滇西平河岩体中的花岗岩类

滇西平河岩体中的花岗岩类

1微陆块与云南西特提斯构造带许多考古学家认为，新元古代世界上存在一个完整的大陆，位于南非或附近（李文昌等，2010）。前寒武纪末-早古生代初,泛大陆解体形成3大陆块群,即冈瓦纳大陆群、劳亚大陆群和规模较小的泛华夏大陆群,及其间的原特提斯洋(李兴振等,1999)。晚古生代以来,在劳亚和冈瓦纳这两个超大陆之间不断地有微小陆块,如Cimmerian地体(Sengǒretal.,1988)、Sibumasu地体和拉萨地体等(Metcalfe,1996;Jin,2002;Wangetal.,2001),从冈瓦纳北部裂离出来,增生到位于北部的古亚洲地体,构成了全球规模特提斯造山带。而滇西特提斯构造带是东特提斯造山带的重要组成部分之一,该地区的大地构造格局和演化对全球特提斯研究具有重要的地质意义,因此,长期以来成为众多研究者的关注热点。滇西特提斯构造带是由多个地块和地块相间的构造带组成的,如腾冲地块、保山地块、思茅地块和昌宁-孟连缝合带等(钟大赉,1998)。这些微陆块的起源分析和构造岩浆演化历史研究对于理解特提斯构造带的构造过程和演化历史是至关重要的,早期研究主要侧重于古生物古地理方面,岩浆岩方面的证据尚显不足。作者对出露于保山地块平河地区的花岗岩类开展了野外调研,本文目的是报道平河花岗岩类锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素数据和全岩元素地球化学数据,约束其岩浆源区,并探讨其构造意义。2成岩年龄及岩体特征滇西保山地块在大地构造上位于藏-滇-泰-马中间板块中段,向南与缅甸掸邦地块相连,东与昌宁-孟连结合带以柯街-南定河断裂为界,西与腾冲地块以泸水-潞西-瑞丽断裂为界,北部在碧江一带由于澜沧江断裂和怒江断裂汇拢而消失(图1a)。最老地层是震旦系-寒武系公养河群,在晚寒武世至中侏罗世期间,保山地块以滨海台地沉积为主,缺失上石炭统、上二叠统和下三叠统,其他地层间均为假整合关系。下二叠世发育冈瓦纳相杂砾岩,早二叠世至中侏罗世发育多期大陆火山岩。晚古生代的生物群具有亲冈瓦纳特征。表明该地块是处于稳定的构造环境并与冈瓦纳大陆有亲缘关系(钟大赉,1998;Metcalfe,1996;Ueno,2000)。保山地块岩浆活动主要以前寒武纪末期、早古生代和中生代晚期为主(图1b),前寒武纪末期以西盟老街子花岗岩体为代表,规模较小,以岩株为主,其Rb-Sr等时线年龄为687Ma(李文昌等,2010),同时在潞西志本山地区发育二云母花岗岩,其Rb-Sr等时线年龄为645Ma(张玉泉等,1990);早古生代以平河岩体为代表,它是保山地块出露面积最大的花岗岩体,其Rb-Sr全岩等时线年龄为529.9Ma(金世昌和庄凤良,1988;陈吉琛,1987;李文昌等,2010;Chenetal.,2007;Liuetal.,2009);中生代晚期呈小岩株零星产出,其同位素年龄约80~100Ma(Chenetal.,2007;金世昌和庄凤良,1988)。平河岩体位于龙陵-潞西地区,出露面积约1200km2,呈岩基产出。岩体侵位于下古生界-中寒武统公养河群类复理石和砂页岩建造(陈国达等,2004),燕山晚期的花岗岩在其中部侵入,将平河岩基分成南北两部分(图1b)。平河岩体主体岩性为花岗岩、二长花岗岩,含少量的花岗闪长岩。本文主要研究其主体岩性。岩石整体灰白色,中粗粒状,花岗结构(图1c,e),局部似斑状结构,斑晶为钾长石。斜长石An=27~38,为更长石-中长石,呈半自形板状,双晶纹不清晰,可见聚片双晶和卡纳复合双晶,斜长石中部具微弱的绢云母化(图1d)。钾长石半自形-他形粒状,含量可达45%以上,具格子双晶和卡式双晶,微弱的碳酸盐化。石英呈他形粒状,个别具波状消光。暗色矿物多为黑云母,局部含角闪石,角闪石半自形(图1f),黑云母呈片状,绿泥石化明显。副矿物组合为锆石+磷灰石+榍石+磁铁矿,缺少高温高压矿物和石榴子石、堇青石等特征富铝矿物。