昌寧-孟連結合帶南汀河蛇綠巖鋯石u-pb年代學及其地球化學特征

昌寧-孟連結合帶南汀河蛇綠巖鋯石u-pb年代學及其地球化學特征

昌寧-孟連連帶位于特提斯構造帶。楊盆的形成時代對恢復泰蒂斯洋的形成和發(fā)展以及古代地理結構的重建具有重要意義。越來越多的科學家認為，在“三公”亞太統(tǒng)地區(qū)的發(fā)展階段，有一些陸地地殼和海洋結構的觀點，昌寧-孟連連帶代表了太提斯主洋盆的位置[1.6]。然而，關于昌寧-孟連連帶代表的洋盆的打開時間仍有爭議。許多學者認為，根據下石碳平旭群洋島和洋殼玄武巖的共同研究，昌寧-孟連洋盆形成于早石炭世。根據銅廠街火山巖的相反資料，一些學者認為昌寧-孟連的洋殼形成于泥盆紀。楊文偉等人認為，根據云南西南部耿馬地區(qū)昌寧-孟連連帶的祖先，晚泥盆世的始新世和韶形巖中存在著硅質巖和硅質泥巖。他們還認為，昌寧-孟連聯帶的技術最初是形成晚泥盆世的。由于昌寧-孟連連聯帶缺乏高精度的同位素年齡數據，因此限制了特提斯洋的發(fā)展趨勢。本文件采用了昌寧-孟連聯帶南汀河地區(qū)的蛇綠巖中殘留的奧陶石綠色巖和奧陶石的la-sicp質譜鋯u-pb。探索了其地質意義，并為特提斯洋的構造發(fā)育提供了重要信息。1蛇綠巖巖巖組構特征昌寧-孟連結合帶北起昌寧、云縣銅廠街,向南沿雙江、瀾滄老廠至孟連一線展布,向南延入緬甸.該帶內發(fā)育較完整的蛇綠混雜巖,西側為保山地塊古生代穩(wěn)定臺型淺海陸棚碳酸鹽沉積和濱海-淺海相砂泥質沉積;其東側為臨滄-勐海巖漿弧帶(圖1(a)).南汀河蛇綠混雜巖帶出露于永德縣班控-南汀河-銅廠街一帶,研究區(qū)斷續(xù)出露總長度約80km,出露寬度0.5~3km不等.該蛇綠混雜巖南部構造侵位于晚古生代地層之中,其中泥盆系為含碳質-硅質碎屑巖組合的溫泉(巖)組(Dw)、泥盆系-石炭系為淺變質砂板巖組合的南段組(DCn),是晚古生代昌寧-孟連擴張洋盆中堆積的半深海-深海硅泥質復理石及火山巖建造;下石炭統(tǒng)為中基性火山巖-火山角礫巖-灰?guī)r-碎屑巖組合的平掌組(C1pz)、石炭系-二疊系為鮞粒-生物碎屑灰?guī)r的漁塘寨組(CPy)、中二疊統(tǒng)為鮞粒-生物碎屑灰?guī)r的大明山組(P2d),是洋盆擴張過程中的洋島或洋內弧火山-沉積建造(圖1(b)).蛇綠巖殘塊巖石類型以斜長角閃巖、綠泥綠簾陽起石片巖、鈉長綠泥綠簾片巖、蛇紋石化橄欖輝石巖、蛇紋石化輝橄巖、堆晶輝長巖、變輝長巖以及變玄武巖等為主,超基性巖塊多呈層狀-似層狀、囊狀、團塊狀產出.恢復的蛇綠巖“基本層序”不完整:主要為變質橄欖巖、堆晶雜巖、變輝長巖以及基性熔巖單元組成(圖2),各單元之間皆為斷層接觸.本文分析樣品為均質輝長巖和堆晶輝長巖,二者未見直接接觸關系,輝長巖采樣位置GPS坐標為:23°59′04.0″N,99°42′38.6″E;堆晶輝長巖出露寬度約1km,采樣位置GPS坐標為:23°59′22.3″N,99°43′26.3″E(圖2).輝長巖顯微鏡下顯定向構造、中細粒輝長結構,雖有次閃石化,仍有輝石殘留,斜長石簾石化、葡萄石化.堆晶輝長巖具有由暗色和淺色紋層韻律組成的層紋狀構造,韻律層序非常清楚(圖3(a)),總體反映出典型的巖漿結晶分異堆積結構特征,堆晶巖暗色部位多為輝石和角閃石(陽起石),淺色部位多為斜長石,并發(fā)生了黝簾石化,局部還可見石英;具有細-中粒狀結構,粒度一般為0.5~2.0mm,礦物組成為斜長石(30%~45%)、透閃石-陽起石(15%~20%)、綠簾石(15%~20%)、石英(3%~5%)、碳酸鹽(3%~5%)(圖3(b));其中斜長石為更長石,透閃石-陽起石呈長柱狀不均勻分布于綠簾石集合體中,局部可見輝石殘余或假象,綠簾石為它形粒狀、不規(guī)則狀集合體,石英呈細粒狀填隙物且分布極不均勻.2分析方法及結果鋯石單礦物分選在河北省區(qū)域地質調查研究所實驗室完成,在嚴格避免污染的條件下,采用常規(guī)重力及電磁分選,然后在雙目顯微鏡下手工挑純.