滇西鳳慶三岔河晚三疊世火山巖年代學、地球化學特征及其地質(zhì)意義

李國昌,王 巍,楊立剛,田應貴,費志斌,李維忠

(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南 昆明 650051)

0 引 言

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及大地構(gòu)造位置圖[1-2]Fig.1 Simplified geologic and tectonic maps of the study area[1-2]

滇西昌寧—孟連構(gòu)造帶是特提斯構(gòu)造域的重要組成部分，國內(nèi)外學者針對該地區(qū)特提斯演化進行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)了晚古生代蛇綠混雜巖[1-3]、遠洋沉積、洋島海山[4-5]和高壓藍片巖、火山弧花崗巖[8-9]、三疊紀后碰撞花崗巖[10-11]、早古生代榴輝巖[12-13]、蛇綠混雜巖[14-15]、洋島玄武巖[16]等，逐步認識到該地區(qū)同時存在早古生代大洋與晚古生代大洋的殘跡，且晚古生代大洋是對早古生代大洋的繼承發(fā)展[17]。上三疊統(tǒng)前陸磨拉石建造的角度不整合面則代表了特提斯構(gòu)造演化的結(jié)束。構(gòu)造帶內(nèi)火山巖十分發(fā)育，但前人對三疊紀以來的火山巖研究集中在臨滄花崗巖以東的南瀾滄江火山巖帶內(nèi)[18-19]，而臨滄花崗巖以西的三岔河地區(qū)火山—沉積巖研究程度較低，一直以來均與南瀾滄江火山巖帶內(nèi)中三疊統(tǒng)忙懷組火山巖對比[20]，缺乏可靠時代依據(jù)。本次工作通過系統(tǒng)的剖面測量、野外地質(zhì)調(diào)查，開展了巖石學、巖石地球化學和鋯石U-Pb年代學研究，將該套火山—沉積地層重新厘定為上三疊統(tǒng)雪山組。

1 地質(zhì)背景

滇西鳳慶三岔河上三疊統(tǒng)雪山組呈北西—南東向展布，其西側(cè)為晚古生代被動—主動陸緣(南段組和拉巴組)，主要為一套巨厚的斜坡相變質(zhì)石英雜砂巖和泥質(zhì)板巖形成的復理石沉積和少量硅泥質(zhì)沉積夾中酸性火山巖建造；東側(cè)為早古生代大陸邊緣沉積(瀾滄巖群)，為一套大陸邊緣硅泥質(zhì)沉積和島弧火山沉積。雪山組角度不整合于早古生代大陸邊緣沉積物之上，其上被上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)三岔河組平行不整合覆蓋(圖1，圖2d)。

2 火山巖層序及其巖石學特征

鳳慶縣雪山組底部局部發(fā)育一套河流相粗碎屑巖，底部為磨拉石沉積建造(圖2a)，厚度不一，局部地段缺失，主要由復成分礫巖-含礫巖屑砂巖-長石石英砂巖-泥質(zhì)粉砂巖沉積層序構(gòu)成，沉積層序常缺失上部的泥質(zhì)粉砂巖，復成分礫巖底部常見沖刷面，礫石成分主要為石英、變質(zhì)砂巖、片巖，分選磨圓較差，為河流相沉積。

圖2 雪山組野外露頭特征照片F(xiàn)ig.2 Geological cross-section of the Sanchahe area in Fengqinga.雪山組底部磨拉石建造；b、c.英安巖野外產(chǎn)出特征；d.雪山組角度不整合于下古生界瀾滄巖群之上

圖3 鳳慶縣三岔河雪山組火山巖剖面圖Fig.3 Field photographs of the Xueshan Formation1.復成分礫巖；2.砂礫巖；3.含礫巖屑砂巖；4.粉砂質(zhì)泥巖；5.英安巖；6.凝灰角礫狀英安巖；7.英安質(zhì)凝灰熔巖；8.英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；9.沉晶屑凝灰?guī)r；10.絹云石英片巖；11.斷層角礫巖；12.斷層破碎帶；13.逆斷層；14.平行不整合接觸界線；15.志留系南坑河組；16.上三疊統(tǒng)雪山組；17.上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)三岔河組；18.產(chǎn)狀