3锆石u-pb-hf同位素组成测定结果主量元素在核工业北京地质研究院采用XRF法在6735仪器上分析完成,分析精度优于5%。微量元素在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用Agilent7500aICP-MS分析完成。详细的测试方法和分析流程参见Liuetal.(2008a)的文章。分析结果见表1。锆石单矿物分选在河北省廊坊诚信地质技术服务公司完成。锆石阴极发光图像在中国地质科学院完成。利用锆石阴极发光图像,重点选择锆石的环带部分进行U-Pb同位素定年。锆石U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。测试仪器为Agilent7500a,激光剥蚀系统为GeoLas2005。激光剥蚀斑束直径为32μm,激光剥蚀深度为20~40μm。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liuetal.(2008b,2010a,b)详细描述。分析结果见表2。锆石Hf同位素组成分析是基于阴极发光(CL)图像和锆石U-Pb定年测试的基础上进行的。锆石Lu-Hf同位素原位分析是在天津地质矿产研究所同位素实验室完成的,所用的测试仪器为NEPTUNE多接收器电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS),利用193nmFX激光器对锆石进行剥蚀,激光剥蚀的束斑直径为50μm,能量密度为10~11J/cm2,频率为8~10Hz。详细的分析技术和实验参见耿建珍等(2011)的论述。分析结果见表3。4分析的结果4.1锆石u、th、pb同位素组成本文在详细调研的基础上,选择岩体不同部位代表性样品对平河岩体进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb测年。样品中锆石颗粒自形程度高,多为长柱状晶体,部分短柱状,长约100~300μm,长宽比为1.5∶1~3∶1,锆石阴极发光图像可见清晰的生长环带(图2e),锆石的Th/U比值均大于0.1(Th/U=0.15~1.47),为典型的岩浆成因锆石(HoskinandSchaltegger,2003)。在分析过程中,我们选择锆石环带边部打点,每个样品分析18个点,在剔除个别异常点后,锆石的U、Th、Pb同位素成分数据及谐和年龄列于表2。样品PH1139中15个测点的206Pb/238U加权平均年龄值为486.3±5.5Ma(MSWD=0.66),在U-Pb年龄谐和图上分析点均分布在谐和线上或其附近(图2a),显示很好的谐和性,表明锆石形成后U-Pb同位素体系是基本封闭的,没有U或Pb同位素的明显丢失或加入,测试结果真实可信。样品PH1155中14个测点和样品MM1142中12个测点的206Pb/238U加权平均年龄分别为486±12Ma(MSWD=2.0)和480±11Ma(MSWD=3.5),在U-Pb年龄谐和图上分析点均分布在谐和线上并且沿线分布(图2b,c),有个别点年龄达到510~530Ma,可能是残留继承锆石的影响结果。样品ZA1151中17个测点的206Pb/238U加权平均年龄为480.4±5.7Ma,MSWD为1.05,其U-Pb年龄谐和图(图2d)除3个异常点外其余谐和性良好。本次测定的年龄结果均在允许误差范围内,可以确定平河花岗岩类的形成年龄为480~486Ma,属早奥陶世。4.2平河优化后的期次平河岩体富硅,SiO2为69.29%~75.32%,K2O+Na2O为6.28%~7.89%,以全碱含量较高为特征,K2O/Na2O>1(表1),属于高钾钙碱性系列(图3a),与Liuetal.(2009)报道的同期花岗岩类样品的投点范围(图3阴影部分)相比,硅含量更高。