鋯石制靶后CL圖像在西北大學大陸動力學國家重點實驗室FEIQuanta400FEG掃描電子顯微鏡上完成.鋯石微區(qū)U-Pb同位素定年和鋯石微量元素含量在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室(GPMR)利用LA-ICPMS同時分析完成.激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005,ICP-MS為Agilent7500a.對分析數據的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal完成.詳細的儀器操作條件和數據處理方法同文獻[11,12].鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3完成.其分析結果見表1.主量元素分析在成都地質礦產研究所采用XRF(RigakuRIX2100型)玻璃熔餅法完成,分析精度優(yōu)于4%.微量元素采用酸溶法,在同位素地球化學國家重點實驗室用PEElan6000型ICP-MS儀器測定分析,分析精度一般好于2%~5%;微量元素分析流程見Chen等人的描述.主、微量元素分析結果見表2.3分析的結果3.1輝長巖中鋯石u-th-u分析點ssr-pb/ma輝長巖樣品(11NTH-4)的鋯石粒度普遍較小(60~100uf06dm),多數顆粒內部具有與晶體邊界基本一致、寬的巖漿結晶振蕩CL環(huán)帶(圖4(a)),而有少許鋯石顆粒沒有明顯的巖漿結晶震蕩CL環(huán)帶,顯示均一的圖像特征;另外有一些鋯石具有較寬結晶環(huán)帶的邊緣發(fā)育鋯石增長邊(圖4(a)).一般認為,巖漿成因鋯石的Th/U比值大于0.3,且Th和U之間具有明顯的正相關,而變質重結晶鋯石則小于0.1.樣品11NTH-4共測定20顆鋯石,除7,8,13和14號測點206Pb/238U年齡為338~318Ma,與總體年齡明顯不和諧外(可能因粒度太小而發(fā)生了顯著的Pb丟失),其余16個分析點均為自形程度高、顯示結晶環(huán)帶的鋯石,它們具有一致的206Pb/238U年齡.在這16個分析點中,有6顆鋯石(測點01,05,09,11,15和23)顯示具有較寬的結晶CL環(huán)帶,在其外圍有和內部結構不協調的鋯石增長邊,由于該增長邊太窄而無法進行分析,但其外圍CL特征類似于變質的鋯石.這16顆鋯石的U和Th含量分別為52.9~177ppm,38.0~92.2ppm,Th/U均較高,為0.39~0.72(表1),且Th與U存在正相關關系(圖未附),顯示本文測定的鋯石為巖漿成因.其鋯石16個分析點的206Pb/238U年齡為429~452Ma(表1),在一致曲線圖中,數據點成群分布(圖5(a)),其206Pb/238U年齡的加權平均值為439.0±2.4Ma(MSWD=0.64,n=16).根據該輝長巖的巖相學以及鋯石的形態(tài)、Th/U比值和CL圖像特征,本文將439Ma解釋為輝長巖的結晶年齡.堆晶輝長巖樣品(11NTH-6)的鋯石粒度明顯比輝長巖的粒度要大(100~200uf06dm),大多數鋯石為柱狀自形晶(長/寬≈2~3),鋯石CL圖像具有兩種不同的形態(tài),一種是具有明顯巖漿結晶振蕩CL環(huán)帶的老核,邊部發(fā)育鋯石增長邊,增長邊大多太窄而無法進行分析,其CL特征總體類似于變質的鋯石;另外一種是鋯石顆粒內部具有與晶體邊界基本一致、寬窄不一的巖漿結晶振蕩CL環(huán)帶(圖4(b)).