王晨 劉正宏 李剛** 劉俊來(lái) 李文慶 班丁 張諾 玄雨菲

特提斯是地球顯生宙期間位于北方勞亞大陸和南方岡瓦納大陸之間緯向分布的巨型海洋,特提斯洋在新生代時(shí)期的閉合形成了阿爾卑斯山、土耳其-伊朗高原、喜馬拉雅山和青藏高原(吳福元等,2020)。中國(guó)滇西南地區(qū)屬于特提斯構(gòu)造域的東段,保留了大量有關(guān)特提斯洋和分支洋盆演化的巖石信息,是特提斯構(gòu)造研究的熱點(diǎn)地區(qū),受到地質(zhì)學(xué)家們的廣泛關(guān)注(吳福元等,2020; Liuetal., 2021a; Shanetal., 2022; 馮慶來(lái)等,2023)。作為特提斯構(gòu)造域演化的初始階段,原特提斯洋的演化過(guò)程具有多(微)陸塊(華夏、揚(yáng)子、印支等陸塊和保山、騰沖、羌塘、拉薩等微陸塊)和多期拼合的特點(diǎn)。這些陸塊和微陸塊之間經(jīng)歷了早古生代的碰撞-拼合過(guò)程,發(fā)育一系列的巖漿巖、蛇綠巖和高壓-超高壓變質(zhì)帶,并且遭受不同程度的構(gòu)造變形,是研究原特提斯洋在早古生代時(shí)期演化的重要載體。然而,目前針對(duì)特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域早古生代巖漿事件的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制存在兩種截然不同的觀點(diǎn):(1)早古生代巖漿事件代表羅迪尼亞超大陸裂解或者岡瓦納大陸最終閉合過(guò)程相關(guān)的泛非事件,這一觀點(diǎn)主要基于藏南聶拉木、亞?wèn)|、吉隆和康馬地區(qū)識(shí)別出的529～457Ma的構(gòu)造熱事件年齡而提出(Murphy and Nance, 1991; Milleretal., 2001; 許志琴等,2005);(2)早古生代巖漿事件代表岡瓦納大陸聚合過(guò)程,是原特提斯洋板片向印度板塊和鄰區(qū)微陸塊下覆俯沖而引發(fā)的安第斯型造山運(yùn)動(dòng),該觀點(diǎn)主要基于吉隆地區(qū)499～473Ma片麻巖及花崗片麻巖而提出(Cawoodetal., 2007; Dongetal., 2010; 王曉先等,2011)。上述研究表明,滇西南地區(qū)早古生代巖漿巖的巖石成因及相應(yīng)的地球動(dòng)力學(xué)背景仍然存在較大爭(zhēng)議,制約了對(duì)滇西南原特提斯造山帶構(gòu)造-巖漿演化的重建過(guò)程。此外,由于滇西南地區(qū)在晚古生代、中生代以及新生代期間遭受古特提斯洋、中特提斯洋和新特提斯洋構(gòu)造體系的強(qiáng)烈熱事件的疊加改造影響,巖漿作用強(qiáng)烈,巖體大量侵位,使得該地區(qū)早古生代巖漿記錄被巨量的年輕地殼/地幔物質(zhì)改造(Deweyetal., 1988; Metcalfe, 1996, 2002, 2013; Yin, 2006; Cawoodetal., 2013; 邢曉婉,2016)。因此,準(zhǔn)確識(shí)別并深入研究滇西南地區(qū)早古生代巖漿巖、沉積記錄以及變質(zhì)作用,是探討早古生代原特提斯洋構(gòu)造巖漿演化和地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)換的重要突破口。