根据常量元素化学成分计算的标准矿物进行岩石分类,岩石类型主要为花岗岩,其次为二长花岗岩(图4)。铝饱和指数A/CNK的值为1.07~1.13,与Liuetal.(2009)报道的结果一致,均为铝过饱和系列(图3b),投点落在I-S型花岗岩分界线的S型一侧。标准矿物计算结果中,所有样品均含有标准刚玉分子,含量为1.28%~1.98%,均大于1%,同样具备S型花岗岩特征。这些特征表明,平河花岗岩类为高钾钙碱性过铝质S型花岗岩。平河花岗岩类稀土元素总量变化较大(表1),变化于116×10-6~200×10-6,稀土元素分配曲线呈右倾平缓样式,与Liuetal.(2009)报道的结果一致,花岗岩具有明显的负铕异常(图5a)(δEu=0.25~0.48),富集轻稀土元素,(La/Yb)N为4.3~7.1。微量元素原始地幔标准化图解中(图5b),本文数据曲线型式与Liuetal.(2009)报道的结果类似,均富集Rb、K等大离子亲石元素(LILEs)和Pb,相对亏损Nb、Ta、P、Zr、Ti等高场强元素(HFSEs)。Sr、Ba呈明显负异常,表明花岗岩岩浆部分熔融或结晶分异过程中具有斜长石的分离。Rb/Sr值为1.45~9.30,均大于1,Sr/Ba值为0.15~0.33,均小于0.5,显示S型花岗岩特征(刘振声和王洁明,1994)。4.3初始第一阶段:形成至形成时代的代次本文分析的4件样品锆石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范围分别为0.1683~0.0201和0.0045~0.0005(表3),176Lu/177Hf比值几乎都小于0.002,表明这些锆石在形成以后,仅具有较少的放射成因Hf的积累,因而可以用初始176Hf/177Hf比值代表锆石形成时的176Hf/177Hf比值(吴福元等,2007)。考虑到4件样品的fLu/Hf的平均值在-0.96~-0.92之间,明显小于镁铁质地壳的fLu/Hf(-0.34,Amelinetal.,2000)和硅铝质地壳的fLu/Hf(-0.72,Vervoortetal.,1996),故二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间(或其源区物质在地壳的平均存留年龄)。4件样品共58颗锆石的εHf(t)值显示较大的变化范围,集中-12.4~-3.0之间(图6),对应的地壳模式年龄tCDM集中在2.2~1.7Ga。5讨论5.1平河岩体的地质年龄平河岩体侵位于中寒武统公养河群中,其侵位时代一直广受关注(陈吉琛,1987;金世昌和庄凤良,1988;吕伯西等,1993;Chenetal.,2007;Liuetal.,2009;李文昌等,2010)。早期研究利用花岗闪长岩黑云母K-Ar法,认为其侵位于466Ma(吕伯西等,1993),利用平河岩体中花岗闪长岩株的Rb-Sr全岩等时线,认为平河岩体侵位于495Ma、526Ma和529.9Ma(吕伯西等,1993;李文昌等,2010)。最近,Liuetal.(2009)采用锆石SHRIMPU-Pb定年方法,获得平河花岗岩类的侵位年龄为498~502Ma;Chenetal.(2007)采用LA-ICP-MSU-Pb定年方法,获得的侵位时代为466Ma、472Ma和495Ma。本文采用LA-ICP-MS定年方法,在平河岩体4件代表性的花岗岩样品中获得了486.3±5.5Ma(PH1139)、486±12Ma(PH1155)、480±11Ma(MM1142)和480.4±5.7Ma(ZA1151)的锆石U-Pb年龄。上述可靠的锆石U-Pb年龄数据表明,平河岩体侵位于466~502Ma,主体形成时间为480~490Ma(图7)。5.2岩石学和矿物源区锆石Hf同位素作为有力的示踪工具已广泛应用于一些重要地球化学储库(如亏损地幔、球粒陨石和地壳等)的源区判别(吴福元等,2007)。