧)區(qū)域，僅樣品13NP-1投在WPG(板內(nèi))區(qū)域(圖9a)。在Y-Nb判別圖中，除樣品13NP-1和19BN-3投在ORG(大洋中脊花崗巖)區(qū)域，其余樣品均投在VAG+Syn-COLG區(qū)域(圖9b)。對比發(fā)現(xiàn)，那坡河口組酸性沉凝灰?guī)r與憑祥、越南Lang Son及Truong Son地區(qū)的酸性島弧火山巖具有相似的地球化學(xué)特征。

圖9 那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)Pearce et al., 1984)

Grimesetal.(2007, 2015)通過大量統(tǒng)計(jì)大洋中脊、大洋島弧及巖漿弧環(huán)境下鋯石的微量元素含量及其比值后發(fā)現(xiàn)，利用Hf-U/Yb圖解能夠有效區(qū)分來自洋殼和陸殼的鋯石。在鋯石Hf-U/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖10a)中，研究區(qū)所有沉凝灰?guī)r鋯石樣品均投在陸殼范圍內(nèi)。Yangetal.(2012)提出利用鋯石Th/Nb與Hf/Th相關(guān)性將其劃分為弧相關(guān)/造山帶環(huán)境和板內(nèi)/非造山帶環(huán)境。在Th/Nb-Hf/Th圖解(圖10b)中，絕大多數(shù)鋯石樣品投在弧相關(guān)/造山帶區(qū)域內(nèi)，僅樣品19BN-3#22落在兩者的重疊區(qū)域。結(jié)合沉凝灰?guī)r鋯石較低的εHf(t)值(-18.6～-6.3)、較老的地殼模式年齡(1664～2434Ma)以及俯沖環(huán)境微量元素特征分析，推斷形成該沉凝灰?guī)r的火山灰來源于島弧火山巖，且?guī)r漿源區(qū)存在殼源物質(zhì)的加入。

圖10 河口組沉凝灰?guī)r鋯石Hf-U/Yb(a, 據(jù)Grimes et al., 2015)和Th/Nb-Hf/Th(b, 據(jù)Yang et al., 2012)構(gòu)造環(huán)境判別圖

考慮到那坡地區(qū)河口組兩套酸性沉凝灰?guī)r厚度大(分別為94m和93m)、連續(xù)性好，推測其火山灰沉降區(qū)與火山口距離較近，因此排除來自Truong Son弧的可能。從火山噴發(fā)時(shí)間分析，河口組沉凝灰?guī)r(240～236Ma)對應(yīng)的火山活動要明顯晚于北越Lang Son地區(qū)的酸性火山巖(252～250Ma, Halpinetal., 2016)，與憑祥酸性弧火山巖的時(shí)代一致(246～228Ma, 覃小鋒等, 2011; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)。因此，本文認(rèn)為那坡盆地河口組酸性沉凝灰?guī)r與憑祥地區(qū)中-晚三疊世弧火山巖密切相關(guān)，記錄了華南板塊南緣古特提斯分支洋盆俯沖過程中的島弧火山噴發(fā)活動。

4.3 構(gòu)造意義

印支造山帶是由古特提斯分支洋盆(哀牢山-Song Ma-Song Chay洋盆與八布-Cao Bang洋盆)俯沖閉合、華南地塊與北越、印支地塊發(fā)生匯聚拼合形成的(Cai and Zhang, 2009; Metcalfe, 2013; Faureetal., 2014, 2016; Xiaetal., 2021)。研究表明，哀牢山-Song Ma-Song Chay古特提斯分支洋盆自晚古生代開始向南俯沖消減(Liuetal., 2012; Faureetal., 2014, 2016; Lietal., 2021)，并于早三疊世-中三疊世早期沿Song Chay縫合帶閉合，這使得印支地塊東部與北越地塊首先發(fā)生碰撞(圖11a)，從而導(dǎo)致北越地塊形成大量同碰撞花崗巖(252～245Ma, Rogeretal., 2012; Chenetal., 2014)和NE指向的逆沖推覆構(gòu)造(Lepvrieretal., 2011)。這也使得北越地塊不斷向北推進(jìn)，在一定程度上促進(jìn)了八布-Cao Bang洋盆俯沖消減、閉合。此外，Zhangetal.(2013)測得Song Ma縫合帶內(nèi)的榴輝巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為230.5±8.2Ma。Xuetal.(2019)通過對哀牢山縫合帶東西兩側(cè)三疊紀(jì)碎屑巖開展了鋯石U-Pb-Hf同位素詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)在中-晚三疊世之交(～237Ma)沉積物源存在明顯變化。上述結(jié)果表明，華南地塊與印支地塊沿哀牢山-Song Ma縫合帶完全碰撞拼合的時(shí)限為晚三疊世早期(圖11b)。