近年來(lái),前人在滇西南地區(qū)相繼厘定出多條巖漿弧和蛇綠混雜巖帶,它們顯示了復(fù)雜的時(shí)空變化,記錄了特提斯演化過(guò)程中的洋-陸俯沖至陸-陸碰撞過(guò)程和殼-幔相互作用過(guò)程,蘊(yùn)含著原特提斯洋早古生代構(gòu)造-巖漿演化的重要信息,為解決上述爭(zhēng)議提供了關(guān)鍵窗口。前人針對(duì)早古生代巖漿作用的研究大多集中在特提斯構(gòu)造域西段的喜馬拉雅地區(qū),近年來(lái)藏東南迦巴瓦、保山和騰沖-高黎貢地區(qū)相繼報(bào)道的早古生代巖漿巖表明原特提斯構(gòu)造域經(jīng)喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)向東延伸至了滇西南保山和騰沖地區(qū)。值得注意的是,花崗巖作為滇西南地區(qū)出露規(guī)模最大的巖石類(lèi)型,對(duì)其開(kāi)展精細(xì)研究可以有效反演特提斯構(gòu)造域的構(gòu)造-巖漿演化過(guò)程。花崗巖的分類(lèi)(包括I型、S型、A型和M型花崗巖)主要基于巖漿的源區(qū)特征,其中S型花崗巖最原始定義來(lái)自對(duì)澳大利亞Lachlan褶皺帶花崗巖的研究,認(rèn)為其主要形成于經(jīng)過(guò)風(fēng)化的沉積巖(泥質(zhì)巖石為主)或變質(zhì)沉積巖的部分熔融過(guò)程(Chappell and White, 1974, 1992)。S型花崗巖可以形成在多種構(gòu)造環(huán)境下,如同碰撞、弧后伸展和洋脊俯沖等構(gòu)造環(huán)境(Clemens, 2003; Collins and Richards, 2008; Huang and Jiang, 2014; Rongetal., 2017; Chakrabortyetal., 2019; Zhangetal., 2019)。Barbarin(1999)認(rèn)為S型花崗巖的形成環(huán)境與陸-陸碰撞和后碰撞相關(guān),例如喜馬拉雅型強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖形成于同碰撞和后碰撞階段的增厚地殼(厚度大于50km)(Sylvester, 1998)。然而,Collins and Richards(2008)認(rèn)為環(huán)太平洋構(gòu)造環(huán)境下形成的S型花崗巖是由地幔提供的熱,例如在環(huán)太平洋造山帶中識(shí)別出的S型花崗巖形成于以沉積物為主的弧后盆地增厚之后的弧巖漿活動(dòng)中(Collins and Richards, 2008)。保山地塊平達(dá)巖體形成時(shí)位于岡瓦納大陸東北部,并伴隨原特提斯洋的打開(kāi)和俯沖過(guò)程,其主要由S型花崗巖組成(Danetal., 2023)。因此,對(duì)平達(dá)巖體早古生代S型花崗巖的巖石成因開(kāi)展深入研究,將在約束滇西南地區(qū)原特提斯洋早古生代構(gòu)造演化方面有重要的研究意義。鑒于此,本文選取保山地塊早古生代平達(dá)花崗巖作為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)花崗巖開(kāi)展詳細(xì)的野外地質(zhì)考察、鋯石U-Pb年代學(xué)、巖相學(xué)、全巖主-微量元素和同位素研究,查明這些花崗質(zhì)侵入體的巖石組合特征、結(jié)晶年齡、巖石成因、源區(qū)性質(zhì)及其形成的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,綜合前人研究成果,查明保山地塊早古生代巖漿巖的巖石組合類(lèi)型及時(shí)空變異特征,最終揭示滇西南地區(qū)原特提斯洋早古生代時(shí)期的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制及深部作用過(guò)程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 滇西南地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)Liu et al., 2021b修改)

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及采樣位置

目前,昌寧-孟連縫合帶代表古特提斯洋盆殘留的證據(jù)已經(jīng)得到廣大地質(zhì)學(xué)家的認(rèn)可,但是近年來(lái)在昌寧-孟連縫合帶中識(shí)別出越來(lái)越多早古生代巖漿巖記錄(王保弟等,2013,2018; 王冬兵等,2016)。南汀河蛇綠混雜巖帶中的(堆晶)輝長(zhǎng)巖中鋯石U-Pb年齡為444～439Ma,具有N-MORB型和E-MORB型地球化學(xué)特征,代表了弧后裂谷盆地環(huán)境(王保弟等,2013)。牛井山蛇綠混雜巖中英云閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡為468Ma,顯示高鎂埃達(dá)克巖特征,為島弧巖漿作用的產(chǎn)物,代表了早古生代洋殼俯沖消減的作用(王冬兵等,2016)。因此,部分學(xué)者認(rèn)為昌寧-孟連縫合帶主要代表古特提斯洋盆的殘留產(chǎn)物,其中的早古生代巖漿巖可能形成于原特提斯洋俯沖相關(guān)的弧后盆地環(huán)境(趙天宇,2019;劉桂春,2020)。

瀾滄地體位于昌寧-孟連縫合帶和云縣-勐海構(gòu)造帶之間,呈近南北向展布,是一個(gè)新建立的地質(zhì)單元(趙天宇,2019; 劉桂春,2020; Weietal., 2022)。瀾滄地體主要由瀾滄群變質(zhì)巖系組成(劉桂春,2020),瀾滄群東側(cè)被臨滄花崗巖侵入,西側(cè)與下石炭統(tǒng)南段組地層呈角度不整合接觸(鐘大賚,1998)。早期學(xué)者們認(rèn)為瀾滄群為蘭坪-思茅地塊西側(cè)的大陸邊緣沉積地層(羅君烈,1990; Wuetal., 1995),但Zhaoetal.(2017b)和Weietal.(2022)研究指出瀾滄群內(nèi)變沉積巖具有與保山地塊相似的碎屑鋯石年齡峰值,而明顯區(qū)別于蘭坪-思茅地塊,從而提出在早古生代期間瀾滄群與保山地塊具有構(gòu)造親緣性,可能作為一個(gè)獨(dú)立的塊體(瀾滄地體)與保山地塊接收相同的物源供給。瀾滄群主要由變質(zhì)程度較低的變火山巖和變沉積巖組成。變火山巖以變質(zhì)中-基性火山巖為主,形成時(shí)代為中-晚奧陶世(Nieetal., 2015; Xingetal., 2017; Weietal., 2022)。此外,在瀾滄地體內(nèi)布朗山地區(qū)發(fā)育有少量早古生代酸性侵入巖(481～459Ma),侵入到瀾滄群曼來(lái)組(孫載波等,2018;趙天宇,2019)。

