昌寧-孟連結(jié)合帶南汀河蛇綠巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地球化學(xué)特征

昌寧-孟連結(jié)合帶南汀河蛇綠巖鋯石u-pb年代學(xué)及其地球化學(xué)特征

昌寧-孟連連帶位于特提斯構(gòu)造帶。楊盆的形成時(shí)代對(duì)恢復(fù)泰蒂斯洋的形成和發(fā)展以及古代地理結(jié)構(gòu)的重建具有重要意義。越來越多的科學(xué)家認(rèn)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(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，昌寧-孟連連帶代表了太提斯主洋盆的位置[1.6]。然而，關(guān)于昌寧-孟連連帶代表的洋盆的打開時(shí)間仍有爭(zhēng)議。許多學(xué)者認(rèn)為，根據(jù)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(jù)銅廠街火山巖的相反資料，一些學(xué)者認(rèn)為昌寧-孟連的洋殼形成于泥盆紀(jì)。楊文偉等人認(rèn)為，根據(jù)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(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖。他們還認(rèn)為，昌寧-孟連聯(lián)帶的技術(shù)最初是形成晚泥盆世的。由于昌寧-孟連連聯(lián)帶缺乏高精度的同位素年齡數(shù)據(jù)，因此限制了特提斯洋的發(fā)展趨勢(shì)。本文件采用了昌寧-孟連聯(lián)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(zhì)譜鋯u-pb。探索了其地質(zhì)意義，并為特提斯洋的構(gòu)造發(fā)育提供了重要信息。1蛇綠巖巖巖組構(gòu)特征昌寧-孟連結(jié)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(nèi)發(fā)育較完整的蛇綠混雜巖,西側(cè)為保山地塊古生代穩(wěn)定臺(tái)型淺海陸棚碳酸鹽沉積和濱海-淺海相砂泥質(zhì)沉積;其東側(cè)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(zhǎng)度約80km,出露寬度0.5~3km不等.該蛇綠混雜巖南部構(gòu)造侵位于晚古生代地層之中,其中泥盆系為含碳質(zhì)-硅質(zhì)碎屑巖組合的溫泉(巖)組(Dw)、泥盆系-石炭系為淺變質(zhì)砂板巖組合的南段組(DCn),是晚古生代昌寧-孟連擴(kuò)張洋盆中堆積的半深海-深海硅泥質(zhì)復(fù)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(kuò)張過程中的洋島或洋內(nèi)弧火山-沉積建造(圖1(b)).蛇綠巖殘塊巖石類型以斜長(zhǎng)角閃巖、綠泥綠簾陽起石片巖、鈉長(zhǎng)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(zhǎng)巖、變輝長(zhǎng)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(tuán)塊狀產(chǎn)出.恢復(fù)的蛇綠巖“基本層序”不完整:主要為變質(zhì)橄欖巖、堆晶雜巖、變輝長(zhǎng)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(zhì)輝長(zhǎng)巖和堆晶輝長(zhǎng)巖,二者未見直接接觸關(guān)系,輝長(zhǎng)巖采樣位置GPS坐標(biāo)為:23°59′04.0″N,99°42′38.6″E;堆晶輝長(zhǎng)巖出露寬度約1km,采樣位置GPS坐標(biāo)為:23°59′22.3″N,99°43′26.3″E(圖2).輝長(zhǎng)巖顯微鏡下顯定向構(gòu)造、中細(xì)粒輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),雖有次閃石化,仍有輝石殘留,斜長(zhǎng)石簾石化、葡萄石化.堆晶輝長(zhǎng)巖具有由暗色和淺色紋層韻律組成的層紋狀構(gòu)造,韻律層序非常清楚(圖3(a)),總體反映出典型的巖漿結(jié)晶分異堆積結(jié)構(gòu)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(zhǎng)石,并發(fā)生了黝簾石化,局部還可見石英;具有細(xì)-中粒狀結(jié)構(gòu),粒度一般為0.5~2.0mm,礦物組成為斜長(zhǎng)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(zhǎng)石為更長(zhǎng)石,透閃石-陽起石呈長(zhǎng)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(xì)粒狀填隙物且分布極不均勻.2分析方法及結(jié)果鋯石單礦物分選在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成,在嚴(yán)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(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)利用LA-ICPMS同時(shí)分析完成.激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005,ICP-MS為Agilent7500a.對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)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(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal完成.詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同文獻(xiàn)[11,12].鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot/Ex_ver3完成.其分析結(jié)果見表1.