雪山組上部為中酸性火山巖，以熔巖為主，伴有少量的凝灰?guī)r，主要巖石類型為黑云角閃英安巖、黑云英安巖、英安質(zhì)巖屑-晶屑凝灰?guī)r、英安質(zhì)沉凝灰?guī)r(圖2b、c)?；鹕綆r主要可以劃分出兩個噴發(fā)亞旋回(圖3)：第一個噴發(fā)亞旋回由黑云英安巖、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r組成，屬于噴溢-爆發(fā)亞相；第二個噴發(fā)亞旋回由黑云英安巖、凝灰角礫狀英安巖、沉晶屑凝灰?guī)r組成，屬于噴溢-沉積亞相?；鹕交顒右詫庫o式噴溢為主?；鹕綆r主要巖石類型巖性特征描述如下。

灰白色(中)細粒黑云角閃英安巖呈斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要由斜長石(d=0.3～2.5 mm，26%)、石英(d=0.1～0.3 mm，5%)、角閃石(d=0.3～1.5 mm，10%)和黑云母(6%)組成；基質(zhì)主要由細粒狀的石英(15%)和長石(38%)組成。巖石中部分暗色礦物粒度細小與基質(zhì)粒度相差不多，散狀分布于基質(zhì)中。

暗灰色(中)細粒黑云英安巖呈細斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斑晶及基質(zhì)組成。斑晶(55%)主要為較細小的蝕變斜長石(d=0.2～0.5 mm，38%)、相對稍大的石英(d=0.3～2.0 mm，13%)及少量黑云母；基質(zhì)(45%)主要由微粒的石英(15%)及強泥化霏細狀長英質(zhì)(30%)等組成。巖石含微量的磁鐵礦和黃鐵礦。

英安質(zhì)巖屑-晶屑凝灰熔巖呈晶屑凝灰角礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由巖屑、晶屑物及膠結(jié)成分構(gòu)成。晶屑(d=0.2～2.0 mm)主要為斜長石(45%)、石英(6%)和暗色礦物(4%)；巖屑(d=1～3 mm，22%)主要為英安質(zhì)成分，具斑狀結(jié)構(gòu)，細小斑晶為斜長石、石英及暗色礦物；膠結(jié)成分(33%)主要為霏細狀長英質(zhì)成分的熔巖，多已風化蝕變，大部分被黏土化及氧化鐵質(zhì)取代。

2 測試方法

圖4 雪山組火山巖典型鋯石CL圖像、點號及206Pb/238U年齡Fig.4 Zircon CL images showing the analysis spots and 206Pb/238U ages for the Xueshan Formation dacite

鋯石單礦物分選由河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務有限公司完成。在雙目鏡下手工挑純，選取代表性的鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂樣品靶。拋光后拍攝鋯石的反射光、透射光及陰極發(fā)光CL顯微照片(圖4)，依據(jù)顯微照片顯示的鋯石特點，選擇合適的顆粒及顆粒的合適部位進行U-Pb同位素測定。鋯石陰極發(fā)光圖像拍攝在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。儀器為高真空掃描電子顯微鏡(JSM-IT100)，配備有GATAN MINICL系統(tǒng)。工作電場電壓為10.0～13.0 kV，鎢燈絲電流為80～85 μA。鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS同時分析完成。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準分子激光器和MicroLas光學系統(tǒng)組成，ICP-MS型號為Agilent 7700e。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括20～30 s的空白信號和50 s的樣品信號。對分析數(shù)據(jù)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ICPMSData Cal完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3完成。巖石微量和稀土元素在北京大學造山帶與地殼演化實驗室利用ICP-MS分析完成。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