云縣-勐海構(gòu)造帶分布于臨滄花崗巖基邊部及內(nèi)部,由斷續(xù)分布的蛇綠混雜巖和變質(zhì)巖塊組成,代表原特提斯縫合帶經(jīng)古特提斯改造形成的殘留體(馮慶來(lái)等,2023)。早古生代蛇綠混雜巖主要沿云縣-雙江-瀾滄-勐海一線南北向斷續(xù)分布,南北向長(zhǎng)約300km,寬為0～4km(劉桂春,2020; Liuetal., 2021b)。云縣-勐海蛇綠混雜巖由北至南包括螞蟻堆蛇綠混雜巖(459～447Ma)、灣河蛇綠混雜巖(462～455Ma)、謙邁蛇綠混雜巖(505～492Ma)和大勐龍蛇綠混雜巖(～482Ma)等。該蛇綠混雜巖帶包含較為完整的洋中脊玄武巖、輝長(zhǎng)巖巖墻、熱水洋盆沉積、遠(yuǎn)洋硅-灰-泥沉積、洋島火山巖、島弧火山巖等組合(樊岳華,2016; 劉桂春等,2017; 劉桂春,2020; Liuetal., 2021b)。由于該蛇綠混雜巖帶遭受后期變質(zhì)變形作用影響,帶內(nèi)巖石大都變質(zhì)為綠片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、變質(zhì)堆晶輝長(zhǎng)巖、云母石英片巖、石英巖、變質(zhì)凝灰?guī)r等,其中夾有高壓-超高壓榴輝巖、退變質(zhì)榴輝巖等,這些巖體呈基質(zhì)夾團(tuán)塊的構(gòu)造,斷續(xù)出露于蛇綠混雜巖帶內(nèi)(樊岳華,2016; 劉桂春等,2017; 劉桂春,2020; Liuetal., 2021b)。

2 巖石樣品特征

本文采集的巖石樣品來(lái)自保山地塊西部平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖(圖3a-d)。由于滇西南大部分地區(qū)被植被覆蓋,且風(fēng)化作用嚴(yán)重,使得新鮮的巖石樣品出露規(guī)模較小,并且出露范圍較為分散。野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學(xué)研究顯示二長(zhǎng)花崗巖具有中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物組成為石英(30%～35%)、堿性長(zhǎng)石(25%～30%)、斜長(zhǎng)石(25%～30%)、黑云母(5%～8%)和少量的白云母(1%～2%)以及磷灰石、鋯石和榍石等副礦物(圖3a-d)。其中,石英呈他形粒狀,無(wú)色透明,無(wú)解理,粒度范圍在0.02～1.50mm,干涉色Ⅰ級(jí)灰白,最高干涉色可見(jiàn)Ⅰ級(jí)黃,局部可見(jiàn)石英發(fā)生熔蝕成不規(guī)則狀;斜長(zhǎng)石呈自形-半自形柱狀、板柱狀,粒度約0.05～0.50mm,普遍遭受絹云母化蝕變作用,局部可見(jiàn)聚片雙晶;堿性長(zhǎng)石呈半自形板柱狀-他形粒狀,粒度約0.25～2.50mm,以條紋長(zhǎng)石為主,可見(jiàn)條紋結(jié)構(gòu),局部發(fā)育高嶺土化蝕變;黑云母呈自形-半自形鱗片狀、片狀,粒度約0.05～0.25mm,發(fā)育一組極完全解理,單偏光鏡下可見(jiàn)淺褐色-深褐色的吸收性,部分黑云母發(fā)生綠泥石化蝕變作用,平行消光;白云母呈半自形鱗片狀、不規(guī)則狀,粒度約0.05mm,干涉色鮮艷,平行消光,發(fā)育一組極完全解理。

圖3 保山地塊早古生代二長(zhǎng)花崗巖代表性的野外及顯微照片

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb定年

二長(zhǎng)花崗巖樣品的破碎和鋯石的分選工作由廊坊市拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司完成。首先將采集到的新鮮無(wú)蝕變的巖石樣品機(jī)械粉碎至80～100目,在嚴(yán)格避免污染的實(shí)驗(yàn)條件下,采用重力分選、磁選和重液分選技術(shù)完成鋯石的分選工作。鋯石靶制備工作由北京地時(shí)科技有限公司完成。在雙目鏡下人工挑選出不同長(zhǎng)寬比例和柱錐面特征的鋯石,并用環(huán)氧樹(shù)脂凝固成靶,打磨、拋光直至鋯石核部充分出露,完成樣品靶的制備。樣品靶制備完成后,對(duì)鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的顯微圖像采集,查明鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以便在后續(xù)測(cè)試中選擇透明的、無(wú)裂隙的、無(wú)包裹體的鋯石區(qū)域進(jìn)行測(cè)試分析。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)試由吉林大學(xué)自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)儀器采用的激光剝蝕為德國(guó)相干公司COMPExPro型ArF準(zhǔn)分子激光器,質(zhì)譜儀為7500A型四極桿等離子質(zhì)譜。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣,分析過(guò)程使用的激光束斑直徑、激光能量密度和剝蝕頻率分別為32μm、10J/cm2和8Hz。實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。使用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局研制的人工合成硅酸鹽玻璃NIST610進(jìn)行儀器最佳化。運(yùn)行GLITTER(ver. 4.4)程序計(jì)算獲得鋯石U-Pb同位素比值和元素含量。根據(jù)Andersen(2002)的方法進(jìn)行普通Pb校正,最后利用Isoplot(ver. 3.0;Ludwig, 2003)程序完成年齡計(jì)算與諧和圖的繪制。