對這兩種類型的鋯石分別進行了11和9個點的測定(圖5(b)).第一種11個分析點均為具有鋯石增長邊的鋯石,U和Th含量分別為84.2~196ppm,44.2~180ppm,Th/U均較高,為0.52~1.05(表1),顯示測定的鋯石為巖漿成因,其鋯石11個分析點的206Pb/238U年齡為471~478Ma(表1),在一致曲線圖中,數據點成群分布(圖5(c)),206Pb/238U加權平均年齡為473.0±3.8Ma(MSWD=0.7,n=11).第二種9個分析點均為自形程度高、顯示結晶環(huán)帶的鋯石,U和Th含量分別為35.0~237ppm,12.1~262ppm,Th/U均較高,為0.35~1.11(表1),也顯示測定的鋯石為巖漿成因,9個分析點的206Pb/238U年齡為438~455Ma(表1),其206Pb/238U加權平均年齡為443.6±4.0Ma(MSWD=0.59,n=9)(圖5(d)).3.2微量元素地球化學南汀河輝長巖及堆晶輝長巖地球化學表明(表2),SiO2含量介于46.46%~52.11%,巖石樣品具有中等MgO(4.38%~6.11%),TiO2(0.96%~1.14%),富Na2O(3.24%~3.87%)、貧K2O(0.48%~0.75%)的特征.隨著SiO2增加,TiO2,Fe2O3T,Al2O3,MgO,CaO和P2O5逐漸減少(圖未附),表明這些巖石之間具有成因關系,指示存在巖漿的分離結晶作用.考慮到巖石樣品有輕微的蝕變,故此利用不活潑元素(Zr,Ti,Nb,Y)進行巖石分類及構造環(huán)境的判別,在Zr/TiO2-Nb/Y圖解中所有樣品均落入玄武巖區(qū)(圖6(a)).稀土元素總量略偏高(67.92~91.63ppm),球粒隕石標準化曲線明顯具有兩種分布形態(tài),第一種是輕稀土微弱虧損,與N-MORB相似,與果干加年山以及桃形湖地區(qū)的變質堆晶輝長巖類似;第二種是輕稀土富集,曲線右傾(圖6(b)),與E-MORB相似.微量元素蛛網圖中樣品也有兩種不同的分布型式,第一種與N-MORB相似,并且與桃形湖地區(qū)的堆晶輝長巖類似;第二種具有很低的高場強元素(Nb,Ta,Zr,Hf,Ti)豐度,有的具有明顯的負異常(圖6(c)),與島弧玄武巖相似,說明地幔源區(qū)可能受到俯沖帶流體的影響,這些蛇綠巖很可能為SSZ型蛇綠巖.4討論4.1堆晶輝長巖u-pb年齡本文對南汀河輝長巖以及堆晶輝長巖中鋯石礦物顆粒的標型內部結構研究表明,兩個樣品的鋯石均具有補丁狀、弱環(huán)帶、寬窄不一的環(huán)帶結構(圖4),Th/U比值在0.35~1.11之間,與基性巖漿結晶的鋯石類似,說明其不會是地殼物質混染形成,而是在巖漿系統(tǒng)中結晶形成.輝長巖16個分析點U-Pb年齡在429~452Ma,加權平均年齡為439±2.4Ma,代表變質基性巖漿結晶的時代.堆晶輝長巖明顯具有兩組U-Pb年齡,一組11個測點范圍為471~478Ma,加權平均年齡為473.0±3.8Ma,可能代表了堆晶輝長巖早期巖漿結晶的時代;另外一組9個測點年齡范圍在438~455Ma,加權平均年齡為443.6±4.0Ma,可能代表了堆晶輝長巖晚期巖漿的結晶時代,并且年輕的這組年齡與輝長巖的結晶時代在誤差范圍內完全一致.更重要的是,巖石組合和地球化學分析數據結果表明,不論是輝長巖還是堆晶輝長巖,均具有類似于N-MORB或E-MORB的微量元素地球化學組成(圖6(d)).結合部分巖石具有很低的高場強元素含量(圖6(c)),說明這些基性巖漿很可能形成于弧后裂谷盆地構造環(huán)境.