兩件英安巖樣品采自三岔河剖面(PM001)。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示，絕大多數(shù)鋯石呈自形透明，棱柱狀，長100～300 μm，長寬比5∶1～2∶1，這些鋯石絕大多具有明顯的振蕩環(huán)帶，指示為巖漿成因[21-22]，部分鋯石內(nèi)部具有殘留的繼承鋯石核。

樣品PM001-4-4共測定19個點。鋯石的U、Th含量分別為303×10-6～717×10-6和112×10-6～667×10-6，Th/U比值為0.24～0.95，具有典型巖漿鋯石的Th/U比值(表1)。19個點中11、17號點位于古老的繼承性核部，206Pb/238U年齡分別為418 Ma、1 065 Ma，其余17個點均具有一致的206Pb/238U年齡，年齡為212～226 Ma。在年齡諧和曲線圖(圖5(a))中，數(shù)據(jù)點成群分布，其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為(218.8±0.70) Ma(MSWD=0.83，n=0.36)。

樣品PM001-6-3共測定18個點。鋯石的U、Th含量分別為303×10-6～717×10-6和112×10-6～667×10-6，Th/U比值為0.24～0.95，均具有典型巖漿鋯石的Th/U比值(表1)。18個點均具有一致的206Pb/238U年齡，年齡為205～213 Ma，在年齡諧和曲線圖(圖5(b))中，數(shù)據(jù)點成群分布，其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為(209.7±0.81) Ma(MSWD=1.03，n=0.31)。

3.2 地球化學特征

各類巖石的主量元素分析結(jié)果按11項氧化物

標準化并進行全鐵的調(diào)整后的數(shù)值如表2所示。巖石高硅高鋁，SiO2含量67.43%～71.07%，Al2O3含量13.18%～16.15%，鋁飽和指數(shù)A/NK多大于1，其范圍為1.65～2.49，A/CNK值為0.94～2.23，為過鋁質(zhì)巖石，全堿4.51%～6.33%，富K2O，K2O/Na2O為1.07～2.29，從SiO2-K2O的關(guān)系可以看出高鉀鈣堿性系列巖類特征；根據(jù)TAS分類圖(圖6)，火山巖的定量化學命名均為英安巖，與野外觀察和鏡下鑒定結(jié)果一致。在微量元素方面，這些樣品稀土總量ΣREE=180.75×10-6～216.13×10-6，LREE/HREE=8.36～8.92，(La/Yb)N=9.11～11.07，稀土元素球粒隕石標準化配分曲線呈輕稀土強富集的右傾，(La/Sm)N=3.36～3.82、(Gd/Yb)N=1.75～2.11，表明輕、重稀土均強烈分餾，輕稀土分餾較重稀土明顯。δEu為0.58～0.61，中等負銪異常，表明巖漿在成巖過程中經(jīng)歷過斜長石分離。從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖7)中可以看出，Ta、Ba、Nb、Sr虧損，Rb、Th富集。

圖5 雪山組火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb zircon concordia diagrams for the dacite of the Xueshan Formation