3.2 全巖主量元素和微量元素

在詳細(xì)的巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上,我們挑選15個(gè)新鮮的二長(zhǎng)花崗巖樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)測(cè)試。將代表性樣品的風(fēng)化面去除,將處理后的樣品放入顎式無(wú)污染碎樣機(jī)中進(jìn)行粗碎和細(xì)碎,研磨至200目以下。全巖主、微量元素分析在廣州澳實(shí)分析檢測(cè)有限公司完成。全巖主量使用ME-XRF26 X 射線熒光光譜儀硅酸鹽巖主次量精密分析,利用ME-MS61r 四酸消解法電感耦合等離子體發(fā)射光譜與質(zhì)譜測(cè)定超痕量元素和稀土元素含量,利用ME-MS81g 熔融法電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定稀土元素的含量。主量元素和微量元素的分析精密度和準(zhǔn)確度分別優(yōu)于5%和10%。

3.3 鋯石原位Hf同位素

鋯石原位Lu-Hf同位素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。所用儀器為激光剝蝕多接收杯等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS),激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD(Coherent,德國(guó)), MC-ICP-MS為Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific,德國(guó))。激光輸出能量可以調(diào)節(jié),實(shí)際輸出能量密度為～7.0J/cm2。采用單點(diǎn)剝蝕模式,斑束固定為44μm。詳細(xì)儀器操作條件和分析方法參考文獻(xiàn)(Huetal., 2012, 2015)。鋯石Hf同位素干擾校正方法參考文獻(xiàn)(Blichert-Toftetal., 1997;Fisheretal., 2014)。為確保分析數(shù)據(jù)的可靠性,Ple?ovice、91500和GJ-1三個(gè)國(guó)際鋯石標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際樣品同時(shí)分析,以上標(biāo)樣推薦值請(qǐng)參考Zhang and Hu(2020)。

3.4 磷灰石原位Nd同位素

磷灰石微區(qū)原位Nd同位素比值測(cè)試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用激光剝蝕多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)完成。激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD(Coherent,德國(guó)),MC-ICP-MS為Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific,德國(guó))。激光剝蝕系統(tǒng)使用氦氣作為載氣。分析采用單點(diǎn)模式,激光的束斑大小和剝蝕頻率根據(jù)樣品的Nd信號(hào)強(qiáng)度調(diào)節(jié),一般為32～90μm和4～10Hz。激光能量密度固定在～8.0J/cm2。詳細(xì)的分析方法校正描述請(qǐng)參考文獻(xiàn)(Xuetal., 2015)。全部分析數(shù)據(jù)采用專(zhuān)業(yè)同位素?cái)?shù)據(jù)處理軟件“Iso-Compass”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(Zhangetal., 2020)。兩個(gè)天然磷灰石標(biāo)樣,Durango和MAD作為未知樣品監(jiān)控微區(qū)原位磷灰石Nd同位素校正方法的可靠性。Durango和MAD的化學(xué)組成和Nd同位素組成參見(jiàn)Xuetal.(2015)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年

本文對(duì)滇西南保山地塊平達(dá)巖體3件二長(zhǎng)花崗巖樣品進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年,測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。用于鋯石U-Pb測(cè)試分析的鋯石均呈自形-半自形棱柱狀,CL圖像上可見(jiàn)清晰的巖漿振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶,指示其為巖漿成因鋯石,獲得的鋯石206Pb/238U年齡可以代表巖體的結(jié)晶時(shí)間(圖4; Belousovaetal., 2002)。

圖4 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的代表性鋯石陰極發(fā)光圖像

樣品DXN35為二長(zhǎng)花崗巖,采自滇西南平達(dá)鄉(xiāng)北西向S231公路旁(24°22′35″N、98°48′41″E)。對(duì)該樣品的鋯石共進(jìn)行23個(gè)測(cè)點(diǎn)分析,分析結(jié)果顯示所有測(cè)點(diǎn)均位于諧和線上或其附近,206Pb/238U年齡介于508～455Ma之間。其中15個(gè)鋯石具有年輕的206Pb/238U年齡(470～455Ma),計(jì)算所得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為463.9±1.8Ma (MSWD=1.0;

n=15),可以代表二長(zhǎng)花崗巖樣品的結(jié)晶年齡(圖5a)。其余8個(gè)較老的鋯石,其206Pb/238U年齡范圍介于508～500Ma之間,代表二長(zhǎng)花崗巖侵位過(guò)程中捕獲鋯石的結(jié)晶年齡(圖5a、表1)。

圖5 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb諧和圖(a-c)及滇西南地區(qū)早古生代巖漿作用頻譜圖(d)

樣品DXN36為二長(zhǎng)花崗巖,采自滇西南平達(dá)鄉(xiāng)北西向S231公路沿線(24°22′40″N、98°51′9″E)。對(duì)該樣品的鋯石共進(jìn)行14個(gè)測(cè)點(diǎn)分析,部分測(cè)點(diǎn)可能由于Pb丟失(Corfu, 2013)或者Pb獲得(Wiemeretal., 2017)略微偏離諧和線,分析結(jié)果顯示它們的206Pb/238U年齡介于470～462Ma之間,并給出加權(quán)平均年齡為465.9±1.7Ma(MSWD=0.59;n=14),表明二長(zhǎng)花崗巖的就位年齡為中奧陶世(圖5b、表1)。

樣品DXN37為二長(zhǎng)花崗巖,采自滇西南平達(dá)鄉(xiāng)北西向S231公路沿線(24°22′48″N、98°47′44″E)。本文對(duì)該樣品中的鋯石共進(jìn)行了23個(gè)測(cè)點(diǎn)分析,除5個(gè)測(cè)點(diǎn)具有相對(duì)較老的鋯石206Pb/238U年齡(543～504Ma),代表了二長(zhǎng)花崗巖中捕獲鋯石的年齡(圖5c、表1),其余18個(gè)測(cè)點(diǎn)均位于諧和線上或附近,206Pb/238U年齡分布較為集中,介于460～447Ma之間,并給出加權(quán)平均年齡為454.9±1.7Ma(MSWD=0.92;n=18),可以代表二長(zhǎng)花崗巖樣品的結(jié)晶年齡(圖5c、表1)。