对岩浆锆石Hf同位素的研究表明,具有低的176Hf/177Hf以及εHf(t)值的岩石往往指示其源区为地壳或经过地壳的混染;而具有较高的176Hf/177Hf以及εHf(t)值的岩石直接来自地幔或由幔源物质分异的新生壳源物质(PeterandRoland,2003)。平河岩体具有较低的锆石εHf(t)值(-12.4~-3.0),在εHf(t)值-U-Pb年龄图解(图6)中,样品点均落在球粒陨石演化线附近及以下的下地壳区域,表明其岩浆可能来源于古老地壳的重熔,其较大的变化范围(约10个ε单位)暗示其源区发生了不同程度幔源物质的注入(朱弟成等,2009;Zhuetal.,2009,2011)。由于花岗岩中Rb、Sr、Ba等元素主要赋存在长石和黑云母中,可利用Rb-Sr-Ba系统比值确定源区的成分(Sylvester,1998)。平河岩体南部5个样全部落入贫粘土源区,北部3个样(MM1142、ZA1151和ZA1151-1)落入富粘土源区(图8a),可能暗示平河岩体北部较南部源区粘土含量高。花岗岩中CaO/Na2O比值主要受源区中斜长石/粘土比例的控制,过铝质花岗岩的CaO/Na2O比值可作为源区的重要判别标志(Sylvester,1998)。实验表明,由贫斜长石、富粘土源产生的过铝-强过铝花岗岩的CaO/Na2O比值(<0.3)小于由富斜长石、贫粘土源产生的同类花岗岩(CaO/Na2O>0.3)(Sylvester,1998)。平河岩体过铝质花岗岩类的CaO/Na2O比值为0.32~0.88,指示其可能来源于砂屑岩岩石的重熔(图8b)。另外,后碰撞花岗岩的Al2O3/TiO2常随CaO/Na2O比值降低而增加(Sylvester,1998;肖庆辉等,2002),而平河岩体的CaO/Na2O和Al2O3/TiO2比值投影点也全部落入砂屑岩源区(图8b),进一步证实其物源区与砂屑岩有关。据研究表明(Sylvester,1998),过铝质花岗岩中的Al2O3/TiO2比值可以作为源区岩石部分熔融温度的指示剂,当岩石的Al2O3/TiO2比值>100时,源区部分熔融温度<875℃,当岩石的Al2O3/TiO2比值<100时,源区部分熔融温度>875℃,且Al2O3/TiO2比值与形成温度成反消长关系。平河岩体花岗岩的Al2O3/TiO2比值为32~87,均小于100。结合较高的全岩锆饱和温度(747~794℃)(表1),表明平河花岗岩类岩浆的形成温度相对较高。综上所述,平河岩体可能是古老地壳物质(以砂屑岩为主)在温度较高的条件下经部分熔融形成,并伴随着不同程度幔源物质的注入。5.3晚寒武世-早奥陶世岩浆活动和岩石学因素本文的年代学数据表明,滇西平河岩体侵位于早古生代。实际上,早古生代岩浆活动在滇西保山、腾冲和贡山等地区非常普遍(见:Zhuetal.,2012及该文文献),如腾冲地块坝竹河花岗岩锆石U-Pb年龄为456Ma(丛峰等,2009);贡山地区古当片麻状花岗岩锆石U-Pb年龄为487Ma(Songetal.,2007);保山地块除龙陵-潞西地区外,其他地区也有早古生代岩体分布(图1a),如平河岩体南部羊卜寨一带花岗岩黑云母K-Ar年龄值为456Ma,地块北部志本山岩体花岗岩全岩等时线年龄值为472.7Ma(陈吉琛,1987)。最近,Zhuetal.(2012)在中部拉萨地体北缘的控错地区,发现了寒武纪末期变质酸性火山岩(锆石U-Pb年龄为493~495Ma)。在中部拉萨地体发生寒武纪岩浆活动的同时,在南部拉萨地体(约496Ma;Dongetal.,2010)也发生了基本同期的岩浆活动。这些研究表明,保山地块与拉萨地体在晚寒武世-早奥陶世均发生了几乎同期的岩浆活动。平河花岗岩类较低的高场强元素丰度(如:Nb=9.76×10-6~16.9×10-6;Zr=81.6×10-6~161×10-6)和变化的锆石εHf(t)值(-12.4~-2.1),与中部拉萨地体的变质酸性火山岩高场强元素含量及锆石εHf(t)值[εHf(t)=-13.9~-4.6](Z