樣品編號SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5K2O/Na2OA/NKA/CNKPM003-3-167.430.7113.811.814.130.082.962.582.723.610.161.331.651.06PM003-5-167.910.6313.341.853.970.083.192.892.013.890.231.931.771.04PM003-19-167.780.6013.181.943.710.083.123.801.943.700.171.911.830.94PM001-4-471.070.7216.152.502.810.090.600.401.583.610.182.292.482.23PM001-6-368.070.7315.222.054.050.101.753.152.182.330.161.072.491.29樣品編號ZrZnVThScSrRbNiNbCuCrCoBaHfPM003-3-182.1867.5088.3423.5816.61259.72163.2921.3211.8634.9866.2714.021 010.933.00PM003-5-184.5866.6288.6923.8915.85231.58165.8118.5912.5530.3280.8912.85886.063.09PM003-19-183.8443.4879.4125.7416.16195.54153.3418.8512.7220.2353.2112.70826.733.09PM001-4-4202.8052.68103.5020.1811.7639.00177.9029.7313.248.1491.4013.52349.706.46PM001-6-3182.0056.08101.2016.4611.7099.11114.1019.079.108.9969.9013.60437.905.97樣品編號TaYLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmPM003-3-11.0725.1337.7977.328.9631.997.011.276.010.925.020.992.600.36PM003-5-11.2125.7436.9376.648.8031.406.901.295.960.915.051.002.670.37PM003-19-11.5325.5337.9878.749.0433.687.031.286.070.925.091.012.690.39PM001-4-41.6232.1643.4293.9610.0638.427.151.336.751.035.781.133.260.47PM001-6-30.9526.6137.6179.278.7234.166.501.286.040.955.401.023.010.43樣品編號YbLuΣREELREE/HREEδEu(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NPM003-3-12.300.37182.898.850.5811.073.392.11PM003-5-12.420.39180.758.620.6010.293.361.99PM003-19-12.530.41186.878.770.5910.113.401.93PM001-4-42.920.45216.138.920.5810.023.821.86PM001-6-32.780.42187.588.360.619.113.641.75

圖6 火山巖TAS圖解(a)和K2O-SiO2圖解(b)Fig.6 TAS (a) and K2O vs.SiO2(b) plots for the Xueshan Formation dacite

圖7 稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)(標準化數(shù)值據(jù)Sun，1989) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized multi-element spider diagram (b) for theXueshan Formation dacite (normalizing values from Sun, 1989)

4 討 論

4.1 火山巖形成時代

如前所述，本研究對三岔河地區(qū)雪山組英安巖進行了詳細的 LA-ICP-MS 鋯石測年工作。這些樣品中鋯石大多為自形晶，具有清晰的振蕩環(huán)帶和高的Th/U比值，這些均為巖漿成因鋯石的典型特征。鋯石測年結(jié)果表明，這些巖漿成因的鋯石U-Pb年齡為209.7～218.8 Ma，該年齡應代表該套英安巖的形成年齡。

前人對該套火山巖年代學的研究較少，但獲得了大量關(guān)于東側(cè)南瀾滄江火山巖帶內(nèi)的三疊紀火山巖的年齡數(shù)據(jù)：彭頭平等[23]獲得云縣棉花地忙懷組上段流紋巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為231 Ma；王岳軍等[24]獲得棉花地—丙令河剖面小定西組玄武安山巖和芒匯河組安山巖樣品中SHRIMP鋯石U-Pb年齡為214 Ma和210 Ma；1∶5萬云縣、洛黨等6幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[25]工作中，獲得云縣忙懷一帶忙懷組流紋巖中鋯石U-Pb LA-ICP-Ms年齡為246 Ma，獲得云縣山頭街小定西組安山玄武巖中鋯石U-Pb LA-ICP-Ms年齡為212 Ma；1∶25萬景洪幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[26]工作中獲得了江橋一帶芒匯河組流紋巖中鋯石U-Pb LA-ICP-Ms年齡為196 Ma、198 Ma。從上述諸多年代學數(shù)據(jù)來看，將三岔河地區(qū)的英安巖與南瀾滄江火山巖帶內(nèi)的忙懷組對比顯然不太合適，而其形成時代上與小定西組基本一致，但其巖性組合上存在較大差異。

圖8 雪山組火山巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.8 Tectonic discrimination diagrams of the dacite from the Xueshan Formation