4.2 全巖主量和微量元素

滇西南地區(qū)早古生代平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖具有相對(duì)較高的SiO2(72.16%～76.87%)、Na2O(2.30%～3.20%)、K2O(4.00%～5.59%)和全堿(Na2O+K2O)含量(7.04%～8.53%),MgO含量(0.12%～0.64%)較低,Mg#值介于20.9～35.9之間,過(guò)渡金屬元素(如Cr,Ni元素)含量較低(表2)。在QAP分類(lèi)圖中,平達(dá)巖體的樣品均落入二長(zhǎng)花崗巖區(qū)域范圍內(nèi)(圖6a)。在(K2O+Na2O)-SiO2圖解中,平達(dá)巖體的樣品均落入花崗巖的區(qū)域范圍內(nèi),并顯示亞堿性巖漿巖的地球化學(xué)屬性(圖6b);在K2O-SiO2圖解中,平達(dá)巖體的樣品具有高鉀鈣堿性系列向鉀玄巖系列演化的趨勢(shì)(圖6c)。早古生代平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖樣品的Al2O3含量(12.50%～14.36%)相對(duì)較高,鋁飽和指數(shù)(A/CNK比值)介于1.06～1.45之間,屬于弱過(guò)鋁質(zhì)-強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖6d)。此外,基于CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算方法,以平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖的主量元素分析結(jié)果為依據(jù),計(jì)算花崗巖中的礦物組成,結(jié)果顯示該巖體標(biāo)準(zhǔn)化剛玉含量可達(dá)1.03%～4.62%,平均值為2.18%。從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解中可以看出,平達(dá)巖體早古生代二長(zhǎng)花崗巖具有近乎一致的稀土元素分異趨勢(shì),富集輕稀土元素,虧損重稀土元素,稀土元素配分模式呈明顯右傾的特征,并發(fā)育明顯-中等的Eu負(fù)異常(δEu=0.12～0.47;圖7a);在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖,平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖顯示一致的微量元素特征,富集大離子親石元素(如Rb、K等),虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Nb、Ta、Ti等)和P,具有明顯的Nb-Ta-Ti負(fù)異常(圖7b)。

表2 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的主量元素(wt%)與微量元素(×10-6)組成

圖6 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的主量元素地球化學(xué)圖解

圖7 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的球粒隕石標(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)

4.3 鋯石原位Hf同位素

在鋯石LA-ICP-MS研究的基礎(chǔ)上,對(duì)滇西南平達(dá)巖體早古生代二長(zhǎng)花崗巖中的鋯石開(kāi)展鋯石原位Hf同位素測(cè)試分析(表3)。分析結(jié)果顯示,二長(zhǎng)花崗巖樣品DXN35(463.9Ma)中巖漿鋯石的(176Hf/177Hf)i值變化于0.282258～0.282369之間,εHf(t)值為-7.99～-4.05,相應(yīng)的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)介于1952～1704Ma(圖8a、表3)。二長(zhǎng)花崗巖樣品DXN36(465.9Ma)中巖漿鋯石的(176Hf/177Hf)i值變化于0.282226～0.282277之間,εHf(t)值為-9.08～-7.28,相應(yīng)的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)介于2022～1909Ma(圖8a、表3)。二長(zhǎng)花崗巖樣品DXN37中巖漿鋯石(454.9Ma)的(176Hf/177Hf)i比值為0.282176～0.282310,εHf(t)值變化于-11.10～-6.35,Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)為2140～1842Ma(圖8a、表3)。

表3 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的鋯石Hf同位素組成分析結(jié)果

圖8 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖鋯石Hf同位素(a)和磷灰石Nd同位素(b)組成

4.4 磷灰石Nd同位素

在本文對(duì)平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖中的磷灰石進(jìn)行了原位 Nd 同位素分析(表4)。所挑選的磷灰石顆粒以自形-半自形為主,柱狀(長(zhǎng)寬比為 1:1～3:1)且顆粒內(nèi)部不存在礦物包裹體以及流體活動(dòng)痕跡。二長(zhǎng)花崗巖中磷灰石的147Sm/144Nd介于 0.185805～0.308272 之間,143Nd/144Nd值為 0.512205～0.512575(圖8b、表4)。利用該巖體的結(jié)晶年齡465.9Ma計(jì)算得到εNd(t)值介于-8.76～-6.96之間,磷灰石Nd-tDM2=1925～1777Ma。