圖11 華南地塊南緣三疊紀(jì)構(gòu)造演化模式(據(jù)Faure et al., 2014, 2016; Xiang et al., 2021修改)

如前文所述，華南地塊與北越地塊之間的八布-Cao Bang古特提斯分支洋盆在晚石炭世-中二疊世已然形成，并于晚二疊世-中三疊世向北俯沖，形成了沿富寧-那坡-靖西-憑祥一帶分布的島弧火山巖(圖11a, 覃小鋒等, 2011; Qinetal., 2012; 胡麗沙等, 2012; 劉兵等, 2018; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021; Xiangetal., 2021; 向忠金等, 2021)及與之配套的那坡-憑祥弧前盆地沉積(宋博等, 2013, 2014; Xiaetal., 2021)。然而，關(guān)于八布-Cao Bang分支洋盆閉合的時(shí)限仍不明確。前人對八布蛇綠巖中的角閃巖(變玄武巖)開展了40Ar-39Ar定年(231～230Ma, Wuetal., 1999)，結(jié)果指示其構(gòu)造就位的時(shí)限為晚三疊世早期，暗示八布-Cao Bang洋盆于該時(shí)期閉合，這與哀牢山-SongMa洋盆閉合時(shí)間基本一致。但最新的研究成果表明，憑祥地區(qū)酸性島弧火山巖的時(shí)代介于246～228Ma之間(覃小鋒等, 2011; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)，說明在憑祥地區(qū)該分支洋盆的俯沖作用可能持續(xù)至晚三疊世。本文研究結(jié)果同樣揭示，那坡盆地中三疊統(tǒng)河口組上部的英安質(zhì)沉凝灰?guī)r的火山物質(zhì)來源于憑祥地區(qū)的島弧火山巖，其記錄的火山噴發(fā)時(shí)代(241～236Ma)與憑祥島弧火山巖極為一致?？紤]到研究區(qū)沉凝灰?guī)r的沉積環(huán)境為深海盆地平原相，進(jìn)一步暗示在那坡南部地區(qū)八布-Cao Bang洋盆于晚三疊世早期尚未閉合，該時(shí)期那坡弧前盆地南部仍處于深海環(huán)境，并持續(xù)接受沉積。

綜上所述，本文推斷華南地塊南緣八布-Cao Bang分支洋盆是自西向東呈“剪刀”式俯沖閉合的(圖11b)，這可能受華南地塊南緣不規(guī)則大陸形態(tài)的影響。具體來說，華南地塊與北越地塊在滇東南八布地區(qū)首先發(fā)生碰撞拼合(時(shí)代約為230Ma)，這與該區(qū)域局部出露的晚三疊世磨拉石相礫巖沉積相吻合(張斌輝等, 2019)；而在桂西南憑祥地區(qū)兩者碰撞拼合可能發(fā)生在晚三疊世中晚期，這與憑祥盆地中三疊世殘余弧前盆地沉積(宋博等, 2013, 2014)，以及八布-Song Hien構(gòu)造帶東南段上三疊統(tǒng)與下伏地層的不整合接觸關(guān)系(Lepvrieretal., 2011)相匹配。

5 結(jié)論

(1)廣西那坡盆地南部中三疊統(tǒng)河口組兩套沉凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡約為241Ma和236Ma，準(zhǔn)確限定河口組碎屑巖屬于中三疊世拉丁期沉積物，部分為晚三疊世卡尼期早期。

(2)河口組中-晚三疊世沉凝灰?guī)r屬于亞堿性英安質(zhì)，富集LREE和LILEs，具有明顯的Nb、Ta和Ti負(fù)異常，結(jié)合鋯石微量元素和Hf同位素特征分析，認(rèn)為形成該沉凝灰?guī)r的火山灰與俯沖作用密切相關(guān)，推測其來源于憑祥地區(qū)中-晚三疊世酸性島弧噴發(fā)活動。

(3)華南地塊南緣八布-Cao Bang古特提斯分支洋盆于晚二疊世至晚三疊世早期向北俯沖，隨后自西向東呈“剪刀”式逐漸閉合。華南地塊與北越地塊完全碰撞拼合的時(shí)間發(fā)生在晚三疊世中晚期。

致謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)時(shí)上鈞、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所碩士生張鈺哲參與了野外地質(zhì)調(diào)查和采樣工作；樣品全巖地球化學(xué)和鋯石同位素測試分析得到了中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心和北京科薈測試技術(shù)有限公司的支持；感謝侯泉林教授和衛(wèi)巍副研究員在野外調(diào)查過程中給予的指導(dǎo)；衷心感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所閆臻研究員、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張曉暉研究員及中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院孫金鳳副教授對本文提出的寶貴意見和建議。