這些年代學和地球化學特征表明,昌寧-孟連結合帶南汀河地區(qū)444~439Ma時期應該發(fā)育洋盆.4.2中輝長角閃石的年齡區(qū)域上昌寧-孟連蛇綠混雜巖被晚三疊世三岔河組(T3sc)、中侏羅世花開左組(J2h)角度不整合覆蓋,而該帶早石炭世平掌組(C1pz)火山巖廣泛出露,被認為是昌寧-孟連洋盆發(fā)育鼎盛時期的產物,上覆漁塘寨組(CPy)碳酸鹽巖沉積則代表洋盆開始萎縮、水體逐漸變淺的過程;由此認為昌寧-孟連結合帶的打開時間不晚于早石炭世.后來眾多的研究者在昌寧-孟連地區(qū)發(fā)現了早泥盆世-二疊紀放射蟲硅質巖,以泥盆紀早期的Monograptusuniformis帶為代表;梅里雪山西坡一套深水復理石沉積的硅質巖中發(fā)育早石炭世Palaeoryphosty.lusuarspina放射蟲分子;扎玉-碧土一帶硅質巖中發(fā)現晚石炭世-二疊紀Albailleasp.PseudeaIbaillasp.;另外硅質巖的沉積地球化學、稀土和穩(wěn)定同位素以及放射蟲古生態(tài)學多學科綜合研究也顯示了深海洋盆的沉積環(huán)境;在孟連曼信、耿馬弄巴等地也可見泥盆紀、石炭紀和早二疊世的放射蟲硅質巖.研究區(qū)北側銅廠街蛇綠巖中輝長巖中角閃石K-Ar等時線年齡為385Ma,1:25萬臨滄縣幅在雙江縣東約12km的蒙化寨一帶獲得紋層狀斜長角閃巖的鉛同位素模式年齡為381Ma,為中泥盆世的地質記錄;因此多數學者認為昌寧-孟連洋盆的擴張時代是泥盆紀.還有研究者根據滇西藏東三江地區(qū)主要地塊碰撞拼合的古地磁資料,并結合與構造活動有關的沉積記錄及古生物地理信息的對比研究,認為昌寧-孟連結合帶可能于晚奧陶世Katian期中期(約450Ma)擴張.以上所有證據均顯示昌寧-孟連結合帶存在晚古生代的洋盆信息.結合本文在南汀河地區(qū)發(fā)現的444~439Ma洋殼殘余記錄,表明昌寧-孟連結合帶至少存在早古生代和晚古生代兩期蛇綠巖.近年來,在青藏高原羌塘中部的龍木錯-雙湖結合帶,也獲得了較多存在早古生代洋盆擴張的證據.藏北羌塘中部果干加年山地區(qū)的蛇綠混雜巖及超高壓變質巖分布于龍木錯-雙湖結合帶中,蛇綠巖中堆晶輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為438±11Ma,432±7Ma和461±7Ma,可能形成于洋中脊的構造環(huán)境.另外,在藏北羌塘桃形湖地區(qū)還發(fā)現了一套變質超基性巖、變質堆晶輝長巖、變質輝長巖(輝綠巖)、變質玄武巖和斜長花崗巖巖石組合,顯示出較為完整的蛇綠巖套層序特征,并獲得變質堆晶輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為467±4Ma,其鋯石uf065Hf(t)加權平均值為5.0±0.3,反映其巖漿源區(qū)為虧損型地幔,基性巖具有與洋中脊玄武巖類似的地球化學組成.這些資料表明,龍木錯-雙湖結合帶存在早古生代蛇綠巖.另外,已有研究者在羌塘中部角木日地區(qū)識別出二疊紀準洋中脊型蛇綠巖、三疊紀含放射蟲硅質巖,同時在雙湖以東才多茶卡地區(qū)識別出晚泥盆世法門期和二疊紀放射蟲硅質巖[30~32],顯示羌塘地區(qū)存在晚古生代蛇綠巖.以上資料表明羌塘地區(qū)的龍木錯-雙湖結合帶至少也存在早古生代和晚古生代蛇綠巖殘片.另外由于蛇綠巖的構造侵位與洋中脊或弧后盆地轉化為俯沖帶有關,因此這些基性-超基性巖石形成的構造環(huán)境可能兼具洋中脊或弧后裂谷性質.一般來說,如果共生的基性巖只表現為N-MORB型微量元素分布,則可能形成于洋中