表4 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖的磷灰石Nd同位素組成分析結(jié)果

5 討論

5.1 滇西南地區(qū)保山地塊早古生代巖漿作用

滇西南地區(qū)保山地塊植被覆蓋嚴(yán)重,巖體普遍遭受強(qiáng)烈的生物風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化,加上后期特提斯構(gòu)造域的疊加改造作用,大部分早古生代巖體難以識(shí)辨,早古生代火成巖巖石組合和系統(tǒng)的全巖主-微量元素及同位素研究程度還不夠,這使得原特提斯東延部分滇西南地區(qū)早古生代的構(gòu)造屬性和演化過(guò)程一直存在較大爭(zhēng)議。作為原特提斯構(gòu)造域的重要組成部分,滇西南地區(qū)騰沖-保山地塊、昌寧-孟連縫合帶和瀾滄地體還保存有一部分早古生代花崗質(zhì)巖石以及同期的鎂鐵質(zhì)巖石(輝長(zhǎng)巖和變基性火山巖)。因此,查明滇西南地區(qū)早古生代巖漿巖的巖石組合類(lèi)型和巖漿活動(dòng)期次,并結(jié)合前人研究成果,對(duì)深入研究并探討滇西南地區(qū)早古生代構(gòu)造-巖漿演化歷史具有重要意義。前人研究成果以及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究已經(jīng)表明保山地塊早古生代巖漿作用以花崗質(zhì)巖漿作用為主,主要出露在保山地塊西部平河-平達(dá)巖體以及高黎貢剪切帶內(nèi)部。中基性巖漿作用的出露規(guī)模較小,零星分布在瀾滄地體、昌寧-孟連縫合帶以及云縣-勐海構(gòu)造帶內(nèi)部。其中,保山地塊西部早古生代花崗質(zhì)巖漿作用主要形成于500～445Ma,包括漕澗、龍陵、平河和平達(dá)等花崗質(zhì)巖體(Chenetal., 2007; Liuetal., 2009; 董美玲等, 2012; Wangetal., 2013; Lietal., 2016; Zhaoetal., 2017a);高黎貢剪切帶內(nèi)部的花崗巖形成于495～487Ma(Zhaoetal., 2016)。除此之外,前人在保山地塊東側(cè)瀾滄地體瀾滄群惠民組內(nèi)火山巖夾層中識(shí)別出早古生代高鎂安山巖(478～442Ma;Nieetal., 2015; Xingetal., 2017; Weietal., 2022),在云縣-勐海構(gòu)造帶中識(shí)別出變輝長(zhǎng)巖和斜長(zhǎng)花崗巖(505～447Ma;劉桂春等,2017; 劉桂春,2020; Liuetal., 2021b),在昌寧-孟連縫合帶中識(shí)別出輝長(zhǎng)巖和埃達(dá)克巖(468～439Ma;王保弟等,2013; 王冬兵等,2016)。

通過(guò)系統(tǒng)收集并分析前人研究成果,查明滇西南地區(qū)原特提斯洋(云縣-勐海洋)西側(cè)騰沖-保山地塊、昌寧-孟連縫合帶以及瀾滄地體內(nèi)早古生代巖漿作用的活動(dòng)時(shí)間介于502～439Ma之間,其主體為一套大陸弧型地球化學(xué)屬性的火成巖巖石組合。綜合本文報(bào)道的滇西南保山地塊平達(dá)花崗巖鋯石U-Pb定年結(jié)果和前人研究成果,可以將滇西南地區(qū)早古生代巖漿作用主要?jiǎng)澐譃椤?98Ma(寒武紀(jì)晚期)、～465Ma(中奧陶世)和～445Ma(晚奧陶世-早志留世)這三個(gè)階段(圖5d、表5)。

表5 滇西南地區(qū)早古生代巖漿作用

5.2 巖石成因及源區(qū)性質(zhì)

花崗巖作為地殼的重要組成部分,在大陸區(qū)域構(gòu)造和巖漿演化過(guò)程中起著重要的作用。通過(guò)研究花崗巖的巖石組合特征、巖石成因、源區(qū)特點(diǎn)以及形成機(jī)制,可以有效揭示大陸地殼的結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)、演化以及殼-幔相互作用,同時(shí)對(duì)于理解地殼的形成和演化過(guò)程也具有關(guān)鍵意義(Jahnetal., 2000; Wuetal., 2011)。基于花崗巖的源區(qū)組分及其形成的構(gòu)造背景,花崗巖的成因類(lèi)型可以劃分為I型、S型、A型和M型花崗巖(Chappell and White, 1974, 1992)。其中,I型花崗巖強(qiáng)調(diào)以火成巖為主的源區(qū),富含角閃石,而S型花崗巖源區(qū)成分主要為變沉積巖,A/CNK值通常大于1.1,且富含原生石榴子石、堇青石、白云母等富鋁礦物(Chappell and White, 1974)。

保山地塊平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖形成于465.9～454.9Ma,顯示高硅、高鉀,低鎂的特征,Mg#值介于20.9～35.9,Na2O/K2O比值范圍為0.48～0.80,屬于高鉀鈣堿性系列花崗巖。同時(shí),平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖的A/CNK值介于1.06～1.45之間,具有過(guò)鋁質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征。結(jié)合滇西南地區(qū)早古生代二長(zhǎng)花崗巖樣品中存在捕獲鋯石的現(xiàn)象,表明研究區(qū)花崗巖并不屬于M型花崗巖,不可能形成于幔源巖漿的分離結(jié)晶過(guò)程(Whalen, 1985)。此外,A型花崗巖通常形成于高溫、低壓的條件(Collinsetal., 1982),大部分A型花崗巖的鋯石飽和溫度大于850℃(Eby, 1990, 1992)。采用鋯石飽和溫度計(jì)(Watson and Harrison, 1983),依據(jù)全巖主-微量元素含量計(jì)算本文二長(zhǎng)花崗巖的鋯飽和溫度,數(shù)據(jù)結(jié)果表明平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖的鋯石飽和溫度介于706～790℃,平均值為752℃,明顯低于A型花崗巖的溫度。由于本文的花崗巖樣品相對(duì)低的10000×Ga/Al比值、Zr和Nb含量,在Zr-10000×Ga/Al和Nb-10000×Ga/Al圖解中,絕大多數(shù)樣品點(diǎn)投影至I型,S型或M型花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖9a,b)。在10000×Ga/Al-(Zr+Nb+Ce+Y)和FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解中,花崗巖樣品的投影點(diǎn)大多落入高分異花崗巖的區(qū)域內(nèi)(圖9c,d)。顯微鏡下觀察顯示平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖樣品中含有典型的富鋁類(lèi)礦物白云母,結(jié)合其弱過(guò)鋁質(zhì)-強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)的地球化學(xué)特點(diǎn),表明這些巖石為S型花崗巖(Chappell and White, 1974, 1992, 2001; Chappelletal., 2012)。此外,CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果表明平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖中含有剛玉,其含量介于1.03%～4.62%之間,平均值為2.18%,進(jìn)一步表明了其S型花崗巖的屬性。綜上所述,本文認(rèn)為平達(dá)地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖屬于S型花崗巖。