4.2 巖石成因

該套英安巖具有較高的K2O/Na2O比值，鋁過飽和指數(shù)A/CNK值除1件為0.94外，其余樣品均大于1，屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，微量元素方面表現(xiàn)出虧損Ta、Ba、Nb、Sr，而富含Rb、Th，%與典型的殼源花崗巖相似。英安巖具有較高的TFeO+MgO+TiO2值(8.85%～9.65%)以及較低的SiO2含量(67.43%～71.07%)，表明巖石可能形成于變沉積巖的重熔；英安巖鋯石中含有大量不同時期(418 Ma 、1 065 Ma)的繼承鋯石核，也支持其原巖可能為變沉積巖的觀點。研究表明，花崗質(zhì)熔體中的CaO/Na2O比值主要受原巖成分的控制，CaO/Na2O比值大于0.3時，其物源為富含大量長石而貧黏土的碎屑巖[27]，而本區(qū)英安巖CaO/Na2O比值為0.25～1.95，除1件樣品以外其他均大于0.3，表明物源主要為富長石的碎屑巖，從源區(qū)巖性以及繼承鋯石年齡來看，區(qū)內(nèi)英安巖物源可能主要為區(qū)域內(nèi)廣泛出露的瀾滄巖群。另外，花崗質(zhì)巖漿的形成溫度可以通過Al2O3/TiO2比值來判斷，當Al2O3/TiO2比值<100時，源區(qū)溫度較高(>875 ℃)[27]，本區(qū)英安巖Al2O3/TiO2比值為19.46～22.30，均遠小于100，說明其源區(qū)溫度較高。這說明巖漿形成可能伴隨幔源巖漿的底侵作用，幔源巖漿為其帶來了足夠的熱量。

綜上所述，雪山組英安巖可能是古老地殼物質(zhì)(富含長石的碎屑巖為主)受底侵幔源巖漿作用在溫度較高的環(huán)境中重熔形成。

4.3 構(gòu)造環(huán)境判別

巖漿巖組合和巖石地球化學特征與大地構(gòu)造環(huán)境具有密切的關(guān)系[29-32]。雪山組英安巖屬高鉀鈣堿性系列巖石，是后碰撞環(huán)境的典型組合。許多學者根據(jù)巖石地球化學特征從不同角度提出了大量有效的構(gòu)造環(huán)境判別圖解，雪山組英安巖在Rb-(Y+Nb)判別圖解中，全部樣品投點落入后碰撞花崗巖區(qū)；在Rb-Hf-Ta圖解中，大部分落在碰撞晚期-后碰撞花崗巖區(qū)(圖8)。

經(jīng)過近年來的大量研究表明古特提斯洋盆已于晚三疊世閉合[33-34]，本研究于臨滄花崗巖中發(fā)現(xiàn)年齡在210 Ma左右的后碰撞花崗巖也對這一觀點提供了很好的支撐。另外，雪山組底部礫巖中礫石無分選和磨圓，礫石成分主要來源于下伏地層的變質(zhì)巖石，說明礫巖為近源快速堆積而成，可能也與洋盆關(guān)閉后陸殼隆升有關(guān)。由于古特提斯洋盆的向東俯沖，至早中三疊世陸—陸(弧)碰撞，導致俯沖的洋板塊從根部斷裂而進入地幔，而下沉的洋板塊留下的空間導致熱的軟流圈地幔上涌，對下地殼進行加熱，致使其重熔形成中酸性巖漿，形成了該地區(qū)的晚三疊世英安巖。

結(jié)合構(gòu)造環(huán)境判別圖解與野外巖石組合，認為該套英安巖應該形成于后碰撞的構(gòu)造背景，是古特提斯洋盆閉合后陸內(nèi)應力調(diào)整階段的產(chǎn)物。

5 結(jié) 論

(1)該套英安巖巖石屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石，以寧靜式噴溢活動為主，由古老地殼物質(zhì)(富含長石的碎屑巖為主)在溫度較高的環(huán)境中重熔形成。

(2)鋯石測年結(jié)果表明，雪山組英安巖形成時代為209.7～218.8 Ma，可能形成于晚三疊世古特提斯洋盆閉合后的陸內(nèi)應力調(diào)整階段。