主量元素分析在成都地質(zhì)礦產(chǎn)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(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用PEElan6000型ICP-MS儀器測(cè)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(jié)果見表2.3分析的結(jié)果3.1輝長(zhǎng)巖中鋯石u-th-u分析點(diǎn)ssr-pb/ma輝長(zhǎng)巖樣品(11NTH-4)的鋯石粒度普遍較小(60~100uf06dm),多數(shù)顆粒內(nèi)部具有與晶體邊界基本一致、寬的巖漿結(jié)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(jié)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(jié)晶環(huán)帶的邊緣發(fā)育鋯石增長(zhǎng)邊(圖4(a)).一般認(rèn)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(guān),而變質(zhì)重結(jié)晶鋯石則小于0.1.樣品11NTH-4共測(cè)定20顆鋯石,除7,8,13和14號(hào)測(cè)點(diǎn)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(gè)分析點(diǎn)均為自形程度高、顯示結(jié)晶環(huán)帶的鋯石,它們具有一致的206Pb/238U年齡.在這16個(gè)分析點(diǎn)中,有6顆鋯石(測(cè)點(diǎn)01,05,09,11,15和23)顯示具有較寬的結(jié)晶CL環(huán)帶,在其外圍有和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的鋯石增長(zhǎng)邊,由于該增長(zhǎng)邊太窄而無法進(jìn)行分析,但其外圍CL特征類似于變質(zhì)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(guān)關(guān)系(圖未附),顯示本文測(cè)定的鋯石為巖漿成因.其鋯石16個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡為429~452Ma(表1),在一致曲線圖中,數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布(圖5(a)),其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為439.0±2.4Ma(MSWD=0.64,n=16).根據(jù)該輝長(zhǎng)巖的巖相學(xué)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(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡.堆晶輝長(zhǎng)巖樣品(11NTH-6)的鋯石粒度明顯比輝長(zhǎng)巖的粒度要大(100~200uf06dm),大多數(shù)鋯石為柱狀自形晶(長(zhǎng)/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(jié)晶振蕩CL環(huán)帶的老核,邊部發(fā)育鋯石增長(zhǎng)邊,增長(zhǎng)邊大多太窄而無法進(jìn)行分析,其CL特征總體類似于變質(zhì)的鋯石;另外一種是鋯石顆粒內(nèi)部具有與晶體邊界基本一致、寬窄不一的巖漿結(jié)晶振蕩CL環(huán)帶(圖4(b)).對(duì)這兩種類型的鋯石分別進(jìn)行了11和9個(gè)點(diǎn)的測(cè)定(圖5(b)).第一種11個(gè)分析點(diǎn)均為具有鋯石增長(zhǎng)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(cè)定的鋯石為巖漿成因,其鋯石11個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡為471~478Ma(表1),在一致曲線圖中,數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布(圖5(c)),206Pb/238U加權(quán)平均年齡為473.0±3.8Ma(MSWD=0.7,n=11).第二種9個(gè)分析點(diǎn)均為自形程度高、顯示結(jié)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(cè)定的鋯石為巖漿成因,9個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡為438~455Ma(表1),其206Pb/238U加權(quán)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(xué)南汀河輝長(zhǎng)巖及堆晶輝長(zhǎng)巖地球化學(xué)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(guān)系,指示存在巖漿的分離結(jié)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(jìn)行巖石分類及構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)堆晶輝長(zhǎng)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(wǎng)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(zhǎng)巖類似;第二種具有很低的高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb,Ta,Zr,Hf,Ti)豐度,有的具有明顯的負(fù)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(zhǎng)巖u-pb年齡本文對(duì)南汀河輝長(zhǎng)巖以及堆晶輝長(zhǎng)巖中鋯石礦物顆粒的標(biāo)型內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究表明,兩個(gè)樣品的鋯石均具有補(bǔ)丁狀、弱環(huán)帶、寬窄不一的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4),Th/U比值在0.35~1.11之間,與基性巖漿結(jié)晶的鋯石類似,說明其不會(huì)是地殼物質(zhì)混染形成,而是在巖漿系統(tǒng)中結(jié)晶形成.