圖9 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖類(lèi)型判別圖解(據(jù)Whalen et al., 1987)

地殼衍生巖漿的地球化學(xué)特征主要受控于巖漿源區(qū)組分特征和熔融條件(Beard and Lofgren, 1991)。本文報(bào)道的滇西南地區(qū)早古生代平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖的形成年齡相近(465.9～454.9Ma),采樣位置相鄰,并且地球化學(xué)特征和花崗巖類(lèi)型也基本一致,指示它們可能具有相似的巖漿源區(qū)。以往的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素研究表明大規(guī)模過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖主要起源于大陸巖石的部分熔融過(guò)程,它們的原巖可能包括富鋁變沉積巖(變泥質(zhì)巖)和變質(zhì)基性巖漿巖等(Miller, 1985; Petford and Atherton, 1996; Springer and Seck, 1997; Sylvester, 1998; Wangetal., 2007)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明花崗巖的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2值和Rb/Sr-Rb/Ba體系反映巖漿源區(qū)組分變化。滇西南地區(qū)平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖具有低的Al2O3/TiO2比值和變化的CaO/Na2O比值,表明其巖漿源區(qū)包含泥質(zhì)巖石和砂質(zhì)巖石,顯示混合源區(qū)的特征(圖10a)。在Rb/Sr-Rb/Ba判別圖解中,平達(dá)巖體二長(zhǎng)花崗巖樣品點(diǎn)也分散投影至砂質(zhì)巖源區(qū)和泥質(zhì)巖源區(qū)(圖10b)。結(jié)合滇西南早古生代二長(zhǎng)花崗巖變化較大的鋯石εHf(t)值(-11.10～-4.05)、磷灰石εNd(t)值(-8.76～-6.96)和Hf同位素二階段模式年齡(2140～1704Ma),表明其形成于古元古代地殼中泥質(zhì)和砂質(zhì)混合源區(qū)的低溫部分熔融過(guò)程。

圖10 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖CaO/Na2O-Al2O3/TiO2(a, 底圖據(jù)Sylvester, 1998)和Rb/Ba-Rb/Sr圖解(b, 底圖據(jù)Janou?ek et al., 2004)

5.3 早古生代花崗巖形成的構(gòu)造背景及其對(duì)原特提斯洋西向俯沖過(guò)程的制約

滇西南地區(qū)是與特提斯洋最終閉合有關(guān)構(gòu)造帶的重要組成部分(張旗等,1985; 從柏林等,1993; 鐘大賚,1998; Liuetal., 2021b)。如上所述,滇西南地區(qū)在早古生代原特提斯洋的演化過(guò)程還沒(méi)有得到很好的制約:一些學(xué)者認(rèn)為早古生代岡瓦納大陸北緣為被動(dòng)大陸邊緣,滇西南地區(qū)的早古生代造山運(yùn)動(dòng)與泛非碰撞造山運(yùn)動(dòng)有關(guān),為岡瓦納的最終拼合后的伸展背景(宋述光等,2007; 楊學(xué)俊等,2012);另一些學(xué)者認(rèn)為滇西南地區(qū)的早古生代巖漿事件與原特提斯洋的俯沖有關(guān)(劉桂春等,2017; 王保弟等,2018)。最近研究表明,在云縣-勐海構(gòu)造帶存在早古生代寒武紀(jì)-志留紀(jì)蛇綠巖記錄,證明該時(shí)期存在原特提斯洋(劉桂春,2020)。這些蛇綠巖記錄代表著原特提斯洋的殘塊,表明原特提斯洋(云縣-勐海洋)至少在寒武紀(jì)就已經(jīng)打開(kāi)。近年來(lái),越來(lái)越多的研究表明滇西南地區(qū)存在廣泛的原特提斯洋俯沖相關(guān)的巖石記錄,如徐曉尹等(2017)報(bào)道了保山邦邁地區(qū)蒲滿哨群中變質(zhì)基性巖,鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果表明這些變質(zhì)基性巖形成時(shí)代在536～532Ma,地球化學(xué)特征顯示它們?yōu)楦_作用的產(chǎn)物,代表保山地塊早古生代最古老的巖漿巖,可能記錄了俯沖初始的時(shí)間。然而,有關(guān)奧陶紀(jì)期間原特提斯洋的構(gòu)造演化仍然存在爭(zhēng)議,一部分學(xué)者認(rèn)為原特提斯洋在奧陶紀(jì)期間持續(xù)西向俯沖,直至志留紀(jì)俯沖作用結(jié)束(Nieetal., 2015; 邢曉婉,2016; 趙天宇,2019; 劉桂春,2020; Liuetal., 2021b)。而另一部分學(xué)者認(rèn)為在奧陶紀(jì)期間,原特提斯洋已經(jīng)閉合,保山地塊與其他地塊碰撞-造山導(dǎo)致地殼增厚,隨后發(fā)生巖石圈拆沉,形成后碰撞巖漿作用(Lietal., 2016; Zhaoetal., 2016)。