輝長(zhǎng)巖16個(gè)分析點(diǎn)U-Pb年齡在429~452Ma,加權(quán)平均年齡為439±2.4Ma,代表變質(zhì)基性巖漿結(jié)晶的時(shí)代.堆晶輝長(zhǎng)巖明顯具有兩組U-Pb年齡,一組11個(gè)測(cè)點(diǎn)范圍為471~478Ma,加權(quán)平均年齡為473.0±3.8Ma,可能代表了堆晶輝長(zhǎng)巖早期巖漿結(jié)晶的時(shí)代;另外一組9個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡范圍在438~455Ma,加權(quán)平均年齡為443.6±4.0Ma,可能代表了堆晶輝長(zhǎng)巖晚期巖漿的結(jié)晶時(shí)代,并且年輕的這組年齡與輝長(zhǎng)巖的結(jié)晶時(shí)代在誤差范圍內(nèi)完全一致.更重要的是,巖石組合和地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明,不論是輝長(zhǎng)巖還是堆晶輝長(zhǎng)巖,均具有類似于N-MORB或E-MORB的微量元素地球化學(xué)組成(圖6(d)).結(jié)合部分巖石具有很低的高場(chǎng)強(qiáng)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(gòu)造環(huán)境.這些年代學(xué)和地球化學(xué)特征表明,昌寧-孟連結(jié)合帶南汀河地區(qū)444~439Ma時(shí)期應(yīng)該發(fā)育洋盆.4.2中輝長(zhǎng)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(rèn)為是昌寧-孟連洋盆發(fā)育鼎盛時(shí)期的產(chǎn)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(rèn)為昌寧-孟連結(jié)合帶的打開時(shí)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(xiàn)了早泥盆世-二疊紀(jì)放射蟲硅質(zhì)巖,以泥盆紀(jì)早期的Monograptusuniformis帶為代表;梅里雪山西坡一套深水復(fù)理石沉積的硅質(zhì)巖中發(fā)育早石炭世Palaeoryphosty.lusuarspina放射蟲分子;扎玉-碧土一帶硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)晚石炭世-二疊紀(jì)Albailleasp.PseudeaIbaillasp.;另外硅質(zhì)巖的沉積地球化學(xué)、稀土和穩(wěn)定同位素以及放射蟲古生態(tài)學(xué)多學(xué)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(jì)、石炭紀(jì)和早二疊世的放射蟲硅質(zhì)巖.研究區(qū)北側(cè)銅廠街蛇綠巖中輝長(zhǎng)巖中角閃石K-Ar等時(shí)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(zhǎng)角閃巖的鉛同位素模式年齡為381Ma,為中泥盆世的地質(zhì)記錄;因此多數(shù)學(xué)者認(rèn)為昌寧-孟連洋盆的擴(kuò)張時(shí)代是泥盆紀(jì).還有研究者根據(jù)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(jié)合與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)的沉積記錄及古生物地理信息的對(duì)比研究,認(rèn)為昌寧-孟連結(jié)合帶可能于晚奧陶世Katian期中期(約450Ma)擴(kuò)張.以上所有證據(jù)均顯示昌寧-孟連結(jié)合帶存在晚古生代的洋盆信息.結(jié)合本文在南汀河地區(qū)發(fā)現(xiàn)的444~439Ma洋殼殘余記錄,表明昌寧-孟連結(jié)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(cuò)-雙湖結(jié)合帶,也獲得了較多存在早古生代洋盆擴(kuò)張的證據(jù).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(zhì)巖分布于龍木錯(cuò)-雙湖結(jié)合帶中,蛇綠巖中堆晶輝長(zhǎng)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(gòu)造環(huán)境.另外,在藏北羌塘桃形湖地區(qū)還發(fā)現(xiàn)了一套變質(zhì)超基性巖、變質(zhì)堆晶輝長(zhǎng)巖、變質(zhì)輝長(zhǎng)巖(輝綠巖)、變質(zhì)玄武巖和斜長(zhǎng)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(zhì)堆晶輝長(zhǎng)巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為467±4Ma,其鋯石uf065Hf(t)加權(quán)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(xué)組成.這些資料表明,龍木錯(cuò)-雙湖結(jié)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(shí)別出二疊紀(jì)準(zhǔn)洋中脊型蛇綠巖、三疊紀(jì)含放射蟲硅質(zhì)巖,同時(shí)在雙湖以東才多茶卡地區(qū)識(shí)別出晚泥盆世法門期和二疊紀(jì)放射蟲硅質(zhì)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(cuò)-雙湖結(jié)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(gòu)造侵位與洋中脊或弧后盆地轉(zhuǎn)化為俯沖帶有關(guān),因此這些基性-超基性巖石形成的構(gòu)造環(huán)境可能兼具洋中脊或弧后裂谷性質(zhì).一般來說,如果共生的基性巖只表現(xiàn)為N-MORB型微量元素分布,則可能形成于洋中