S型花崗巖來(lái)自于變質(zhì)沉積巖的部分熔融,可以形成在多種構(gòu)造環(huán)境下,如同碰撞、弧后伸展和洋脊俯沖等構(gòu)造環(huán)境(Clemens, 2003; Collins and Richards, 2008; Huang and Jiang, 2014; Rongetal., 2017; Chakrabortyetal., 2019; Zhangetal., 2019)。上述研究表明,本文研究的保山地塊早古生代花崗巖具有高硅、高堿,高鋁含量以及弱過(guò)鋁質(zhì)-強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)的地球化學(xué)特征,屬于高鉀鈣堿性系列的S型花崗巖。在Nb-Y(圖11a)、Rb-(Y+Nb)(圖11b)、Ta-Yb(圖11c)和Ta-(Ta+Yb)(圖11d)判別圖中(Pearceetal., 1984; Harrisetal., 1986; Pearce, 1996),本文報(bào)道的平達(dá)巖體的S型花崗巖樣品主要落在弧和碰撞花崗巖重疊的區(qū)域內(nèi)。此外,前人報(bào)道的瀾滄群惠民組的高鎂安山巖(478～439Ma)來(lái)源于受俯沖沉積物流體交代的地幔楔源區(qū),指示了俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣背景,表明原特提斯洋在奧陶紀(jì)期間持續(xù)西向俯沖(Nieetal., 2015; Xingetal., 2017; Weietal., 2022)。

圖11 早古生代平達(dá)二長(zhǎng)花崗巖Nb-Y(a)、Rb-(Y+Nb)(b)、Ta-Yb(c)和Ta-(Ta+Yb)(d)圖解(底圖據(jù)Pearce et al., 1984)

近年來(lái)針對(duì)昌寧-孟連縫合帶和云縣-勐海構(gòu)造帶的研究也取得了較大進(jìn)展,具體如下:(1)云縣-雙江-瀾滄-勐海發(fā)育的蛇綠混雜巖,形成時(shí)代為505～447Ma,它們顯示N-MORB、E-MORB和OIB的地球化學(xué)屬性,代表了早古生代原特提斯洋洋殼的殘片(劉桂春,2020; Liuetal., 2021b);(2)王冬兵等(2016)報(bào)道了牛井山高鎂埃達(dá)克巖,查明巖石形成時(shí)代為468Ma,巖石成因研究表明其很可能是俯沖洋殼加上部分大洋沉積物部分熔融并與上覆地幔楔反應(yīng)的產(chǎn)物;(3)王保弟等(2013)通過(guò)南汀河地區(qū)堆晶輝長(zhǎng)巖以及輝長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb定年研究顯示,堆晶輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為473.0±3.8Ma和443.6±4.0Ma,輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為439.0±2.4Ma,地球化學(xué)特征指示這些巖石可能形成于弧后裂谷盆地環(huán)境。堆晶輝長(zhǎng)巖晚期巖漿結(jié)晶時(shí)代與輝長(zhǎng)巖結(jié)晶時(shí)代基本一致,表明南汀河地區(qū)存在444～439Ma的弧后盆地。綜合考慮滇西南地區(qū)的原特提斯洋殘留蛇綠混雜巖記錄和早古生代巖漿事件,本文認(rèn)為滇西南地區(qū)早古生代三期巖漿活動(dòng)(分別為寒武紀(jì)晚期、中奧陶世以及晚奧陶世-早志留世)均與原特提斯洋在早古生代期間持續(xù)西向俯沖相關(guān),保山地塊早古生代火成巖形成于原特提斯洋向保山地塊俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣背景,與軟流圈物質(zhì)上涌導(dǎo)致地殼部分熔融作用密切相關(guān)。

6 結(jié)論

(1)滇西南地區(qū)保山地塊平達(dá)花崗巖形成于465.9～454.9Ma,是中-晚奧陶世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)平達(dá)巖體中二長(zhǎng)花崗巖屬于高鉀鈣堿性系列,具有過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖的特征。結(jié)合其全巖地球化學(xué)和同位素特征,表明其形成于古元古代地殼泥質(zhì)和砂質(zhì)混合源區(qū)的低溫部分熔融過(guò)程。

(3)綜合保山地塊廣泛發(fā)育的早古生代花崗巖、高鎂安山巖以及同時(shí)期的蛇綠巖記錄,本文認(rèn)為滇西南地區(qū)早古生代S型花崗巖是地殼沉積組分部分熔融的產(chǎn)物,形成于原特提斯洋西向俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣背景。

致謝感謝自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郝宇杰老師在鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年過(guò)程中給予的幫助和指導(dǎo);感謝廣州澳實(shí)分析檢測(cè)有限公司和武漢上譜分析測(cè)試有限公司在巖石地球化學(xué)和同位素分析過(guò)程中給予的支持。感謝審稿人提出的寶貴意見(jiàn)!